華東地區(qū)一次春季暴雨過程診斷分析

王楠

（滄州市氣象局，河北 滄州 061001）

近些年，關(guān)于暴雨診斷分析方面的研究有許多。Rao等[1]研究發(fā)現(xiàn)，2010年7月中國北方一次暴雨過程中的低空西南急流提供了大量潛在不穩(wěn)定能量和豐富水汽。黃思先等[2]在分析2019年5月湖北東部一次大暴雨過程中發(fā)現(xiàn)，有西南向的水汽輸送通道并在暴雨區(qū)強烈輻合。趙 強等[3]指出，河套東北側(cè)弱干冷空氣與西南暖濕氣流在陜北形成假相當位溫密集帶，鋒生觸發(fā)陜北地區(qū)不穩(wěn)定能量釋放形成強降水。郭大梅等[4]分析了2016年西安高架雷暴天氣過程，指出高架雷暴發(fā)生是因為存在條件對稱不穩(wěn)定CSI。張芳華等[5]在一次冬季暴雨分析中指出CSI通常與鋒面暴雨有一定關(guān)聯(lián)。高珩洲[6]指出地形通過改變山地動力、水汽等物理量場從而影響暴雨的落區(qū)和強度。胡燕平等[7]對河北省兩次春季暴雨過程進行分析，發(fā)現(xiàn)兩次過程的水汽均集中在800 hPa以下,主要是低層和邊界層的水汽輻合，強的水汽輸送和水汽輻合對暴雨的產(chǎn)生有非常重要的貢獻。廖勝石等[8]對一次華南暴雨過程中的水汽輸送和熱量進行了研究，得出暴雨區(qū)的水汽主要發(fā)生在低層。

2019年4月8 —9日我國華東地區(qū)發(fā)生了一次暴雨天氣過程，最強累計降水出現(xiàn)在安徽中南部地區(qū)，最大24 h累計降雨量超過70 mm，給當?shù)貛硪欢ǖ膿p失。本文對此次春季暴雨特征和物理機制進行分析，以期提高這類暴雨預(yù)報準確率。

1 資料與方法

本文利用地面自動觀測站2019年4月9日8：00 至 10 日 8：00（北京時，下同）24 h 累計降水資料以及 4月 9日 2：00—20：00逐小時降水資料，NCEP/NCAR時間分辨率為6 h，水平分辨率為2.5°×2.5°的再分析格點資料，對此次強降雨過程特征以及強降雨發(fā)生機制進行多尺度分析。

2 降水實況與大尺度環(huán)流背景分析

從4月10日2：0024h累計降水分布（圖1）來看，華東多地出現(xiàn)暴雨天氣過程，其中安徽中南部降雨最強，安慶、銅陵出現(xiàn)大暴雨，累計雨量最大達到70 mm以上。4月9日凌晨暴雨過程從安徽北部開始，到9日10：00—14：00暴雨中心移至安徽中南部，其中安慶、銅陵雨強達到28 mm/h以上；隨后雨區(qū)移至安徽浙江交界山脈地帶，至20：00華東地區(qū)暴雨過程基本結(jié)束。

圖1 2019年 4月9日2：00至10日2：00 24 h累計降水量

從大尺度環(huán)流背景來看，暴雨期間500 hPa上在中高緯地區(qū)呈西高東低環(huán)流形勢。9日2：00 850 hPa上西南風急流為華東帶來大量暖濕空氣，黃淮地區(qū)西部氣旋式環(huán)流開始形成。8：00黃淮氣旋加強，西南急流也隨之加強延伸到江蘇，繼續(xù)向北輸送暖濕氣流，并與來自北方冷空氣交匯，對應(yīng)地面在安徽、湖北、江西地區(qū)有一條明顯冷鋒，鋒后暴雨天氣持續(xù)并加強。到9日14：00，黃淮氣旋減弱，急流前沿退居浙江南部，對應(yīng)在地面上冷鋒移動到安徽、江蘇以南，鋒面附近降水減弱。9日20：00，高空短波槽減弱，黃淮氣旋東移出海，華東地區(qū)暴雨基本結(jié)束。

3 水汽條件

本次降水過程有2條明顯水汽通道，一條受低空急流作用將南海北部水汽不斷向我國內(nèi)陸輸送；一條由低空急流將太平洋西部水汽沿副高外圍向內(nèi)陸輸送。9日8：00，安徽中部地區(qū)水汽通量最大，并有水汽通量輻合，為白天暴雨區(qū)降水提供充足水汽。到9日14：00，西南低空急流逐漸轉(zhuǎn)為西風氣流，2條水汽通道在安徽南部匯合，水汽通量輻合有利于安徽中南部暴雨中心降水的維持。隨著華東大部分地區(qū)暴雨發(fā)生，水汽被大量消耗，西南低空急流減弱，水汽條件逐漸轉(zhuǎn)差，暴雨過程基本結(jié)束。

