祝維聰 閔錦忠 王黎娟 沈菲菲

(南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 210044)

引 言

我國江淮流域處于季風(fēng)區(qū)[1]，夏季降水頻率高、強(qiáng)度大、受各類因素影響較多。夏初時(shí)節(jié)在湖北宜昌以東28°～35°N之間的江淮流域會(huì)出現(xiàn)連陰雨天氣，降水量很大，稱為“梅雨”[2]。梅雨期間，天氣系統(tǒng)較為復(fù)雜，各年暴雨形成原因也不盡相同，因此深入探究其發(fā)生發(fā)展機(jī)制對(duì)于提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、減輕災(zāi)害等方面具有重要意義。

目前國內(nèi)外對(duì)于江淮地區(qū)梅雨期間強(qiáng)降水過程的研究已取得一系列成果。從大尺度環(huán)流背景的角度，陶詩言等[3]深入分析了梅雨與亞洲上空大尺度環(huán)流變化在氣候上的關(guān)聯(lián)，認(rèn)為亞洲高空西風(fēng)急流的季節(jié)變化與梅雨期的開始和結(jié)束具有密不可分的聯(lián)系。孫建華等[4]對(duì)1998、2001年夏季6—7月環(huán)流和降水進(jìn)行深入分析，提出1998年中高緯度雙阻形勢有利于冷空氣南下，對(duì)“二度梅”的形成有重要作用；東亞沿岸大槽的產(chǎn)生和西風(fēng)急流的遷移，對(duì)“二度梅”副高在短時(shí)間的南壓發(fā)揮了巨大的作用，它們都能夠充當(dāng)“二度梅”發(fā)生的重要預(yù)報(bào)因子。金榮花等[5]對(duì)2007年梅汛期異常降水的大尺度環(huán)流成因分析展開深入研究，結(jié)果表明，阻塞高壓的頻繁出現(xiàn)和副帶季風(fēng)涌的異常強(qiáng)盛為梅雨鋒維持和加強(qiáng)提供了非常理想的條件。YUAN， et al[6]提出，梅雨降水所對(duì)應(yīng)的時(shí)空分布很大程度上表現(xiàn)出分散的特點(diǎn)，而且具有雙峰結(jié)構(gòu)的特性，梅雨期降水非常充足，暴雨出現(xiàn)的頻率達(dá)到較高的水平，中尺度系統(tǒng)通常會(huì)導(dǎo)致比較典型的強(qiáng)降水。范藝媛[7]通過場相似法對(duì)極端強(qiáng)降水雨型進(jìn)行了有效的擴(kuò)展，進(jìn)而構(gòu)建強(qiáng)降水分型模型庫，所有分型強(qiáng)降水的分布狀況都與極端雨型對(duì)應(yīng)的空間分布非常相近。

