“4.30”闽东暴雨的结构分析

韦英英，刘德和，叶晓冰

(1.福建省安溪县气象局 362400； 2.福建省永春县气象局)



“4.30”闽东暴雨的结构分析

韦英英1，刘德和2，叶晓冰2

(1.福建省安溪县气象局 362400； 2.福建省永春县气象局)

利用2013年4月30日8:00到5月1日8:00的MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料、福建省区域自动站资料等，分析闽东一场在高空槽、低层切变和地面冷空气共同作用下的冷锋锋前暴雨天气过程。通过物理量结构分析发现，槽前西南急流为此次降水提供了充足的水汽，冷锋过境使得大气条件性不稳定，强的辐散场和锋面南压为此次暴雨提供了强的抬升条件。并浅析此次暴雨对铁观音茶青生产及品质的影响。

高空槽；低层切变；冷锋；暴雨

福建省每年的雨季大范围暴雨天气频发，其中闽东尤为容易出现强降水天气。多数的研究[1-3]表明，华东持续性暴雨与大尺度环流异常活动和中低纬天气系统联系紧密。Schumacher等[4]认为，中尺度对流系统MCS的大小和组织结构及其运动学特征是能否引发暴雨的关键因子。孙连强等[5-7]对各地暴雨和大暴雨日数的年际变化和暴雨过程的中尺度雨团特征进行分析，给出重要的分析结论。近年来，很多中国气象学家深入研究了中尺度系统发生发展机理，取得一些重要成果[8-13]。本文以2013年4月30日出现在闽东的暴雨天气过程为例，通过对此次雨季期间雷暴暴雨天气进行诊断分析，给出雨季中强降水天气的模式特征，并分析此次暴雨对铁观音茶园生产的影响。

1 天气概况

2013年4月29日至5月1日，福建省出现了一次较强的系统性降水过程，明显的降水区随着西风槽的东移南压，自4月29日逐渐由闽西北南下漫延至闽东沿海。其中,4月30日8：00到5月1日8：00，闽东各市出现了明显的暴雨天气过程。暴雨主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部，其中有11个站点出现大暴雨(24 h降水量>100 mm)。此次暴雨天气过程拉开了华南雨季的序幕，连日的强降水为福建大部分地区的旱情起到明显的缓解作用。

此次降水较为集中，暴雨区(24 h降水量>50 mm)主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部。其中，有11个站点出现了大暴雨，以莆田市大洋镇降水量最大(144.7 mm)。

此次强降水过程，暴雨中心十分集中，福州东南侧及莆田北侧的雨量都在100 mm以上。研究暴雨中心附近的几个站点：莆田大洋镇(简称大洋镇)、长乐松下码头(简称松下码头)、福清城头镇(简称城头镇)24 h的逐时降水变化情况。由图1可以看出，强降水主要集中在4月30日18:00-20：00，雨量都在20 mm/h以上，且雨量集中，特别是19:00时短时强降水明显，3个站点雨量都在40 mm/h以上，有2个站点都出现了降水量大于50 mm/h的强降水，其中城头镇19:00时雨量达60 mm/h。由该次暴雨天气过程降水分布情况可以看出，局地短时强降水明显。

图1 4月30日至5月1日暴雨中心站点24 h降水情况

分析地面实况资料可知，4月30日夜间有冷空气从东路沿海南下。由17：00时的地面形势可以看出，在浙南沿海已经全部转为东北风控制，并出现2.3 hPa/h的正变压。由20：00时的地面形势可以看出，闽北沿海也逐渐转为东北气流控制，有正变压区，单站点最大变压达3.1 hPa/h。20:00时后继续南下影响闽东沿海，自5月1日凌晨闽东沿海全部转为东北气流控制，受冷空气和降水的共同影响，全省过程降温较为明显。分析锋前强降水开始后的6 h(4月30日18：00时到5月1日00:00时)的降水实况，发现闽东沿海各市的降水在这个时段较为集中，降水量占24 h总雨量的绝大部分(图1)。

