河南一次低渦大暴雨影響過程

王晶晶

（信陽市氣象局，河南 信陽 464000）

西南低渦是青藏高原特殊地形與環(huán)流相互作用下的產(chǎn)物。它在生成初期是一個十分淺薄的中尺度系統(tǒng)，但其發(fā)展東移所帶來的劇烈天氣影響甚為嚴(yán)重，在影響我國的眾多重大暴雨洪澇過程中，西南低渦都扮演了重要角色［1］。關(guān)于西南低渦的形成與發(fā)展及其造成的洪澇災(zāi)害等，近年來是許多氣象學(xué)家研究的熱點，研究表明［2，3］，西南低渦與不同天氣系統(tǒng)的相互作用將影響低渦發(fā)展，對于低渦暴雨過程個例值得剖析研究。

2013年5月25-26日，河南省沿黃及其以南地區(qū)普降暴雨，豫中、豫東及豫南地區(qū)部分站出現(xiàn)了大暴雨，5月25日8時到26日20時，全省降水量達50mm以上的有90個站，其中達100mm以上的有32個站。整個降水過程對流發(fā)展并不強烈，以穩(wěn)定性降水為主，所以此次過程降水時空分布較為均勻。

1 環(huán)流背景

1.1 形勢場分析

500hPa：2013年5月25日08時高空500hPa在50°～70°N高緯地區(qū)，烏拉爾山以東和貝加爾湖分別有一高壓脊，兩高壓脊之間是一寬廣的低壓槽。在貝加爾湖西面的大低壓槽中不斷分裂出小股冷空氣經(jīng)河西走廊南下。甘肅南部到四川有一低槽，槽后為冷平流，槽前為暖平流，低槽發(fā)展加深；25日20時高空500hPa我國南部、中東部地區(qū)處于槽前寬廣的西南氣流中，風(fēng)速逐漸增大。

圖1 25日20時高空500hPa形勢場

圖2 25日20時地面形勢場

700hPa：2013年5月25日08時高空500hPa低槽對應(yīng)中層700 hPa在四川東部上空出現(xiàn)的308位勢什米閉合低壓環(huán)流，2013年5月25日20時此低壓環(huán)流在中層西南氣流引導(dǎo)下已移至陜豫交界處，河南省東北部上空形成西南偏南氣流與東南氣流的暖鋒式輻合與切變相結(jié)合的環(huán)流形勢，切變線兩側(cè)的風(fēng)向基本垂直。西南急流也已伸展到河南省南部。

850hPa：2013年5月25日20時144位勢什米閉合低壓環(huán)流中心東移至重慶北部上空，低渦前部的暖鋒式切變線北抬至長江沿岸，我省處在低渦移動前方的東南氣流中。

地面形勢：2013年5月25日08時地面氣壓場比較清晰，華北為一小高壓控制，黃淮、江淮以及長江以南廣大地區(qū)為低壓倒槽控制，我省處于倒槽頂部的偏東氣流中。此低壓倒槽不斷向東北方向發(fā)展，最終形成一氣旋。

1.2 高、低空急流、切變線與暴雨落區(qū)

如圖1所示，25日20時在高層200hPa等壓面上出現(xiàn)了中心風(fēng)速≥30m/s的高空急流，它從陜西南部經(jīng)山西南部、河北南部、渤海延伸至朝鮮半島南部，并呈反氣旋式環(huán)流形勢。同時在700hPa等壓面上出現(xiàn)了中心風(fēng)速≥12m/s的低空急流，它經(jīng)廣西、湖南伸向湖北東部，并呈氣旋式環(huán)流形勢。河南省黃河以南地區(qū)此刻正處在高空急流入口區(qū)的右側(cè)、低空急流中心的左前方，這種高、低空急流的配置非常有利于強降水的發(fā)生。中、低層700 hPa和850hPa的切變線在東移過程中緩慢北抬，中低層切變線兩側(cè)的偏南風(fēng)和東南風(fēng)組成了暖鋒式輻合與切變線相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，25日20時河南黃河以南大部分地區(qū)已經(jīng)處于兩條切變線之間。25日20時至26日08時大于等于50mm的暴雨落區(qū)主要發(fā)生在黃河以南地區(qū)。如圖2所示，26日08時在高層200hPa等壓面上的高空急流從河南中部經(jīng)河北山東交界線、渤海延伸至朝鮮半島中部。而700hPa等壓面上的低空急流有所東移北伸，它從廣西北部經(jīng)湖南南部、江西西北、安徽伸向江蘇西北部。豫魯徽蘇交界地區(qū)此刻正處在高空急流入口區(qū)的右側(cè)、低空急流中心的左前方。中、低層700hPa和850hPa的切變線繼續(xù)東移北抬，豫魯徽蘇交界地區(qū)處于兩條切變線之間。26日08時至26日20時大于等于50mm的暴雨落區(qū)也正好發(fā)生在豫魯徽蘇交界地區(qū)。這與《天氣學(xué)原理與方法》中提到的強降水往往落在700hPa和850hPa的切變線之間的結(jié)論相吻合。另外，中、低空西南風(fēng)急流左側(cè)是正渦度和輻合對應(yīng)的上升運動區(qū)，而高層高空急流入口區(qū)的右側(cè)為輻散區(qū)，這種高層輻散低層輻合的上下層配置，進一步加強上升運動。

