两次副热带高压外围沿海暴雨过程对比分析

崔粉娥 李飏 畅巨峥 李卫敏

（1 河北省秦皇岛市气象局，秦皇岛 066000；2 河北省青龙满族自治县气象局，青龙 066500）

两次副热带高压外围沿海暴雨过程对比分析

崔粉娥1李飏1畅巨峥2李卫敏1

（1 河北省秦皇岛市气象局，秦皇岛 066000；2 河北省青龙满族自治县气象局，青龙 066500）

2010年8月4—5日和8月21—22日两次天气过程都是在副热带高压外围产生的沿海大暴雨天气。利用常规观测资料、自动站降水资料、NCEP再分析等资料，从大尺度环流场、物理量场、数值预报产品等方面对这两次过程进行综合诊断分析，以为河北海岸带暴雨提供一定的依据。结果表明，这两次暴雨过程均具有河北海岸带夏季暴雨的特征，是典型的副热带高压边缘大暴雨天气。水汽通量辐合区与暴雨的落区有较好的对应关系，边界层附近水汽的输送对降水起增大作用，两次过程的不同点在于影响系统和对流稳定度。当T639模式降水产品预报秦皇岛有大到暴雨，且秦皇岛位于副热带高压边缘，此时应重点分析水汽通量辐合区、高能舌和上升速度大值中心叠加区域；如果该区域存在中尺度系统触发机制，则该区域可能是沿海暴雨到大暴雨的落区。

副热带高压，暴雨，物理量场，对比分析

0 引言

秦皇岛位于河北省东北部，濒临渤海湾，由于受海陆风产生的次级环流影响，是局部暴雨的多发地。暴雨常常带来局部或流域性严重洪涝灾害，给人们的生产和生活造成严重影响[1-4]。为此，气象学者对暴雨做了大量研究，取得了一系列成果[5-11]。但目前对河北海岸带暴雨多是针对典型个例从不同角度进行分析总结，针对多个个例的对比分析较少。如李延江等[12-15]从不同方面分析了秦皇岛海岸带暴雨，认为中尺度暴雨云团沿副热带高压588dagpm线西北侧的引导气流方向移动, 在有利的低层风场辐合区，造成河北海岸带暴雨。在同一“母体”中尺度回波带背景下，不同时刻γ、β中尺度降水系统互相扰动导致海岸带致灾暴雨。王宏等[16-17]和张晓亮等[18]分别分析了湿位涡和高、低空急流耦合与河北海岸带暴雨的对应关系，认为低空急流为暴雨的产生提供了大量的水汽。本文利用常规观测资料，采用北京大学系开发的客观分析诊断图形系统，对2010年8月秦皇岛海岸带两次致灾暴雨过程的天气系统、物理量、数值预报产品等进行对比分析，以期对秦皇岛沿海暴雨预报、预警提供参考。

1 暴雨过程概况及特征

2010年8月4日（简称过程1）和2010年8月21日

（简称过程2）是两次典型的副热带高压外围产生的暴雨天气过程（图1）。据区域自动站显示：两次过程秦皇岛各地都出现了强降水天气，过程降水量大于50mm。过程1有23个区域气象站降水量超过100mm，最大出现在抚宁榆关178mm，强降水时段出现在4日23时—5日05时，抚宁榆关站3h总降水量为126.3mm，为短时暴雨。过程2有31个区域气象站降水量超过100mm，最大出现在青龙曹碾167mm，20日20时—21日15时强降水区在北中部，22日凌晨在沿海一带，昌黎团林站小时最大降水量为27.8mm，两次过程维持时间较长，雨量分布比较均匀。

从图1看出，两次暴雨过程强降水落区不太一致，过程1位于海岸带0～40km；过程2位于北部山区，但沿海降水量都大于50mm。由于过程2的大值区位于北部山区，且持续时间较长，故造成的损失相对要大些。据有关部门统计，过程1暴雨灾害中抚宁和卢龙县受灾较重，其他县（区）为农田小范围内涝及低洼处积水，因灾造成直接经济损失达4300万元。过程2暴雨过程有4个县（区）出现不同程度灾情，受灾人口达24.97万人，农作物受灾面积9990.6hm2，直接经济损失达8057.1万元。在两次暴雨过程中，秦皇岛市气象台将预警信号均提前升级为红色，并发布重要气象专报和地质灾害预警，提前对强降水过程进行了防御，减小了气象灾害带来的损失。

