山東半島沿海一次副高邊緣局地暴雨成因分析

夏子瑤　萬夫敬

摘 要：利用NCEP資料（分辨率1°×1°）、常規(guī)天氣圖、自動(dòng)站資料、衛(wèi)星和新一代天氣雷達(dá)等資料，針對(duì)2013年7月21日由于副高進(jìn)退引起的青島地區(qū)一次強(qiáng)降水天氣過程進(jìn)行中尺度特征分析。結(jié)果表明，此次暴雨過程是由副高邊緣暖濕氣流與切變線共同作用造成的，低層弱冷空氣的侵入與副熱帶高壓西北側(cè)的西南氣流交匯，地面中尺度低壓是其主要觸發(fā)機(jī)制，西南低空急流的發(fā)展為暴雨區(qū)提供了充足的水汽。

關(guān)鍵詞：暴雨 副高邊緣 中尺度低壓 輻合線

中圖分類號(hào)：P40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0105-02

山東半島沿海地區(qū)是易發(fā)生暴雨地區(qū)之一，尤其汛期期間，暴雨具有突發(fā)性強(qiáng)、尺度小等特點(diǎn)，是目前預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。因此，暴雨成因及其預(yù)報(bào)方法一直是氣象學(xué)家們研究的重點(diǎn)，取得了大量成果[2-4]。1980年陶詩(shī)言先生指出暴雨在一定程度上也是中尺度現(xiàn)象，是幾種不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[5]。中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣是在大尺度環(huán)境具有充足的靜力不穩(wěn)定能量條件下形成的，觸發(fā)條件通常位于近地面層。Wilson等[6-7]認(rèn)為，發(fā)展成對(duì)流風(fēng)暴的初始對(duì)流大多產(chǎn)生在邊界層輻合線或輻合帶上，成為對(duì)流天氣短時(shí)天氣預(yù)報(bào)的主要依據(jù)。郭虎[8]認(rèn)為，近地面地形輻合擾動(dòng)，向上傳播，引發(fā)邊界層擾動(dòng)的動(dòng)力過程是局地大暴雨落區(qū)形成的主要?jiǎng)恿υ矗鴣碜越孛鎸拥呐瘽衿搅鳛榇蟊┯晏峁┝擞行У乃湍芰俊?/p>

暴雨天氣作為一種中尺度現(xiàn)象，是各種尺度大氣運(yùn)動(dòng)相互作用的產(chǎn)物，它一般是在有利的天氣尺度背景下，由于中尺度系統(tǒng)造成的。本文對(duì)2013年7月21日10～15時(shí)發(fā)生在山東半島的局地大暴雨過程進(jìn)行了綜合分析和研究，揭示了引起本次青島局地暴雨發(fā)生過程中天氣尺度系統(tǒng)作用的特點(diǎn)。

1 暴雨過程簡(jiǎn)介

2013年7月21日，青島地區(qū)出現(xiàn)了暴雨局地大暴雨的天氣，主要強(qiáng)降雨時(shí)段出現(xiàn)在21日10時(shí)到15時(shí)，主雨帶呈西南-東北帶狀分布，強(qiáng)降雨落區(qū)主要青島市區(qū)及環(huán)膠州灣一帶，范圍較窄，呈現(xiàn)明顯的中尺度特征。雨量最大的站點(diǎn)為：黃島區(qū)黃島輪渡127.1mm，最大小時(shí)雨量出現(xiàn)在黃島區(qū)大澗山，達(dá)63.9mm/h。此次降水過程強(qiáng)降水中心較為集中，對(duì)城市交通造成嚴(yán)重一定影響。

2 環(huán)境場(chǎng)條件分析

20日20時(shí)，500hPa中高緯環(huán)流相對(duì)較平，588線呈塊狀，魯中地區(qū)有中支槽，強(qiáng)度較弱，槽穩(wěn)定少動(dòng)，有減弱趨勢(shì)，青島位于副高西北側(cè)的西南氣流中。850hPa切變線呈經(jīng)向型，貫穿半島，且東南海岸線近乎平行。青島地區(qū)位于副高邊緣、高空槽前，整層大氣處于高溫高濕狀態(tài)。21日08時(shí)，副高東退南落，有弱冷空氣南下，青島位于850hPa低空急流左前方。隨著副高南落，其西北邊緣的低空急流加強(qiáng)，表現(xiàn)在925hPa形成一支與山東半島東南海岸線幾乎平行、12m·s-1的西南急流軸。遼寧半島至魯中也發(fā)展了一支東北風(fēng)急流，兩支急流在半島東南部形成冷暖空氣的交匯。21日08時(shí)，700hPa有弱冷槽存在，較前日20時(shí)溫度略降1℃～2℃，說明大氣中層有干侵入的作用。

