2014年河南一次晚秋暴雨成因分析

袁小超，劉瑩瑩，鄭世林

（1.中國氣象局河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2.河南省氣象臺(tái)鄭州 450003；3.河南省氣象局鄭州 450003）

2014年河南一次晚秋暴雨成因分析

袁小超1，2，劉瑩瑩3，鄭世林1，2

（1.中國氣象局河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2.河南省氣象臺(tái)鄭州 450003；3.河南省氣象局鄭州 450003）

利用常規(guī)氣象觀測資料和NCEP1°×1°再分析資料，對(duì)2014年10月19－20日河南省一次晚秋暴雨的形成機(jī)制進(jìn)行分析，結(jié)果表明：高緯冷空氣沿貝湖低渦后部偏北氣流南下，在河套地區(qū)形成低槽并攜帶冷空氣東移，在河南境內(nèi)與南支槽前強(qiáng)盛的西南急流匯合，導(dǎo)致了暴雨天氣的出現(xiàn)。水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心向暴雨區(qū)逐漸靠近，能體現(xiàn)水汽在暴雨區(qū)的匯聚，水汽通量的旋轉(zhuǎn)分量在暴雨區(qū)氣旋式環(huán)流的形成能較好地揭示降水集中發(fā)生時(shí)水汽的維持原因。在埃克曼非平衡流向?？寺胶饬髡{(diào)整過程中，強(qiáng)迫邊界層中產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，并在對(duì)流層中層強(qiáng)迫產(chǎn)生次級(jí)環(huán)流是此次暴雨過程發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制；同時(shí)，高空低空急流的耦合對(duì)Ekman非平衡流有一定的加強(qiáng)促進(jìn)作用，形成Ekman非平衡流強(qiáng)迫的次級(jí)環(huán)流與高低空急流耦合產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流同位相疊加耦合的“雙耦合”現(xiàn)象。“雙耦合”現(xiàn)象的出現(xiàn)和對(duì)稱不穩(wěn)定能量的釋放加速垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，使上升運(yùn)動(dòng)從邊界層一直延伸到對(duì)流層高層為雷暴的產(chǎn)生和暴雨的維持提供了良好的動(dòng)力條件；中低層位渦異常擾動(dòng)導(dǎo)致渦度強(qiáng)烈發(fā)展傾斜，可能是此次暴雨產(chǎn)生的重要原因。

