2014年山东省2次春季暴雨形成机制对比分析

胡晓琳+胡光辉+韩国泳+郑怡

摘要 利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料对2014年春季山东出现的2次暴雨过程进行了诊断对比分析。环流形势对比表明，500 hPa低槽、中低空切变线和地面气旋是这2次过程共同的影响系统。中低层的水汽输送和水汽辐合对暴雨的产生有重要贡献，垂直上升运动提供了良好的动力作用。

关键词 春季暴雨；天气形势；形成机制；对比分析；山东省；2014年

中图分类号 P458.1+21.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）17-0226-03

影响山东地区的暴雨过程主要出现在夏季，而出现在春、秋2季的暴雨相对夏季少很多，因而相关研究也较少。吕淑琳等[1]通过对1次春季暴雨的分析研究得出低空急流和水汽辐合为暴雨过程提供了水汽条件，低层辐合，高空辐散、冷锋的抬升作用以及前期较高的下垫面温度为上升运动提供了良好的条件；王家芬等[2]对1次黄淮气旋暴雨的研究表明高空槽与低涡结合，北方冷锋与倒槽前部的暖锋相接，形成焊接类黄淮气旋，在东移过程中，容易加深发展而产生大范围的强降水天气；杨晓霞等[3]认为春季暴雨与夏季不同在于副热带系统较弱而西风带系统起主导作用，暴雨前后冷暖空气活动剧烈，暴雨区有中尺度和大尺度上升运动相叠加；胡燕平等[4]对河南省2次春季区域暴雨进行对比分析，低层与边界层的水汽辐合、强的水汽输送和水汽辐合对暴雨的产生有非常重要的贡献，春季大气层结对流稳定，与夏季暴雨有明显区别；赵 坤等[5]指出850 hPa和地面具有不同的环流形势，低空急流的类型和切变线的位置不同以及地面是否形成气旋与降水量级密切相关。

根据降水资料的统计发现，山东省春季出现暴雨的几率较小，人们容易忽视而产生自然灾害。因此，对春季暴雨的准确预报显得尤为重要，有必要针对2014年连续的2次暴雨过程进行细致对比研究。本文通过常规观测资料等对这2次暴雨过程进行对比分析，以期为今后春季大范围降水过程的预报提供参考依据。

1 过程概况

第1次降水过程为2014年4月25—29日，降水先是影响鲁西南地区，后不断向北、向东方向移动，到28日9：00，除威海外，山东其他地区的降水已结束。在本次降水过程中，山东省有8个站累计降水量在50 mm以上，5个站累计降水量超过100 mm。其中，4月27日降水量，荣成90.5 mm、石岛82.7 mm，均为本站有气象记录以来4月日降水量最高值。第2次降水过程是2014年5月10—11日，山东省累计降水量有26个站达到50 mm，2个站超过100 mm。全省平均降水量是42.8 mm，最大1 h降水量是27.2 mm，出现在5月11日2：00的黄岛。这2次暴雨过程都是比较典型的春季暴雨过程，具有一定的代表性。

2 天气形势分析

2次暴雨过程有1个共同特征，即降水过程分为2个阶段。第1阶段，由低层切变线和地面冷锋共同影响产生的降水；第2阶段，生成了地面气旋，受气旋影响产生降水。虽然2次降水过程相似，过程降水量也基本相近，但第1次降水过程小时降水量小、过程持续时间长，而第2次降水过程时间相对要短、小时降水量大。现就环流形势进行简单的对比分析[6]。

2.1 高空环流形势

2.1.1 第1次降水过程。在高空图上，降水过程开始前，500 hPa上贝加尔湖以南有一高空槽，引导低层的低涡向北移动，温度槽明显落后于高度槽，切变线北侧的东南急流已经建立。到25日20：00，贝湖以南的高空槽东移并明显北收，而在青藏高原的东部，高原槽已初步形成；低層切变线位于太行山以东，东南急流明显增强，850 hPa达到20 m/s，925 hPa甚至达到24 m/s，这为第1阶段的降水提供了丰富的水汽和能量。由图1（a）可知，到26日8：00，500 hPa低槽在东移的过程中分裂为2段，其中南段正好位于山东省的上空，济南和青岛的风向为西偏北风，而威海是西偏南风；低层的环流也明显减弱，山东西部的降水已基本趋于结束。第2阶段的降水开始于26日11：00，26日20：00的500 hPa图上，高原槽在24 h内移动了10个经距，使山东省再一次处于槽前西南气流控制中，在河套地区有一明显的冷中心；低层700 hPa的急流尚未建立，850 hPa上东南急流中心的位置移动到海上。27日8：00的500 hPa图上，河套地区的冷中心依然存在，使得等压线弯曲成一接近横槽的形势；南支的高原槽在东移的过程中，与第1阶段北收的槽相结合，正好位于山东省的上空。27日20：00，在500 hPa半岛地区出现一低压中心，与700 hPa和850 hPa以及地面低压相对应，系统变得深厚。500～850 hPa低压中心底部的切变线均已位于海上，此时段之后，降水也开始趋于减弱。