從中小尺度系統(tǒng)影響的角度，Hoecker[8]發(fā)現(xiàn)低空急流呈現(xiàn)出非常顯著的日變化特征：在該地區(qū)清晨風(fēng)速提升到極限值，主要凸顯出“超地轉(zhuǎn)”的特點(diǎn)；日出后風(fēng)速不斷減小，而且其結(jié)構(gòu)愈加難以明晰，在白天主要體現(xiàn)出“次地轉(zhuǎn)”的特點(diǎn)；而接近入夜時(shí)，其再一次組織變強(qiáng)。孫淑清等[9]研究指出，低空急流通過風(fēng)場的強(qiáng)烈非地轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生中尺度波動(dòng)，觸發(fā)流場中中尺度天氣系統(tǒng)的變化從而導(dǎo)致暴雨的產(chǎn)生。丁一匯[10]提出低空急流與梅雨鋒暴雨的形成具有諸多關(guān)聯(lián)之處。許小峰等[11]結(jié)合相關(guān)實(shí)例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)低空急流的產(chǎn)生是導(dǎo)致暴雨的關(guān)鍵要素。馬旭林等[12]利用WRF模式模擬分析發(fā)現(xiàn)，傾斜垂直渦度的發(fā)展是造成低空渦旋生成和發(fā)展的動(dòng)力機(jī)制，充足的濕有效能量和凝結(jié)潛熱的釋放為本次大降水過程提供了物質(zhì)條件。王歡等[13]利用非靜力中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式MM5對(duì)2003年一次江淮梅雨鋒暴雨進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，對(duì)稱不穩(wěn)定可能是構(gòu)成中尺度系統(tǒng)的重要機(jī)制，而針對(duì)弱對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)來講，濕位渦的斜壓項(xiàng)發(fā)揮了最為核心的作用。李敏等[14]利用WRF模式對(duì)梅雨鋒暴雨進(jìn)行數(shù)值模擬與診斷分析，發(fā)現(xiàn)除了對(duì)流不穩(wěn)定能量的發(fā)展以外，傾斜位渦的發(fā)展也很重要。沈新勇等[15]研究表明，凝結(jié)加熱作用很大程度上促進(jìn)了低層入流、高層出流的垂直結(jié)構(gòu)，而且它與間接垂直反環(huán)流具有非常緊密的聯(lián)系，在加快高空動(dòng)能下傳的同時(shí)，使系統(tǒng)前方對(duì)流不穩(wěn)定性增加，新的對(duì)流單體易于觸發(fā)。張舒陽等[16]則通過水汽及凝結(jié)潛熱的診斷分析表明，高空槽的抽吸作用與潛熱反饋的配合表現(xiàn)在向中層輸送水汽及向高層輸送熱量。

在梅雨期間有較強(qiáng)代表性的暴雨過程中，用于機(jī)理研究的個(gè)例仍停留在數(shù)年前，隨著時(shí)間的推移，中尺度系統(tǒng)在氣候響應(yīng)之下也發(fā)生了一定變化，近年來觀測資料更加精細(xì)化，模式準(zhǔn)確度也不斷提升，針對(duì)近兩年江淮暴雨的數(shù)值模擬及診斷分析或能探索出其不同的特征。本文即以上述原因，深入探究2018年7月5日江淮地區(qū)一次迅猛暴雨過程中系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

1 實(shí)況分析

1.1 降水實(shí)況

本次江淮暴雨為江蘇2018年入梅之后的最強(qiáng)降水，長江西部地區(qū)和淮河流域地區(qū)量級(jí)較大，一部分地區(qū)出現(xiàn)了雷暴天氣。7月5日00時(shí)至6日00時(shí)(世界時(shí)，下同)，南京、常州、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、宿遷、淮安、鹽城、連云港等地區(qū)的55個(gè)縣(市、區(qū))的588個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計(jì)雨量超過50 mm，其中218個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過100 mm，占總站數(shù)的17%，最大為258.1 mm(儀征馬集)，達(dá)特大暴雨量級(jí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)76.2 mm(浦口頂山街道，5日10—11時(shí))。

利用中國自動(dòng)站與CMORPH融合的逐時(shí)降水量0.1°網(wǎng)格數(shù)據(jù)集進(jìn)行降水量觀測值統(tǒng)計(jì)，圖1a—c分別給出了華東中部地區(qū)2018年7月4日18時(shí)—5日00時(shí)、5日00—06時(shí)以及5日06—12時(shí)的6 h累計(jì)降水量分布。7月4日18時(shí)—5日00時(shí)雨帶主要呈東西帶狀，極值中心出現(xiàn)在河南南部和安徽江蘇北部。隨著時(shí)間的推移，降水極值中心逐漸向東南方向移動(dòng)，5日00—06時(shí)出現(xiàn)在江蘇省北部的宿遷市附近和江蘇省西部的南京市附近，中心值最大達(dá)100 mm以上。

圖1 2018年7月華東中部地區(qū)小時(shí)累計(jì)降水量(單位：mm)：(a)4日18時(shí)—5日00時(shí)；(b)5日00—06時(shí)；(c)5日06—12時(shí)；(d)4日12時(shí)—5日12時(shí)