晚秋暴雨；水汽通量；Ekman非平衡流；次級(jí)環(huán)流

0 引言

暴雨是我國的主要災(zāi)害性天氣之一，且一直是氣象科技工作者關(guān)注的焦點(diǎn)［1－2］。陶詩言指出，中尺度天氣系統(tǒng)是直接造成暴雨的天氣系統(tǒng)［3］。張芳華［4］對(duì)一次冬季暴雨的研究表明，異常充沛的水汽輸送形成了冷季暴雨所必須的水汽條件，高空急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)也有利于暴雨的形成。在降水過程中鋒面附近有多條中尺度雨帶活動(dòng)，鋒生增強(qiáng)，在潛熱釋放的影響下對(duì)稱不穩(wěn)定開始發(fā)展，導(dǎo)致相應(yīng)的鋒生次級(jí)環(huán)流也有所發(fā)展。陳曉紅［5］對(duì)水汽通量向量的勢函數(shù)和流函數(shù)分解以及水汽方程的診斷計(jì)算表明，水汽強(qiáng)輻合區(qū)域與強(qiáng)降水發(fā)生的區(qū)域相對(duì)應(yīng)，降水發(fā)生區(qū)域的總體水汽收支和平均面降雨量的變化趨勢相吻合，隨著水汽收入的增加，降水量開始加大；中低層的水汽垂直輸送與降水過程的平均面降雨量的變化具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。陳鵬［6］在?？寺瞧胶饬飨虬？寺胶饬髡{(diào)整過程中，強(qiáng)迫邊界層中空氣產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，且垂直運(yùn)動(dòng)延伸至中高層，同時(shí)激發(fā)中層的次級(jí)環(huán)流，可能是兩次暴雨過程發(fā)生發(fā)展的重要物理機(jī)制。葉朗明［7］對(duì)兩次曖區(qū)暴雨的對(duì)比分析得出暖區(qū)暴雨的中尺度云團(tuán)活動(dòng)、雷達(dá)特征、中尺度環(huán)境條件以及觸發(fā)機(jī)制存在的差異可能是造成兩類暖區(qū)暴雨降水落區(qū)及量級(jí)差異的主要原因。回流型暴雨中高空小槽攜帶小股冷空氣疊加在低層暖濕空氣上形成較強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)，200hPa高層抽吸作用，共同觸發(fā)了對(duì)流的發(fā)展；鋒前型暴雨中，西南低空急流和地面輻合線共同觸發(fā)起作用。鐘儒祥等［8］對(duì)一次大暴雨云團(tuán)特征分析表明微波濕度計(jì)亮溫對(duì)暴雨比紅外亮溫敏感，微波亮溫越低，暴雨越強(qiáng)，強(qiáng)降水的低微波亮溫區(qū)層次比弱降水的厚。何草青等［9］對(duì)一次低渦暴雨分析指出低渦附近的各物理量場分布對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有很好的指示作用輻合層的高度升高，最強(qiáng)輻散出現(xiàn)在250hPa附近，低渦的加強(qiáng)發(fā)展與暴雨的出現(xiàn)時(shí)間一致，強(qiáng)雨帶出現(xiàn)在低渦附近。劉曉梅等［10］對(duì)廣西一次暴雨分析得出副熱帶高壓發(fā)展較強(qiáng)、亞洲季風(fēng)槽非?；钴S的背景下，由南海季風(fēng)槽發(fā)展而成的深厚季風(fēng)渦旋移入廣西而造成，季風(fēng)渦旋的垂直伸展厚度和降水強(qiáng)度呈正相關(guān)。蘇貴睦［11］對(duì)一次致洪暴雨分析表明，副高東撤調(diào)整，500hPa低槽下高原后加深并出現(xiàn)閉合低渦，低渦附近強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)了暴雨的發(fā)生。曾小團(tuán)［12］等對(duì)幾次暴雨過程的物理量綜合分析得出強(qiáng)降水中心上空有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)降水區(qū)附近有正渦度中心；低層輻合，高層輻散明顯。2014年10月19日20時(shí)－20日20時(shí)河南出現(xiàn)一次區(qū)域暴雨天氣過程，此次暴雨過程降水強(qiáng)度大，共43站日降水量突破歷年同期極值，且有夏季暴雨過程的短時(shí)強(qiáng)降水的特點(diǎn)并伴有雷電（據(jù)統(tǒng)計(jì)秋季雷電只占全年雷電的7%，而晚秋雷電發(fā)生頻次更?。?，在晚秋大氣層結(jié)基本穩(wěn)定的條件下為何會(huì)產(chǎn)生雷暴？究竟是什么機(jī)制造成了這次罕見的晚秋暴雨呢？利用NECP1°×1°間隔6h再分析資料、地面自動(dòng)站降水資料及探空資料，分別從環(huán)流背景條件、水汽輸送條件及邊界層?？寺瞧胶饬鲗?duì)此次暴雨的動(dòng)力觸發(fā)等方面進(jìn)行分析，以期得到對(duì)河南晚秋暴雨更加深刻的認(rèn)識(shí)。

1 降水概況

此次晚秋暴雨過程不僅影響范圍廣，而且降水落區(qū)集中、降水時(shí)段集中。暴雨落區(qū)從河南南部到東部，呈西南－東北帶狀分布，有18個(gè)縣（市）降水量大于50mm，降水中心位于駐馬店，最大降水量為98mm。降水時(shí)段主要集中在20日02時(shí)到20日08時(shí)、20日12時(shí)到20日16時(shí)，其中泌陽高邑站20日04時(shí)小時(shí)雨量達(dá)到16.6mm，上蔡白圭廟20日16小時(shí)雨量為11.6mm，商水站在20日03時(shí)小時(shí)雨量達(dá)12.5mm，由于該過程發(fā)生在晚秋，能量條件雖不如盛夏季，但小時(shí)雨量接近短時(shí)強(qiáng)降水的標(biāo)準(zhǔn)（每小時(shí)雨量達(dá)20mm），可以認(rèn)為該過程具有短時(shí)

強(qiáng)降水的特點(diǎn)，降水過程中暴雨區(qū)域大部分地區(qū)伴有雷暴發(fā)生（雷暴發(fā)生在20日08時(shí)－14時(shí)之間）。由于降水落區(qū)相對(duì)集中，造成河南東部部分地區(qū)出現(xiàn)內(nèi)澇、農(nóng)田積水等現(xiàn)象，給人民生活生產(chǎn)帶來不便并導(dǎo)致較大經(jīng)濟(jì)損失。

