2021年6月底福州地區一次強降水天氣過程及成因分析

摘 要：利用地面觀測資料、NCEP再分析資料、常規觀測資料等，對2021年6月28—7月1日出現在福州地區的強降水天氣過程成因進行分析。結果表明：此次強降水天氣是在北方有利于引導弱冷空氣南下的環流形勢和副熱帶高壓減弱東退及加強西伸北抬的背景條件下，低空西南急流加強北抬、高空槽與中低層低渦切變線共同配合造成的；地形強迫抬升作用直接增大了降水強度，形成了暴雨和大暴雨天氣；高層輻散、低層輻合的配置對抽吸效應的出現較為有利，還加快了對流的發展，為福州強降水的出現提供了動力條件，且925 hPa處的散度輻合區與強降水落區有良好的對應關系；孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區強降水天氣的出現提供了充足的水汽供應。

關鍵詞：強降水；環流形勢；物理量場；福州地區

中圖分類號：P458.121 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

強降水是我國較為常見的災害性天氣之一，持續性強降水天氣的出現極易引發洪水、泥石流等自然災害，尤其是城市內持續性的強降水天氣會導致人員傷亡、交通癱瘓。強降水的出現大都是中尺度天氣系統造成的，發生時往往伴隨著雷電、狂風等自然現象，對人民生命財產安全的危害較大，還嚴重威脅著國民生產建設的順利開展[1]。同時，在全球范圍內，極端降水事件出現次數不斷增多[2-3]。由于我國地形條件復雜、國土面積遼闊，因強降水天氣造成的災害損失經常出現。福州地區每年都有不同程度的降水天氣出現，極易引發洪澇災害，進而造成房屋受損，交通癱瘓，損失巨大。因此，準確預報福州地區強降水天氣過程顯得十分重要，有利于災前防御的準備工作。

當前，國內外針對強降水天氣的分析研究相對較多，而大部分的研究主要是針對某地區、某時間發生的一次或多次暴雨天氣過程個例進行分析。通過相關氣象資料數據，有利于詳細探究暴雨發生過程的低層及高層環流形勢、動力結構、水汽條件、不穩定能量等，找出強降水天氣過程特征，為當地強降水天氣預報提供理論參考依據[4-5]。

例如，有學者對普洱市2016年5月22—23日強降雨天氣過程診斷分析，發現此次強降雨主要受孟加拉灣低壓及冷空氣影響，MJO活動中心處于“濕窗口”時，孟加拉灣風暴“加納”增強朝著東北方向移動，700 hPa低空急流及四川、云南切變線南下成為強降雨天氣過程較好的動力條件；梁依玲等[6]對2021年5月16—20日發生在廣西北部和中部的一次較強暴雨過程的特征和預報偏差進行分析，發現此次暴雨過程是由500 hPa多波動、低層切變線和地面冷空氣共同影響造成的，地面冷空氣移動速度是影響暴雨強度、雨帶位置的重要因素；陳艷真等[7]分析了2016年4月23 日福建省暴雨過程成因，發現西南低空急流和超低空急流是此次暴雨的主要影響系統，暴雨主要位于超低空急流左前側的輻合區內和地面層輻合線附近。因此，以2021年6月28—7月1日福州地區出現的強降水天氣過程為例，分析了強降水天氣出現時的環流形勢、物理量場等，旨在提高福州地區強降水天氣預報準確率，為日后同類型降水天氣預報預警和氣象服務提供參考。

1 研究區概況與資料來源

福州市簡稱“榕”，別稱是榕城，古稱閩都，福建省地級市、省會，地處福建省東部、閩江下游及沿海地區，介于25°15′～26°39′N、118°08′～120°31′E之間，東臨我國臺灣海峽，西靠三明市、南平市，南鄰莆田市，北接寧德市，全市總面積11 968 km2。地貌屬典型的河口盆地，以山地丘陵為主，屬典型的亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，四季常青。福州市歷史悠久，文化底蘊深厚，建城已經有2 200余年歷史。

