馮文 吳冰雪 楊薇

摘要 基于WRF模式的模擬結(jié)果，結(jié)合地面觀測(cè)資料、雷達(dá)回波資料以及ECMWF ERA5再分析資料，對(duì)2010年10月1—8日發(fā)生在海南島的一次持續(xù)性秋汛期特大暴雨過(guò)程中局地鋒生與對(duì)流發(fā)展的相互作用機(jī)制進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)：在海南島秋汛期特大暴雨的鋒生過(guò)程中，環(huán)境場(chǎng)起到主要作用。非絕熱加熱項(xiàng)F1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F3在局地鋒生的過(guò)程中貢獻(xiàn)最大，且兩者的正極大值區(qū)在強(qiáng)降水地區(qū)多時(shí)次重疊出現(xiàn)，表明非絕熱加熱和水平形變輻散是導(dǎo)致強(qiáng)降水區(qū)強(qiáng)烈鋒生的主要原因。此外，模擬結(jié)果和實(shí)況觀測(cè)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，較低的凝結(jié)高度導(dǎo)致最強(qiáng)降水時(shí)段對(duì)流低層出現(xiàn)強(qiáng)潛熱釋放，對(duì)流區(qū)低層氣團(tuán)內(nèi)部增暖，形成強(qiáng)烈鋒生效應(yīng)，低層強(qiáng)的鋒生導(dǎo)致上升氣流加速，深對(duì)流發(fā)展加強(qiáng)，暴雨增幅。與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)F2相比，非絕熱加熱項(xiàng)F1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F3貢獻(xiàn)雖小，但在夜間有增大的現(xiàn)象，分析表明夜間暴雨區(qū)垂直速度ω水平分布的差異性對(duì)深對(duì)流的加強(qiáng)有重要作用。

關(guān)鍵詞 海南島; 特大暴雨; 鋒生函數(shù); 對(duì)流發(fā)展; 模擬分析

許多研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力和熱力條件的不同配置會(huì)影響鋒生的變化。鄭婧等（2014）和李娜等（2013）的研究發(fā)現(xiàn)，局地大氣垂直運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)可促進(jìn)傾斜項(xiàng)鋒生的發(fā)展，而對(duì)流層低層的強(qiáng)輻合和超低空急流（賽瀚和苗峻峰，2015）的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致水平項(xiàng)鋒生的增強(qiáng)，邊界層鋒生則主要來(lái)自水平運(yùn)動(dòng)的形變。相反的，鋒生發(fā)展也會(huì)改變大氣的動(dòng)熱力環(huán)境。王伏村等（2016）在分析隴東一次暴雨過(guò)程時(shí)指出，對(duì)流層低層鋒生的出現(xiàn)為不穩(wěn)定能量釋放提供了有利條件，導(dǎo)致隴東大暴雨發(fā)生的一個(gè)重要原因就是鋒生的發(fā)展使得切變線上的垂直渦度加強(qiáng)，輻合增大，促使不穩(wěn)定能量的釋放;李銀娥等（2015）和王宗敏等（2014）的研究也發(fā)現(xiàn)，江淮和華北多類暴雨的觸發(fā)由低層鋒生強(qiáng)迫促使垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)流-對(duì)稱不穩(wěn)定能量釋放所致;郭英蓮等（2014）研究則顯示，不同高度的鋒生對(duì)大氣環(huán)境場(chǎng)的影響各不相同，對(duì)流層低層鋒生有助于水汽輻合和垂直運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，而對(duì)流層中層鋒生則能促進(jìn)大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定的形成。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，局地鋒生和對(duì)流發(fā)展之間存在類似CISK機(jī)制，兩者的生成發(fā)展相互有正反饋?zhàn)饔?，中尺度?duì)流發(fā)展會(huì)增強(qiáng)局地鋒生，而局地鋒生有助于中尺度對(duì)流系統(tǒng)趨向組織化發(fā)展（蒙偉光等，2012）。劉海文等（2014）和張芳華等（2014）對(duì)2012年北京“7·21”特大暴雨過(guò)程的分析也發(fā)現(xiàn)，局地鋒生的加強(qiáng)導(dǎo)致條件對(duì)稱不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展，鋒前暖區(qū)中上升速度增強(qiáng)，進(jìn)而形成強(qiáng)的中尺度雨帶。實(shí)況觀測(cè)的對(duì)比檢驗(yàn)顯示，暴雨增幅伴隨著局地鋒生的增強(qiáng)，最強(qiáng)降水時(shí)刻正好對(duì)應(yīng)鋒生函數(shù)最大值。由上述研究可見(jiàn)，鋒生與暴雨發(fā)生過(guò)程中的中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展、不穩(wěn)定能量的釋放以及水汽輻合抬升等關(guān)系密切，而中尺度系統(tǒng)的發(fā)展演變、不穩(wěn)定能量的釋放以及水汽的輸送和輻合正是強(qiáng)降水出現(xiàn)的重要條件。因此，深入分析局地鋒生的變化過(guò)程有助于增進(jìn)對(duì)暴雨發(fā)生發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

