高曉梅 馬守強(qiáng) 王令軍 閆鳳君 陳林祥

(1.濰坊市氣象局，山東 濰坊 261011;2.高密市氣象局，山東 高密 261500;3.諸城市氣象局，山東 諸城 262200）

暴雨特別是大暴雨是水資源的重要組成部分，也是引發(fā)自然災(zāi)害的主要天氣之一，它對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人民生命財(cái)產(chǎn)安全有重要的影響。暴雨的發(fā)生是由于不同尺度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，天氣尺度系統(tǒng)提供了有利的環(huán)流背景，中、小尺度系統(tǒng)的發(fā)展和加強(qiáng)觸發(fā)了強(qiáng)降水的發(fā)生［1－7］。趙宇等［8］對2003 年 4 月發(fā)生在山東的一次暴雨過程進(jìn)行了診斷分析，發(fā)現(xiàn)了氣旋和暴雨的發(fā)生發(fā)展及演變機(jī)制與物理量場的對應(yīng)關(guān)系。孫興池等［9］分析了山東一次區(qū)域性大暴雨，找出暴雨發(fā)生的機(jī)制與條件。張少林等［10］對2004年一次暴雨過程進(jìn)行分析研究，指出了暴雨與高能舌區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，對某一地區(qū)暴雨發(fā)生發(fā)展的規(guī)律和機(jī)理認(rèn)識(shí)仍有許多未解因素，因此加強(qiáng)對本地的暴雨研究有非常重要的意義。

2010年7月17日至20日，受高空西風(fēng)槽、低層切變線和地面氣旋共同影響，山東省出現(xiàn)了一次明顯的持續(xù)性強(qiáng)降水天氣過程，暴雨區(qū)主要集中出現(xiàn)在魯中－半島一帶。從17日晚上至20日，濰坊市出現(xiàn)了暴雨局部大暴雨天氣過程，全市過程平均降水量為65.4mm，有2個(gè)縣市降了大暴雨，其中安丘市12小時(shí)內(nèi)降水量達(dá)到104.8mm。此次暴雨過程分布不均，東部大西部小，而且此次暴雨過程分為兩個(gè)階段，第一階段為17日晚至18日，第二階段為19日下午至20日。本文就其大暴雨天氣過程特征及成因進(jìn)行診斷分析和研究，以期能對進(jìn)一步做好大暴雨預(yù)報(bào)提供重要的指示依據(jù)。

1 環(huán)流形勢分析

2010年7月17日20時(shí)500hPa圖(圖略）可以看出，西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，588線西伸到東經(jīng)110°N、29°E附近，山東位于584線附近，西風(fēng)帶北支槽在貝湖東部至河套一帶，另外在四川盆地有一南支槽，低層700hPa圖(圖略）與高空北支槽配合有一低槽，在四川西部有一低渦，850hPa圖(圖略）在河套以東山西至陜西一帶與四川東部分別存在著一條切變線。從低層風(fēng)場上來看，低空西南急流已經(jīng)建立起來，魯中地區(qū)正好處于高空北支槽前風(fēng)場輻合區(qū)內(nèi)。7月17日20時(shí)地面圖上(圖略）在山西的中北部對應(yīng)著850hPa切變線的區(qū)域生成一氣旋，17日23時(shí)(圖略），氣旋東移至山東中部，濰坊市位于氣旋附近，17日夜間濰坊市降水達(dá)到最大，至18日05時(shí)(圖略），氣旋逐漸減弱并東移至魯東南一帶，濰坊市降水逐漸減弱。18日08時(shí)(圖略），500hPa副熱帶高壓穩(wěn)定，北支槽東移北收，低層風(fēng)場大的輻合區(qū)已經(jīng)到達(dá)山東半島，地面圖上風(fēng)場切變也在半島一帶，強(qiáng)降水區(qū)暫時(shí)東移至半島。

