環渤海地區一次鋒面強降水天氣過程診斷分析

高清源 金巍 高清泉 田璐 韓穎 徐慶喆

摘要 本文利用NCEP再分析資料，對2010年7月19日環渤海地區一次鋒面強降水過程進行了診斷分析。結果表明：此次強降水是由冷暖氣流交匯產生的，低層暖濕空氣被迫抬升，形成鋒面強降水天氣;高低空急流的耦合作用，與鋒面抬升作用相疊加，上升運動進一步加強;高空急流抽吸作用、高低空急流耦合作用以及鋒面抬升作用，三者共同造成了深厚強烈的上升運動，是此次強降水主要的動力抬升機制;干冷空氣隨時間從高層逐漸向低層延伸，表現為干冷空氣隨著下沉氣流向低層輸送，具有明顯的干侵入特征。

關鍵詞 鋒面;耦合;干侵入;動力抬升

中圖分類號：P458.121 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0064–02

Diagnostic Analysis of a Frontal Heavy Precipitation Process in Bohai Sea Surrounding Area

GAO Qing-yuan et al（Anshan Meteor-ological Bureau， Anshan， Liaoning 114000）

Abstract Based on NCEP/ NCAR reanalysis data， a frontal heavy precipitation process around Bohai Sea on July 19，2010 was diagnosed and analyzed. The results show that： the heavy precipitation around Bohai Sea is caused by the intersection of cold and warm air， the warm and wet air in the lower layer is forced to rise， forming the front heavy precipitation weather. The coupling effect of high-level jet and low-level jet is superimposed with frontal uplift， and the upward movement is further strengthened. The suction of upper level jet， the coupling of upper level jet and low level jet， and the frontal uplift jointly lead to the deep and strong upward movement， which is the main dynamic uplift mechanism of the heavy rainfall. The dry cold air gradually extends from the upper troposphere to the lower troposphere with time， which shows that the dry cold air is transported to the lower troposphere with sinking air， and has obvious dry invasion characteristics.

Key words Front; Coupling effect; Dry invasion; Dynamic uplift

暴雨是我國主要災害性天氣之一，其中鋒面對暴雨天氣具有重要的作用[1]。高守亭等[2]指出，在高空急流軸下方存在反環流，反環流上升支與其下鋒前上升氣流相耦合，形成強上升氣流。任麗等[3]指出高低空急流耦合，利于天氣系統上升運動。李兆慧等[4]通過研究得出，高低空急流增強特征與高低空耦合形成的急流—鋒面的次級環流對上升運動維持和發展起著重要作用。武威等[5]通過分析強對流天氣，指出高低空急流耦合作用產生次級環流，觸發不穩定能量釋放，形成強對流天氣。有學者從Boussinnesq近似出發，對位渦概念進行了改進和發展，提出濕位渦概念。于玉斌等[6]等研究指出，將位渦分解為正壓和斜壓部分，能更好地揭示位渦兩項與暴雨強度以及落區的關系。Danielsen[7]利用干冷空氣流場的三維結構，演示氣流從對流層高層下沉至地面冷鋒的過程。鐘水新等[8]通過模擬冷渦降水，發現從對流層高層向下層侵入的高PV的干冷空氣。黃彬等[9]研究指出，高層干冷空氣侵入是從氣旋中心區開始下沉的，受到干冷空氣的作用，其靜力穩定度下降。

1 降水概況和環流背景

2010年7月19日，強降水中心位于河北—山東交界的鹽山站附近（圖1），累計降水量超過150 mm，黃驊、鹽山、撫寧、樂亭四站6 h累計降水量均超過110 mm，最大累計降水量達130 mm，此次強降水過程中出現明顯的短時強降水天氣，降水時段集中，具有降水梯度大、局地性強的分布特征。

暴雨期間，高空200 hPa，河套地區為明顯的高空槽區，槽前存在明顯的高空急流，急流中心位于45°N附近，呈東西向分布，急流中心最大風速大于60 m·s-1，華北地區處于高空急流入口區，存在10×10-5 s-1的強輻散中心，高空具有強輻散作用。500 hPa處于副高壓邊緣西北側，西南暖濕氣流強盛，高空槽冷空氣入侵，冷暖交匯，形成強降水。