我國(guó)華南地區(qū)的鋒生特征相比中緯度地區(qū)，差異顯著。中緯度地區(qū)的鋒生主要由大尺度地轉(zhuǎn)風(fēng)的水平運(yùn)動(dòng)所致，這類鋒生過(guò)程屬于準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的鋒生，往往具有斜壓性（楊貴名等，2008;高守亭等，2014;查書瑤等，2015），大氣的水平形變和輻合輻散在鋒生演變以及鋒面的維持過(guò)程中起更重要的作用。而華南大多數(shù)鋒生過(guò)程中熱力作用顯著，主要是局地中尺度鋒生，斜壓性較弱。華南各類型的鋒生過(guò)程常觸發(fā)強(qiáng)降水，其中由于冷空氣補(bǔ)充及南方暖濕氣流增強(qiáng)導(dǎo)致已減弱的鋒面再次加強(qiáng)是極易造成持續(xù)性強(qiáng)降水的一類。在這類過(guò)程中，由于冷暖空氣相互作用形成的對(duì)流激發(fā)了局地鋒生，鋒生的增強(qiáng)又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了對(duì)流的組織化，進(jìn)而形成中尺度雨團(tuán)觸發(fā)暴雨（Chen and Kpaeyeh，1993;蒙偉光等，2012）。目前對(duì)華南地區(qū)鋒生的研究主要聚焦前汛期和夏季風(fēng)盛行期的對(duì)流過(guò)程，對(duì)秋季的對(duì)流過(guò)程研究較少，且研究的區(qū)域多限于兩廣地區(qū)，極少涉及海南島。海南島雖屬華南，但地處熱帶，其天氣氣候特征相比位于熱帶和副熱帶過(guò)渡地區(qū)的廣東、廣西差異顯著（韓芙蓉等，2017;王凌梓等，2020）。兩廣地區(qū)鋒生的特征之于熱帶地區(qū)，代表性不足，因此很有必要對(duì)海南島的鋒生特征進(jìn)行深入研究，以期增進(jìn)對(duì)熱帶地區(qū)鋒生及其與對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展之間反饋機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

2010年10月上旬，海南島出現(xiàn)了一次極端降水事件，其日降水量、過(guò)程降水量、大暴雨持續(xù)日數(shù)均創(chuàng)有觀測(cè)記錄以來(lái)的歷史極值。僅10月5日08時(shí)—6日08時(shí)（北京時(shí)，下同），海南島就有接近半數(shù)地區(qū)的日雨量達(dá)到100 mm，有3個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)站測(cè)到250 mm以上的特大暴雨量級(jí)降水，其中瓊海站日雨量達(dá)到701.9 mm，自動(dòng)站測(cè)到的雨量更為驚人，瓊海市博鰲鎮(zhèn)10月5日的日降雨量高達(dá)881.8 mm。該過(guò)程由弱冷空氣和低壓擾動(dòng)共同影響，在鋒生的組織下，深對(duì)流在海南島東部持久穩(wěn)定發(fā)展給該地區(qū)帶來(lái)了持續(xù)性強(qiáng)降水，是典型的海南島秋季暴雨過(guò)程。本文將以該次過(guò)程最強(qiáng)暴雨日（10月5日）為例，基于最強(qiáng)降水時(shí)段的鋒生函數(shù)演變情況，分析影響熱帶地區(qū)鋒生的主要物理過(guò)程以及鋒生對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展的影響。

