利用SWAP卫星平台对一次秋季连阴雨过程进行解析

张泽铭，李春光，侯红运

（山东省济宁市气象局，山东 济宁 272037）

SWAP（静止气象卫星天气应用平台，Satellite Weather Application Platform）是主要为从事天气预报专业技术和科研人员，基于数据同步及共享数据库、产品及图像显示处理及交互分析等业务运行的公共平台。山东省第23届运动会于2014年9月16日至24日在山东济宁召开，9月13日开始济宁地区出现连阴雨天气，降水一直持续至18日白天，过程降水量到达暴雨级别，16日下午开幕式和17日第1个比赛日多项室外比赛均在降水中进行。为了做好精细化气象服务工作，济宁市气象台更新了SWAP平台的版本，为山东省重要天气精细化服务发挥了重要作用。我们介绍了本次降水实况，利用强降水的主要时段高空和地面实况资料，结合各种物理量场和能量场进行分析，找出秋季连阴雨的降水成因和机制，利用SWAP平台高分辨率资料、云导风产品和对流综合显示进行解析，找出规律，为以后SWAP平台在日常预报业务，特别是秋季连阴雨等强降水，以及重大活动精细化预报服务中找出分析着眼点和分析思路，使SWAP平台发挥更大作用。

1 降水实况及分析方法

受切变线和地面倒槽的共同影响，2014年9月13日夜间开始，山东省自西南向东北出现了1次大范围的降水过程，降水持续至18日结束。济宁11县（市）平均降水量达62.9 mm，均达到暴雨，最大降水区出现在金乡县，为98.3 mm。此次济宁市秋季强降水的特点是强度大、历时长、范围广，这种全区性的秋季暴雨在济宁市较为少见。

利用本次强降水的主要时段9月17日的500、700、850 hPa高空和地面实况资料，结合各种物理量场和能量场进行分析，找出本次秋季连阴雨的降水成因和机制。利用常规资料和NCEP2.5°X2.5°再分析资料，对该强降水过程从环流背景、水汽条件和物理量特征等方面进行了分析和探讨，重点利用SWAP平台高分辨率资料、云导风产品和对流综合显示进行解析，找出规律。

图1 2014年9月17日8：00时高空天气形势 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）

2 结果与分析

2.1 环流形势分析

2.1.1 高空天气形势 根据NCEP2.5°X2.5°再分析资料9月17日8：00时的高空形势图（图1）可以看出，在9月17日8：00时500 hPa高度场上，山东省处于宽广的槽前西南气流中，河套南部地区有高空槽存在，未来有逐渐东移趋势；贝加尔湖附近维持一强大高压，济宁地区位于588线和584线之间，副热带高压强势维持，南方暖湿气流不断向北输送。700 hPa在山西南部形成低涡，其东侧暖式切变线恰好在济宁市背部穿过。850 hPa上低涡位置略微偏东南方向，在河南地区的中南部，其暖式切变线在山东江苏的交接处。700 hPa和850 hPa上均有一支从河南到山东的西南气流，风速达到16 m/s，为这次降水提供了充足的水汽。850 hPa自鲁西南至鲁东北有很好的风速风向切变副合区，冷暖空气交汇，强降水主要出现在850 hPa切变线位置与700 hPa切变线之间的地区，该地区也基本为济宁市整个辖区范围。

2.1.2 地面形势 从地面形势图上分析，在9月17日20：00时地面图上，山东自西南向东北有倒槽（或低压）发展，倒槽顶部压在鲁南边界，存在地面风场的辐合，此后倒槽稳定少动，造成济宁地区强降水。后期倒槽向北向东发展，济宁市降水强度逐渐减弱。通过高空和地面实况分析，此次暴雨具备有利的环流形势。

2.2 物理量场分析

2.2.1 水汽条件 暴雨的形成需要大量的水汽供应，水汽通量辐合中心与暴雨的落区和强度有很好的对应关系，通过分析水汽通量散度等一些关键要素即可发现水汽的辐合、辐散及其来源。通过分析对比16日和17日20：00时的各层水汽通量散度（图略）发现，各层的水汽通量散度分布相似，数值由低层向高层逐渐减小，同时可明显看出16日20：00时850 hPa上有一条自西南至东北走向的水汽辐合带，该辐合带与中低空强盛的西南气流位置非常吻合。济宁的水汽通量散度负值区达到5 g/（s·cm2·hPa），中西大部分处于辐合区，东南少部分还处于辐散区，之后水汽通道东移南压，至17日20：00时，济宁东部水汽通量散度负值区达到7 g/（s·cm2·hPa），但其最北侧、最南侧的水汽条件不好，这与济宁市16日白天西部降水较多、17日白天东南地区降水加强的实况是一致的。水汽通量散度负值区为水汽通量辐合区，绝对数值越大，越有利于对流系统的产生发展以及强降水的产生。充沛的水汽供应和强烈的水汽辐合，为济宁这次秋季强降水提供了充足的水汽条件。

2.2.2 K指数 K指数是能综合反映中低层垂直降温、低层露点及温度露点差的物理量，也是诊断暴雨产生的指数之一［1］。从9月16日20：00时至17日20：00时K指数的水平分布演变可知，9月16日20：00时山东省K指数鲁西北在24～28，说明比较稳定；鲁西南和鲁中在32～34，说明鲁西南和鲁中不稳定能量增加，此时济宁的K指数在34左右，能量逐渐聚集，部分地区已经出现弱降水。17日20：00时济宁处在36～38的高值中心区，能量加大，受其影响，17日白天济宁全区的降水强度明显加强，金乡站已经出现暴雨，这与实况相吻合。在这次强降水过程中，K指数具有较好的指示意义，K指数≥35℃是济宁秋季出现暴雨的条件之一。从9月16日20：00时至17日20：00时，济宁地区的K指数一直较大，并且有不断增大的过程，说明济宁上空的大气非常暖湿，积聚了大量不稳定能量，在有利的触发机制下，积聚的能量一旦得到释放，将容易出现较大降水。

