皖西北地区春季暴雨的特征分析

黄利萍 董凌 孙道东 马魁侠 李佳耘

摘 要：该文选取了皖西北地区2000-2012年的10次春季暴雨过程，针对春季暴雨的环流特征、影响系统以及物理量特征进行了分析总结，得到了皖西北地区春季暴雨的典型概念模型和物理量指标，以期能为今后的春季暴雨预报提供参考。

关键词：春季暴雨；预报模型；指标

中图分类号 P426.62 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）02-112-04

Analysis on Feature of Spring Rainstorms in the Northwest of Anhui

Huang Liping et al.

（Bozhou Meteorological Bureau，Bozhou 236800，China）

Abstract：This paper selected 10 spring rainstorms in the northwest of Anhui from year 2000 to 2012.The characteristics of the circulation， the impact systems as well as the physics of spring rainstorms were analyzed and summarized.The typical conceptual model and physical indicators of the spring rainstorms in the northwest of Anhui were obtained， which could provide a reference for the spring rainstorm forecast in future.

Key words：Spring rainstorm；Forecast model；Indicator

暴雨是水资源的重要组成部分，起着缓解旱情、补充水源的作用，但是连续暴雨或是雨量集中的大暴雨往往易造成山洪地质灾害，严重影响群众的生产生活，甚至造成生命财产的重大损失。因此，加强对暴雨天气过程的总结和研究，提高暴雨的预报准确率，对经济建设和社会发展具有重要意义。近年来，许多学者和气象工作者都对黄淮地区夏季暴雨进行了大量的有成效的研究[1-2]，然而在当前社会公众对精细化预报服务水平要求越来越高的形势下，针对亳州地区春季暴雨的研究还相对较少。为此，本文选取了亳州地区2000-2012年的10次春季暴雨过程，针对春季暴雨的影响系统、环流特征以及各种要素和物理量特征进行了分析总结，以期为今后春季暴雨的预报提供预报模型。

1 资料和方法

本文资料使用NCEP/NCAR 1°×1°的再分析资料和中国气象观测网实测资料。暴雨个例选择2000-2012年发生的10次春季暴雨天气过程。文中对暴雨过程进行编号，如将2001年4月19日简写为“0104”暴雨。统计表明，除“0905”和“1004”暴雨外，其余8次过程均有雷暴天气伴随。对比降水空间分布发现，除了“0104”暴雨为局地性短时强降水外，其余均为全市范围的强降水，其中“0804”暴雨强度最大，区域雨量为30～146mm（如圖1）。本文将分别对比分析这10次暴雨过程的环流特征、影响系统以及物理量特征，并进行分类统计，最终得到亳州市春季暴雨的概念模型和物理量指标。

2 环流特征分析

分析10次暴雨过程的高空环流形势发现，春季暴雨与西风带系统关系密切，常与高空槽系统相联系。本文要求列入统计范围的影响槽距暴雨区不超过6格距。

影响亳州春季暴雨的高空槽系统主要有：来自贝加尔湖附近或华北地区的西风带长波槽或低涡短波槽（即高纬槽）、来自青藏高原的高原槽、来自孟加拉湾的南支槽以及由上述几种槽系统在黄淮一带分裂出的小槽。当然有时高空槽单独影响亳州市，有时不同槽系统结合后共同影响亳州市。共分为如下4种类型：高纬槽与东移的高原槽结合，融为宽广的低槽或阶梯槽继而影响亳州市；高纬槽分裂的小槽与东移的高原槽结合影响亳州市；高原槽东移后直接影响亳州市；高原槽东移与南支槽结合后影响亳州市。

3 主要影响系统分析

通过对700hPa和850hpa的形势场、风场，1 000～100hPa的假相当位温（[θse]：密集区为锋区）纬向分布，以及200hPa的风场分析发现，春季暴雨的低空影响系统主要是700hPa和850hPa的低涡切变线系统。