2 天气背景和环流形势

2010年8月4日08时，500hPa欧亚中高纬度呈一槽一脊型（图略），在东北以北有一低涡，低涡中心经贝湖东侧向南甩下高空槽，低涡和槽均配合有-24℃和-18℃的冷中心，秦皇岛处于槽前宽广的西南气流中，500hPa急流轴从河套北边缘经张家口一直伸向黑龙江南部，最大风速达28m/s。副热带高压稳定少动，588线在40°N附近沿渤海海岸线呈西南—东北向，此时850hPa从大兴安岭西侧经北京到河套存在切变线。至4日20时高空槽移到了111°E，高空急流稳定少动。而850hPa切变线东移到118°E，在秦皇岛区上游，此时，由山东半岛到辽宁东南部形成低空急流带。

2010年8月20日20时，500hPa欧亚中高纬度呈一槽一脊型（图略），副高稳定维持在40°N附近，且呈带状分布。此时700hPa在河套地区存在切变线，由于低空水汽充沛，切变线在向东北移动过程中，在河北中北部低区发展为低涡，产生秦皇岛北中部部部分地区的大暴雨天气。21日20时以后随着系统东移和副高南落，不断有冷空气下滑影响秦皇岛，出现了沿海大暴雨天气。

中高纬度有利的环流形势配置为沿海暴雨的产生提供了背景场，副热带高压稳定在40°N附近（渤海沿岸），且呈带状分布，两次暴雨过程均由高空槽与副热带高压共同作用产生。强降水落区（图2）分别位于高空急流出口右侧和低空急流入口左侧，在低层切变线或低涡附近。两次区域性暴雨的降水性质均为混合型降水，但过程1对流性更强。

从强降水时段典型物理量参数（表1）可知，两过程满足暴雨基本条件，过程1的K指数和相当位温明显高于过程2，说明过程1的不稳定性较强，过程2的动力条件强盛。

表1 秦皇岛站典型物理量参数

3 暴雨成因对比分析

3.1 水汽条件

充足的水汽是形成暴雨的必要条件。在暴雨过程中通常有显著的水汽输送条件，强降水落区上空有丰富的水汽汇合。由两次暴雨过程500、700、850、925hPa的比湿和相对湿度地理分布（图略）可见，两次暴雨过程四层比湿和相对湿度都比较大。8月4日20时秦皇岛沿海比湿和相对湿度500hPa分别达4g/ kg、70%，700hPa分别达9g/kg、70%，850hPa分别达16g/kg、98%，925hPa分别达18g/kg、99%，随着系统东移南压，高湿区也随之南压。8月21日20时秦皇岛沿海比湿和相对湿度500hPa分别达6g/kg、100%，700hPa分别达8g/kg、70%，850hPa分别达13g/kg、90%，925hPa分别达14g/kg、95%。

从以上分析可知，两次暴雨过程水汽条件充沛，湿层深厚，850hPa比湿大于12g/kg，达到沿海暴雨指标，中层湿度小说明有干冷空气入侵，有利于对流降水的产生。500～700hPa是副高边缘SW暖湿气流输送水汽，850～925hPa是低层黄海、渤海高湿区[19]，SE-E急流作用下暖湿平流向西部岸区输送水汽，这是沿海大暴雨的主要特征。过程1水汽条件明显优于过程2，所以过程1对流性较强。

水汽通量表征水汽的来源，水汽通量散度表征水汽的辐合和辐散[11]。由两次暴雨过程中925hPa的水汽通量和水汽通量散度图（图3）可知，两次过程中水汽的主要通道主要来自于西太平洋-东海-黄海-渤海，其次是高空槽前的西南暖湿气流。水汽通量辐合区和水汽通量散度负值区与暴雨的落区有较好的对应关系，暴雨区水汽通量均超过了-12。过程1中，水汽通量辐合大值区从赤峰到河北东北部，而过程2中，水汽通量辐合区集中在内蒙古-北京-秦皇岛，水汽通量散度值更大，最大可达-6。综合分析各高度水汽条件 可知：降雨区上空气柱中的水汽条件非常有利于强降 水的产生，过程1湿层深厚，维持时间较长，对流性较强，过程2水汽集中，短时水汽输送较强。

3.2 不稳定条件

相当位温θe反映了大气的温湿状况，它的分布反映了大气中能量的分布。等值线密集区为能量锋区，而暴雨的发生必需要有能量锋区的存在[20]。由850hPa上θe场（图4）可以看出，两次暴雨过程的θe的高值区与水汽通量及水汽辐合区相对应，秦皇岛位于高能舌区，中心值大于350K。暴雨北侧有θe等值线密集区，随着系统东移和副高南落，斜压性加强且不稳定区域向东北方向移动，产生沿海地区强降水。

由乐亭探空站的大气温湿及稳定度参数（表2）可知，暴雨发生之前秦皇岛沿海为层结不稳定状态，K指数大于28，SI指数小于0，满足河北海岸带暴雨指标。整层比湿积分（IQ）大于5700g/kg，表示水汽含量是充足的。随着暴雨的发生和副高南落，各值向有利于层结稳定的方向发展。