7月19日08時(shí)500hPa圖(圖略）顯示副熱帶高壓西伸北抬，588線控制魯東南沿海至半島，在山西南部存在一低渦，配合著低層700hPa和850hPa在山東西部均有明顯的風(fēng)場輻合。并且從低層風(fēng)場上來看，低空西南急流已經(jīng)建立起來，急流頂端位于魯西，有利于魯西強(qiáng)降水的發(fā)生。19日08時(shí)地面圖(圖略）看出在河南中部生成一氣旋，并逐漸向東北方向移動(dòng)，魯西北處于倒槽頂部，19日上午強(qiáng)降水主要集中在魯西北。19日17時(shí)(圖略）氣旋位于山東、河北、河南三省交界，濰坊市地面風(fēng)場東南氣流逐漸加大，受其影響，19日下午濰坊市自西南開始降水。19日20時(shí)(圖略），副熱帶高壓減弱南落，山東省位于584線附近，低渦東移并減弱為低槽，槽線位于魯西北，850hPa風(fēng)場轉(zhuǎn)為東北氣流，低層風(fēng)場對魯西降水不太有利，地面圖上氣旋向東北方向移動(dòng)并減弱，但濰坊市仍然有明顯的切變線存在，降水持續(xù)。20日20時(shí)(圖略），高空轉(zhuǎn)為偏西氣流，低層風(fēng)場輻合主要在魯東南至半島，地面風(fēng)場也轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，魯東南至半島也存在明顯的風(fēng)場輻合，20日夜間降水主要集中在山東半島，濰坊市降水結(jié)束。

2 物理量場分析

2.1 水汽條件分析

要產(chǎn)生大暴雨，大氣中必須具備充分的水汽含量和充足的水汽供應(yīng)［11］。水汽通量表示單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的水汽量，它的水平分布能揭示暴雨的水汽來源及主要水汽通道［12］。從17日20時(shí)水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有一支明顯的水汽輸送帶，為來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流，西南－東北向的水汽通量值區(qū)從四川一直延伸至山東，暴雨區(qū)水汽通量值為 12 g·cm－1·hPa－1·s－1。700hPa與其類似。充沛的水汽自孟加拉灣輸送到濰坊地區(qū)，為第一階段的暴雨產(chǎn)生提供了有利條件。從19日20時(shí)水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有兩支水汽輸送帶，一支是來自東海的東南暖濕氣流。另一支則來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流，兩支水汽輸送帶把充沛的水汽輸送到濰坊地區(qū)，為第二階段濰坊的暴雨提供了條件。從19日20時(shí)各層水汽通量(圖略）來看，大值中心集中在600－850hPa之間，即來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流是此階段暴雨的最主要水汽輸送帶。由于這個(gè)水汽通量大值是向西北方向輸送，使濰坊上空的水汽通量不斷加大，為強(qiáng)暴雨提供了充沛的水汽。

水汽通量散度表示輸送來的水汽集中程度的物理量。水汽通量散度負(fù)值區(qū)為通量輻合，絕對數(shù)值越大，越有利于對流系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展和強(qiáng)降水的產(chǎn)生。從這次過程850hPa水汽通量散度與比濕的分布圖上(圖略）可以看出:水汽條件在對流層中下層比較充沛，17日20時(shí)，整個(gè)山東上空比濕都在16g/kg，說明山東上空水汽含量充足，同時(shí)除魯西北外，山東都處于水汽通量的輻合區(qū)，輻合中心較大區(qū)位于魯中南部及魯南。與此時(shí)段的強(qiáng)降水落區(qū)還是比較吻合的，濰坊南部出現(xiàn)強(qiáng)降水，其中安丘出現(xiàn)大暴雨，降水量達(dá)104.8mm。19日20時(shí)，比濕強(qiáng)度、水汽通量散度較17日20時(shí)，有所減弱，中心往東南移，強(qiáng)降水落區(qū)也由此往東往南移動(dòng)，濰坊強(qiáng)降水也主要位于東南部的高密，降水量64.8mm。

2.2 熱力條件和穩(wěn)定度分析

從此次降水過程850hPa相當(dāng)位溫分布圖(見圖1）可以看出，7月17日20時(shí)850hPaθe山東有一條近南北向的高能舌伸展到山東北部，與高溫高濕不穩(wěn)定區(qū)相對應(yīng)，中心達(dá)到348K，與副熱帶高壓西北側(cè)低空西南急流向北輸送的暖濕空氣相配合，極易釋放對流不穩(wěn)定能量造成強(qiáng)降水。19日20時(shí)，除魯西北地區(qū)外，山東大部地區(qū)處于大于340 K的高能區(qū)內(nèi)，在魯中形成一東北西南向的密集帶，并明顯南壓，在魯西形成了明顯的向南彎曲，表明冷空氣西北部侵入，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生對流性強(qiáng)降水，實(shí)況強(qiáng)降水產(chǎn)生在暖空氣一側(cè)。