1.2 雷達(dá)回波實(shí)況

由圖2可知，7月4日22時(shí)開始，南京與安徽交界地帶之間產(chǎn)生對(duì)流單體，一直到5日00時(shí)，對(duì)流單體逐漸東移并緩慢發(fā)展。自5日00時(shí)開始，A處對(duì)流單體移動(dòng)至蘇皖交界中部并逐漸連接形呈線狀，B處對(duì)流單體連接成片，強(qiáng)度較強(qiáng)。00時(shí)42分開始，兩處對(duì)流帶均東移至江蘇境內(nèi)，中心強(qiáng)度均達(dá)55 dBZ以上。隨著時(shí)間的推移，B處塊狀回波移至鎮(zhèn)江、常州一帶，強(qiáng)度逐漸減弱，并于5日02時(shí)開始分散為多個(gè)對(duì)流單體，03時(shí)基本消散為大范圍的團(tuán)狀對(duì)流；而A處該條強(qiáng)線狀回波則繼續(xù)發(fā)展增強(qiáng)，5日01—03時(shí)為A處線狀中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)強(qiáng)盛時(shí)期，04時(shí)后，B處強(qiáng)回波帶獨(dú)立成對(duì)流單體后在向東移動(dòng)過程中，再次連接為線狀回波。整體來看，本次強(qiáng)降水過程中，對(duì)流系統(tǒng)生命史約為7 h。

圖2 華東地區(qū)雷達(dá)回波實(shí)況(單位：dBZ)：(a)4日23時(shí)；(b)5日00時(shí)；(c)5日01時(shí)；(d)5日02時(shí)；(e)5日03時(shí)；(f)5日04時(shí)

1.3 天氣形勢分析

2018年，梅雨期出現(xiàn)的時(shí)間具有滯后性，梅雨期的時(shí)間大概減少了10 d，梅雨量在一定程度上降低，強(qiáng)降水中心分散，雨帶位置不穩(wěn)定。2018年7月上旬歐亞中高緯地區(qū)環(huán)流型為多波型，諸多區(qū)域產(chǎn)生了典型的低壓槽，其中比較具有代表性的包括歐洲東部、鄂霍茨克海等，遠(yuǎn)東一帶存在阻塞高壓。另外，我國中緯度地區(qū)環(huán)流從整體而言表現(xiàn)出平直的特點(diǎn)，而且存在西高東低的態(tài)勢。在我國南方，副高主要表現(xiàn)為帶狀分布，主體位于西太平洋洋面上，北界位于35°N附近。在低空急流和江淮氣旋的影響下，我國中東部出現(xiàn)較強(qiáng)的降水過程。從環(huán)流形勢上分析，本次過程中，大尺度背景為江淮地區(qū)的暴雨提供了有利的發(fā)生發(fā)展條件。環(huán)流形勢分析數(shù)據(jù)采用水平分辨率為0.25°×0.25°的NCEP每6 h一次的GFS(Global Forecasting System)分析場資料。由圖3可以看到，兩槽一脊的環(huán)流型較為明顯，南支槽不斷發(fā)展提供滲透南下的冷空氣，與副高外圍西南暖濕氣流的水汽輸送配合，帶來持續(xù)性強(qiáng)降水過程。低層輻合、高層輻散，不穩(wěn)定能量的積聚及水汽輸送等因素為此次暴雨提供了有利的動(dòng)力、熱力條件(圖略)。

圖3 7月4日18時(shí)(a)和5日06時(shí)(b)500 hPa風(fēng)場、位勢高度場(黑線；單位：gpm)、溫度場(紅線；單位：℃)及相對(duì)濕度(陰影；單位：%)