2 特征分析

從圖1a中可以看出，700～300 hPa層為明顯的散度負值區，即氣流輻合區，中心極值<-10×10-5 s-1，冷暖氣流在鋒面處交匯;對流層低層900 hPa附近、中層500 hPa附近和高層300 hPa附近均存在輻散中心，中心極值為（4～6）×10-5 s-1。在垂直速度場上，鋒面上方存在沿著鋒面分布的垂直速度的負值區，即上升運動區，200 hPa以下整層都為上升運動，600～300 hPa層達到最大，強度<-1.8 Pa·s-1;鋒面下方500 hPa層以下為垂直速度的正值區，為下沉氣流，中心極值在700 hPa附近，強度>1.2 Pa·s-1。鋒面兩側氣流的垂直運動存在明顯差異。

進一步分析垂直方向上次級環流動力作用（圖1b），200 hPa高空急流處于低空急流上方，高空急流中心偏北，低空急流位于高空急流入口區的右側，在垂直方向上低空急流與高空急流入口區有很好的對應關系。200 hPa高空急流軸具有明顯的經向特征，伴隨的強輻散區位于高空急流入口區右側，強度達10×10-5 s-1，在急流入口區右側產生上升運動，在低層形成輻合區。高、低空急流耦合，高空急流次級環流的上升支與低空急流垂直環流的上升支相疊加，進一步加強暖濕氣流上升運動。

從圖1c中可以看出，7月18日20：00，在（40°N，119°E）高空300～400 hPa附近，存在明顯的濕位渦MPV1極值區，中心極值1.6～2.0 PUV，表明對流層高層存在具有明顯對流性穩定層結特征的干冷空氣。隨著時間的推移，MPV1正的大值區從對流層高層逐漸向低層伸展，19日20：00在900 hPa層附近形成MPV1正的大值區，極值為1.0～1.4 PUV，說明對流層高層的干冷空氣隨時間從高層逐漸向低層侵入，于19日20：00左右侵入近地面層，干侵入特征非常明顯。

3 結論

（1）此次強降水主要是槽后冷空氣與西南暖濕氣流交匯形成的。西南暖濕氣流強盛，高層干冷空氣入侵，低層暖濕空氣被迫抬升，形成鋒面強降水天氣。

（2）高低空急流耦合，高空急流次級環流上升支與低空急流垂直環流的上升支相合并，與鋒面抬升作用相疊加，從而形成低層輻合，高層輻散的深厚的上升運動。高空急流的抽吸作用、高低空急流的耦合作用以及鋒面抬升作用，三者共同形成深厚強烈的上升運動，是此次強降水主要的動力抬升機制。

（3）干冷空氣隨時間從高層逐漸向低層延伸，表現為干冷空氣隨著下沉氣流向低層輸送，具有明顯的干侵入特征。

參考文獻

[1] 王遵婭，丁一匯.中國雨季的氣候學特征[J].大氣科學，2008，32（1）：1-13.

[2] 高守亭，陶詩言.高空急流加速與低層鋒生[J].大氣科學，1991，15（2）：11-22.

[3] 任麗，楊娃娃，唐熠，等.一次溫帶爆發性氣旋引發的大暴雪過程診斷分析[J].氣象與環境學報，2015，31（5）：45-52.

[4] 李兆慧，王東海，王建捷，等.一次暴雪過程的鋒生函數和急流—鋒面次級環流分析[J]. 高原氣象， 2011（6）： 1505-1515.

[5] 武威，顧佳佳.2013年“0801”豫中南地區強對流天氣過程中尺度特征及成因分析[J].氣象與環境學報，2015，31（5）： 16-24.

[6] 于玉斌，姚秀萍.對華北一次特大臺風暴雨過程的位渦診斷分析[J].高原氣象，2000，19（1）：111-120.

[7] Danielsen E F.Project Springfiekld Report[R].Defense Atomic Support Agency，Washington D C.20301，DASA 1517（NTIS AD-607980），1964.

[8] 鐘水新，王東海，張人禾，等.一次東北冷渦降水過程的結構特征與影響因子分析[J].高原氣象，2011，30（4）：951-960.

[9] 黃彬，陳濤，康志明，等.誘發渤海風暴潮的黃河氣旋動力學診斷和機制分析[J].高原氣象，2011，30（4）：901-912.

責任編輯：黃艷飛