圖12010年7月17日和19日850百帕相當(dāng)位溫分布圖(a）:17日20時(shí);(b）:19日20時(shí)(單位:K）

大氣層結(jié)穩(wěn)定度是由大氣溫度和濕度在鉛直方向上的分布情況所決定的［11］。夏季暴雨多是從積雨云里產(chǎn)生的，所以不但要有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和高溫、高濕條件外，還要有不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。K指數(shù)是一個(gè)反映大氣層結(jié)穩(wěn)定度和低層濕度條件的診斷量，K指數(shù)越大說明大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，產(chǎn)生降水的可能性越大。按照山東暴雨常規(guī)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)［12］:K指數(shù)大于35℃，具備產(chǎn)生暴雨的條件。17日20時(shí)(圖略），魯中南部、及魯南地區(qū)k指數(shù)均大于36℃，說明山東上空已經(jīng)具備產(chǎn)生暴雨的不穩(wěn)定層結(jié)條件，實(shí)況證明，此次暴雨落區(qū)跟k指數(shù)大值區(qū)相吻合。19日20時(shí)(圖略），除魯西地區(qū)外，山東上空k指數(shù)均大于36℃，魯中的西南部地區(qū)還出現(xiàn)大于40℃的大值中心，這與實(shí)況暴雨落區(qū)具有很好的對應(yīng)關(guān)系。

2.3 動(dòng)力條件分析

垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與維持是產(chǎn)生強(qiáng)降水的一個(gè)重要?jiǎng)恿l件。從高空各層的垂直速度圖可以看出，7月17日08時(shí)(圖略）濰坊地區(qū)上空500hPa及以下上升運(yùn)動(dòng)速度為正值，這種下沉運(yùn)動(dòng)有利于強(qiáng)降水發(fā)生前對流不穩(wěn)定層結(jié)能量的積累。從17日20時(shí)垂直速度圖上(圖略）可以看出，500hPa魯南是強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，700hPa魯南及魯中均處在上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)降水落區(qū)也正好位于此上升區(qū)域。濰坊西北部500hPa為下沉區(qū)，此時(shí)段濰坊西部僅有小雨量級的降水。7月19日20時(shí)500hPa垂直速度圖上(圖略），魯北地區(qū)出現(xiàn)中心為 －0.7hPa/s的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，700hPa上魯中出現(xiàn)了一條南北方向的垂直上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)，中心達(dá)－0.8hPa/s，為此時(shí)段該區(qū)域的暴雨產(chǎn)生提供了強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，濰坊正處在該區(qū)域內(nèi)。通過對此次過程垂直速度的分析可以看出，此次強(qiáng)降水過程發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)。

3 地面中小尺度系統(tǒng)分析

從地面自動(dòng)站資料圖可以看出，自7月17日20時(shí)(見圖2a）開始，地面自動(dòng)站逐時(shí)低壓中心的移動(dòng)路徑與大暴雨落區(qū)非常一致，即逐時(shí)風(fēng)場為暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)指標(biāo)。地面自動(dòng)站風(fēng)場(見圖2b）顯示，7月20日大的環(huán)境風(fēng)場為南風(fēng)，但濰坊西部及北部沿海有東北風(fēng)，表明地面有弱冷空氣入侵。20日14時(shí)開始濰坊附近出現(xiàn)東北風(fēng)，與東南風(fēng)構(gòu)成地面輻合線，這正與濰坊強(qiáng)降水相對應(yīng)，17－21時(shí)地面輻合線維持在招遠(yuǎn)半島一帶，強(qiáng)降水區(qū)東移，濰坊強(qiáng)降水結(jié)束。這說明地面輻合線與強(qiáng)降水落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系，是觸發(fā)不穩(wěn)定能量產(chǎn)生降雨的因子。從以上兩個(gè)降水階段的中尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應(yīng)著強(qiáng)降雨中心。因此分析地面自動(dòng)站風(fēng)場，可以清楚了解冷空氣入侵的時(shí)間、路徑、強(qiáng)度，地面低壓移過的路徑或地面輻合線的移動(dòng)情況，這對于短時(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。

4 雷達(dá)與衛(wèi)星云圖分析

濰坊本地強(qiáng)降水從7月17日下午開始，到晚上21時(shí)前后達(dá)到最強(qiáng)。7月17日19:07至22:46的雷達(dá)圖(圖略）可以看出，在濰坊南部安丘、高密、諸城附近上空有強(qiáng)回波，范圍逐漸增大，強(qiáng)度達(dá)到40dBZ并穩(wěn)定維持，這與17日晚上濰坊南部強(qiáng)降水區(qū)相對應(yīng)。19日晚上是濰坊的第二個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段。降水從下午開始增強(qiáng)，到晚上雨強(qiáng)達(dá)到最大。19日13:05青島雷達(dá)圖(圖略）顯示此時(shí)強(qiáng)降水回波自西向東移動(dòng)到濰坊。19日21:06濰坊雷達(dá)回波圖(圖略）顯示此時(shí)在濰坊北部有一強(qiáng)降水回波，南部有一較弱回波。對應(yīng)降水實(shí)況，此時(shí)濰坊北部昌邑降水量比較大。