2 环流背景分析

分析该次暴雨天气过程高低空配置，4月30日8:00时高空200 hPa西南急流在我国华南分为南北两支，闽东正好处在南支急流的路口，且为强烈的风向风速辐散区，强的抽吸作用为此次强对流天气的发生发展提供了有利的条件。高空500 hPa亚洲东部上空受一槽一脊控制，闽东处在槽前的西南急流，槽前的正涡度平流为此次中尺度系统提供了强有力的上升条件。低空700 hPa有冷式切变东移南压至赣东湘北一带，850 hPa受西南急流控制，将南海水汽源源不断地输送至闽东地区，为此次降水过程提供了充足的水汽条件。地面图上，14: 00时冷锋位于苏浙交界，闽东位于锋前的暖区控制中，锋前增温明显，闽东沿海大部分地区最高气温在28℃以上。至20:00时冷锋快速南压至闽东北沿海，锋前暖区对流性降水明显，且局地性较强。20:00时后地面冷锋继续南下，进入福建境内，冷暖气团交汇，局地强降水范围逐渐扩大。

从大尺度形势分析可以看出, 这是一次在高空槽、低层切变和地面冷空气共同作用下的冷锋锋前降水。

3 物理量诊断分析

强对流活动往往带来雷雨大风、短时强降水等突发性天气。一定的水汽条件、大气不稳定度及强的抬升条件是其发生、发展的基础。下文通过这三个方面分析该次西风槽过境和地面冷空气南下共同影响下出现暴雨天气的对流条件。

3.1 水汽条件

本次强降水发生前和整个过程，闽东地区从底层到高层都有西南急流维持并不断加强，自南海将暖湿气流源源不断地向闽东沿海输送，为此次暴雨的产生和维持发展提供了充足的水汽来源。从NCEP再分析资料700 hPa水汽通量可以看出，4月30日20：00时福建省周边有两个水汽通量中心，分别位于粤北，中心值大于14×10-9g/(cm2·hPa·s)；闽东沿海，中心值大于16×10-9g/(cm2·hPa·s)，这表明在粤北和闽东洋面上有大量的水汽从其上空通过，而分析高空流场，4月30日20：00时从高层200 hPa到底层925 hPa都在西南急流的控制下，自南海洋面上将暖湿气流经粤北闽南一带不断沿西南方向输送水汽。在闽东上空有大量的水汽输送，出现了小于6×10-9g/(cm·hPa·s)的水汽通量，自粤北到闽东存在明显的正水汽通量梯度，即水汽在此处有堆积。而这正与暴雨中心位置相符合，强的水汽堆积为此次强对流的发生发展提供了重要条件。

而水汽通量散度则真正反应了一个地区水汽的集中程度，从NCEP再分析资料700 hPa水汽通量散度反演可见，4月30日20:00时的水汽通量散度图上的水汽辐合中心位于闽东北地区，辐合中心分布非常集中，水汽辐合中心强度超过140×10-9g/(cm2·hPa·s)，如此强烈的水汽辐合为此次强对流提供了非常充足的水汽条件。而在闽东北一带，4月30日20:00时前后短时强降水明显，部分地区降水量超过50 mm/h，最大雨强达到64.1 mm/h，对比发现此次暴雨的中心位置与水汽的辐合中心有非常一致的对应关系，强的水汽辐合是导致此次暴雨的一大重要因素。

3.2 大气不稳定

此次暴雨天气过程，由南海将充足的水汽向西南方向输送，并在闽东沿海堆积，为强降水提供充足的水汽条件。此时，闽东处在西风槽东侧西南暖湿气流里，有冷空气从东路南下影响，通过假相当位温垂直分布分析大气的不稳定情况。

从4月30日20：00时假相当位温θse沿经度119°E垂直剖面图(图2a)可以看出，在27°N至30°N区域，水平方向上有明显的假相当位温θse梯度，且与20:00时冷锋南下的情况相符。即20:00时有冷锋南下，锋区内θse梯度明显增大，θse值骤降。在纬度27°N至30°N区域、高度850hPa以下，假相当位温θse随高度下降明显，这表明该区域大气条件性不稳定，利于对流的发生发展。而在25°N至26°N区域内，暖湿空气锋区抬升，有342 K的θse高等值线向上延伸，并出现高低层上下打通的现象。