2 環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2.1 環(huán)流背景

這次暴雨過程是在非常有利的大尺度環(huán)流背景和天氣系統(tǒng)影響下產(chǎn)生的。暴雨過程前，500hPa圖上（圖1），歐亞中高緯為兩槽兩脊型，在貝湖東北側(cè)有一冷性低渦，有－44℃的冷中心與之配合；新疆北部至烏拉爾山東部的高壓脊呈東南—西北走向，伴隨低渦東移，引導(dǎo)高緯冷空氣經(jīng)華北南下至黃淮區(qū)域，為暴雨提供冷空氣條件；我國西南地區(qū)到孟加拉灣附近有一深厚南支槽，河南處于南支槽前正渦度輸送的暖濕氣流控制中，中低層有切變線配合東移發(fā)展，為暴雨提供動(dòng)力條件；副熱帶高壓呈東北—西南向的帶狀分布，西伸至103°E附近，其脊線穩(wěn)定維持在20°N，南支槽前以及副高西北側(cè)盛行的強(qiáng)盛西南暖濕氣流輸送至黃淮地區(qū)，為暴雨產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件。地面圖上（圖略），貝湖附近有一中心氣壓值為1035hPa的冷高壓，不斷有冷空氣經(jīng)河套地區(qū)擴(kuò)散南下影響河南東部、南部地區(qū)；由于高空暖濕氣流旺盛，西南地區(qū)有伸向江淮地區(qū)呈西南—東北向的低壓倒槽形成，隨著倒槽的進(jìn)一步發(fā)展，倒槽發(fā)展成氣旋影響河南，冷暖空氣在河南交匯，有利于降水的加強(qiáng)，產(chǎn)生暴雨天氣。

綜上所述，有利于此次晚秋暴雨產(chǎn)生的環(huán)流背景為，副高強(qiáng)大并呈帶狀維持在東南沿海，其邊緣充沛的暖濕氣流向河南輸送；高空低槽緩慢東移配合中低層切變線影響河南；華北地區(qū)有冷空氣南下使冷暖空氣在河南交匯；地面處在暖倒槽頂部，受東北到偏東氣流影響；而產(chǎn)生此次晚秋暴雨天氣。

圖1 2014年10月19日08時(shí)500hPa高度場（黑色實(shí)線為等高線）與溫度場（紅色虛線為等溫線）

2.2 影響系統(tǒng)

此次晚秋暴雨過程的影響系統(tǒng)是500hPa高空低槽、700hPa低渦環(huán)流、中低空切變線、高低空急流和地面倒槽。19日08時(shí)－20日08時(shí)（圖2），500hPa上，貝湖低渦后部西北氣流不斷向中緯度河套低槽和南支槽輸送冷平流，河套低槽東移，河南處于加深的南支槽前部的強(qiáng)盛西南氣流中。700hPa河套低槽攜帶冷空氣東移影響我省，切變線從重慶經(jīng)湖北伸向我省南部、東部，切變線和低槽東側(cè)西南低空急流逐漸加強(qiáng)，700hPa急流核從16m.s－1增加至20m.s－1，850hPa從12m.s－1增加至14m.s－1。200hPa高空急流位于我省西北側(cè)，我省處于高空急流入口區(qū)右后側(cè)和低空急流的左側(cè)，這種高低空急流的配置利于動(dòng)力條件和水汽條件的加強(qiáng)。20日08時(shí)至21日08時(shí)，南支槽進(jìn)一步加深緩慢東移，700hPa上，四川東部有低渦環(huán)流形成，切變線伸至我省西南部，由于低渦后部冷空氣的補(bǔ)充，低渦環(huán)流東北移至陜西南部然后東移經(jīng)過我省南部繼而東北上。低渦移動(dòng)路徑的右前側(cè)西南急流重新建立，并且距離高空急流軸有2個(gè)緯距左右；850hPa切變線和急流維持。地面圖上，由于前期東部、南部基礎(chǔ)溫度較高，有一定的能量積累，過程中又有江淮倒槽伸向我省帶來的暖濕空氣，配合河套經(jīng)華北南下的冷空氣的抬升觸發(fā)，暴雨區(qū)大部分出現(xiàn)雷暴天氣。

3 水汽輸送特征

水汽條件是暴雨產(chǎn)生和維持的重要條件，暴雨的產(chǎn)生必須有充沛的水汽來源。通過求取水汽通量流函數(shù)和勢函數(shù)［8］，得到它的旋轉(zhuǎn)分量和輻散分量，從而可分析此次降水過程的水汽輸送特征。水汽通量流函數(shù)和勢函數(shù)和分量求解公式如下：

其散度和渦度場.第2步，求解泊松方程。用超張馳法數(shù)值求解式（2）、（3）得到流函數(shù)和勢函數(shù)。最后，由式（4）式得到水汽通量的輻散部分和旋轉(zhuǎn)部分。