2.1.2 第2次降水过程。过程开始前，500 hPa上北支槽也是位于贝湖以南，不同的是青藏高原以东有一南支槽，中低层在四川盆地以东有一低涡，其前部的暖切变线一直伸向东海，切变线以北也有东南急流。由图1（b）可知，5月10日20：00，高空500 hPa南北2支槽结合，略有东移，温度槽落后于高度槽，预示着未来将发展加深，低层的低涡受槽前西南气流引导，向东北方向移动到山东的鲁西南，同时东南急流也明显增强，这一时段主要受暖切变及北部的东南急流影响产生降水。到11日8：00，500 hPa槽明显加深，在河套东部已发展为切断低压，低层低涡继续向东北方向移动到黄河入海口处，低涡底部的切变线正好位于鲁中地区。11日20：00，3层结构已基本重合，低层切变移动缓慢但也到达半岛地区，降水基本趋于结束。

2.2 地面环流形势

2.2.1 第1次降水过程。地面图上，过程开始前，地面冷锋已压到山东的西部，地面倒槽还不明显。到25日20：00，冷锋后部的高压中心向东移动，而海上高压稳定少动，地面辐合线位于山东西部，中雨区主要位于地面辐合线的附近或略微偏东，与高空形势相比较，可以发现，降水区是在低涡切变线的顶前部，与东南急流之间。26日8：00，倒槽有明显减弱，但在江苏北部，地面气旋已初步形成，鲁南、鲁西北和鲁中的大部分地区处于倒槽后部，已转为东北风。26日20：00，地面倒槽有所加强，低压中心移动到沿海地区，此时降水区域主要是在地面低压的顶部，与高空相对比可以看到降水区在低涡附近或偏前的位置，地面气旋的顶前部，与之前25日20：00的形势完全不同。27日8：00，气旋中心已入海，地面倒槽加深，等压线更为密集，地面风速明显增强。气旋入海后加深发展，到14：00，海平面气压可分析出1 012.5 hPa的闭合线，气旋的发展使得半岛地区的降水出现第2次增长。27日20：00，1 012.5 hPa的闭合等值线消失，黄淮气旋开始减弱。此后，除威海仍受到气旋顶部东北气流的影响有降水外，其他地区降水已基本结束。endprint

2.2.2 第2次降水过程。在过程开始前，地面高压中心位于新疆的东部，冷锋的前沿到达河套地区，低压中心位于云贵高原，顶部的地面倒槽一直延伸到山东的西部。10日20：00，高压中心迅速移动到河套地区，海上的高压系统稳定少动，使2个高压中心间的地面倒槽明显加深，此阶段山东主要是地面倒槽影响产生降水。到11日2：00，地面倒槽中产生气旋，出现第1条闭合等值线。此后，影响山东降水的主要是气旋降水。地面气旋受到西南气流的引导，到11日8：00，快速移动到鲁中东部地区，半岛受到气旋前部暖切变的影响，小时降水量大。11月20日，地面气旋已快速移动到辽东半岛，只有半岛东部地区还受到气旋底部切变线的影响。

通过以上的分析可以看到，2次过程有很多相同点，降水的影响系统先是500 hPa的低槽、切变线和地面倒槽，后冷暖空气交汇及低空急流的加强促使生成地面气旋并加深发展，而海上高压稳定少动，使受气旋影响的降水进一步加强。不同的是第1次降水过程中，是在北支槽影响趋于结束时，南支槽才与北支槽相结合，使地面产生气旋，气旋向东移动入海后加强，影响半岛地区。而第2次降水过程是南支槽和北支槽先结合后，再向东移动并加深形成切断低压，山东上空500 hPa的风速明显要比第1次降水过程大，受强劲引导气流影响，地面气旋是向东北方向移动的，且移动速度很快，这与第1次降水过程的移动方向和速度有明显不同（图2）。

3 水汽条件分析

3.1 第1次降水过程

根据水汽通量和水汽通量散度图进行分析，第1次过程4月25日20：00，有较强的东南气流向山东西部输送水汽，而且在低层850 hPa和925 hPa都有较好的水汽辐合区。26日20：00，水汽通量散度以及水汽通量的中心移动到半岛东部。到27日20：00，中心都转移到海上。降水集中的时段和中心，与水汽通量和水汽通量散度中心一一对应。

3.2 第2次降水过程

在第2次降水过程开始时，从925 hPa到700 hPa也有明显的水汽输送，而且到10日20：00，水汽输送明显加强，水汽辐合区一直到达700 hPa的高度，925 hPa的辐合区与地面降水中心较为重合。11日8：00，水汽输送中心移动到半岛地区，但水汽的辐合区下降到850 hPa，700 hPa由辐合区变为辐散区，925 hPa反而有所增强。到11日20：00，山东上空基本转为低层辐散高层辐合。