根据统计分析我们得出了亳州春季暴雨的以下2类典型的高低空系统配置：第一类：200hPa在亳州市北部或附近有一支西风急流，500hPa高纬槽位于贝加尔湖到东北地区，亳州市处在东移的高纬槽后和高原槽前；高低空配置呈前倾槽结构，700hPa和850hPa切变线呈东西向，亳州市处在700hPa切变线南侧和850hPa切变线附近或者北侧，850hPa西南急流出口位置在27～30°N；地面处于冷锋锋前（如图2a，c，e）。第二类：200hPa在亳州市上空有一支西风急流，高纬为较为平直的偏西气流，亳州市处在高原槽前；高低空配置呈后倾槽结构，700hPa切变线或低涡位于亳州市北部附近，850hPa低涡切变线位于亳州市上空或者沿淮地区，切变线呈NE-SW走向，切变线南侧有较强的西南急流，850hPa西南急流出口位置在36～40°N，地面处于冷锋锋后或锋区附近（如图2b，d，f）。

4 气象要素和物理量分析

暴雨形成的必要条件包括：充足的水汽供应、强烈的上升运动和较长的持续时间。本文选取了几个表征水汽和动力特征的物理要素（水平风场、水汽通量散度、比湿、假相当位温、垂直速度、散度、涡度和湿位涡）来分析10次暴雨过程的总体特征，归纳出物理量的预报模型和指标，据此建立短期春季暴雨的落区预报模型。

4.1 水汽条件 分析700hPa和850hPa的水汽通量散度和水平风场发现，亳州春季暴雨的水汽输送路径大致可以分为3条：一是水汽从南海直接输送至亳州市。由于水汽供应充足，一直输送到华北地区，亳州市处在水汽辐合区中，暖湿气流强盛，在850hPa和925hPa均存在西南低空急流，暴雨范围的较大。二是水汽来自南海和孟加拉湾。水汽辐合中心位于安徽省西南部，同时蒙古冷高底前部的东北气流与来自南方的西南暖湿气流在江淮地区汇合，亳州市水汽供应不足仅造成局地性暴雨；三是水汽自孟加拉湾经中南半岛再输送至亳州市。强的水汽辐合中心偏西南，亳州市处弱的辐合区中，东北低涡后冷空气与西南急流汇合产生暴雨。通过分析10次暴雨期间700hPa和850hPa的比湿场发现，除了“0703”暴雨过程比湿锋区不明显外，其余9次暴雨期间在亳州市附近均存在比湿锋区。其中：锋区呈NE-SW向和E-W向的均占30%、NW-SW向占20%、S-N向占10%。我市位于湿度锋线的南侧或西南侧的大湿区中，锋区两侧比湿差值为4～6g/g。

4.2 热力条件 假相当位温（[θse]）的高值区也为高能区，[θse]场等值线密集区为能量锋区，暴雨的发生必须有能量锋区的存在。使用500hPa、700hPa和850hPa的[θse]资料，将3层对应格点值求和得到[θse（500+700+850）]水平分布场，分析大气中能量的分布、有无能量锋区存在、能量锋区的位置和走向以及与暴雨之间的关系[3]，总结出这一要素场预报2种模型。一是[θse（500+700+850）]呈E-W向，共7次，占总数的70%；二是呈NW-SE向，共3次，占总次数的30%。上述2种模型的锋区处于（27～40°N，110～120°E）之间，在这区间出现[θse（500+700+850）]水平能量锋区，表明亳州境内将有暴雨发生的可能。暴雨区几乎全部位于锋区南沿或靠近锋区处，暴雨发生在高能舌顶部占7次，发生在高能舌前部占3次，分别对应E-W向和NW-SE向锋区。

4.3 动力条件

4.3.1 垂直速度和散度场 分析10次暴雨期间的1 000～100hPa的垂直流场和散度场发现（图3a），暴雨期间亳州市附近均有一支上升气流，除了3次过程上升运动较弱外（抬升至850～600hPa），低层辐合高层辐散作用使得其余7次暴雨过程均在亳州市南北两侧分别形成一支或两支垂直环流，上升支气流高度几乎都达到300hPa左右，垂直运动较强，有利于低层水汽的向上输送。