圖3 25日20時高、低空急流和中、低層切變線以及其后12小時暴雨落區(qū)分布圖

圖4 26日08時高、低空急流和中、低層切變線以及其后12小時暴雨落區(qū)分布圖

2 物理量場特征

2.1 水汽通量分析

大暴雨的產(chǎn)生必須要有十分充足的水汽來源，25日08時（圖5a）700hPa水汽通量中心出現(xiàn)在中南半島西北部，強度達16g·hPa-1·cm-1·s-1；水汽通量大值區(qū)呈西南-東北向帶狀分布，其走向與該區(qū)域流場方向基本保持一致，主要水汽輸送源地為孟加拉灣；此時河南水汽通量較弱，只有2～3g·hPa-1·cm-1·s-1。（圖6a）850hPa水汽通量中心出現(xiàn)在廣西，強度達18g·hPa-1·cm-1·s-1；主要水汽輸送源地為南海；水汽通量大值區(qū)呈南北向帶狀分布，其走向與該區(qū)域流場方向基本保持一致；河南處于大值區(qū)的東北邊，水汽通量值為4～6g·hPa-1·cm-1·s-1。25日20時（圖5b）700hPa水汽通量中心向東北方向移動至云貴桂交接處，中心強度略有增強；水汽通量大值區(qū)向東北方向伸展，河南處其頂部，強度明顯增強，達8～10g·hPa-1·cm-1·s-1。（圖4a）850hPa水汽通量中心也向東北方向移動至湖南東部，強度增強24g·hPa-1·cm-1·s-1；與700hpa情況一致，河南也處于“濕舌”的頂部，強度明顯增強，達12～14g·hPa-1·cm-1·s-1。河南25日20時到26日08時的暴雨區(qū)正處在“濕舌”頂部的水汽通量等值線密集帶，此處水汽通量梯度大，而且是低渦移動前方偏南氣流的氣旋性彎曲處，結(jié)果表明強降水的落區(qū)不是水汽通量最大的中心值所在區(qū)域，而是水汽通量梯度較大的區(qū)域附近；高溫高濕的偏南氣流流入低渦區(qū)，可見水汽輸送源地有兩個，分別是孟加拉灣和南海。26日08時（圖5c圖6c）水汽通量中心東北移的過程繼續(xù)增強，“濕舌”頂部已伸向山東，河南已處于“濕舌”頂部的后部，河南東部水汽通量等值線依舊密集，水汽通量梯度大，而西部水汽通量等值線已經(jīng)變得稀疏，水汽通量梯度小。根據(jù)實際降水資料顯示，26日08時以后河南西部地區(qū)的降水明顯減弱，而河南東部地區(qū)仍下著大雨。26日20時（圖5d圖6d）水汽通量大值區(qū)進一步東北移，水汽通量等值線密集帶已基本不在河南，河南大部分地區(qū)轉(zhuǎn)入偏北氣流中，實際降水資料顯示26日20時以后河南自西向東降水逐漸結(jié)束。

通過比較垂直各層的水汽通量，發(fā)現(xiàn)水汽通量越到高層強度越小，水汽輸送主要發(fā)生在500～925hpa之間，其中850hpa水汽通量最大?？梢姶舜蔚蜏u強降水過程的水汽輸送主要來自中、低層，高層對水汽輸送的貢獻不大。

圖5 25日08時、20時和26日08時、20時700hpa水汽通量場（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流場演變圖

圖6 25日08時、20時和26日08時、20時850hpa水汽通量場（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流場演變圖

2.2 水汽通量散度分析

大暴雨的產(chǎn)生還要有一個水汽積累的過程，水汽必須在本地集中起來、水平輻合才能上升冷卻凝結(jié)成雨。25日08時水汽通量散度負(fù)值區(qū)出現(xiàn)在四川省東部，中心強度達-30×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，負(fù)中心出現(xiàn)在低渦移動方向的前側(cè)。25日20時水汽通量散度負(fù)值區(qū)不斷向東移動，范圍明顯擴大，負(fù)中心強度增強為-40×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1。至26日08時負(fù)中心向東北方向移至河南東部和安徽中北部地區(qū)，中心強度增大為-50×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，25日20時至26日08時水汽通量散度負(fù)中心經(jīng)過河南，低層強水汽輻合為大暴雨的產(chǎn)生提供了豐富的水汽條件。26日20時負(fù)中心已至山東、江蘇沿海，強度有所減弱，水汽通量散度負(fù)值區(qū)范圍明顯縮小，并已完全移出河南，預(yù)示著強降水很快就要結(jié)束。