通常用相当位温随高度的变化∂θe/∂p表示大气的稳定度，当∂θe/∂p＞0时，即当相当位温随高度降低时，大气层结处于对流不稳定。分析暴雨区上空相当位温沿119°E的垂直剖面图（图5）可见，过程1在秦皇岛以东有一相当位温高值区，中心值达360K，暴雨区上空850hPa以下大气处于不稳定状态，为暴雨的发生积累了大量不稳定能量；过程2暴雨区上空850hPa以下大气处于对流稳定状态。总之，过程1中各不稳定参数均优于过程2，说明过程1表现出强烈的层结不稳定，对流活动比过程2旺盛。

表2 乐亭探空站两次暴雨过程大气温湿度及稳定度参数

3.3 动力条件

分析两次过程的垂直速度剖面（图6）可知，两次过程的高低空垂直运动有较相似之处，在40°N附近存在明显的垂直运动大值区，且上升速度在500hPa左右的高度表现最为强烈，与暴雨落区有很好的对应关系。细微之处在于，过程2中，垂直速度大值区范围较广，中心数值明显大于过程1。

散度是反映辐合辐散的物理量，从散度垂直剖面（图6）可知，两次过程辐散中心位于200～300hPa，

辐合中心位于850～700hPa，辐散轴与辐合轴上下对应比较一致，都位于39°—40°N附近，但中心数值过程2大于过程1，说明此时低层辐合高层辐散条件较好，辐合中心和上升运动中心有较好的对应，强烈的辐合上升运动为两次暴雨天气过程提供了很好的动力场。

3.4 T639降水预报效果检验

应用T639数值预报产品的24h实效降水预报，与加密自动站实况降水资料对两次暴雨过程的降水预报进行检验，发现过程1中，T639模式预报秦皇岛为大值区，降水量小于50mm，明显比实况偏弱，且降水中心位于天津静海一带，与实况偏差较大。过程2中，T639模式对秦皇岛北中部暴雨到大暴雨落区把握较好，对南部沿海强降水区，比实况偏弱。

总之，两次暴雨过程中，T639降水预报产品有一定的参考性，但强降水中心都有偏差，且过程1预报效果明显不如过程2。当T639降水预报产品预报有大到暴雨，且秦皇岛位于副高边缘，如果综合其他有利条件，可以考虑沿海出现暴雨到大暴雨的可能性。因此，T639预报大到暴雨可以作为秦皇岛暴雨预警的一个参考。

4 小结及讨论

1）中高纬度有利的形势配置为沿海暴雨的产生提供了背景场，两次过程均具有河北海岸带夏季暴雨的特征，是典型的副高边缘大暴雨天气。不同点在于影响系统和对流稳定度。

2）两次暴雨过程湿度层较深厚，水汽输送路径相似，边界层附近水汽的输送对降水起增大作用。水汽通量辐合区与暴雨的落区有较好的对应关系。

3）两次过程850hPa相当位温θe的高值区与水汽通量及水汽辐合区相对应，代表了两次过程的不同落区；过程1表现出强烈的层结不稳定，对流活动比过程2旺盛。

4）当T639模式降水产品预报秦皇岛有大到暴雨，且秦皇岛位于副高边缘，此时应重点分析水汽通量辐合区、高能舌和上升速度大值中心叠加区域；如果该区域存在中尺度系统触发机制，则该区域可能是沿海暴雨到大暴雨的落区。

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Comparison Analysis of the Two Coastal Rainstorm Courses of Subtropical High Peripheral Precipitation

Cui Fene1, Li Yang1, Chang Juzheng2, Li Weimin1
(1 Qinhuangdao Meteorological Bureau of Hebei, Qinhuangdao 066000 2 Qinglong Manchu Autonomous County Meteorological Bureau of Hebei, Qinglong 066500)

Two coastal heavy rains on August 4-5 and 21-22, 2010 were caused by subtropical high. Based on the conventional observation data, precipitation data from automatic stations and NCEP reanalysis data from NCEP/NCAR center, it is diagnosed mainly from circulation situation, influence system, physic and numerical forecast products, providing a basis for coastal zone in Hebei heavy rains. The results indicate: both of the two processes, which happened against a favorable circulation background had the characteristics of the coastal zone in Hebei summer rainstorm, are typical of the subtropical high edge heavy storm. The rainstorm area which corresponded well with the convergence zone of vapor flux water vapor near the boundary layer has a growth effect on the precipitation. Differences appeared from the trigger mechanism and the stability of convection when it has big-heavy rains in Qinhuangdao according to T639 forecast production. If there is a trigger mechanism of mesoscale system in such area, it will probably be the falling area of coastal heavy rains.

subtropical high, rainstorm, physical feature, comparison analysis

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.06.007

2014年7月8日；

2015年2月2日

崔粉娥（1977—），Email: cuifene@126.com