濮陽市一次大暴雨過程成因分析

2017-08-02 01:41:14王春玲許慶娥崔幸方謝瓊娜

陜西氣象 2017年4期

王春玲，崔力，許慶娥，崔幸方，謝瓊娜

(濮陽市氣象局，河南濮陽 457000)

濮陽市一次大暴雨過程成因分析

王春玲，崔力，許慶娥，崔幸方，謝瓊娜

(濮陽市氣象局，河南濮陽 457000)

應用常規天氣圖資料、鄭州站探空層結資料、FY-2E紅外云圖和濮陽站降水實況等資料，對2016年7月14—15日發生在濮陽市的區域性暴雨、大暴雨天氣過程進行綜合分析。結果表明：(1)此次大暴雨過程是由500 hPa和700 hPa的低渦及其分裂東移的低槽、700 hPa和850 hPa的切變線、地面輻合線及南下的冷空氣共同影響造成的。(2)500 hPa槽前西南氣流與584 dagpm線外圍的西南氣流疊加加強了西南暖濕氣流的輸送，為降水提供了水汽來源；地面輻合線的存在加強了動力抬升作用。(3)渦度場和散度場同時表現出的低層輻合、高層輻散的配置，為暴雨的產生提供了有利的動力條件。(4)FY-2E紅外云圖上，對流云團的持續影響，使降水較長時間維持，造成濮陽市出現區域性的暴雨、大暴雨天氣。

大暴雨：低渦；低槽；切變線；深厚濕層；地面輻合線；紅外云圖

暴雨是我國的主要災害性天氣之一，往往會造成嚴重的洪澇災害，給人民的生命財產帶來較大影響[1]，所以備受氣象工作者關注。近年來，眾多氣象工作者從不同角度對暴雨進行了研究，并取得了大量成果[1-6]。因暴雨的形成受諸多因素的影響，其形成機制也有較大差異，因此暴雨的定點、定量預報仍是難題。利用常規天氣圖資料、鄭州站探空層結資料、FY-2E紅外云圖等資料，對濮陽市發生的一次大暴雨天氣過程進行綜合分析，以期為濮陽市的暴雨預報提供一些參考[7]。

1 天氣概況

2016年7月14—15日，濮陽市出現了一次區域性暴雨、大暴雨天氣過程，過程降水量為65.5～169.4 mm。主要降水量集中在14日白天到夜間，24 h降水量達61.1～166.7 mm，位于濮陽市西北部的南樂和清豐2個縣24 h降水量均超過了100 mm，達到大暴雨量級。尤其是南樂站，14日白天(08—20時)12 h降水量達115.2 mm，其中12—13時1小時降水量達30.8 mm、13—14時1小時降水量達23.0 mm，且伴有5級左右的瞬時偏北風。各縣站降水量見表1。

表1 2016年7月14—15日濮陽市各站降水量 mm

2 高空形勢分析

2.1 500 hPa環流背景

500 hPa圖上，14日08時(圖略)，亞洲中緯度地區為兩脊一槽型，蒙古國中部有一低渦，低渦中心經磴口到平涼一線有一低槽，濮陽處在槽前584 dagpm線外圍寬廣的西南氣流中，南陽—鄭州有12 m/s以上的急流軸，濮陽處于急流出口區的風速輻合區，588 dagpm線位于長江南側。14日20時(圖1)低渦稍東移，低槽東移至低渦中心經東勝、西安到重慶一線，槽前西南氣流與584 dagpm線外圍的西南氣流疊加使西南氣流明顯增大，12 m/s以上的西南急流軸范圍擴大至達川、南陽、鄭州、濟南到大連，濮陽位于急流軸上。鄭州與濟南之間存在明顯的風速輻合，鄭州站的風速由16 m/s增大到了20 m/s，水汽通道順暢，為暴雨的產生提供了充沛的水汽。河北中部存在一風向輻合線，有利于水汽在河北南部到河南北部一帶輻合。588 dagpm線仍位于長江南側，較08時略有南壓，副熱帶高壓的穩定少動，減緩了河套低槽的移動，使華北地區的降水得以長時間維持。

細實線為等高線，單位為dagpm；虛線為等溫線，單位為℃；粗實線為槽線；雙實線為切變線；箭頭為西南急流軸；圓點為濮陽市位置；下同圖1 2016-07-14 20時500 hPa環流形勢