圖2 2014年10月19日20時(shí)（a）、20日08時(shí)（b）500hPa高度場與850hPa風(fēng)場

水汽通量勢函數(shù)可以解釋高水汽維持的維持狀況。圖3中a、b為20日02時(shí)和20日14時(shí)925hPa水汽通量的勢函數(shù)和輻散分量。分析整個(gè)過程925hPa水汽通量勢函數(shù)和輻散分量可知，在暴雨發(fā)生前24小時(shí)勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心在我國西南部的貴州、重慶一帶維持，到20日02時(shí)第一個(gè)集中降水時(shí)段勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心自重慶東部沿東北方向伸向河南東南部，水汽勢函數(shù)中心強(qiáng)度達(dá)7.5×106kg·s－1，暴雨區(qū)位于勢函數(shù)大于6.3× 106kg·s－1的大值區(qū)內(nèi)，且輻散分量顯示水汽在該地區(qū)有弱的聚集輻合（圖3a）。到20日14時(shí)（第二個(gè)集中降水時(shí)段），水汽通量勢函數(shù)和和輻散分量中心東北移至湖北與河南交界處，河南暴雨區(qū)水汽通量勢函數(shù)增大至7.2×106kg·s－1并且輻散分量顯示水汽在該地區(qū)的聚集輻合明顯增強(qiáng)（圖3b）。之后，伴隨河南降水的停止，水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心又逐漸東南壓，移往我國華南一帶。

水汽通量流函數(shù)可以解釋水汽的輸送特征。分析降水過程925hPa水汽通量流函數(shù)和旋轉(zhuǎn)分量的特征可以得知，暴雨期間有一條暖濕水汽輸送帶從我國南海經(jīng)華南向河南輸送水汽，河南暴雨區(qū)水汽通量流函數(shù)值大于10×106kg·s－1并且在20日14時(shí)（圖3d），水汽通量流函數(shù)大于10×106kg·s－1的等值線在河南東南部向東北方向凸起，旋轉(zhuǎn)分量在河南東南部形成氣旋式的環(huán)流中心，更加有利于水汽在這一帶的輸送和維持，利于降水的集中發(fā)生。

綜上可知，水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心偏向于向暴雨區(qū)逐漸靠近，能體現(xiàn)水汽在暴雨區(qū)的匯聚，水汽通量流函數(shù)和旋轉(zhuǎn)分量能顯示水汽的輸送和維持，特別是水汽通量的旋轉(zhuǎn)部分在暴雨區(qū)氣旋式環(huán)流的形成能較好地揭示降水集中發(fā)生時(shí)水汽的維持原因。

4 暴雨的觸發(fā)機(jī)制

利用埃克曼平衡流場公式計(jì)算此次暴雨過程中?？寺胶饬鲌觯陌？寺瞧胶饬飨虬？寺胶饬鞯恼{(diào)整適應(yīng)來初步探討本次暴雨過程的觸發(fā)機(jī)制。計(jì)算?？寺胶饬鲌龅墓綖椋?/p>

4.1 ?？寺瞧胶饬鞣治?/p>

圖4（a）、（b）、（c）分別給出20日02時(shí)到20日14時(shí)的900hPa?？寺瞧胶饬鞯纳⒍?、非平衡風(fēng)場及非平衡風(fēng)全風(fēng)速大小。20日02時(shí)（圖4a）從湖北北部有一條明顯的帶狀非平衡氣流輻合帶伸向河南的東南部，非平衡氣流的輻合中心強(qiáng)度達(dá)到－5× 10－5s－1，而伸向河南暴雨區(qū)的非平衡風(fēng)的散度較弱，非平衡風(fēng)的全風(fēng)速也只在3－4m.s－1。隨后，伴隨著非平衡氣流輻合在暴雨區(qū)的加強(qiáng)，河南暴雨區(qū)集中降水開始，20日08時(shí)（圖4b），非平衡氣流輻合中心已經(jīng)移至河南與湖北交界處，暴雨區(qū)的非平衡風(fēng)全風(fēng)速也增大值5－6m.s－1。至20日14時(shí)（圖4c），非平衡氣流的輻合中心移至河南南部的暴雨區(qū)上，強(qiáng)度