2 數(shù)值模擬

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

利用WRFv4.0模式對(duì)2018年7月5日的江淮暴雨進(jìn)行數(shù)值模擬。采用水平分辨率為0.25°×0.25°的NCEP每6 h一次的GFS分析場資料作為背景場，并應(yīng)用ARW非靜力平衡動(dòng)力框架。采用雙重雙向嵌套方案，從2018年7月4日12時(shí)至5日12時(shí)共積分24 h，選取(35°N，110°E)為模式積分區(qū)域中心，粗網(wǎng)格格距為9 km，水平格點(diǎn)數(shù)為697×646；細(xì)網(wǎng)格格距為3 km，水平格點(diǎn)數(shù)為878×661；垂直方向?yàn)?2層，模式層頂高為50 hPa。內(nèi)外兩層選用同樣的參數(shù)化方案(細(xì)網(wǎng)格不采用積云對(duì)流參數(shù)化方案)，具體方案為：微物理過程方案采用WSM6方案[17]、長波輻射方案采用Rapid Radiative Transfer Model(RRTM)方案、短波輻射方案采用Dudhia方案、近地面層采用Monin-Obukhov方案、陸面過程方案采用Noah陸面模式方案、邊界層方案采用Yousei University(YSU)方案[18]。

2.2 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

將實(shí)況和細(xì)網(wǎng)格模擬的24 h累計(jì)降水量進(jìn)行對(duì)比，以檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果。圖4a、b分別為7月4日12時(shí)—5日12時(shí)實(shí)況及模擬的24 h累計(jì)降水量。可以看到，實(shí)況雨帶與模擬的累積降水分布總體均呈東—西走向，模擬的降水范圍略小于實(shí)況，但是二者的降水極值相當(dāng)。模擬的24 h最大降水中心較實(shí)況偏北0.5個(gè)緯度，雨量大于100 mm的強(qiáng)降水區(qū)范圍相當(dāng)；降水次值中心較實(shí)況略偏西1個(gè)經(jīng)度，雨量大于100 mm的強(qiáng)降水區(qū)范圍略小。由對(duì)比可以看出，模擬結(jié)果總體上反映出了降水的強(qiáng)度和雨帶的走向，并較為成功地還原此次江淮暴雨的降水過程，模擬效果理想，因此可以用來分析其發(fā)生發(fā)展過程。本文將利用模式細(xì)網(wǎng)格的輸出資料，對(duì)本次江淮暴雨進(jìn)行診斷分析，以探究其發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

圖4 7月4日12時(shí)—5日12時(shí)24 h累計(jì)降水量(單位：mm)：(a)實(shí)況；(b)WRFv4.0模式細(xì)網(wǎng)格模擬

3 模擬結(jié)果診斷分析

3.1 高低空急流

圖5a顯示由7月5日00時(shí)的850 hPa流場反映出對(duì)流層低層中利于暴雨過程發(fā)生發(fā)展的因素。廣西省東部至安徽中西部存在較強(qiáng)低空急流，最大風(fēng)速超過18 m·s-1，將孟加拉灣暖濕氣流源源不斷地往華東地區(qū)輸送，為此次江淮地區(qū)降水過程提供必要的熱力與水汽條件。陰影區(qū)域?yàn)轱L(fēng)速大于8 m·s-1的區(qū)域，5日00時(shí)，江淮地區(qū)低層有一東北—西南走向的低空急流，中心最大風(fēng)速達(dá)16 m·s-1，急流軸大風(fēng)核位于安徽地區(qū)。此時(shí)強(qiáng)烈的江淮切變加深發(fā)展，對(duì)應(yīng)地面颮線系統(tǒng)初具雛形，降水開始增強(qiáng)。圖5b則通過200 hPa風(fēng)場反映高空急流的輻散作用，南亞高壓東移至長江流域上空，7月4日18時(shí)東探至120°E(圖略)，隨后有所西移，但在強(qiáng)降水過程中始終保持比較穩(wěn)定的位置。4日00時(shí)至5日06時(shí)，35°～46°N區(qū)域內(nèi)存在一條西北—東南走向的高空急流帶，急流核逐漸東移至河北境內(nèi)(圖略)，江淮地區(qū)位于高空急流入口區(qū)的右后方，后隨高空急流東移出海，降水逐漸減弱。高低空急流的耦合，為本次降水過程提供了有利的上升運(yùn)動(dòng)和水汽條件。