1 天氣實(shí)況和環(huán)流背景

研究的個(gè)例對(duì)象為受弱冷空氣和南海熱帶擾動(dòng)共同作用所致的一次典型海南秋汛期特大暴雨過(guò)程。這次過(guò)程自2010年10月1開(kāi)始，10月8日結(jié)束，持續(xù)暴雨天數(shù)長(zhǎng)達(dá)8 d，其中日雨量以10月5日最強(qiáng)。從環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)可見(jiàn)，從9月30日始對(duì)流層中層上有西風(fēng)槽自我國(guó)西北地區(qū)移向華北地區(qū)，受西風(fēng)槽東移影響，10月1日起槽后冷空氣自北向南影響我國(guó)中東部地區(qū)，直至華南。地面冷高壓中心位于華中一帶，冷鋒鋒面延伸至湛江和北海，此時(shí)海南島南部海面至西沙群島附近海面之間存在熱帶擾動(dòng)。受熱帶擾動(dòng)外圍環(huán)流、副熱帶高壓西南側(cè)東南氣流與中國(guó)大陸冷高壓東南側(cè)的東北風(fēng)匯合影響，巴士海峽至北部灣一帶出現(xiàn)偏東低空急流，暴雨隨之出現(xiàn)在海南島東半部地區(qū)（圖1a）。之后隨著熱帶擾動(dòng)加強(qiáng)成為熱帶低壓，南海北部的低空急流進(jìn)一步增強(qiáng)，暴雨區(qū)深入至海南島西部?jī)?nèi)陸，此時(shí)海南島東部的暴雨強(qiáng)度也升至峰值（圖1b）。10月8日后隨著副高加強(qiáng)西伸，熱帶低壓減弱消失，暴雨過(guò)程結(jié)束。

2 資料和模擬試驗(yàn)

2.1 資料選取

天氣學(xué)分析所使用的數(shù)據(jù)來(lái)自歐洲數(shù)值中心ERA5再分析資料（0.25°×0.25°），數(shù)值模擬使用的初始邊界條件來(lái)自NCEP逐6 h的FNL資料（空間分辨率為1°×1°），而海南省18個(gè)市縣基準(zhǔn)測(cè)站和387個(gè)區(qū)域自動(dòng)觀測(cè)站降水資料和?？诙嗥绽绽走_(dá)數(shù)據(jù)用于降水實(shí)況分析和模式模擬驗(yàn)證。

2.2 模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用于模擬研究的中尺度氣象數(shù)值模式為WRF3.2.1，模式設(shè)置為二重雙向嵌套模擬（圖2），外層以海南島為中心，涵蓋華南和南海大部分地區(qū)，分辨率為10 km（D1層），內(nèi)層研究區(qū)域的水平分辨率為3.33 km（D2層），包含整個(gè)海南島。垂直方向上分為35層。模式層頂氣壓為100 hPa，2 km以下設(shè)有24層。研究區(qū)域?yàn)閮?nèi)層區(qū)域，覆蓋了海南島及其周邊地區(qū)。D1中采用了Kain-Frisch積云對(duì)流參數(shù)化方案，而D2則未使用任何積云對(duì)流參數(shù)化方案;輻射方案采用Dudhia短波輻射方案、RRTM長(zhǎng)波輻射方案，微物理參數(shù)化方案選取Thompson方案，近地面方案為Monin-Obukhov方案，陸面方案為Noah方案;邊界層方案使用YSU方案;使用水平分辨率為1 km的GTOPO30地形資料和基于MODIS全球陸面遙感資料得到的地表植被類型數(shù)據(jù)（水平分辨率0.9 km）（楊薇等，2014;汪雅等，2015）。模式結(jié)果輸出時(shí)間間隔為每半小時(shí)，取積分15 h后的結(jié)果進(jìn)行分析。

2.3 模擬能力檢驗(yàn)