从4月30日20：00时假相当位温θse沿纬度25.7°N的垂直剖面图(图2b)可以看出, 假相当位温θse在纬度垂直剖面图上存在两个锋区，分别位于113E附近和120E附近，后者θse梯度明显大于前者。底层有340 K的θse等值线向上延伸至500 hPa附近，垂直方向上出现上下层打通的现象，且正好位于暴雨中心区域。此外，在强降水区的两侧，θse等值线近似垂直分布。高空850 hPa以下θse随高度明显递减，即大气条件性不稳定。高层高空850 hPa以下有θse随高度递减区，及大气条件性不稳定。340 K的θse高值区呈“漏斗”状伸向底层，上升的暖湿气流与冷空气在θse峰值区附近相遇，并释放凝结潜热进一步促进了上升运动，利于系统的发生发展。

图2 4月30日20：00时θse沿经度119°E和纬度25.7°N的垂直剖面图

3.3 上升条件

通过NCEP再分析资料反演此次强对流天气过程的抬升条件，此次系统对流旺盛，抬升条件充沛。从垂直速度场的剖面分布来看，有非常明显的强上升运动区，垂直运动极值出现在120°E附近，上升运动极值达2.1 Pa/s以上。在700 hPa高度层下，垂直速度都是随着高度递增，对流发展强盛。且强垂直运动区与暴雨中心位置极为吻合，这表明20：00时前后的短时强降水与有利的上升条件相关性较大。

通过NCEP再分析资料反演高低空流场、散度场的配置(图3)，分析此次强降水过程的抬升条件。在200 hPa高度场上有明显的西南急流，最大风速达50 m/s以上，在闽中、赣东一带有强的幅散场，散度中心强度达8，位置较强降水中心偏西偏南。在闽东沿海中高层有明显的辐散场，辐散中心强度达6；在闽东沿海存在强辐合中心，中心强度850 hPa达到7，中心强度925 hPa 达到10，越低层其辐合越强，高空辐散、低空辐合，强烈的抽吸作用为本次暴雨天气过程和20:00时局地短时强降水提供了有力的抬升条件。

强的上升运动将大量水汽和不稳定能量向高层输送，上升的暖湿气流和高层冷空气在θse锋区相遇并释放凝结潜热，进一步促进了上升运动，使得降水持续。

图3 4月30日20:00时不同高度场散度图

4 暴雨天气对铁观音茶园的影响

安溪县是产茶大县，盛产铁观音茶。对于铁观音茶叶生产来说，全年仅春、秋两季为铁观音茶园采收茶青的正季。而铁观音茶树品种对于天气的相关性极大，冬春连旱、低温阴雨、霜冻等对于茶树的危害极大。此次暴雨及强对流天气发生在铁观音即将应季上市的前期，此间的雷阵雨在茶区上空构成的氮气层，可为茶树提供足够的氮素养分，且发生时间恰到好处。研究表明，铁观音茶的质量主要表现在：一是茶青(即鲜叶)质量,二是制作工艺。 2013年春季出现旱情，茶叶品质受到一定影响，此次暴雨的发生，给即将成熟的铁观音茶树提供了充足的水分，对其茶青的产量及质量具有好的影响。

5 结论

2013年4月30日的这场暴雨天气过程是在西风槽、低层切变和地面冷空气的共同作用下发生发展的，强降水在时间和空间上都具有明显集中的特点。

由高低空配置发现闽东三层(500、700、850 hPa)都处在西南急流里，有充足的水汽源源不断地自南海向闽东输送，而通过水汽通量、水汽通量散度也很好地反应出20：00时前后暴雨发生时的水汽条件。

4月30日20：00时前后有地面冷空气南下，此前闽东地区锋前增温明显，上空由暖湿气流控制，干冷空气南下使得大气不稳定度增加。由NCEP再分析资料反演20:00时假相当位温θse的垂直剖面分布可见，冷锋的侵入使得>340 K高等值线出现上下层打通的状况，且位置与强暴雨中心相符。这表明冷空气的入侵触发了此次强对流天气过程的大气不稳定条件。