圖5 7月5日00時(shí)850 hPa(a)、200 hPa(b)風(fēng)場(風(fēng)桿一節(jié)為4 m·s-1)、溫度場(紅色虛線；單位：℃)及急流區(qū)(陰影；單位：m·s-1)

3.2 水汽條件

通過前文分析可知，本次降水過程中，西南暖濕氣流對(duì)江淮地區(qū)的水汽輸送為強(qiáng)降水提供了充足的水汽，從850 hPa的相對(duì)濕度分布(圖6)看，濕舌位于豫南—皖北一線，河南南部與安徽北部均處于相對(duì)濕度大于90%的濕區(qū)，低層顯著濕區(qū)隨時(shí)間東探，水汽條件豐沛，有利于降水加強(qiáng)。

圖6 7月4日(a)12時(shí)和(b)18時(shí)850 hPa相對(duì)濕度分布(單位：%)

對(duì)流系統(tǒng)下暴雨的維持需要水汽的持續(xù)供應(yīng)，水汽通量可以較好表征層結(jié)中水汽的輸送與匯聚情況。由圖7b可以看出，5日00時(shí)，850 hPa水汽通量大值帶呈西南—東北走向，東側(cè)大值中心位于安徽西部，700 hPa(圖7a)下大值中心隨高度向東北探，極值大于20×g·s-1·cm-1·hPa-1，水汽在西南風(fēng)引導(dǎo)下向暴雨落區(qū)輸送。

圖7 7月5日00時(shí)700 hPa(a)、850 hPa(b)高度的水汽通量(陰影；單位：g·s-1·cm-1·hPa-1)以及4日18時(shí)(c)和5日00時(shí)(d)850 hPa高度水汽通量散度(陰影；單位：10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1)

水汽通量的數(shù)值與方向只能表征暴雨過程中的水汽來源、水汽輸送和部分天氣系統(tǒng)間的關(guān)系，而暴雨具體落區(qū)和雨量等級(jí)則與水汽通量散度的關(guān)系更為密切。區(qū)域內(nèi)水汽通量散度僅由該區(qū)域周界上的水汽通量所決定，與區(qū)域內(nèi)的水汽通量無關(guān)，如果水汽通量散度為正，則表明有水汽流失，水汽通量散度為負(fù)則表明有水汽集聚[19]。如圖7c所示，4日18時(shí)，水汽通量輻合大值區(qū)位于安徽北部一帶，西南地區(qū)存在多個(gè)水汽通量輻合中心，強(qiáng)度達(dá)到-18×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1。5日00時(shí)(圖7d)，水汽通量輻合區(qū)東移，急流帶也延伸至蘇皖交界處，有利于強(qiáng)降水維持，是5日00時(shí)前后暴雨落區(qū)位于江蘇北部靠近安徽一帶的原因。

3.3 動(dòng)力條件

除了充沛的水汽，暴雨的形成和維持還需要?jiǎng)恿μ蛩兀瑴u度與散度能有效表征動(dòng)力抬升條件。7月5日00時(shí)由渦度沿118°E的垂直剖面(圖8a)可知，渦度沿高度分布主要呈低層正渦度、高層負(fù)渦度，在32°～33°N之間，存在一深厚的正渦管。

4日18時(shí)暴雨落區(qū)上空呈低層輻合高層輻散的態(tài)勢，但整體強(qiáng)度較弱(圖略)。5日00時(shí)，降水增強(qiáng)，由散度沿118°E的垂直剖面(圖8b)可以看出，在對(duì)流區(qū)，32°～33°N之間存在強(qiáng)烈輻散，沿對(duì)流層中層斜升至對(duì)流層高層，輻散中心位于300～400 hPa(8～10 km高度)處，輻散區(qū)兩側(cè)存在補(bǔ)償輻合，輻合輻散強(qiáng)度均達(dá)50×10-5s-1。加之暴雨區(qū)整層的正渦管，會(huì)產(chǎn)生伸展至對(duì)流層頂?shù)膹?qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)颮線系統(tǒng)的強(qiáng)降水及落區(qū)的發(fā)生發(fā)展提供有利的動(dòng)力條件。