對(duì)比實(shí)況觀測(cè)與模擬結(jié)果可見(jiàn)，D2區(qū)域的模擬的累積降水量和分布形態(tài)都與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果較為相似，累積降水量均呈自西向東遞增分布，最大值都出現(xiàn)在瓊海市，超過(guò)800 mm。略有不同的是模擬的強(qiáng)降水范圍整體上要比觀測(cè)結(jié)果更大一些，尤其是400 mm以上強(qiáng)降水區(qū)域擴(kuò)展到了瓊中東部和萬(wàn)寧沿海一帶，雨帶較寬呈現(xiàn)南北走向，實(shí)況觀測(cè)的強(qiáng)雨帶略窄，呈西北-東南走向（圖3a、b）。

從模擬反算的組合反射率與實(shí)況雷達(dá)組合反射率對(duì)比上看，在強(qiáng)回波初起時(shí)期（5日09時(shí)）和瓊海站5日小時(shí)最強(qiáng)降水出現(xiàn)期（14時(shí)），D2區(qū)域模擬的回波強(qiáng)度、形態(tài)與實(shí)況雷達(dá)觀測(cè)均較為接近（圖4）。在強(qiáng)回波初起時(shí)（圖4a1），對(duì)實(shí)況觀測(cè)中呈“人”字形態(tài)的兩條強(qiáng)回波，D2區(qū)域模擬的結(jié)果有著極為相似分布形態(tài)。在對(duì)流最為強(qiáng)盛，超過(guò)100 mm小時(shí)降水出現(xiàn)期間，雖然對(duì)島上強(qiáng)回波的模擬略為偏弱，但對(duì)整條南北向強(qiáng)回波帶的模擬，仍然比較接近實(shí)況。總體而言，模式對(duì)對(duì)流系統(tǒng)的初始發(fā)展過(guò)程及強(qiáng)降水期強(qiáng)回波的形態(tài)均有較好的再現(xiàn)能力，模擬結(jié)果比較理想。

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 水汽與鋒生分布的特征

不同于中高緯度鋒生過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的高溫度梯度，很多時(shí)候熱帶地區(qū)水平溫度梯度較小，但是濕度分布差異大，在鋒生過(guò)程中，水汽空間變化的作用明顯。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析可見(jiàn)，最強(qiáng)暴雨日（10月5日）中對(duì)流初起時(shí)（09時(shí)），海南島及附近海域?qū)α鲗拥蛯佑袞|北風(fēng)和東南風(fēng)兩支氣流交匯， |值域分布形態(tài)各異（圖5a1）。

為了更直觀、深入地剖析5日暴雨過(guò)程中鋒生的機(jī)制及其對(duì)對(duì)流組織發(fā)展的影響，特別選擇該日降雨量最大的站點(diǎn)——博鰲站的白天和夜間兩個(gè)階段降水最強(qiáng)時(shí)次（5日18時(shí)、6日02時(shí)），將研究區(qū)域縮小至?xí)円共煌A段最強(qiáng)小時(shí)降水出現(xiàn)的區(qū)域（瓊海地區(qū)），對(duì)鋒生函數(shù)展開(kāi)的各項(xiàng)進(jìn)行分析診斷。

由鋒生各項(xiàng)的分布發(fā)現(xiàn)，在主要鋒生區(qū)中鋒生函數(shù)各項(xiàng)多為正值，正值區(qū)域也比負(fù)值區(qū)域范圍要大得多，表明5日的過(guò)程中整個(gè)環(huán)境場(chǎng)均利于鋒生，鋒生過(guò)程中環(huán)境場(chǎng)起到主要作用。非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3在5日強(qiáng)降水時(shí)段局地鋒生的過(guò)程中貢獻(xiàn)相當(dāng)，無(wú)論是白天強(qiáng)降水時(shí)段還是夜間強(qiáng)降水時(shí)段，其最高值均可達(dá)10×10 -7 K -1·m -1·s -1左右（圖6、7）。非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3的正極大值區(qū)在瓊海東南側(cè)白天和夜間多次出現(xiàn)重疊，這說(shuō)明非絕熱加熱和水平形變輻散共同作用導(dǎo)致該處的強(qiáng)烈鋒生。相比非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3而言，與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng) F 2貢獻(xiàn)較小，幾乎在所有時(shí)次都相差一個(gè)量級(jí)左右。這與蒙偉光等（2012）對(duì)華南春季暖區(qū)暴雨局地鋒生的研究結(jié)果及Chen et al.（2007）對(duì)阻塞形勢(shì)下華南梅雨鋒大尺度鋒生的研究成果均有明顯差別。華南春季暖區(qū)暴雨局地鋒生中傾斜項(xiàng) F 2貢獻(xiàn)最大，其次為非絕熱加熱項(xiàng) F 1，水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3最小，而阻塞形勢(shì)下華南梅雨鋒大尺度鋒生中則是水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3起主要作用，傾斜項(xiàng) F 2最小。這說(shuō)明海南島秋汛期特大暴雨鋒生過(guò)程主要由局地?zé)崃痛蟪叨葎?dòng)力作用共同驅(qū)動(dòng)。