由上述分析可知，这2次过程不仅是东南急流带来丰富的水汽，而且地面到中低层强烈的水汽辐合上升也有利于暴雨的产生。当水汽通量辐合中心位于暴雨区上空时，降水增强，当水汽输送和辐合中心移出后，暴雨区的降水也就趋于结束。不同的是，第1次降水过程中，水汽输送时间长，但是水汽辐合比较弱，到了700 hPa就基本转为辐合。而第2次降水过程，水汽输送中心移动较快，但是水汽输送能力较第1次降水过程要强，而且一直到700 hPa都有水汽辐合。

4 垂直运动

4.1 第1次降水过程

对于第1次降水过程，由图3（a）可知，在25日20：00，沿35°N剖面可以看到，117°～119°E之间，上升运动的中心在500～700 hPa之间，较地面倒槽的位置偏东；倒槽的西边为偏北风，从地面到400 hPa有明显的锋区；倒槽的东边东南急流强盛，从海上也有一冷气团随东南急流向西移动，其低层850 hPa以下有不稳定能量。本时段的降水主要是暖湿空气沿冷气团的抬升，产生在暖区中。由图3（b）可知，27日2：00沿36°N的剖面，鲁南已转为偏北气流，在120°～121°E之前，从地面到925 hPa为西北风和西南风辐合，为气旋中心，上升中心在850 hPa气旋中心的东侧，其东部的低层有东南急流随高度转为西南气流，降水仍位于暖区。由图3（c）可知，27日14：00沿37°N的剖面，在121°～122°E之前，有东南急流和东北风的辐合，此为气旋的顶部，强上升中心一个在850 hPa，气旋辐合的上方，另一个在400 hPa，略偏东，此上升中心主要是由于槽前的正涡度平流所产生的。

4.2 第2次降水过程

在第2次降水过程中，10日20：00，沿36°N剖面见图3（d），在116°～119°E之间，从地面到925 hPa存在东南急流和东北风的辐合，强烈的上升运动区位于倒槽顶部略偏东。在倒槽的东边有不稳定能量的冷气团，使得位温线非常密集。由图3（e）可知，11日2：00，整层转为强烈的上升运动，使得不稳定能量快速爆发，急流也变得强劲，因而在黄岛出现了27.2 mm的小时降水量。11日8：00，沿36°N剖面见图3（f），东南急流和东北风的辐合已经消失，变为西北风和西南风的切变，与第1次降水过程中27日2：00的剖面不同的是，切变顶部仍存在着非常强的上升运动。由此可见，第2次降水过程中的动力条件对暴雨产生更为有利。

5 结语

通过分析表明，2014年4月25—29日和5月10—11日2次暴雨過程存在很多相似性和不同点。

（1）2次过程的环流形势和影响系统较为相似：先是由地面冷锋和切变线共同影响产生降水，之后地面气旋生成后进一步加深发展，形成第2阶段的降水。

（2）2次过程所不同的是：第1次降水过程时间长、小时降水量小，而第2次降水过程正好相反，小时雨量大。第1次降水过程先是受到北支槽的影响，产生第1阶段的降水后，到26日8：00，南支槽才开始影响山东，并使减弱的地面倒槽产生气旋，气旋向东移动，入海后加强。由于海上高压稳定少动，气旋东移速度缓慢，影响时间长。第2次降水过程则是南支槽和北支槽先结合后快速东移，并逐渐发展出切断低压，地面产生气旋后，受槽前强烈的西南气流引导，快速横穿山东到辽东半岛。

（3）2次过程的水汽通量中心和水汽通量散度中心与强降水的位置对应较好。不同的是第1次降水过程中，水汽输送时间长，但是水汽辐合比较弱。而第2次降水过程，水汽输送中心移动较快，但是水汽输送能力较第1次降水过程要强的多，而且一直到700 hPa都有水汽辐合。

（4）强的上升运动为这2次暴雨过程提供了有利的动力条件。第2次降水过程中，上升运动更为强烈，因而小时降水量较大。

6 参考文献

[1] 吕淑琳，毛晓平，刘翠芝.一次春季暴雨天气过程成因分析[J].山东气象，2007，27（1）：17-19.

[2] 王家芬，张雪东，石磊，等.一次黄淮气旋暴雨大风过程分析[J].山东气象，2007，24（97）：14-16.

[3] 杨晓霞，赵宇，高留喜.山东省春季大暴雨天气的形成机制个例分析[J].气象科技，2005，33（1）：45-49.

[4] 胡燕平，梁钰，程锦霞，等.河南省两次春季暴雨过程的对比[J].气象科学，2011，5（11）：646-650.

[5] 赵坤，王月兰，王培涛.两次春季暴雨过程的对比分析[J].安徽农业科学，2009，37（28）：13687-13690.

[6] 衣霞，刘兆芳，贾斌，等.一次春季暴雨过程分析[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1329-1331.endprint