強降水是福州雨季較為常見的災害性天氣，對其進行研究和預報顯得十分重要。強降水天氣在對當地氣象、水文和生態環境產生影響的同時，還可以作用于當地社會經濟方面。因此，分析福州地區強降水天氣過程成因，對預防和應對自然災害、確保人們生命財產安全等均具有十分重要的現實意義。

為了更好地理解和預測強降水天氣過程，選用福州地區降水實況資料和NCEP全球再分析資料，對強降水天氣的形成機制和影響因素進行更準確的描述和解釋，為相關部門日常決策提供科學依據。

2 天氣實況

受高空槽和低層切變的影響，2021年6月29日午后至傍晚全市出現大雨到暴雨，晉安區局部大暴雨。

統計29日12：00～20：00累計雨量，全市有10個縣（市）區42個鄉鎮（街道）超50 mm，以晉安區茶園街道106.2 mm為最大；最大小時雨強70.5 mm，出現在羅源西蘭鄉（16：00～17：00）。福州市氣象臺2021年06月29日14：01發布暴雨橙色預警信號：未來3 h，福州市區和高新區的部分鄉（鎮、街）降雨量將達30～50 mm，局部超過50 mm。除長樂外，其余市縣均已發布暴雨橙色預警信號。此次天氣過程降水強度大，強降水天氣主要集中在午后至夜間，影響范圍較大，對當地交通運輸、農業等產生均造成不同程度的影響。

3 環流形勢

3.1 環流背景

結合強降水天氣出現期間500 hPa環流形勢，亞洲中高緯度地區的雙阻形勢穩定維持，高壓脊幾乎控制烏拉爾山和亞洲東北部地區，西伯利亞至蒙古國是低渦冷槽，槽底有短波槽分裂東移南壓，引導弱冷空氣從河套或華北地區擴散南下的大尺度環流形勢持續維持，進而引發持續性降水天氣。中低緯度地區的副熱帶高壓先東退后西伸北抬，28日588 dagpm等值線從華南地區東退到菲律賓西部洋面上，高空槽逐漸影響福建省；29日副熱帶高壓西伸北抬，588 dagpm等值線伸展至華南沿海，高空槽向東移動受到阻礙，并在福建省滯留擺動，進而引發全省大范圍降水；7月1日副熱帶高壓西伸北抬，短波槽東移影響福州地區，降水仍持續。

3.2 影響系統

2021年6月28日08：00，在強降雨天氣出現過程中，有高空槽東移影響福建省，中低空處的切變線仍舊維持，夜間有弱冷空氣從河套或華北地區補充南下；700 hPa切變線位于貴州省中部，850 hPa“144線”與700 hPa“308線”位于武夷山以北，而850 hPa處的切變線呈現出“人”字形分布。貴州省北部850 hPa存在低渦，同時與重慶相交的東部切線則出現在長江流域，貴州中部則是南段切線與700 hPa切變疊加，冷空氣強度偏弱出現在暖區內。

在暴雨天氣出現期間，福州地區上空有負變溫，切變線南部江西贛州與福州存在西南風急流，風速超過12 m/s，福建南平以北位于急流左側出口區，福州地區以西南風為主，風速在8.0 m/s，正渦度主要分布在低空急流左側出口，而來自南方的大量水汽在暖平流的作用下不斷朝著福州地區輸送；江西與浙江交界處分布有地面輻合線（圖1）。在500 hPa引導氣流的作用下，地面輻合線直接觸發了對流云，減弱了對流云活動強度；28日07：00～17：00，有對流云團出現在江西上饒南部地區，隨著時間的推移，從西北方向不斷發展至東南地區，同時沿著武夷山脈轉移，而受到地形強迫抬升的影響，福州地區的降水強度增大，全市出現了不同程度的暴雨和大暴雨天氣。

4 物理量場診斷

4.1 動力條件

垂直速度是天氣分析和預報中使用頻率較高的物理量，大氣中的凝結和降水過程與上升運動之間的關系較為密切。在垂直運動的作用下，水汽、熱量、動量及渦度均會垂直輸送，直接影響后續天氣系統的發生與發展。通過分析2021年6月28日08：00垂直速度場，降水落區直接對應垂直速度大值區。福州地區500 hPa