但是值得注意的是，與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng) F 2在夜間有增大的現(xiàn)象，而且正值區(qū)分布和帶狀強(qiáng)鋒生區(qū)的分布形狀較為一致（圖7c）雷達(dá)和降水觀測(cè)實(shí)況顯示，5日夜間到6日凌晨，對(duì)流和降水出現(xiàn)二次增強(qiáng)，這表明夜間的對(duì)流加強(qiáng)可能與傾斜項(xiàng) F 2的變化有關(guān)。

3.2.1 非絕熱加熱項(xiàng)

非絕熱加熱項(xiàng) F 1所反映的是準(zhǔn)靜止鋒和外界之間的熱量交換過(guò)程。如果把大氣作為整體來(lái)考慮，過(guò)程則主要包括輻射、感熱輸送和潛熱釋放。輻射與日變化有關(guān)，感熱輸送與下墊面有關(guān)。對(duì)同一地區(qū)較為穩(wěn)定的同一氣團(tuán)內(nèi)部而言，輻射和感熱輸送的作用都是相對(duì)均勻的，對(duì)中小尺度局地鋒生的作用很小，因此起主要作用顯然是潛熱釋放。由非絕熱加熱項(xiàng) F 1的垂直分布發(fā)現(xiàn)一個(gè)顯著的現(xiàn)象，就是非絕熱加熱項(xiàng)的正大值區(qū)大量出現(xiàn)在900～800 hPa（圖9a），其值最強(qiáng)處可達(dá)6×10 -7K -1·m -1·s -1。從模式模擬高度場(chǎng)數(shù)據(jù)可知，18時(shí)對(duì)流區(qū)的900～800 hPa的高度約為930 ～2 000 m。

根據(jù)當(dāng)日的探空觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所得的抬升凝結(jié)高度和對(duì)流凝結(jié)高度（表1）顯示，5日暴雨過(guò)程中水汽的凝結(jié)高度很低，上升氣流在不足1 000 m的高度即可達(dá)到飽和凝結(jié)，而900～800 hPa的高度正好在凝結(jié)高度之上，因此水汽進(jìn)入900 hPa之上后會(huì)開(kāi)始凝結(jié)，釋放大量潛熱。900～800 hPa之間的厚度達(dá) 1 000～ 1100 m，又是垂直層上水汽開(kāi)始凝結(jié)的第一層次，所以該處水汽凝結(jié)量或者凝結(jié)強(qiáng)度理應(yīng)最大。這點(diǎn)由該時(shí)次?？赟波段STI風(fēng)暴追蹤產(chǎn)品和雷達(dá)基本反射率剖面（圖8a）可以證實(shí)。STI產(chǎn)品可以識(shí)別雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)每個(gè)對(duì)流風(fēng)暴的風(fēng)暴單體質(zhì)心（單體最大反射率因子值）所在的高度位置。由5日18時(shí)00分各個(gè)質(zhì)心高度分布可見(jiàn)，大多數(shù)的風(fēng)暴單體質(zhì)心在2 km以下（圖8b），這說(shuō)明該時(shí)次強(qiáng)回波高度偏低，即大降水粒子的位置偏低，該處凝結(jié)強(qiáng)度大，潛熱釋放相對(duì)其他高度更大。由該時(shí)次的雷達(dá)基本反射率剖面圖也可以發(fā)現(xiàn)，55 dbz以上的強(qiáng)回波面積中絕大部分都在800 hPa以下（圖8a）。