達(dá)－5×10－5s－1，非平衡風(fēng)全風(fēng)速在河南南部暴雨區(qū)也達(dá)到10m.s－1；另外在河南東部也有弱的非平衡風(fēng)的輻合中心，強(qiáng)度較弱為－2×10－5s－1，其非平衡風(fēng)全風(fēng)速也小于南部的暴雨區(qū)（5－7m.s－1），這可能是河南東部暴雨區(qū)的雨量小于南部的原因所在。同時(shí)，由于高低空急流逐漸向暴雨區(qū)靠近（圖2），使暴雨區(qū)處在高空急流入口區(qū)右后側(cè)和低空急流左側(cè)的有利地位，從而加強(qiáng)邊界層Ekman非平衡流，致使非平衡風(fēng)輻合逐漸移向暴雨區(qū)。綜上所述，暴雨區(qū)存在明顯的非平衡氣流輻合，而這種輻合運(yùn)動(dòng)背后的物理機(jī)制就是?？寺瞧胶饬飨虬？寺胶饬鞯恼{(diào)整適應(yīng)，這與陳鵬［6］等人的研究結(jié)果一致；同時(shí)，高低空急流耦合對(duì)Ekman非平衡流有促進(jìn)加強(qiáng)作用。

圖3 20日02時(shí)(a)、20日14時(shí)(b)925hPa水汽通量勢函數(shù)(等值線，單位∶106kg·s－1)和輻散分量(矢量,單位∶kg·m－1·s－1)20日02時(shí)(c)、20日14時(shí)(d)925hPa流函數(shù)(等值線，單位：106kg·s－1)和旋轉(zhuǎn)分量(矢量，單位：kg·m－1·s－1)

圖4 20日02時(shí)（a）、20日08時(shí)（b）和20日14時(shí)（c）900hPa?？寺瞧胶饬鞯纳⒍龋幱?，單位：10－5s－1）、非平衡風(fēng)場（風(fēng)矢量，單位：m·s－1）和非平衡風(fēng)全風(fēng)速大?。ǖ戎稻€，單位：m·s－1）；（d）、（e）、（f）為對(duì)應(yīng)時(shí)刻沿113.85°E經(jīng)暴雨中心的垂直流場（擾動(dòng)風(fēng)場）高度－緯度剖面圖

4.2 擾動(dòng)風(fēng)場分析

圖4（d）、（e）、（f）分別給出20日02時(shí)到20日14沿113.85°E經(jīng)暴雨中心的垂直流場（擾動(dòng)風(fēng)場）的經(jīng)向剖面圖。20日02時(shí)（圖4d）在32°N附近邊界層有輻合上升氣流，并一直延伸至對(duì)流層中高層，在其北側(cè)有34.5°N附近轉(zhuǎn)為下沉氣流，氣流在邊界層內(nèi)受到非平衡強(qiáng)迫，從而產(chǎn)生垂直上升運(yùn)動(dòng)。到20日08時(shí)（圖4e）可以看出，在暴雨中心33°N附近上空的對(duì)流層中層產(chǎn)生了次級(jí)環(huán)流。這種次級(jí)環(huán)流的產(chǎn)生導(dǎo)致暴雨中心北側(cè)的向南的分量加大，并深入到暴雨區(qū)低層強(qiáng)迫更大的輻合，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)；此情況維持到20日14時(shí)（圖4f），為暴雨區(qū)的垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)、維持提供了有利條件。

綜上分析，?？寺瞧胶饬飨虬？寺胶饬鞯恼{(diào)整過程中，除了強(qiáng)迫邊界層氣流產(chǎn)生垂直上升運(yùn)動(dòng)外，還激發(fā)出對(duì)流層中層的次級(jí)環(huán)流，從而更有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)和維持。

5 過程物理量分析

圖5 20日08時(shí)（a、c、e、g、l）、20日14時(shí)（b、d、f、h、m）經(jīng)暴雨中心（33°N，113.85°E）的NCEP再分析資料物理量經(jīng)向或緯向剖面圖a、b：v分量（等值線，單位：m·s－1）和溫度平流（陰影，單位：10－4℃·s－1）；c、d：假相當(dāng)位溫θse（虛線，單位：K）和水汽通量（實(shí)線，單位：g·cm－1·hPa－1·s－1）；水汽通量散度（陰影，單位：10－5g·s－1·cm－2·hPa－1）；e、f：渦度（陰影，單位：10－5s－1）、散度（等值線，單位：10－5s－1）和垂直風(fēng)場（箭矢，單位：m·s－1）；g、h：相對(duì)濕度（陰影，單位：%）、垂直速度（虛線，單位：10－1Pa·s－1）和位渦PV（實(shí)線，單位：PVU）；l、m：假相當(dāng)位溫θse（虛線，單位：K）絕對(duì)地轉(zhuǎn)角動(dòng)量（實(shí)線，單位：m·s－1）

