一次副高控制下的南平市暴雨天氣過程分析

黃待靜 陳偉明 王涵彧

(南平市氣象局，福建 南平 353000)

1 概述

每年9月，副熱帶高壓經?？刂莆覈箨?，當有一些弱天氣系統(tǒng)影響時，會引發(fā)暴雨。此類暴雨具有突發(fā)性強、空間分布不均、降水效率高等特征，還可誘發(fā)山體滑坡、泥石流等地質災害，給人民的生命和財產帶來巨大損失。諸多學者對副高控制下的暴雨做了較多研究。陳德林[1]對1980—1998年9個個例分析表明，當副高迅速減弱東退,在地面鋒面、高空槽等弱天氣系統(tǒng)作用下會產生暴雨天氣。劉還珠[2]研究指出，副高與西風槽之間形成較強的能量鋒區(qū),在濕位渦的斜壓擾動作用下轉化為動能,導致傾斜垂直渦度發(fā)展,激發(fā)為強烈的上升運動。張娟娟[3]在分析江西2010年7月14～15日副高控制下暴雨過程發(fā)現(xiàn)，干冷氣流侵入地面暖槽，地面擾動有利于強不穩(wěn)定能量的釋放，激發(fā)中尺度對流系統(tǒng)。

近年來，風廓線雷達、微波輻射儀等新型探測設備逐步投入業(yè)務運行，風廓線雷達與微波輻射儀配合，可實現(xiàn)對大氣風速、溫度、濕度等要素的連續(xù)遙感探測，彌補常規(guī)探測資料時空分辨率低的不足。因此本文從分析副高控制下的暴雨個例入手，在常規(guī)天氣分析中，增加先進的精細時空觀測資料，加強對副高控制下的暴雨過程物理機理認識，累積非常規(guī)探測資料的應用經驗，為弱環(huán)境背景下的暴雨預報提供思路。

2 過程概況

2018年9月23日，南平市出現(xiàn)一次暴雨，局部大暴雨天氣過程(圖1a)，統(tǒng)計9月22日20時～9月23日20時自動站雨量過程總降水量，南平共有9個縣市59個站點雨量超過50mm，其中4個縣市9個站點雨量超過100mm。本次暴雨過程的特點是：雨量大、雨勢猛，雨量分布不均、對流性質明顯。共有10個站點出現(xiàn)小時雨強超過50mm的極端短時強降水，其中以政和界溪水庫79.6mm/h為最大。強降水在閩北降水有兩個高峰期，一個是23日02時從松溪開始發(fā)展的強降水區(qū)，此強降水區(qū)自東北向西南發(fā)展，23日8～10時在建甌達到鼎盛時段， 10時后迅速減弱。

3 影響系統(tǒng)分析

9月22～23日200hPa上，我國30°N以北地區(qū)存在一支U型的高空急流，急流底部位于江西北部，福建處于高空急流入口區(qū)右側西南氣流控制(圖2a)，西側風速明顯小于東側，呈現(xiàn)風速輻散；廣東地區(qū)受東北氣流控制，使得高空急流與東北氣流之間呈現(xiàn)風向輻散。200hPa的高空輻散為暴雨天氣過程提供“抽氣”作用，保證了上升運動的持續(xù)。500hPa歐亞中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢，貝加爾湖地區(qū)到青藏高原為脊，烏拉爾山以東的西伯利亞西部和亞洲東岸為低槽，中低緯地區(qū)從西太平洋到我國長江流域以南為強大的帶狀副熱帶高壓控制，東亞大槽伸入副熱帶高壓內部，一直延伸到我國長江中下游地區(qū)。22日夜里,東北氣流下有弱冷空氣滲透南下，觸發(fā)了閩北東部暴雨的發(fā)展。23日08時，低層轉西南風，弱切變控制湘贛到閩北地區(qū)，伴隨著高空槽東移，副熱帶高壓的南落，切變南壓，降水的范圍及強度明顯加強。

(a)2018年9月22日20時至23日20時累積降水 (b)暴雨過程逐時降水量

分析水汽(圖2b)發(fā)現(xiàn)，強降水發(fā)生期間，南平在濕舌的控制之下， 850hPa比濕大于12g/kg，相對濕度大于90%，水汽飽和，整層可降水量達50mm以上。南平以北的湘贛地區(qū)相對濕度迅速減小，濕度梯度大。且850hPa對應著高能舌，θse≥340K，K指數(shù)≥36℃，有不穩(wěn)定能量堆積，能量鋒區(qū)壓在閩浙贛交界處，大氣環(huán)境場非常有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展。22日夜里已有東北氣流攜帶弱干冷空氣滲透南下，而此時鋒面主體還在江西境內。23日白天，伴隨系統(tǒng)的東移南壓，不穩(wěn)定能量得到釋放，閩北強降水自北而南迅猛發(fā)展。

從大尺度環(huán)流背景看，此次暴雨過程發(fā)生在副高控制下或副高邊緣，且低層為弱切變，沒有低空急流，總體而言為弱天氣系統(tǒng)。但是這種副熱帶高壓影響下的環(huán)境，往往有明顯的高能、高濕背景，只要存在天氣系統(tǒng)的觸發(fā)，使不穩(wěn)定能量釋放，就能造成強烈的上升運動，形成發(fā)展迅猛、雨勢洶洶、分布不均的暴雨天氣。這種短時暴雨的中小尺度系統(tǒng)和環(huán)境條件的演變很難從傳統(tǒng)的粗網(wǎng)格觀測數(shù)據(jù)中捕獲。對此，本文利用多普勒雷達、風廓線雷達和微波輻射計資料進一步分析。