圖8 7月5日00時(shí)渦度(a)和散度(b)沿118°E的垂直剖面(單位：10-5s-1)

3.4 熱力條件

假相當(dāng)位溫可以綜合表征大氣溫度和濕度的情況，對(duì)氣團(tuán)性質(zhì)的判定有指示作用，且在確定鋒面位置、討論能量發(fā)展方面有重要意義，可視為診斷分析暴雨過程的熱力條件。由圖9a可以看出，5日00時(shí)，850 hPa下蘇皖與山東的交界地帶存在假相當(dāng)位溫等值線的密集帶，與地面的梅雨鋒相對(duì)應(yīng)。等值線密集帶南側(cè)存在3個(gè)強(qiáng)度達(dá)360 K以上的高能中心，蘇皖交界的中部及安徽西側(cè)的極大值區(qū)是影響本次降水的主要因素。隨著時(shí)間的推移，5日06時(shí)，高能中心逐漸南移連接成片，密集帶則東移出海(圖略)。

由圖9b可見，密集帶隨高度向北傾斜，850 hPa下，31°～32.6°N存在高能區(qū)，能量聚集，暴雨落區(qū)的低層受高溫高濕暖氣團(tuán)控制。28°～32°N區(qū)域，對(duì)流層中低層假相當(dāng)位溫隨高度減小，存在對(duì)流不穩(wěn)定，對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)烈；32°～33°N區(qū)域，即暴雨主要落區(qū)內(nèi)，對(duì)流層中層近似于中性層結(jié)，假相當(dāng)位溫線近于垂直，說明400～700 hPa存在劇烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，不穩(wěn)定能量于低層不斷向上輸送；而對(duì)流層中高層則處于穩(wěn)定層結(jié)。位勢不穩(wěn)定與較高的能量區(qū)域?yàn)楸敬螐?qiáng)降水過程提供了有利的發(fā)生發(fā)展環(huán)境。

圖9 7月5日00時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫水平分布(a)及其沿118.5°E垂直剖面(b)(單位：K)

3.5 濕位渦分析

在不穩(wěn)定機(jī)制分析中，對(duì)流性不穩(wěn)定與條件性不穩(wěn)定是在暴雨過程中常采用的兩種分析機(jī)制，Hoskins[20]提出，濕位渦可作條件對(duì)稱不穩(wěn)定的判據(jù)，當(dāng)濕位渦為負(fù)值，對(duì)應(yīng)大氣存在條件對(duì)稱不穩(wěn)定。濕位渦這一物理量不僅表征了大氣的動(dòng)力、熱力屬性，而且考慮了水汽作用，對(duì)濕位渦進(jìn)行診斷，能夠?qū)で蟾鳠崃蛣?dòng)力及水汽條件與降水的關(guān)系，可進(jìn)一步揭示暴雨形成機(jī)制與暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)等。

濕位渦的表達(dá)式為：

。

(1)

其中：ζ為垂直渦度；f為地轉(zhuǎn)渦度；θse為假相當(dāng)位溫，濕位渦的單位為PVU(1 PVU=1×10-6m2·K·s-1·kg-1)。

右式中第一項(xiàng)為MPV1，為濕位渦的濕正壓項(xiàng)，表示慣性穩(wěn)定性和對(duì)流穩(wěn)定性的共同作用，通常絕對(duì)渦度為正值，大氣對(duì)流穩(wěn)定時(shí)，MPV1為正值；大氣對(duì)流不穩(wěn)定時(shí)，MPV1為負(fù)值。右式中第二項(xiàng)為MPV2，為濕位渦的濕斜壓項(xiàng)，由水平風(fēng)的垂直切變和濕斜壓性決定。將濕位渦分解為正壓與斜壓兩部分，能夠更直觀了解到大氣斜壓性與正壓性的相互作用。