圖5給出了20日08時(shí)和20日14時(shí)過暴雨中心（33°N，113.85°E）的NCEP再分析資料物理量經(jīng)向或緯向剖面圖。分析過暴雨中心物理量經(jīng)向或緯向剖面圖可知，伴隨降水的開始，對(duì)流層低層開始轉(zhuǎn)為北風(fēng)控制并伴有冷空氣從西部、北部楔入暴雨區(qū)，北風(fēng)強(qiáng)度從20日02時(shí)的6m.s－1增強(qiáng)到20日14時(shí)的10m.s－1，低層冷平流較弱為－1×10－4℃·s－1（圖5a），這種弱冷空氣的楔入有利于該地區(qū)冷暖空氣交綏輻合并增強(qiáng)對(duì)暖濕空氣的抬升，從而利于水汽冷卻凝結(jié)；而450hPa高層附近也有－5×10－4℃·s－1的強(qiáng)冷平流中心（圖5b）下滑到600hPa左右，這有利于增加中高層大氣層結(jié)的對(duì)流不穩(wěn)定傾向。冷空氣向暴雨區(qū)侵入的過程中，中低層有明顯的位渦擾動(dòng)，中層位渦強(qiáng)度達(dá)1PVU，低層位渦擾動(dòng)更為強(qiáng)烈，達(dá)到1.5PVU（圖5g，h），而高空位渦擾動(dòng)迅速發(fā)展加強(qiáng)，并向下伸展至300hPa上，與中低層正的位渦擾動(dòng)遙相呼應(yīng)，隨著暴雨的加強(qiáng)發(fā)展高低層位渦擾動(dòng)向南發(fā)展，并且高低層位渦耦合結(jié)構(gòu)更加明顯?？梢?，高、低層位渦擾動(dòng)共同作用形成位渦擾動(dòng)柱，導(dǎo)致強(qiáng)降雨的發(fā)生，低層正值位渦擾動(dòng)的存在是暴雨發(fā)生發(fā)展的重要條件。圖5L、m顯示，30°N以南的800－60hPa存在弱的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，這與來自南方的暖濕氣流有關(guān)，而暴雨區(qū)所在的33°N以北800hPa到高層傾斜的紅色框內(nèi)為對(duì)稱不穩(wěn)定區(qū)域，且在降水集中時(shí)段域范圍明顯增大，該區(qū)域等角動(dòng)量面的斜率小于等位溫面，即在垂直剖面圖上等位溫線比等M線更接近垂直方向，在這種情況下位于兩組線所夾銳角內(nèi)的空氣會(huì)加速向上位移形成斜生氣流，

斜升氣流穿越對(duì)稱不穩(wěn)定區(qū)，引發(fā)了對(duì)稱不穩(wěn)定能量的釋放，導(dǎo)致了傾斜對(duì)流的發(fā)生，使暴雨區(qū)上空中層的氣流得到了向上的加速度，促使上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展到更高的高度（200hPa左右），中心強(qiáng)度達(dá)到－1.5× 10－1hPa·s-1（圖5g，h）。隨著傾斜氣流的發(fā)展，暴雨區(qū)中低層有明顯的傾斜的水汽輸送和輻合，相對(duì)濕度達(dá)到90%以上，同時(shí)900hPa和700hPa左右分別存在一個(gè)－4×10－5g·s－1·cm－2·hPa－1的水汽通量輻合中心，并伴有8－10g·cm－1·hPa－1·s－1的水汽通量大值區(qū)（圖7c，d）。降水過程的動(dòng)力條件顯示，負(fù)散度發(fā)展的層次較深厚，從低層到400hPa均為負(fù)散度，邊界層上輻合較強(qiáng)，中心值達(dá)到－4×10－5s－1，而400hPa以上為輻散，強(qiáng)度達(dá)6×10－5s－1這種高層輻散、中低層輻合的動(dòng)力配置對(duì)降水的發(fā)生發(fā)展非常有利（圖5e，f）。因此，在這種高層輻散、中低層輻合的動(dòng)力配置下，配合低層冷空氣向暴雨區(qū)的楔入抬升，在邊界層非平衡流的強(qiáng)迫下產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)稱不穩(wěn)定能量釋放加速垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，并從邊界層一致延伸到高層（在高層500hPa附近存在一個(gè)垂直速度大值中心，風(fēng)速值達(dá)－1.5×10－1hPa·s-1以上（圖5e～g），同時(shí)伴隨中低層位渦擾動(dòng)，渦度強(qiáng)烈發(fā)展傾斜，位于500hPa和800hPa各有一個(gè)強(qiáng)渦度中心，最大渦度值為8×10－5s－1左右，可能是此次暴雨產(chǎn)生的重要原因。