4 動力條件

鋒面抬升可以為暴雨的發(fā)生和發(fā)展提供有利的動力條件。4月9日凌晨，925 hPa上冷暖空氣開始在安徽北部交匯，溫度梯度增大，有鋒面生成，上升運動加強，受鋒面抬升降水過程開始。隨著北方強冷空氣不斷南下，在安徽以及江蘇北部地區(qū)出現(xiàn)等位溫線密集帶，有利于暴雨維持。由圖2可知，在14：00 925 hPa上江蘇北部等位溫線變得稀疏，溫度梯度減小，鋒面過程減弱，此地區(qū)暴雨基本停止，等位溫線密集帶南移至安徽中南部附近，F(xiàn)1最大達到了 27 K/（100 km·h），鋒面抬升較強，有利于在安徽中南部的安慶、銅陵等地產(chǎn)生最強降水。14：00在北緯 30°～31°、東經(jīng) 116°～119°附近 F1小于 0，鋒消作用不利于暴雨發(fā)生發(fā)展，但此時安徽南部仍有暴雨發(fā)生，因而還要考慮地形抬升作用。

圖2 2019年4月9日14：00 925 hPa鋒生函數(shù)、風場和位溫在 20°～40°N、105°～125°E 上的分布

4月4日白天，低層西南急流受安徽南部黃山和九華山阻擋產(chǎn)生暴雨，因在迎風坡上升運動強烈，對流更加旺盛，使迎風坡降水強度整體比背風坡處降水強度大。隨后在浙江北部，以鋒消作用為主，因為西南急流前沿到天目山附近，受其抬升觸發(fā)了此處的暴雨。

5 不穩(wěn)定能量

此次過程中降水區(qū)CAPE值較小甚至為0，低層大氣表現(xiàn)為穩(wěn)定或中性層結(jié)，考慮這次暴雨發(fā)生可能是有條件對稱不穩(wěn)定（CSI）存在。參考Powell等[9]使用總風場來計算濕位渦（MPV），對不穩(wěn)定條件判斷方法如下：MPV＜0，且， 表明存在 CSI；MPV＞0 且，表明存在條件不穩(wěn)定（CI）；否則，既不存在CSI，又不存在CI。

在4月9日2：00和8：00，低空急流向華東地區(qū)輸送大量暖濕空氣，受北方強冷空氣抬升，在圖3（a）、（b）上925 hPa均存在大量CI，此階段的降水主要是鋒面抬升觸發(fā)低層CI，暖濕空氣傾斜爬升進入高層，引起了傾斜對流運動。9日14：00，隨著冷空氣不斷南下，在圖3（c）上可以看到CSI集中出現(xiàn)在北緯30°～31°、東經(jīng) 116°～120°附近。從圖4上可以看到，在200～300 hPa和850 hPa以下存在大量CSI，此時在北緯 30°～31°的 850 hPa以下等 θse線幾乎和等壓面垂直，近乎為0，大氣層結(jié)接近于中性，這有利于CSI的發(fā)生。結(jié)合前文動力條件分析可知，在北緯30°～31°附近為山地地形，地形迫使西南急流抬升觸發(fā)暴雨；由于低層也存在CSI，斜升氣流能更快地觸發(fā)CSI，有助于降水加強和持續(xù)，因而安徽中南部比安徽北部降水時間較長，降水量較大，在北緯30°～31°附近對應(yīng)著暴雨中心。到9日20：00，在圖3（d）可以看出，925 hPa有CSI在浙江北部大量分布，山地抬升導(dǎo)致不穩(wěn)定能量釋放，但因為此時水汽條件轉(zhuǎn)差，浙江北部降水相對較弱。

圖3 2019 年 4 月 9 日 2：00、8：00、14：00、20：00 CSI、CI和非 CSI/CI在 25°～40°N、105°～125°E 上的分布

圖4 2019 年 4 月 9 日 14：00 28°～33°N、117.25°E 飽和相當位溫和CSI垂直分布

6 結(jié)論

在天氣尺度上，此次強降雨過程受高空槽、低空急流、鋒面系統(tǒng)和黃淮氣旋的共同影響。高空槽引導(dǎo)北方冷空氣南下，在對流層低層形成鋒面系統(tǒng)，加上槽前近地面黃淮氣旋不斷發(fā)展，形成江淮氣旋活動背景下的一次暴雨過程。

西南低空急流將南海北部和太平洋西部的大量水汽向北輸送至長江中下游地區(qū)，并在鋒生附近產(chǎn)生明顯水汽輻合，為強降雨過程提供有利的水汽條件。

這次華東平原地區(qū)暴雨發(fā)生主要與鋒面抬升導(dǎo)致條件不穩(wěn)定和條件對稱不穩(wěn)定能量的釋放有關(guān)；而在安徽南部黃山、太行山脈、浙江北部天目山附近山地地區(qū)，地形強迫使西南急流抬升觸發(fā)強降雨。