2015年6月24日淮河流域暴雨過(guò)程分析

趙淑芳+胡順起+呂游+黃燕玲

摘要 根據(jù)常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析資料和自動(dòng)站資料，對(duì)2015年6月24—25日發(fā)生在淮河流域一次暴雨過(guò)程進(jìn)行了成因分析。分析表明，副熱帶高壓的西伸北抬和穩(wěn)定維持使偏南低空急流長(zhǎng)時(shí)間維持，為暴雨發(fā)生提供了充足的水汽和能量，暴雨集中在切變線的南北兩側(cè)和低空急流的頂端；深厚長(zhǎng)時(shí)間的濕層有利于降水維持，充足的水汽輸送和強(qiáng)烈的水汽輻合造成了暴雨的發(fā)生；高能舌頂端能量鋒區(qū)與強(qiáng)降水中心有很好的對(duì)應(yīng)；等θse面突然變得陡立密集，在其他條件不變時(shí)，大氣對(duì)流不穩(wěn)定度減小導(dǎo)致垂直渦度發(fā)展、上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)、降水強(qiáng)度增大；較強(qiáng)的輻合和上升運(yùn)動(dòng)把水汽輸送到較高的高度，有利于高效率降水的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞 暴雨；西南急流；切變線；水汽；能量鋒區(qū)；淮河流域；2015年6月24日

中圖分類號(hào) PP458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）17-0219-03

夏季淮河流域暴雨頻繁發(fā)生，防汛壓力大。暴雨的研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，研究和實(shí)踐表明，產(chǎn)生暴雨的物理機(jī)制非常復(fù)雜[1-10]。有研究通過(guò)分析暴雨和強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生條件，得出邊界層水汽輸送和輻合對(duì)暴雨（尤其是持續(xù)性暴雨）的維持非常重要[1]；區(qū)域內(nèi)等θse線密集，表明位勢(shì)不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定，為中尺度對(duì)流發(fā)展提供必要的能量，根據(jù)傾斜渦度發(fā)展理論[8-10]，等θse面突然陡立密集，將引起垂直渦度發(fā)展、上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，使降水增加[3]。

本文通過(guò)對(duì)比濕、水汽通量、水汽通量散度、假相當(dāng)位溫、散度和垂直速度等物理量分析來(lái)研究淮河流域暴雨過(guò)程的水汽、熱力和動(dòng)力特征。本文應(yīng)用常規(guī)觀測(cè)資料、地面自動(dòng)觀測(cè)站資料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析資料，對(duì)2015年6月24—25日淮河流域暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行診斷分析，以期找到一些淮河流域暴雨發(fā)生的特點(diǎn)。

1 降水概況

2015年6月24—25日受低渦切變線影響，淮河流域出現(xiàn)大范圍暴雨天氣（圖1），其中山東南部和江蘇中部部分地區(qū)出現(xiàn)大暴雨天氣。這次降水過(guò)程出現(xiàn)2個(gè)強(qiáng)降水中心，其中山東魚臺(tái)縣過(guò)程降雨量達(dá)129.6 mm，為山東最大降雨量點(diǎn)，強(qiáng)降水集中時(shí)段24日4：00—9：00，以下簡(jiǎn)稱“第一強(qiáng)降水中心”，見圖1（b）；江蘇泗洪縣過(guò)程降雨量達(dá)230 mm，為江蘇最大降雨量點(diǎn)，強(qiáng)降水集中時(shí)段25日0：00—3：00，以下簡(jiǎn)稱“第二強(qiáng)降水中心”。

2 環(huán)流背景和影響系統(tǒng)