高度以下，有較強的垂直上升運動，且以負值為主，而西南地區存在低渦大值區，從西向東轉；200 hPa高度處有明顯的分流輻散，且垂直上升速度主要為正值；850 hPa高度處存在西南急流，且上升運動強度加大，有利于低空處的水汽和熱量輸送至高空處，為水汽凝結作用和能量的轉換提供了有利條件，促進了暴雨天氣的發生與發展。此外，結合歐洲中心模式對流參數，在福州北部地區存在最強上升速度，且垂直速度大值區同暴雨落區之間有良好的對應關系。

散度是對速度場輻合及輻散強度進行衡量的物理量。結合2021年6月29日14：00 925 hPa散度場，在福州中北部地區存在水汽輻合中心，中心數值達到100×10-5/s，除福州西南和東南小部分地區外，全市其他區域均表現為寬廣的水汽輻合區，且強度較大；而在500 hPa高度處，福州西北部的閩清一帶則存在最強輻散中心。通過分析整層散度場，500 hPa高度以上主要是輻散區，以下則表現為深厚的輻合層，這種高層輻散、低層輻合的配置有利于抽吸效應的出現，同時加快了對流發展，為降水提供了良好的動力條件，促進了福州地區強降水天氣出現，且925 hPa超低空處存在散度輻合區，與強降水落區有良好的對應關系。

4.2 熱力條件

2021年6月26日08：00，強降水天氣還未出現前，

江南到華南以北的K指數均較大，福建東部的K指數則在38 ℃以上，有大量不穩定能量堆積。6月28日08：00 700 hPa高度以下，隨著高度的增加，風向呈現出順時針旋轉，以暖濕氣流為主，還有深厚的濕層存在；在700 hPa高度以上，隨著高度的升高，風向以逆時針方向旋轉，高、低層分別是冷平流、暖平流，溫度下降幅度在21.9 ℃左右，沙氏指數為-1.6 ℃，K指數為41.3 ℃。從這些指標看出大氣層結極不穩定，對強降水天氣的形成較為有利。

對降水落區的垂直位溫進行分析發現，左側是位溫線所在位置，假相當位溫值超過70 ℃，右側分別有假相當位溫與飽和假相當位溫，3條線的“喇叭口”狀分布明顯；對流層頂部存在超低溫，700～500 hPa高度處疊加有假相當位溫與飽和假相當位溫；400 hPa高度以下存在不穩定能量，表現為西南風，主要是旋轉輻合；400 hPa高度以上的不穩定能量隨著高度的升高而減少，存在偏北風，且以輻散為主，低層暖平流與高層冷平流的這種配置，說明大氣層結極不穩定，再加上垂直風切變的強度較大，加快了強降水天氣的出現。

4.3 水汽條件

充足的水汽供應是強降水天氣出現的首要條件。在強降水天氣出現期間（圖2），不同對流層整層比濕場走向與低空急流保持一致，而孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區強降水天氣的出現提供了充足的水汽供應。通過對850 hPa高度處的比濕場進行分析發現，在福建西北部一帶存在比濕中心，對應的比濕數值在14.0～16.0 g/kg之間，良好的水汽條件對強降水天氣的發生與發展有推動作用。

4.4 中尺度分析

通過對福州地區2021年6月29日強降水天氣過程系統配置進行分析發現，500 hPa與850 hPa高度處，福建省西北部存在顯著的流線，而福州地區恰好位于流線南側的濕區。此外，福州中北部上空的上升速度與比濕中心明顯，且上升速度與比濕大值區均與暴雨落區有很好的對應關系。

5 結論

（1）此次強降水天氣是在北方有利于引導弱冷空氣南下的環流形勢和副熱帶高壓減弱東退及加強西伸北抬的背景條件下，低空西南急流加強北抬、高空槽與中低層低渦切變線共同配合造成的。

（2）地形強迫抬升作用直接增大了降水強度，形成了暴雨和大暴雨天氣。

（3）高層輻散、低層輻合的配置有利于抽吸效應的出現，還加快了對流的發展，為福州強降水的出現提供了動力條件，且925 hPa處的散度輻合區與強降水落區有很好的對應關系。

（4）孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區強降水天氣的出現提供了充足的水汽供應。

參考文獻

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