以上分析可知：河南強降水發(fā)生時正是低層水汽通量散度負(fù)中心經(jīng)過之時，水汽通量散度負(fù)中心的位置與強降水落區(qū)對應(yīng)關(guān)系較好。水汽通量大值中心與水汽通量散度大值中心的移動方向基本相同，但位置有所差異。水汽通量散度中心比水汽通量中心更靠近低渦的中心，并且水汽通量散度中心一般出現(xiàn)在水汽通量等值線最密集的區(qū)域。以上說明此類低渦的強降水落區(qū)一般出現(xiàn)在低層水汽通量散度負(fù)值中心附近，不是水汽通量大值中心區(qū)域；而強水汽通量等值線最密集的地方往往是其水汽輻合最強的區(qū)域，也就是強降水的主要落區(qū)。

通過比較垂直各層的水汽通量散度，發(fā)現(xiàn)水汽通量散度越到高層強度越小，例如：700hPa水汽通量散度負(fù)值中心絕對值在整個降水過程都比850hPa小，中心最大絕對值只有850hPa的一半不到，26日08時甚至只有850 hPa的五分之一。850～925hPa水汽輻合最強，可見此次低渦強降水過程的水汽輻合主要發(fā)生在低層。

2.3 垂直速度分析

圖5是穿過低渦中心沿其移動方向（自西南向東北）的垂直速度ω隨高度變化的剖面圖，分別代表該低渦的生成期、發(fā)展期、成熟期和消亡期。由圖可見，(圖7a）在水平方向上，低渦中心后部3個經(jīng)度以外為下沉氣流，低渦中心后部3個經(jīng)度到其前部6個經(jīng)度為寬廣的上升氣流區(qū)。在垂直方向上，最強的上升運動中心就是低渦中心所在的位置，最強的上升運動中心出現(xiàn)在200～700 hPa；上升氣流延展至對流層頂，由此可見此低渦是一個十分深厚的天氣系統(tǒng)。而在低渦中心所在的位置的低層850hpa以下（最強的上升運動中心正下方）有一極小范圍的下沉氣流區(qū)。（圖7b）低渦中心后部下沉氣流區(qū)相對于低渦中心前移了一個經(jīng)度，最強的上升運動中心相對于低渦中心也明顯前移，并且最強的上升運動中心在垂直方向上有所擴大，向上達對流層頂，向下擴展到925 hpa，其下方的原來的那一小片下沉氣流區(qū)則被其向低渦中心后部擠壓。（圖7c）此時以低渦中心為界，其后部已完全被下沉氣流區(qū)占據(jù)，其前部則為深厚的上升氣流區(qū)，最強的上升運動中心已完全離開低渦中心的位置。（圖7d）最強的上升運動中心范圍開始明顯縮小，預(yù)示時低渦開始減弱?？梢姷蜏u區(qū)并不是具有一致的低層輻合、高層輻散和整層均為上升氣流的單一系統(tǒng)，而是上升和下沉氣流共存。低渦中心及其前部強烈的上升氣流為河南強降水的產(chǎn)生提供了十分有利的動力條件。

3 結(jié)論

3.1 此次局地大暴雨天氣過程是由低空低渦東北移引起的。強降水的落區(qū)與高、低空急流的配置和中、低層切變線的位置有著較好的對應(yīng)關(guān)系。

3.2 此次低渦暴雨的水汽來自孟加拉灣或我國南海。水汽輸送主要發(fā)生在中低層500～925hPa之間，而高層水汽輸送弱；而水汽輻合主要發(fā)生在低層850～925hPa。

3.3 強降水往往發(fā)生在低渦移動的前部和右側(cè)，大暴雨的落區(qū)與水汽通量散度負(fù)中心有著較好的對應(yīng)關(guān)系；同時，水汽通量等值線最密集的區(qū)域往往是水汽輻合最強的區(qū)域，對應(yīng)著水汽通量散度的負(fù)中心，也就是強降水的主要落區(qū)。

3.4 低渦在生成階段，強上升運動中心出現(xiàn)在低渦中心附近；發(fā)展和成熟階段，強上升運動中心增強至最強，并向?qū)α鲗禹攲雍秃偷讓訑U展，下沉氣流區(qū)和上升氣流區(qū)相對于低渦中心前移；當(dāng)下沉氣流區(qū)和上升氣流區(qū)以低渦中心為界，強上升運動中心逐漸減弱時，低渦進入消亡期。

圖7 25日20時，26日08時、20時850hpa和27日08時沿低渦中心移動方向垂直速度ω(單位:pa/s)隨高度變化的剖面圖|(圖中黑色圓點表示低渦中心在地面的投影)

［1］陳忠明，閔文彬，崔春光.西南低渦研究的一些新進展［J］.高原氣象，2004，24(增刊):1-5.

［2］盧敬華.西南低渦概論［M］.北京:氣象出版社，1986.

［3］馬振鋒.近十年來西南低渦的研究進展［C］.大氣科學(xué)應(yīng)用與研究(五).北京:氣象出版社，1993:117-125.