天氣系統(tǒng)維持、再生和發(fā)展的必要條件是穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢(shì)[4]。2015年6月23日20：00，500 hPa亞洲中高緯呈兩槽一脊型，副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱“副高”）中心位于西太平洋，副高脊點(diǎn)位于26°N附近，脊后河套地區(qū)到貝加爾湖為低槽區(qū)，朝鮮半島為高壓脊控制，淮河流域處于脊后槽前，588 dagpm等值線西伸到114°E，在四川與重慶交界處的850 hPa有低渦，湖南至安徽中部有東西向的切變線。由圖2（a）可知，24日8：00副高西伸，850 hPa切變線北抬至淮河流域中部，沿副高邊緣從華南到河南與江蘇交界處有一支西南急流，最大風(fēng)速達(dá)16 m/s。由圖1（a）可知，24日2：00—20：00的暴雨中心主要集中在切變線的南北兩側(cè)及急流的頂端。第一強(qiáng)降水中心24日5：00出現(xiàn)最大降水強(qiáng)度（25.1 mm/h）。24日20：00，500 hPa低槽略有北收，副高略有南撤，850 hPa西南急流減弱，最大風(fēng)速12 m/s，此時(shí)降水減弱。由圖2（b）可知，25日8：00，500 hPa低槽加深東移，副高南撤，850 hPa低渦切變線北抬，西南急流帶加強(qiáng)東移，急流從華南延伸到安徽中部，最大風(fēng)速達(dá)18m/s。24日20：00至25日20：00的暴雨中心集中在切變線的南側(cè)和急流的頂端，見圖1（b），第二強(qiáng)降水中心25日1：00出現(xiàn)最大降水強(qiáng)度（30.0 mm/h）。25日20：00，500 hPa低槽繼續(xù)東移，副高南撤，850 hPa低渦切變線移至海上，降水結(jié)束。副高西伸北抬和穩(wěn)定維持使西南低空急流長(zhǎng)時(shí)間維持為暴雨發(fā)生提供了條件，副高顯著影響山東夏季降水量的多少[6]。

從地面形勢(shì)場(chǎng)分析，24日2：00—20：00，在我國(guó)西南一直有氣旋存在，淮河流域處于氣旋東西向倒槽的頂部，見圖2（c）。24日23：00至25日17：00，淮河流域不斷有小低壓在倒槽中生成。25日20：00，低壓中心移到海上，降水趨于結(jié)束，見圖2（d）。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 比濕

從環(huán)流形勢(shì)分析可知，副高邊緣的西南暖濕氣流強(qiáng)盛，源源不斷地將南海的水汽輸送到中國(guó)東部地區(qū)。充足的水汽輸送是產(chǎn)生暴雨的必要條件。對(duì)925 hPa比濕場(chǎng)進(jìn)行分析，23日20：00至25日20：00，淮河流域一直存在比濕≥12 g/kg的高濕區(qū)。沿117°E、35°N和118°E、33°N（山東菏澤地理坐標(biāo)為116.65°E、34.98°N，即第一強(qiáng)降水中心；江蘇泗洪地理坐標(biāo)為118.13°E、33.29°N，即第二強(qiáng)降水中心）分別做23日20：00至25日20：00比濕和風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間-高度垂直剖面（圖3）。由圖3（a）可知，900 hPa以下一直是偏東風(fēng)，并且比濕一直維持在12 g/kg以上，持續(xù)的偏東風(fēng)，長(zhǎng)時(shí)間維持著低層海上的水汽輸送。24日2：00之后，700 hPa以下比濕明顯加大，濕層加厚，水汽供應(yīng)充足，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生和維持。由圖3（b）可知，800～1 000 hPa比濕達(dá)14 g/kg以上，濕層更深厚，這也是淮河流域降水量東部比西部大的原因之一。