暴雨的產(chǎn)生是在有利的大尺度環(huán)境背景由中尺度系統(tǒng)觸發(fā)產(chǎn)生的。環(huán)境場(chǎng)條件分析顯示，偏南超低空急流作用下，半島東南部為顯著水汽輻合區(qū)。21日11時(shí)地面倒槽形成，青島位于地面輻合系統(tǒng)的顯著輻合區(qū)，925hPa以下層存在風(fēng)向和風(fēng)速存在明顯的氣旋式輻合。因此，在充沛的水汽條件下，此次降水首先由地面中尺度環(huán)流和超低空急流觸發(fā)，大尺度環(huán)境場(chǎng)的穩(wěn)定維持有利于暴雨天氣的發(fā)生。

綜上總結(jié)出該次降水的概念模型：高空槽和副高相持增大了環(huán)流的經(jīng)向度，提供了相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)；高空槽前地面倒槽發(fā)展，暖切南側(cè)為顯著風(fēng)速輻合區(qū)，偏南低空急流為暴雨區(qū)提供了充沛的水汽；西南氣流的發(fā)展加強(qiáng)也促使大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，中低層切變線和邊界層兩支氣流劇烈交匯為半島東南部強(qiáng)降水的發(fā)展提供了有利的動(dòng)力抬升作用。在高濕背景下，地面出現(xiàn)的輻合線配合超低空急流前的風(fēng)速輻合，在低層觸發(fā)和維持了強(qiáng)降水。地面輻合線的形成是暴雨地區(qū)產(chǎn)生暴雨的觸發(fā)機(jī)制。

3 中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展過程分析

3.1 衛(wèi)星監(jiān)測(cè)

伴隨著切變線的存在和副高的進(jìn)退，沿西南氣流方向不斷激發(fā)出的中小尺度對(duì)流云團(tuán)。降水發(fā)生前，高空槽位于魯中一帶，切變?cè)茙ё呦虺饰髂?東北走向。青島位于高空槽前，降水于20日20時(shí)開始，降水以平緩的陣性降水為主。高空槽云系后部的暗區(qū)代表槽后脊前干冷空氣，在云系西側(cè)形成干侵入，有利于層狀云系中的對(duì)流系統(tǒng)的激發(fā)和維持。隨著干冷空氣的侵入，中小尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，在向東北方向移動(dòng)的過程中青島出現(xiàn)了強(qiáng)降水，降水強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。

此次降水過程由層云降水和對(duì)流性降水共同組成。降水階段主要是層狀云降水和分散的對(duì)流性降水，隨著冷空氣侵入，多個(gè)中小尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)并高度組織化，增強(qiáng)對(duì)流性降水，加大降水強(qiáng)度。

3.2 中尺度流場(chǎng)特征

利用區(qū)域自動(dòng)站逐時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料，清晰可見地面氣旋式渦旋的活動(dòng)，渦旋持續(xù)了4h后出現(xiàn)雨峰，最大雨強(qiáng)為20mm/h，中心在東北風(fēng)與西南風(fēng)交匯處；受東側(cè)海上塊狀副熱帶高壓的阻擋，地面環(huán)流中心一直停留在該地并略有加強(qiáng)，低值中心的發(fā)展導(dǎo)致了地面輻合上升運(yùn)動(dòng)，從而使降水回波得到發(fā)展加強(qiáng)并持續(xù)。

通過分析自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)，也可以清楚了解冷空氣入侵的路徑。地面輻合線的移動(dòng)情況對(duì)于短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中確定降水落區(qū)、起止時(shí)間等具有很好的指示意義。地面有弱冷空氣：20日08時(shí)青島北部即墨一帶開始附近出現(xiàn)東北風(fēng)，與西南風(fēng)構(gòu)成輻合。地面輻合線與強(qiáng)降水落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是觸發(fā)不穩(wěn)定能量產(chǎn)生降雨的因子。地形的作用使近地面上升氣流加強(qiáng)，對(duì)降水起到增幅作用。

4 結(jié)語

通常，副熱帶高壓控制大氣下沉增溫，天氣晴好。但在特定條件下，副熱帶高壓外圍附近會(huì)積累不穩(wěn)定能量，當(dāng)有動(dòng)力觸發(fā)機(jī)制存在時(shí)，這種潛在不穩(wěn)定能量就會(huì)得到釋放，形成強(qiáng)烈的對(duì)流不穩(wěn)定天氣，產(chǎn)生局地暴雨。本次降水過程就是在副高邊緣，北方冷槽和副高之間的冷暖空氣交匯處產(chǎn)生的，高空西風(fēng)槽、切變線發(fā)展造成地面低壓系統(tǒng)發(fā)展形成的。副熱帶高壓西北側(cè)的低空急流為降雨提供了充沛的水汽；高層輻散、低層切變輻合、地面輻合線、地形作用耦合，在邊界層高濕區(qū)觸發(fā)和維持了強(qiáng)降水。

由于受大范圍副高外圍控制，抑制對(duì)流發(fā)展，因而出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣往往具有局地性和突發(fā)性特點(diǎn)，屬于中小尺度系統(tǒng)，預(yù)報(bào)難度較大。因此，通過雷達(dá)觀測(cè)確定強(qiáng)回波的移動(dòng)速度，是做好這類降水落區(qū)和量級(jí)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。

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