圖10為4日21時(shí)、5日00時(shí)、5日03時(shí)925 hPa濕位渦正壓部分MPV1、斜壓部分MPV2的水平分布以及MPV1沿118°E的垂直剖面，其中黑色實(shí)線為3 h 累計(jì)降水量10 mm的等值線。由圖10d可以看出，7月4日21時(shí)，在強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展過程中，淮河流域的MPV1基本維持低層負(fù)值、中層正值的形勢，正負(fù)中心極值強(qiáng)度均大于2 PVU，對(duì)應(yīng)大氣呈低層對(duì)流不穩(wěn)定、中層對(duì)流穩(wěn)定的狀態(tài)，低層不穩(wěn)定能量持續(xù)積蓄。由圖10d—f可以看出，本次強(qiáng)降水過程中，不穩(wěn)定大氣主要集聚于850 hPa以下的高度，在垂直剖面上，與既往暴雨機(jī)理分析對(duì)濕位渦選擇的700 hPa高度相比，本次過程不穩(wěn)定能量位置較低，故水平分布采用925 hPa高度下的濕位渦分布進(jìn)行分析。

4日15時(shí)開始，蘇皖地區(qū)便處于MPV1負(fù)值區(qū)，極值中心位于皖北(圖略)，但此時(shí)該地區(qū)均受東南氣流影響，系統(tǒng)還未產(chǎn)生。4日21時(shí)開始(圖10a)，一氣旋性切變逐漸生成并隨時(shí)間推移向東移動(dòng)，西南氣流控制蘇皖地區(qū)，同時(shí)江蘇北部被MPV1的負(fù)值區(qū)覆蓋。5日00時(shí)，925 hPa的負(fù)值區(qū)不明顯，此時(shí)，從垂直剖面看(圖10e)低層的不穩(wěn)定能量向上伸展至對(duì)流層中層，不穩(wěn)定能量得到釋放，颮線系統(tǒng)開始發(fā)展，這種“突躍”也為強(qiáng)降水過程提供了有利條件。5日03時(shí)(圖10c)，3 h累計(jì)降水大值區(qū)位于蘇皖交界中部，此時(shí)該區(qū)域內(nèi)存在數(shù)個(gè)MPV1負(fù)極值中心，極值均達(dá)-2 PVU以下。在該過程中，由于急流軸左側(cè)鄂豫一帶始終處于MPV1正值區(qū)域且面積較大，導(dǎo)致4日期間，位于安徽地區(qū)的對(duì)流系統(tǒng)無法成型，5日00時(shí)開始江蘇沿黃海一帶MPV1正值區(qū)開始加強(qiáng)，在左右控制下，負(fù)值區(qū)停留速度放緩、強(qiáng)度加大，大氣對(duì)流不穩(wěn)定成為此處颮線系統(tǒng)發(fā)展成熟的強(qiáng)有力推力。由MPV2水平分布圖可以看到，濕位渦斜壓項(xiàng)的作用小于正壓項(xiàng)，蘇皖交界處存在多個(gè)塊狀MPV2正值區(qū)，強(qiáng)度亦達(dá)-2 PVU，但由于整體覆蓋面積較小，且受東西兩側(cè)負(fù)值區(qū)域影響，整個(gè)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展相對(duì)較迅速、維持時(shí)間較短。

圖10 925 hPa下濕位渦正壓部分MPV1水平分布(a—c)，MPV1沿118°E的垂直剖面(d—f)，以及斜壓部分MPV2水平分布(g—i)(陰影；單位：10-1 PVU)(其中黑色實(shí)線為3 h 累計(jì)降水量10 mm的等值線)：(a、d、g)4日21時(shí)；(b、e、h)5日00時(shí)；(c、f、i)5日03時(shí)