2.2 700 hPa和850 hPa影響系統

700 hPa天氣圖上,14日08時(圖略)，與500 hPa低渦對應的蒙古國中部有一低渦，河套東側有一低槽，山西北部—河北中部有一偏南風與東南風的暖切變，濮陽處在槽前和暖切變南側的偏南飽和氣流中，此形勢配置既提供了水汽條件又提供了動力抬升條件。14日20時(圖2)，河套東側的低槽東移與上述暖切變合并，在五臺山、石家莊到泰山形成了一條西北—東南向(西北風與東南風之間)的切變線(濮陽處于此切變線附近)，動力抬升加強，有利于對流天氣的產生。15日08時低槽東移出河南，濮陽降水趨于結束。

圖2 2016-07-14 20時700 hPa環流形勢

850 hPa天氣圖上,14日08時(圖略)太原與邢臺之間有西北風與偏東風的風向切變，濟南與邢臺之間有偏東風的風速切變，加強了河北南部到河南北部的動力抬升及水汽輻合。14日20時(圖略)在太原、安陽、開封到阜陽有一條東北風與東南風的切變線，濮陽位于切變線東北側的東南飽和氣流中，有利于強降水的產生。

3 地面形勢分析

14日08時(圖略)，西南地區東部—華北—東北為一寬廣的高壓帶，河北境內的北部到南部有一條近似南北向的地面輻合線，濮陽處于高壓帶南側、地面輻合線東側的偏東氣流中，有利于地面的輻合上升。14日20時(圖3)，隨著我國西南地區暖倒槽向東北伸展，在河南南部、湖北、湖南西部出現了一閉合低壓，低壓倒槽外圍影響到華北南部，增加了華北南部的斜壓性。位于河北境內的地面輻合線東移到了山東省中部，濮陽位于輻合線西側的偏北氣流中，輻合線的存在加強了動力抬升作用。

細實線為等壓線，單位為hPa；雙實線為輻合線；圓點為濮陽市位置圖3 2016-07-14 20時地面氣壓場

4 大氣層結分析

選取鄭州站探空資料進行層結分析。從14日08時溫度對數壓力圖(見第9頁圖4a)上可以發現，強降水開始前，850 hPa以下為東北風，近地面層有冷空氣抬升，有利于降水系統的形成與發展；低層(850 hPa)到中層(700 hPa)，再到中高層(500 hPa)，風向由東北風經東南風轉為西南風，風向隨高度順轉了180°，風速增大了10 m/s，中低層存在明顯的暖平流；500 hPa為16 m/s的西南風，引導暖濕氣流的輸送，為降水提供了水汽來源；250 hPa及以上為大于20 m/s的高空強風速帶(西西北風)，強輻散有利于低層輻合上升。從近地面到300 hPa大部分層結溫度露點差t-td≤3 ℃，幾乎接近飽和，高空濕層深厚；CAPE值為712.1 J/kg，濕對流有效位能不太大，不利于冰雹、雷雨大風等強對流發生，但有利于強降水發生，對流有效位能的正面積形態呈均勻細長狀，此特點有利于高效率降水的產生[2]；K指數為37 ℃,說明大氣層結為強熱力不穩定；0～6 km的垂直風切變接近10 m/s，達到中等強度，利于降水系統的發展和維持。由于700 hPa在河北中南部有東西向切變，850 hPa在河北西南部有南北向切變，700 hPa以下為偏東風或東北風，溫度對數壓力圖上615～685 hPa有一淺薄干層，說明有干冷空氣侵入，大氣層結存在發生強對流的潛勢，對濮陽市出現短時強降水具有指示作用。

14日20時強降水發生期間，從鄭州站14日20時溫度對數壓力圖上(見第9頁圖4b)可以看出，由于受500 hPa河套低槽東移的影響，500 hPa風速從08時的16 m/s增大到20 m/s，中低層暖濕氣流輸送增強，水汽供應充足，氣層接近飽和；0～6 km垂直風切變加強到12 m/s。隨著強降水的發生，不穩定能量得到了一定的釋放，CAPE值減小到64.9 J/kg，但K指數仍高達35 ℃。雖然降水已經持續了12 h(濮陽西北部的南樂站14日08—20時降水量已達115.2 mm),但因0～6 km的垂直風切變仍較大，深厚的飽和濕層仍維持，水汽輸送仍較強，且K值較大，說明強降水仍將持續。14日20時—15日08時12 h濮陽又出現了50 mm以上的區域性暴雨。