6 高低空急流的作用

圖6 a，b為20日02時(shí)和20日08時(shí)高低空急流配置圖（風(fēng)矢量和等值線表示200hPa高空急流，陰影區(qū)和風(fēng)向桿表示850大于12m.s－1低空急流）c，d為對(duì)應(yīng)時(shí)刻沿（31N，113.85E）到（36.5N，116E）的水平風(fēng)和垂直風(fēng)流線圖

分析暴雨過程中高低空急流的演變圖可以看出，在20日02時(shí)（圖6a）高低空急流中心達(dá)到最強(qiáng)，200hPa高空急流中心強(qiáng)度達(dá)到60m.s－1，高空急流軸逐漸向暴雨區(qū)靠近。暴雨區(qū)位于高空急流入口區(qū)的右后側(cè)和低空急流的左前側(cè)，高低空急流的這種配置，利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，并且高低空急流出現(xiàn)耦合，開始在中低層激發(fā)弱的次級(jí)環(huán)流（圖6c）。到20日08時(shí)雖然850hPa低空急流有所減弱，高空急流仍然維持中心強(qiáng)度60m.s－1（圖6b）。隨著高空急流中心的緩慢東北移，高低空急流之間的耦合也在增強(qiáng)（圖6d），在暴雨區(qū)北側(cè)對(duì)流層中層的850－600hPa形成強(qiáng)的次級(jí)環(huán)流中心，過程期間暴雨區(qū)位于一個(gè)穩(wěn)定正環(huán)流的上升支中，使上升速度得到加強(qiáng)。而?？寺瞧胶饬鲌鱿蚱胶饬鲌龅恼{(diào)整過程中，相同時(shí)間段內(nèi)在暴雨區(qū)北側(cè)的對(duì)流層中層（圖4a，b）也產(chǎn)生了正的次級(jí)環(huán)流，這兩種正次級(jí)環(huán)流又同位相疊加耦合，形成EKman非平衡流強(qiáng)迫的次級(jí)環(huán)流與高低空急流耦合產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流相互耦合的

“雙耦合”現(xiàn)象，這樣更加有利于上升速度的加強(qiáng)和維持，從而為暴雨的產(chǎn)生提供良好的動(dòng)力條件，也為此后雷暴的產(chǎn)生提供了較強(qiáng)的抬升條件。

7 結(jié)論與討論

利用NECP1°×1°間隔6h再分析資料分析此次晚秋暴雨可以得到如下結(jié)論：

（1）這次晚秋暴雨過程是在極其有利的天氣形勢和影響系統(tǒng)下產(chǎn)生的，高緯冷空氣沿貝湖低渦后部偏北氣流南下，在河套地區(qū)形成低槽并攜帶冷空氣東移，在河南境內(nèi)與南支槽前強(qiáng)盛的西南急流匯合，導(dǎo)致了暴雨天氣的出現(xiàn)。

（2）水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心偏向于向暴雨區(qū)逐漸靠近，體現(xiàn)水汽在暴雨區(qū)的匯聚，水汽通量的旋轉(zhuǎn)分量在暴雨區(qū)氣旋式環(huán)流的形成能較好地揭示降水集中發(fā)生時(shí)水汽的維持原因。

（3）利用Ekman非平衡流對(duì)此次過程分析發(fā)現(xiàn)，在?？寺瞧胶饬飨虬？寺胶饬髡{(diào)整過程中，強(qiáng)迫邊界層中產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，并在對(duì)流層中層強(qiáng)迫產(chǎn)生次級(jí)環(huán)流是此次暴雨過程發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制；同時(shí)，高空低空急流的耦合對(duì)Ekman非平衡流有一定的加強(qiáng)促進(jìn)作用，使暴雨區(qū)Ekman非平衡流輻合加強(qiáng)，形成EKman非平衡流強(qiáng)迫的次級(jí)環(huán)流與高低空急流耦合產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流同位相疊加耦合的“雙耦合”現(xiàn)象。

（4）“雙耦合”現(xiàn)象的出現(xiàn)和對(duì)稱不穩(wěn)定能量的釋放加速垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，使上升運(yùn)動(dòng)從邊界層一直延伸到對(duì)流層高層為雷暴的產(chǎn)生和暴雨的維持提供了良好的動(dòng)力條件；中低層位渦異常擾動(dòng)導(dǎo)致渦度強(qiáng)烈發(fā)展傾斜，可能是此次暴雨產(chǎn)生的重要原因。

（5）由于該過程發(fā)生在晚秋，暖濕氣團(tuán)勢力較夏季弱，能量條件也不如夏季，但由于低層冷空氣從西部、北部的楔入抬升，暴雨區(qū)上空大氣層結(jié)逐漸趨向于弱穩(wěn)定或中性，同時(shí)由于對(duì)稱不穩(wěn)定能量的釋放導(dǎo)致了雷暴的發(fā)生。