地面暖湿气团与冷空气南下的锋后干冷空气交汇，强劲的锋面迫使暖湿气流抬升。此外，高空强辐散和低空强辐合的配置，起到了强的局地抽吸作用，也为此次暴雨过程提供了有力的抬升条件。由NCEP再分析资料反演20:00时闽东地区的垂直速度场，发现在暴雨中心确实存在强的垂直速度中心，这与高低空的配置相一致，且与冷锋过境的抬升作用密切相关。

此外，暴雨发生在铁观音应季上市之前，暴雨过程中强雷暴为茶园上空构成有利的氮气层，强降又水为茶园提供充足的水分，有效地提高了茶青的产量和品质。建议今后加快建设生态茶园的步伐, 并建设水利灌溉工程, 推广先进加工设备, 努力创造或模拟生产高品质好茶的小气候，为当地茶产业的创新发展创造有利的条件。

[1]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980.

[2]DING Y H.Summer monsoon rainfalls in China[J].J Meteor Soc Japan,1992, 70(1):373-396.

[3]施能,朱乾根,吴彬贵.近40年东亚夏季风及我国夏季大尺度天气气候异常[J].大气科学, 1996,20(5):575-583.

[4]SCHUMACHER R S,JOHNSON R H.Organization environmental proper-ties of extreme rain producting mesoscale conxective systems[J]. Mon Wea Rev，2005(133):961-976.

[5]孙连强,李慧琳,王浩,等.辽东短时特大暴雨过程中2个MCC云团的特征和环境场分析[J].安徽农业科学,2009(28): 13680-13683.

[6]蔡赛缄,凌良新,唐仰华.广东潮州暴雨的气候特征及成因分析[J].安徽农业科学,2009 (33):16462-16464.

[7]姜俊玲,张雪冬,党英娜,等.一次区域性暴雨过程的中尺度雨团特征分析[J].安徽农业科学,2009(17):8075-8077.

[8]胡亮,何金海,高守亭.华南持续性暴雨的大尺度降水条件分析[J].南京气象学院学报, 2007,30(3):345-351.

[9]鲍名.近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景仁[J].大气科学,2007, 31(5):779-792.

[10]王晓芳,黄华丽,黄治勇.2010年5-6月南方持续性暴雨的成因分析[J].气象,2011,37 (10):1206-1215.

[11]桂海林,周兵,金荣花.2007年淮河流域暴雨期间大气环流特征分析[J].气象,2010,36 (8):8-18.

[12]陶诗言,倪允琪,赵思雄,等.1998年夏季中国暴雨的形成机理与预报研究[M].北京: 气象出版社，2001.

[13]王婷,吴池胜,冯瑞权.2005年6月广东一次暴雨过程的中尺度对流系统的数值研究[J].大气科学,2008,32(1):184-196.

(责任编辑：杨小萍)

Analysis on structure of “4.30” rainstorm in eastern Fujian

WEI Ying-ying1, LIU De-he2, YE Xiao-bing2

(1.AnxiMeteorologicalBureau,FujianProvince362400;2.YongchunMeteorologicalBureau,FujianProvince)

A rainstorm process ahead of cold front in eastern Fujian, simultaneously influenced by upper trough, low level shear, and surface cold air, was analyzed based on the MICAPS data from April, 30th to May, 1st, 2013, reanalyzed data of NCEP 1°×1°, and data of Fujian Regional Automatic Station. With analysis on physical quantity structure, it found that the jet ahead of trough in southwest supplied sufficient water vapor for the rainstorm, the passed cold front made the air conditions unstable, and the strong divergence field and front pressed towards south formed uplift condition. Effects of the strong rainfall on production and quality of Tie Guanyin tea leaves were also analyzed.

Upper trough; low level shear; cold front; rainstorm

2017-02-03

韦英英，女，1990年生，助理工程师。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.02.008