5 物理量分析

5.1 水汽條件

5.1.1 水汽通量和水汽通量散度從環流背景和層結分析可看出，本次暴雨過程的水汽主要來自于西太平洋副熱帶高壓外圍的西南急流，超強的西南風將南方的暖濕空氣源源不斷的向暴雨區上空輸送，形成對流層深厚的濕層[1]。而925 hPa的水汽通量和水汽通量散度圖(圖略)，反映了對流層低層的水汽輸送及水汽輻合特征。14日20時，925 hPa水汽通量圖上，從西南、華南到華北為寬廣的水汽通量大值區，濮陽水汽通量值高達8.5 g/(cm·hPa·s)；925 hPa水汽通量散度圖上，從西南地區東部到華北為寬廣的強水汽輻合區，濮陽水汽通量散度值為-12×10-7g/(cm2·hPa·s)。分析表明，華北地區南部不僅有大量水汽輸送而且還有水汽的強烈輻合，為濮陽地區暴雨的產生和維持提供了充足的水汽供應。

5.1.2 比濕場從14日08時925 hPa的比濕場(圖略)可以看出，從我國西南經華中到華北南部，為寬廣的濕舌，濕舌中心區位于濮陽上游，濮陽比濕高達16 g/kg，為強降水的產生提供了有利的水汽環境場。

5.2 動力條件

5.2.1 散度場 14日20時925 hPa的水平散度圖上(圖略)，有一從我國西南地區東部伸向華北的寬廣水平輻合區，河南東北部有-6×10-5s-1的輻合中心，濮陽處在輻合中心附近，散度值為4×10-5s-1，表明濮陽低層輻合較強；500 hPa水平散度圖上(圖略)，河南西部有6×10-5s-1的輻散中心，濮陽散度值為1×10-5s-1，表明濮陽高層有輻散存在。這種低層輻合、高層輻散的散度分布，增大了大氣的“抽吸作用”[4]，有利于深對流的發展[5]，從而使降水增強。

5.2.2 渦度場 14日20時700 hPa圖上(圖略)，河北南部有中心值為25×10-5s-1的正渦度中心，濮陽渦度值為16×10-5s-1，表明濮陽低層有強烈的輻合運動，且有正渦度自西北伸向濮陽方向，濮陽低層的輻合增強，有利于低層低值系統的發展；300 hPa圖上(圖略)，河南西部有-60×10-5s-1的負渦度中心，濮陽渦度值為-47×10-5s-1，表明濮陽高層有強烈的輻散運動，且有負渦度自西南向濮陽方向傳播，濮陽高層的輻散也在增強。低層輻合與高層輻散同時存在，導致上升運動加強，暴雨落在上升運動中心附近區域[6]。

圖4 2016-07-14鄭州站溫度對數壓力圖(a 08時；b 20時)

散度場和渦度場同時表現出的這種低層輻合、高層輻散的配置，為暴雨的產生提供了有利的動力條件。

6 衛星云圖演變特征

分析FY-2E紅外云圖的演變發現，此次暴雨過程中，伴隨著700 hPa低槽、切變線的東移發展，衛星云圖上有中小尺度對流云團生成、發展[6]。7月14日09：15 紅外云圖(圖5)上可以看出，蒙古國中部經內蒙古東部、華北到西南地區東部有一條東北—西南向的混合型云帶，與08時700 hPa低渦、低槽位置較為吻合，屬于高空低渦、低槽云系，其前沿已經開始影響濮陽。隨著高空低槽的東移南壓，槽前西南氣流與584 dagpm線外圍的西南氣流疊加，水汽輸送加強，又由于地面輻射加熱的增強，山西境內不斷有對流云塊生成并東移影響華北南部[8]。14日15：15(圖5)在河北南部到河南北部有分散性的對流云團緩慢東移發展，并且上游不斷有對流云團生成、發展、東移、合并影響濮陽，位于濮陽西北部的南樂、清豐一帶出現了短時強降水。槽前對流云團較長時間持續影響，造成了濮陽市區域性暴雨、大暴雨天氣。隨著高空槽云系的東移，15日06：15 (圖略)對流云團東移至山東境內，濮陽市降水減弱，15日10時左右自西向東降水逐漸結束。