從5日03時(shí)的MPV1和MPV2水平分布可以看出，對(duì)于本次江淮暴雨過程，對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展區(qū)的東西兩側(cè)均處于相反值區(qū)域，在不穩(wěn)定能量受到兩側(cè)穩(wěn)定能量夾擊時(shí)，反饋到對(duì)流系統(tǒng)上即為短時(shí)內(nèi)不穩(wěn)定能量由于能量差值受到的影響，系統(tǒng)在00時(shí)后發(fā)展劇烈，同時(shí)由于這樣的前后牽制，系統(tǒng)位置移動(dòng)會(huì)較為緩慢，降水中心也停留在蘇皖一帶。與此同時(shí)，由于東西兩側(cè)能量值均趨于穩(wěn)定且覆蓋面積較大，導(dǎo)致颮線系統(tǒng)存留時(shí)間縮短，這也解釋了本次江淮暴雨來勢迅猛的原因。

4 結(jié)論

本文采用水平分辨率為0.25°×0.25°的NCEP每6 h一次的GFS分析場資料作為背景場，利用WRF模式，對(duì)2018年7月5日江淮暴雨過程進(jìn)行了數(shù)值模擬及診斷分析，模擬結(jié)果很好地再現(xiàn)了本次江淮暴雨發(fā)生發(fā)展的演變過程。主要結(jié)論如下：

(1)本次強(qiáng)降水過程中，兩槽一脊的環(huán)流型較為明顯，南支槽不斷發(fā)展提供滲透南下的冷空氣，與副高外圍西南暖濕氣流的水汽輸送配合，帶來持續(xù)性強(qiáng)降水。

(2)高低空急流共同作用下帶來的耦合，低層輻合高層輻散的態(tài)勢，加之暴雨區(qū)整層的正渦管產(chǎn)生伸展至對(duì)流層頂?shù)膹?qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)颮線系統(tǒng)的強(qiáng)降水及落區(qū)的發(fā)生發(fā)展提供有利的動(dòng)力條件。假相當(dāng)位溫綜合表征大氣溫度和濕度的情況，其反映的位勢不穩(wěn)定與較高的能量區(qū)域，為本次強(qiáng)降水過程提供了有利的發(fā)生發(fā)展環(huán)境。

(3)本次江淮暴雨，濕舌位于豫南—皖北一線，低層顯著濕區(qū)隨時(shí)間東探。水汽通量和水汽通量散度也很好地指示了本次暴雨的來源、輸送、落區(qū)、強(qiáng)度，水汽通量較好表征了層結(jié)中水汽在西南風(fēng)引導(dǎo)下向暴雨落區(qū)輸送與匯聚的情況。水汽通量輻合區(qū)逐漸東移，急流帶延伸至蘇皖交界處，有利于強(qiáng)降水維持，也是暴雨落區(qū)位于江蘇北部靠近安徽一帶的原因。

(4)濕位渦這一物理量能夠綜合反饋各熱力和動(dòng)力及水汽條件與降水的關(guān)系，在強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展過程中，淮河流域的MPV1基本維持低層負(fù)值、中層正值的形勢，對(duì)應(yīng)大氣呈低層對(duì)流不穩(wěn)定、中層對(duì)流穩(wěn)定的狀態(tài)，低層不穩(wěn)定能量持續(xù)積蓄，為強(qiáng)降水過程提供有利條件。本次過程不穩(wěn)定能量積聚位置較低，加之MPV1與MPV2均受東西兩側(cè)低值區(qū)“夾擊”，是這次暴雨過程發(fā)展迅猛、維持較短的原因。

然而，本次過程中存在一強(qiáng)度較強(qiáng)、長度較短的颮線系統(tǒng)，由于模擬結(jié)果沒有很好地將雷達(dá)回波展現(xiàn)出來，且模擬效果還存在一定偏差，后續(xù)工作將采用資料同化方法，將更多觀測值同化進(jìn)模式，進(jìn)一步探究颮線系統(tǒng)與本次江淮暴雨之間的影響機(jī)制。