2.3 SWAP资料分析应用

2.3.1 高分辨率可见光图像分析 连阴雨天气过程雨强最大出现在17日17：00时，最大小时雨强出现在金乡，为9.4 mm，济宁为9.0 mm。17日17：00时SWAP可见光1.25 km分辨率见图2，在副高外围湖北、河南和安徽北部有明显的对流云团发展，其内部对流泡清晰可见，在东北侧边缘恰好处于济宁上空，与本时段的强降水的出现非常吻合。

图2 17日17：00时可见光1.25 km分辨率可见光图像

2.3.2 云导风资料分析 卫星云导风，国际上通常称为大气运动矢量（AMVs，atmosheric motion vectors），国内通常称为云导风或云迹风。卫星云导风资料具有覆盖范围广、时空密度大等优点，因此，它能有效地弥补海洋、高原等地区观测信息的不足，为天气分析和数值预报提供大量有用资料［2］。选取17日16：00时雨强最大时的卫星资料，取离16：00时最近的19：30时云导风资料和16：00时高分辨率可见光图像叠加（图3）可见，风场和副高外围的高层气流非常一致，华南和华中大部地区由于处在副高里面，天气晴好，基本无云，也基本无云导风资料，而副高西侧和北侧全部为红色的风场，表示400 hPa以上的风场信息。济宁处于副高外围北侧的偏西气流里，东侧临沂地区附近有个30 m/s的西风显示，而基本正西方向在菏泽与河南交接处附近的西风仅为20 m/s，说明济宁上空高层有着强烈的高空辐散。分析17日20：00时700 hPa（图1 b） 形势图，济宁恰好处于低空急流的左前方，有着明显的低空辐合。强降水发生过程中，高空急流入口区南侧的辐散区和低空急流左前方的辐合区耦合，使得高空急流入口区产生正的次级环流，低层辐合上升，高空辐散，有利于对流的发展，同时有利于低空急流的形成和发展，低空急流为此次暴雨提供了充足的水汽和对流发展的不稳定能量。山东南部和河南境内的低空急流不断加强，它的加强对强降水的发生和维持有积极作用。后期低空急流减弱，雨势减弱，暴雨区移出，充分显示了低空急流对暴雨的作用［3-4］。

图3 17日19：30时云导风和16：00时高分辨率可见光图像

2.3.3 对流分析 SWAP1.0.5版本对流分析功能进行了优化，能够更好的帮助预报员对对流云团进行细致分析。通过SWAP对17日16：00时水汽通道图像进行对流综合显示（图4），放大山东至河南地区，一块对流云团在山东南部边界至河南东部、安徽北部地区，而在其北侧，恰好在济宁的金乡上空有向东北方向伸展的-32.0左右的高能舌（圆圈处），而此时的降水实况，金乡恰好是该地区的最大小时雨强地点（图5），与强降水区非常吻合。结合700 hPa引导风场，济宁上空吹西南风，济宁位于金乡的东北方向，正好沿着西南气流的方向，济宁也是该时段的强降水地区之一。可见，SWAP对流分析显示的高能舌位置不仅能够提示强降水的地区，还能结合700 hPa引导风预报出未来2 h左右的强降水区。

图4 SWAP17日16：00时水汽图像对流综合显示

图5 济宁和金乡16日23：00时至17日8：00时小时雨量曲线

3 结论

1） 通过对在对2014年9月16—17日山东省省运会期间济宁地区的秋季连阴雨的降水成因和机制分析，以及SWAP平台在本次秋季连阴雨的服务中的使用解析，结果表明，本次连阴雨天气过程是在有利的天气背景下发生的，高空影响系统是高空槽、副高外围以及槽前强盛的西南气流，贝加尔湖附近强大高压脊与降水关系密切，底层有明显的切变线，地面主要受倒槽影响。

2）强降水区低层有大量的水汽输送和强烈的水汽辐合。水汽通量散度负值区为水汽通量辐合区，绝对数值越大，越有利于对流系统的产生发展以及强降水的产生。充沛的水汽供应和强烈的水汽辐合，为济宁这次秋季强降水提供了充足的水汽条件。济宁上空的大气非常暖湿，积聚了大量不稳定能量，在有利的触发机制下，积聚的能量一旦得到释放，将容易出现较大降水。

3）高分辨率可见图像上，包含对流泡的对流云团东北侧边缘地区与该时段强降水区位置非常吻合。云导风产品能够指示出高空的强烈辐散，结合低空急流的辐合，能够判断出产生正的次级环流，低层辐合上升，高空辐散，有利于对流的发展，同时有利于低空急流的形成和发展，低空急流为此次暴雨提供了充足的水汽和对流发展的不稳定能量，充分显示了低空急流对暴雨的作用。SWAP平台对流综合显示的高能舌位置不仅能够提示强降水的地区，还能再结合700 hPa引导风预报出未来2 h左右的强降水区。

［1］ 寿绍文，励申申，姚秀萍.中尺度气象学［M］.气象出版社，2003：291-300.

［2］ 侯 青，许健民.卫星导风资料所揭示的对流层上部环流形势与我国夏季主要雨带之间的关系［J］.应用气象学报，2006，17（2）：138-144.

［3］ 李建辉.华南初夏的超低空急流及其对暴雨的影响［J］. 气象学报，1982，40（3）：319-326.

［4］朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法［M］.气象出版社（第四版），2007：398-400.