3.2 水汽通量和水汽通量散度

水汽輻合的最大值大多在850 hPa及以下的邊界層內(nèi)，850 hPa以上很小。丁一匯等[1]指出只有強(qiáng)對(duì)流性暴雨水汽輻合的最大值可出現(xiàn)在比較高的層次中，因而邊界層的水汽輸送和輻合對(duì)于暴雨尤其是持續(xù)性暴雨的維持是非常重要的。由圖4（a）可知，6月24日2：00，850 hPa水汽輸送帶向北發(fā)展到山東南部、河南、安徽北部，其中心水汽通量最大值達(dá)16 g/（cm·hPa·s）?；春恿饔蛞粠в兴可⒍蓉?fù)值區(qū)，其中心最大值-6×10-7 g/（cm2·hPa·s），位于河南安徽交界北部地區(qū)。河南與江蘇交界處位于西南急流的下游和水汽通量散度最小值中心附近，水氣通量梯度較大。該地冷暖空氣迅速交匯凝結(jié)，水汽通量迅速降低，形成山東南部的第一強(qiáng)降水中心。由圖4（b）可知，6月24日20：00，925 hPa上有2條水汽輸送帶，一條是從安徽中部到江蘇中西部的西南向水汽輸送帶，另一條是從東海伸向淮河流域的偏東水汽輸送帶，其中海上水汽輸送帶中心水汽通量最大值達(dá)14 g/（cm·hPa·s）。2條水汽輸送匯合于一個(gè)水汽通量散度負(fù)值區(qū)[位于江蘇東北部，中心最大值為-5×10-7 g/（cm2·hPa·s）]，導(dǎo)致了第二強(qiáng)降水中心的出現(xiàn)。endprint

3.3 假相當(dāng)位溫

副高邊緣強(qiáng)盛的西南急流為這次暴雨帶來(lái)了足夠的能量和充沛的水汽。對(duì)假相當(dāng)位溫θse分布和變化進(jìn)行分析，從而對(duì)強(qiáng)降水期間冷暖空氣活動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)了解。“第一強(qiáng)降水中心”期間，24日2：00，850 hPa θse高能舌東移到淮河流域，高能舌位于西南急流頂端。沿117°E穿過(guò)“第一強(qiáng)降水中心”的θse經(jīng)向剖面圖見圖5（a），可以看出，24日2：00 850 hPa以下邊界層中，高θse舌與低θse舌相疊置，在疊置區(qū)（34.5°～35.0°N）等θse線變得陡立密集，產(chǎn)生“第一強(qiáng)降水”，同時(shí)陡立密集區(qū)左側(cè)有溫度槽，說(shuō)明冷空氣與具有高能量的暖濕空氣匯合時(shí)地面降水強(qiáng)度增大；另一方面，當(dāng)?shù)圈萻e線變得陡立密集時(shí)，大氣對(duì)流不穩(wěn)定度減小而變?yōu)橹行裕谄渌麠l件不變時(shí)由濕位勢(shì)渦度守恒和傾斜渦度發(fā)展理論可知[8-10]，對(duì)流不穩(wěn)定度減小導(dǎo)致絕對(duì)渦度增大，有利于垂直渦度發(fā)展、輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，使降水強(qiáng)度增大。

24日20：00，高能舌東移壓到安徽江蘇北部交界處，整個(gè)淮河流域850 hPa假相當(dāng)位溫為338～352 K，西南急流頂端位于高能舌頂端，“第二強(qiáng)降水中心”出現(xiàn)在此。沿118°E穿過(guò)“第二強(qiáng)降水中心”的θse經(jīng)向剖面圖見圖5（b），950 hPa以下假相當(dāng)位溫同樣陡立，大氣斜壓性不明顯，呈現(xiàn)潛在不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。

3.4 散度和垂直速度分析

暴雨的產(chǎn)生，除了具備水汽條件和不穩(wěn)定能量條件外，還需具備動(dòng)力觸發(fā)系統(tǒng)。6月24日2：00，沿117°E經(jīng)線做散度和垂直速度的垂直剖面，見圖6（a）?？梢钥闯?，34.5°～36.5°N的700～800 hPa層有較強(qiáng)輻合中心，中心強(qiáng)度達(dá)-8×10-5/s。在33.5°～36.0°N之間，從450～900 hPa存在一個(gè)隨高度向北傾斜的上升速度大值區(qū)，最大上升速度達(dá)-12×10-3 hPa/s。水汽輻合中心與上升運(yùn)動(dòng)相配合，第一強(qiáng)降水中心的暴雨由此出現(xiàn)。24日20：00，沿118°E做散度和垂直速度垂直剖面見圖6（b）?？梢钥闯?，32°～34°N底層輻合，最大輻合強(qiáng)度為 -3×10-5/s。同一緯度區(qū)間的整層大氣都有上升運(yùn)動(dòng)，上升速度最大為-4×10-3 hPa/s。輻合中心和上升運(yùn)動(dòng)都不強(qiáng)，但整個(gè)對(duì)流層都為上升運(yùn)動(dòng)加上水汽和能量的不斷輸送，此后第二強(qiáng)降水中心出現(xiàn)。