由圖9a可見(jiàn)，緊鄰900～800 hPa非絕熱加熱鋒生大值區(qū)的上方，出現(xiàn)了大片鋒消負(fù)值區(qū)，范圍自800 hPa直達(dá)500 hPa附近，其絕對(duì)值大小與正值區(qū)相當(dāng)。根據(jù)前面關(guān)于探空和雷達(dá)實(shí)況的分析推測(cè)，這可能是因?yàn)榇罅康乃?00～800 hPa凝結(jié)變成水滴脫離氣柱，800 hPa之上形成相對(duì)干區(qū)，比濕僅為0.005～0.015 kg·kg -1（圖9a），遠(yuǎn)小于800 hPa以下（0.015～0.02 kg·kg -1），水汽凝結(jié)量劇降，潛熱釋放大大減少。同時(shí)由于低層的非絕熱加熱鋒生強(qiáng)烈，對(duì)上升氣流有加速作用，垂直速度自下而上逐層增加，在300～600 hPa之間甚至出現(xiàn)了超過(guò) 10 m·s -1的強(qiáng)上升中心區(qū)（圖9b），如此高的上升速度對(duì)落下的水滴勢(shì)必有強(qiáng)大的托舉作用，減弱水滴下落的速度，延緩水滴在對(duì)流層中層到中低層相對(duì)干區(qū)中停留的時(shí)間，因此該層的蒸發(fā)冷卻作用比潛熱釋放作用更為顯著，出現(xiàn)鋒消。

由上面的分析可知，5日暴雨過(guò)程中由于較低的凝結(jié)高度導(dǎo)致上升氣流中的水汽在對(duì)流低層出現(xiàn)強(qiáng)潛熱釋放，對(duì)流區(qū)低層氣團(tuán)內(nèi)部劇烈增暖，形成強(qiáng)烈鋒生效應(yīng)，而低層強(qiáng)的鋒生反過(guò)來(lái)又促進(jìn)上升氣流加速，對(duì)流加強(qiáng)，凝結(jié)潛熱釋放和鋒生之間形成正反饋機(jī)制，這是該類暴雨中深對(duì)流發(fā)展暴雨增幅的重要原因。

3.2.2 與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)

在5日的暴雨過(guò)程中，傾斜項(xiàng) F 2相比非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3要小很多。這是可以理解的，由公式（4）可知，θe/p是決定 F 2大小的一個(gè)變量。整個(gè)5日對(duì)流區(qū)的垂直方向上，整層θe/p的值都非常小，200 hPa以上的層次，值在-0.000 5左右，幾乎接近于零，中性層結(jié)特征顯著，因此傾斜項(xiàng) F 2絕大部分時(shí)次值都很小，相比其他兩項(xiàng)要小一個(gè)量級(jí)以上（圖略）。但決定 F 2大小的還有一個(gè)變量，就是垂直速度ω水平分布的差異性。5日的過(guò)程中，大部分時(shí)次，垂直速度都在2～3 m·s -1以下，對(duì)流發(fā)展強(qiáng)盛時(shí)，會(huì)升至5～6 m·s -1。小時(shí)最大降水出現(xiàn)前后，明顯看到對(duì)流區(qū)上空的垂直速度有一個(gè)劇烈增加的過(guò)程，中心最高值可達(dá)10 m·s -1以上（圖10），傾斜項(xiàng) F 2的值也隨即相對(duì)其他時(shí)次出現(xiàn)躍增，在垂直速度大值區(qū)右半側(cè)出現(xiàn)了上下兩個(gè)相鄰的鋒生和鋒消區(qū)，其中心最大絕對(duì)值可達(dá)0.8×10 -7K -1·m -1·s -1。這是由于鋒區(qū)上對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展，在垂直速度大值區(qū)右側(cè)誘發(fā)次級(jí)環(huán)流，雖然此時(shí)層結(jié)接近中性，但仍存在非常弱的不穩(wěn)定條件（ θe/p=-0.000 5＜0；圖10），因此在次級(jí)環(huán)流上升支上，對(duì)流區(qū)暖氣團(tuán)被迅速抬升至對(duì)流層中層絕熱冷卻，形成鋒消，進(jìn)而對(duì)對(duì)流向更高層發(fā)展形成一定的抑制作用。