圖2 2010年7月20日20時(shí)地面自動(dòng)站觀測圖

衛(wèi)星云圖能較細(xì)致地揭示對流云團(tuán)的發(fā)展演變。7月17日22時(shí)(圖略）山東中部及以東地區(qū)地區(qū)上空有對流云團(tuán)，而且發(fā)展較強(qiáng)，對應(yīng)地面圖上山東有強(qiáng)降水出現(xiàn)，此時(shí)在濰坊南部安丘、高密上空逐漸有強(qiáng)對流云團(tuán)生成，到18日凌晨，云團(tuán)迅速加強(qiáng)發(fā)展并向偏東方向移動(dòng)。這與濰坊強(qiáng)降水區(qū)對應(yīng)較好。19日20:32衛(wèi)星云圖(圖略）顯示強(qiáng)對流云帶呈南北向，而且發(fā)展強(qiáng)烈，自西向東緩慢移動(dòng)，到20日下午移出濰坊，強(qiáng)降水基本結(jié)束。

5 小結(jié)

(1）中緯度西風(fēng)槽為此次暴雨過程提供了良好的環(huán)境條件，低層切變線和地面氣旋是產(chǎn)生此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。

(2）低空西南急流為暴雨區(qū)提供了充足的水汽，低層風(fēng)場的輻合使大量水汽在濰坊上空輻合，并使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，造成了濰坊此次大暴雨過程的發(fā)生。

(3）濰坊大暴雨落區(qū)k指數(shù)均大于36℃，表明已經(jīng)具備產(chǎn)生暴雨的能量條件，即大暴雨落區(qū)跟k指數(shù)大值區(qū)相吻合。

(4）冷空氣從濰坊西北部侵入，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生對流性強(qiáng)降水，強(qiáng)降水產(chǎn)生在暖空氣一側(cè)。強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與強(qiáng)降水落區(qū)非常吻合。

(5）從此次強(qiáng)降水的地面中小尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應(yīng)著強(qiáng)降雨中心。因此分析地面自動(dòng)站風(fēng)場，對于短時(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。

［1］陶詩言等.中國之暴雨［M］.北京:科學(xué)出版社，1980:116－180.

［2］高守亭，趙思雄，周小平，等.次天氣尺度及中尺度暴雨系統(tǒng)研究進(jìn)展［J］.大氣科學(xué)，2003，27(4）:618 －627.

［3］東高紅，解以揚(yáng)，于莉莉.一次局地大暴雨的落區(qū)分析與預(yù)報(bào)［J］.氣象，2010，36(6）:50 －58.

［4］孫淑清，周玉淑.今年來我國暴雨中尺度動(dòng)力分析研究進(jìn)展［J］.大氣科學(xué)，2007，31(6）:1171 －1181.

［5］杜青文，任榮彩，康錫言，等.“96.8”河北特大暴雨地面中尺度系統(tǒng)分析［J］.氣象，1999，25(7）:25 －29.

［6］王川，壽紹文.一次青藏高原東側(cè)大暴雨過程的診斷分析［J］.氣象，2003，29(7）:7 －12.

［7］楊曉霞，萬豐，劉還珠，等.山東春秋季暴雨天氣的環(huán)流特征和形成機(jī)制初探［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17(2）:183.

［8］趙宇，張興強(qiáng)，楊曉霞.山東春季一次罕見暴雨天氣的濕位渦分析［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，27(6）:836 －843.

［9］孫興池，王建國，薛德強(qiáng)，等.2005年9月18日山東突發(fā)區(qū)域性暴雨過程分析［J］.氣象，2006，36(4）:595 －600.

［10］張少林，龔佃利，陳曉紅，等.熱帶氣旋遠(yuǎn)距離暴雨過程的診斷分析［J］.氣象，2006，32(4）:30 －33.

［11］朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法［M］.北京:氣象出版社，2000:320 －321.

［12］曹鋼鋒，張善君，朱官忠，等.山東天氣分析與預(yù)報(bào)［M］.北京:氣象出版社，1988:161－182.