當(dāng)然，本文僅對(duì)一個(gè)晚秋暴雨個(gè)例進(jìn)行初步探討，由于資料所限，邊界層上埃克曼非平衡流與降水之間的相互作用以及其與高低空急耦合產(chǎn)生的流次級(jí)環(huán)流的關(guān)系還需用更多的個(gè)例分析和驗(yàn)證，下一步將結(jié)合高分辨率的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行深入分析。

［1］徐雙柱，鄒立維.一次梅雨期暴雨的中尺度數(shù)值模擬分析［J］暴雨災(zāi)害，2008，27（1）：17－23.

［2］梁軍，李英，隋洪起，等.兩次大連春季暴雨的環(huán)流特征和診斷分析［J］.高原氣象，2011，30（5）：1243－1254.

［3］陶詩言.中國暴雨之特點(diǎn).［M］.北京：科學(xué)出版社，1980：25－64.

［4］張芳華，陳濤，楊舒楠，等.一次冬季暴雨過程中的鋒生和條件對(duì)稱不穩(wěn)定分析［J］.氣象，2014，40（9）：1048－1057.

［5］陳曉紅，余金龍，邱學(xué)興.2005年7月4－11日淮河流域強(qiáng)降水過程的水汽收支分析［J］.氣象，2007，33（4）：47－52.

［6］陳鵬，劉德，李強(qiáng)，等.2009年夏季四川盆地兩次暴雨過程對(duì)比分析［J］.暴雨災(zāi)害，2014，33（2）：112－120.

［7］葉朗明，徐碧裕.兩次不同類型曖區(qū)暴雨的對(duì)比分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（4）：5－10.

［8］鐘儒祥，曾沁，翁俊鏗，等.“2010.5.6”廣東暴雨FY3衛(wèi)星資料綜合分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2010，31，：10－12.

［9］何草青，郭洪權(quán)，陸鴻生，等.一次低渦影響造成的暴雨分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2011，32（3）：16－18

［10］劉曉梅，陳見，高安寧，等.2013年7月廣西一次罕見季風(fēng)槽暴雨分析［J］.氣象研究與應(yīng)，2015，36（2）：54－59.

［11］蘇貴睦，陳向東，陸洪波，等.2009年7月初廣西致洪暴雨過程綜合分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009，31（1）：35－45.

［12］曾小團(tuán)，農(nóng)孟松，趙金彪.廣西幾次不同類型天氣系統(tǒng)造成暴雨過程的物理量分析［J］.氣象研究與應(yīng)用.2007，28（5）：2－7.

Analysis of a regional rainstorm in late autumn of 2014 in Henna

Yuan Xiaochao1,2,Liu Yingying3,Zheng Shilin1,2
(1.CMAoHenan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique,Zhengzhou 450003;
2.Henan Meteorological Observatory,Zhengzhou 450003;3.Henan Meteorological Service zhengzhou, 450003)

Based on the conventional meteorological observation data and NCEP 1°×1°reanalysis data,the late autumn rainstorm process on 0ctober 19 to 20 of 2014 was analyzed,the results show that the high latitude cold air along northward flow in the back of the Lake Baikal Vortex moved southward to form the mid-latitude trough and move eastward with cold air,then meet with strong southwest jet,which led to the emergence of a rainstorm.The convergence centre of water vapor flux potential function and divergent component gradually close to the heavy rain area,which can reflect the convergence of water vapor in the heavy rain area.The formation of cyclonic circulation of the water vapor flux rotation component in the heavy rain area can reveal the maintenance of water vapor.During the adjustment of the Ekman nonbalance flow in the boundary layer,there is a strong vertical ascending motion in boundary layer. Meanwhile,secondary circulation system at middle levels is triggered by the Ekman non-balance flow,

late autumn heavy rain;the water vapor flux;Ekman non-balance flow;secondary circulation

P458.1+21.1

A

1673-8411（2016）03-0057-08

2016-05-15

中國氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目（CMAYBY2015－045）資助

袁小超（1985－），男，河南商水人，工程師，碩士，從事短時(shí)預(yù)報(bào)和強(qiáng)對(duì)流天氣研究，E－mail：123349818＠qq.com

this could be the important physical mechanism leading to this heavy rain events.Interconnection of middle-level secondary circulation strengthened the Ekman non-balance flow that triggered double Interconnection.The positive perturbation of potential vorticity in the lower layers is one of important factors for the formation and development of the heavy rain.