由18時(shí)三項(xiàng)的鋒生（消）分布可以看出，在水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)中，輻散項(xiàng)和水平切變項(xiàng)的鋒生分布與鋒區(qū)形態(tài)較為相似，而且值普遍較大，而拉伸項(xiàng)只有在瓊海東南部的強(qiáng)鋒區(qū)中有所表現(xiàn)，其他區(qū)域的值都較?。▓D11）。由對(duì)應(yīng)時(shí)次（18時(shí)）的 D 2、 D 3分布（圖12）也可發(fā)現(xiàn)，瓊海市區(qū)南部和東北部風(fēng)向風(fēng)速輻合顯著的地方對(duì)應(yīng)輻射項(xiàng)鋒生大值區(qū)，而瓊海市區(qū)南部水平風(fēng)切變明顯的地方出現(xiàn)切變項(xiàng)的大值區(qū)，這兩項(xiàng)與總鋒生大值區(qū)分布基本一致，表明風(fēng)場(chǎng)的輻合和風(fēng)向的切變是導(dǎo)致5日暴雨過(guò)程鋒生的重要原因。

4 結(jié)論

2010年10月1—8日海南島發(fā)生了一次持續(xù)性秋汛期特大暴雨過(guò)程，為了探討暴雨發(fā)生過(guò)程對(duì)流發(fā)展與局地鋒生的相互作用機(jī)制，本文基于WRF模式的模擬結(jié)果，結(jié)合地面觀測(cè)資料、雷達(dá)回波資料以及再分析資料，對(duì)局地鋒生對(duì)對(duì)流發(fā)展的組織作用以及對(duì)流發(fā)展對(duì)鋒生的影響進(jìn)行了分析，主要得到以下結(jié)論：

1）海南島秋汛期特大暴雨最強(qiáng)降雨日的鋒生函數(shù)各項(xiàng)正值區(qū)域范圍遠(yuǎn)大于負(fù)值區(qū)域，這也表明鋒生過(guò)程中環(huán)境場(chǎng)起到了主要作用。秋汛期暴雨過(guò)程中，海南島水平溫度梯度較小，但是濕度分布差異大，在鋒生過(guò)程中，水汽空間變化的作用明顯。

2）非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3在海南島秋汛期特大暴雨鋒生的過(guò)程中貢獻(xiàn)最大，這與華南暖區(qū)暴雨鋒生及華南梅雨鋒大尺度鋒生差異明顯。非絕熱加熱項(xiàng) F 1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng) F 3的正極大值區(qū)在最強(qiáng)暴雨中心東南側(cè)的白天和夜間多次出現(xiàn)重疊表明，該處的強(qiáng)烈鋒生來(lái)自局地?zé)崃ψ饔煤痛蟪叨葎?dòng)力作用的共同驅(qū)動(dòng)。

3）由非絕熱加熱項(xiàng)的分析發(fā)現(xiàn)，較低的凝結(jié)高度導(dǎo)致5日暴雨過(guò)程中對(duì)流低層出現(xiàn)強(qiáng)潛熱釋放，對(duì)流區(qū)低層氣團(tuán)內(nèi)部增暖，形成強(qiáng)烈鋒生效應(yīng)，低層強(qiáng)的鋒生導(dǎo)致上升氣流加速，對(duì)流加強(qiáng)。這是該類暴雨中深對(duì)流發(fā)展暴雨增幅的重要原因。

4）在水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)中，輻散項(xiàng)和水平切變項(xiàng)的鋒生分布與鋒區(qū)形態(tài)較為相似，說(shuō)明風(fēng)場(chǎng)的輻合和風(fēng)向的切變是導(dǎo)致5 d暴雨過(guò)程鋒生的重要原因。相比非絕熱加熱項(xiàng)F1和水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F3而言，與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)F2貢獻(xiàn)較小，幾乎在所有時(shí)次都相差一個(gè)量級(jí)左右。但是值得注意的是，與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)F2在夜間有增大的現(xiàn)象，這表明海南島秋汛期暴雨中夜間常出現(xiàn)的對(duì)流加強(qiáng)現(xiàn)象可能與傾斜項(xiàng)F2的變化有關(guān)。

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Hainan Island;extreme rainstorm;frontogenesis function;convection development;simulation analysis

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20211207001

（責(zé)任編輯：張福穎）