4 多普勒雷達回波特征和探空資料分析

圖3為建陽多普勒天氣雷達觀測到的回波演變情況，從左到右觀測時間分別為，23日4時、5時、 9時。22日夜里，閩北東部松溪有對流回波發(fā)展，23日4時左右(圖3a)強回波中心達到50dBz以上，受其影響，松溪小時雨強達41.7mm。面積小、強度強的回波不斷向西南方向發(fā)展(圖3b)，逐漸影響建陽、建甌等地。與此同時，上游地區(qū)江西黎川有回波發(fā)展東移，進入閩北境內后，受到光澤喇叭口地形影響，回波強度加強且面積逐漸增大，此回波塊東移南壓。23日9時(圖3c)兩強回波合并，形成大面積混合性降水回波，此回波質心低、強度強、降水效率高。10時后回波東移南壓，逐漸減弱。

從邵武探空站T-lnP圖(圖3d、圖3e)看，對流有效位能大，兩個時次對流有效位能均達到800J/kg以上，K指數(shù)在39以上，0℃層高度在5km左右，暖云層深厚。同時對比兩個時次，9月22日20時探空上，低層為東北風，中高層為西南偏西風，低層有冷空氣侵入，9月23日低層弱切變生成，850hPa轉為西南風。9月22日20時，500hPa以下層結曲線與露點曲線之間靠的很近，水氣飽和。9月23日08時，700hPa～500hPa略有變干，大氣層結變得更加不穩(wěn)定。23日08時，自由對流高度和抬升凝結高度進一步將低，因此有利于低質心、高效率的降水發(fā)生。

(a)9月23日04∶03組合反射率圖 (b)9月23日07∶54組合反射率圖 (c)9月23日11∶35組合反射率圖

5 風廓線雷達及微波輻射計特征分析

由于建甌的強降水主要集中在23日08～10時(圖1b),需要分析相應建甌風廓線雷達的探測資料(圖4a)。結果表明，這是一次高空淺槽、低空切變影響建甌站的情況。風廓線的風場劇烈變化出現(xiàn)在07時，前后，在此之前，1.6km以下為西南風，以上為西北風，風隨高度順轉，有暖平流(圖略)。從07時至10時，5km以上風由西南風轉為西風再轉西北風，說明有高空槽過境。在4.2km高度以下，總體來說由西南風轉為南風，再轉為東風到東北風，最后轉成西北風，與低渦切變過境前后風場的變化表現(xiàn)比較一致。0.5km以下低空風場比較亂，風速小，這應該是鋒面逐漸移近本站，造成空氣擠壓，在風場上的無序表現(xiàn)。各層風向的變化時間比較接近，系統(tǒng)的影響時間集中，垂直位置很近，系統(tǒng)疊置，鋒區(qū)陡直，這與降水強度強，降水時段集中的特點也是吻合的。但是系統(tǒng)風向不穩(wěn)定，中間有短時反復，表現(xiàn)為弱系統(tǒng)，且尺度較小。從風速來看，系統(tǒng)影響時段內，風速明顯增加，特別是3.4～5.2km有時甚至加大至急流標準，這樣可以加強中層干空氣的侵入，08～09時,在0.6～1.8km附近有風隨高度逆轉，邊界層有冷平流侵入，激發(fā)短時強降水發(fā)展。配合微波輻射計的濕度廓線來看(圖4b)08時與12時，發(fā)現(xiàn)1～5km高度上，確實有相對濕度下降的情況。10時后，建甌風場轉為西北風控制，風速全面減弱，閩北降水逐漸減弱。

(a)建甌站23日風廓線雷達水平風向風速隨高度分布圖 (b)建甌站相對濕度垂直廓線

6 結論

本文利用常規(guī)氣象觀測資料、多普勒雷達、風廓線雷達以及微波輻射計等觀測資料，分析了副高控制下暴雨的成因，得到以下結論。

①從大尺度環(huán)流背景看，此次暴雨過程發(fā)生在副高控制下或副高邊緣，且低層為弱切變，沒有低空急流，總體而言為弱天氣系統(tǒng)。

②對暴雨期間的物理量場分析，表明暴雨發(fā)生時，水汽飽和，比濕、整層可降水量大，強降水發(fā)生在高能高濕區(qū)域，同時動力抬升條件與暴雨也有很好的對應關系。

③從雷達回波演變分析，這次副高控制下的對流回波發(fā)展初期局地性強，面積小，強度強，沒有明顯的系統(tǒng)性移動。后期配合高低空影響系統(tǒng)，合并成混合性降水回波，在引導氣流控制下東移南壓并逐漸減弱。

④雖然是副高控制或副高邊緣影響，系統(tǒng)強度較弱，尺度小。但系統(tǒng)疊置，影響時間集中，且有干冷空氣的侵入等情況下，會使得大氣中的能量在短時間內大量釋放，激發(fā)出強的短時降水。預報員平時要多注意風廓線雷達、微波輻射計等資料的分析，提高預報、預警能力。