4.3.2 涡度和湿位涡 从上文对假相当位温的分析可知，暴雨期间地面均有冷锋生成，高空有干冷空气沿着等熵面下滑至700hpa，与低层的暖湿空气汇合后导致大气稳定度减小。根据等熵面上湿位涡守恒原理，稳定度减小将使得低层绝对涡度的垂直分量增大，因而暴雨期间亳州市处于冷锋前的正涡度区中[4-5]。根据“倾斜涡度发展”理论[6]，我们分析了1 000～100hPa的[θse]和湿位涡的垂直分量（MPV1），结果显示：除了“0104”和“1203”暴雨期间1 000～925hPa亳州市的MPV1为负值外（图3b），其余8次暴雨期间MPV1的负值区在时间上有所滞后，均出现在冷锋移出亳州市之后；且MPV1<0的水平范围为3～6个纬距，高度几乎都在1 000～925hPa。对于700hPa上湿位涡的垂直分量（MPV1）和水平分量（MPV2）的分析发现（图3c-d），10次暴雨期间MPV1几乎均为正值，而MPV2基本为负值，表明春季暴雨期间700hPa的大气层结是稳定的。可见，虽然春季暴雨大多伴随雷暴天气，但由于700hPa以上大气较稳定，所以相较于夏季暴雨而言，出现特别强的雷暴和冰雹等强对流天气的概率要小得多。

5 結论

5.1 暴雨概念模型 根据上文对10次暴雨过程的统计分析，得到亳州地区春季暴雨模型见图4。由图4可知：（1）春季暴雨与夏季暴雨不同的是副热带系统较弱，西风带系统起主要作用。暴雨发生的环流形势为“低槽东移型”，500hPa高纬有低槽或短波槽东移，中纬有高原槽东移，低纬在孟加拉湾或南海有低槽东移。（2）主要影响系统是850～700hPa的低涡（切变线）系统，700hPa低涡或切变线位于亳州市北部或附近，850hPa低涡或切变线位于亳州市附近或南侧，地面上有冷锋影响亳州市。（3）高层（200hPa）和低层（850～700hPa）有高低空急流耦合，亳州市处于高空西风急流附近或右侧，850～700hPa在亳州市上空或者南侧有西南急流配合。

5.2 暴雨预报物理量指标 （1）春季暴雨的水汽输送路径可以归纳为3条：一是水汽从南海直接输送至亳州市；二是分别从南海和孟加拉湾同时向亳州市输送水汽；三是从孟加拉湾经中南半岛再输送至亳州市。（2）暴雨期间700hPa和850hPa上我市附近存在比湿锋区，我市处在湿度锋区南侧或西南侧大湿区中，锋区两侧比湿差值为4～6g/kg。（3）春季暴雨期间低层辐合高层辐散使得垂直运动显著，在亳州市的南北两侧分别有1支或2支下沉气流，垂直方向形成1个或2个次级环流。春季暴雨期间MPV1的负值区大多出现在冷锋移出亳州市之后，MPV1<0的水平范围为3～6个纬距，高度几乎都在1 000～925hPa；700hPa上MPV1几乎均为正值，MPV2为负值，表明700hPa以上大气层结较稳定。（4）能量锋区处于（27～40°N，110～120°E）之间时，亳州境内将有暴雨发生的可能，暴雨发生在[θse（500+700+850）]能量锋区南缘靠近能量锋区处、高能舌顶部或前部。（5）对暴雨期间亳州4站的物理量进行统计，得到春季暴雨期间各个物理量指标见表1。

参考文献

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[6]吴国雄，蔡雅萍，唐晓菁.湿位涡和倾斜涡度发展[J].气象学报，1995，53（4）：387-405. （责编：张宏民）