4 結(jié)論

（1）相對(duì)穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢(shì)是促使這次淮河流域區(qū)域性暴雨產(chǎn)生的必要條件?！暗谝粡?qiáng)降水中心”期間的暴雨主要集中在切變線的南北兩側(cè)和低空急流的頂端?！暗诙?qiáng)降水中心”期間的暴雨主要集中在切變線的南側(cè)和低空急流的頂端。

（2）長(zhǎng)時(shí)間的深厚濕層維持有利于暴雨產(chǎn)生，邊界層的水汽輸送和輻合對(duì)于暴雨（尤其是持續(xù)性暴雨）的維持是非常重要的。2個(gè)強(qiáng)降水中心期間800 hPa以下比濕一直達(dá)12 g/kg以上，2個(gè)降水中心也位于水汽通量散度負(fù)值區(qū)的中心。

（3）高能舌頂端能量鋒區(qū)與2個(gè)強(qiáng)降水中心有很好的對(duì)應(yīng)。等θse面突然變得陡立密集，在其他條件不變時(shí)，大氣對(duì)流不穩(wěn)定度減小將導(dǎo)致垂直渦度發(fā)展、上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)、降水強(qiáng)度增大。

（4）較強(qiáng)的輻合和上升運(yùn)動(dòng)，有利于高效率降水的產(chǎn)生。2個(gè)降水中心期間整個(gè)對(duì)流層都是垂直上升運(yùn)動(dòng)，并且大暴雨區(qū)有上升運(yùn)動(dòng)中心。“第一強(qiáng)降水中心”期間，復(fù)合中心高度達(dá)到850 hPa左右，450～900 hPa存在一個(gè)隨高度向北傾斜的上升速度大值區(qū)，水汽輻合中心與上升運(yùn)動(dòng)相配合產(chǎn)生大暴雨。“第二強(qiáng)降水中心”期間，輻合中心和上升運(yùn)動(dòng)都不強(qiáng)，但整個(gè)對(duì)流層都為上升運(yùn)動(dòng)加上深厚濕層水汽的不斷輸送，降水量比“第一強(qiáng)降水中心”的量大。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 丁一匯，章名立，李鴻洲，等.暴雨和強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生條件的比較分析[J].大氣科學(xué)，1981，5（4）：388-397.

[2] 楊曉霞，吳煒，姜鵬，等.山東省三次暖切變線極強(qiáng)降水的對(duì)比分析[J].氣象，2013，39（12）：1550-1560.

[3] 楊曉霞，蔣義芳，胡順起，等.2009年“8·17”魯南低渦暖式切變線極強(qiáng)降水分析[J].暴雨災(zāi)害，2013，32（3）：224-234.

[4] 張慶云，陶詩(shī)言，張順利.1998年嫩江、松花江流域持續(xù)性暴雨的環(huán)流條件[J].大氣科學(xué)，2001，25（4）：567-576.

[5] 孫興池，王西磊，周雪松.緯向切變線暴雨落區(qū)的精細(xì)化分析[J].氣象，2012，38（7）：779-785.

[6] 張少林，王俊，周雪松，等.“7.18”致災(zāi)暴雨成因分析[J].氣象科技，2009，27（5）：527-532.

[7] 朱義青，高安春，胡順起. 一次魯南大暴雨過(guò)程成因診斷分析[J].山東氣象，2013，136（4）：24-27.

[8] 吳國(guó)雄，蔡雅萍，唐曉菁，等.濕位渦和傾斜渦度發(fā)展[J].氣象學(xué)報(bào)，1995，53（4）：387-404.

[9] 吳國(guó)雄，蔡雅萍.風(fēng)垂直切變和下滑傾斜渦度發(fā)展[J].大氣科學(xué)，1997，21（3）：273-282.

[10] 蒙偉光，王安宇，李江南，等.華南暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成及濕位渦分析[J].大氣科學(xué)，2004，28（3）：331-341.endprint