一次强降水过程中两类暖区暴雨特征对比

王新强 曾凡辉 袁靖凯

(1.福建省龙岩市气象局,福建 龙岩 364000；2.长汀县气象局，福建 龙岩 366300)

暖区暴雨是影响福建的主要灾害性天气之一，也是福建气象预报的难点之一。暖区暴雨的中小尺度对流特征明显，突发性、局地性强，一旦发生，就可能引发山洪、山体滑坡等灾害，造成人员财产损失[1-4]。龙岩地处福建省西南部，天气特征既受到西风带系统的影响，同时又受热带天气系统的干扰，加上山区复杂地形的影响、海陆热力差异等[5]，导致暖区暴雨在业务预报中常常漏报。本文通过对2019年6月7～13日一次强降水过程出现的两类暖区暴雨特征进行对比分析，以期为今后福建西南区域暖区暴雨预报服务业务提升提供参考。

1 过程概况

受低层切变影响，6月7日午后起到6月13日，龙岩市迎来了一次强降水集中时段，全市过程雨量最大达397mm，30个乡镇超250mm，126个乡镇超100mm。强降水给龙岩带来了较大经济损失，龙岩市7个县(市、区)共有109个乡镇受灾，直接经济损失达到15779.25万元。

图1 2019年6月7日12∶54风场(左)、16∶00风场(中)和20∶00的6小时降水(右)

按降水类型划分，本次降水过程可细分为五个阶段：①前期阶段(6～7日)，为冷空气扩散过程。500hPa高空槽快速东移，带动低层850hPa西南低涡切变沿着长江逐渐东移，以较北位置入海。此时江南大部分区域西南气流随着涡切入海逐步减弱，冷空气开始南下渗透，由于前期龙岩低层西南气流积蓄高湿，在7日午后到夜里，冷空气从江西中部南下渗透，致使其北部出现中雨到大雨并伴强对流，部分乡镇出现暴雨(图1)；②第二阶段(8～9日前期)，为西南气流加强过程。西南风加强但辐合中心不在龙岩区域，这个阶段龙岩降水稍作趋缓；③第三阶段(9～10日)，为冷切南压过境过程。重新发展生成的西南低涡进一步东伸发展，两广和福建地域西南气流加强为急流，形成明显的切变辐合，随着北面冷高压从华北南下，切变开始南压过境造成明显降水；④第四阶段(11～12日)，为暖切东伸北抬过程。冷高压逐渐出海，暖切缓慢东伸北抬，给龙岩带给持续降水，尤其11日白天在龙岩中部形成低涡，致使龙岩市区出现6小时140mm降雨(图2)；⑤最后阶段(13～14日)，为涡切东移影响过程。在南风气流作用下，暖切北抬发展成低涡，东移过境影响龙岩降水，低涡过境后转为北风影响，标志过程降水结束。

图2 2019年6月11日08时850hPa流场(左)、12时风场(中)以及14时6小时降水(右)

在此过程中，五个阶段降水各具特点，这里着重论述暖区条件下的强降水，即将第一阶段冷空气渗透暖区暴雨和第四阶段暖切抬升暖区暴雨作对比分析。

2 天气背景分析

2.1 环流背景

本次强降水天气过程整个期间，中高纬500hPa均处于较稳定的“两槽一脊”天气类型，副热带高压588线前期控制着两广以及福建大部，后期随着高空槽的东移和地面冷空气的入海，逐步南退到南海上空。从高空200hPa来看，南亚高压呈带状，横跨在中南半岛上空，福建上空多为高空槽底和南亚高压东北侧共有的辐散分流区，喇叭状辐散明显，有利于上升运动的发展和维持，并使新鲜潮湿空气不断补充，增加降水强度，从而导致暴雨的产生和发展[6-8]。

2.2 物理量场

水汽的供应是暴雨形成以及维持的重要条件。整个强降水过程，龙岩上空850hPa比湿基本都维持在13～15g/kg之间，并且在 700hPa以下低空水汽通量散度都维持明显的水汽辐合，反映出整个过程水汽条件非常好，可对持续性的强降水提供了充沛的水汽供给。

历年6月龙岩的热力条件向来不错。通常情况下，低层假相当位温都会有一个高能舌从两广伸到福建区域。此次过程也不例外，过程前期龙岩925～850hPa上空高能舌假相当位温介于340～350K之间，处于高能暖湿状态。而暴雨的形成，必然会有一个高低能区能量剧烈碰撞过程，暴雨往往存在于等值线密集的能量锋区中。纵观整个过程，龙岩上空始终处于两广上空的高能区和北面冷空气低能区之间的能量锋区中拉锯，干冷暖湿气团间的剧烈交锋从而造成了持续性的强降水过程。

最后来看看动力条件。以东经116.4°、北纬25.3°这点(龙岩区域中部)上空5～13日的垂直速度场时序图(图3)可以看到：整个过程龙岩区域上空动力条件都比较好。6～7日弱冷空气过程、9～10日切变南压过程以及13日涡切东移过程在500hPa到400hPa高空存在着上升速度极值区，最大值达到-23～-26 Pa/s；11日切变北抬过程虽然没有明显的中心，其上升速度大值区也基本集中在500hPa高空，但是11日过程对流动力显然稍弱于其余阶段。

3 两类暖区暴雨降水特征对比分析

3.1 地面探空资料对比分析

6月7日冷空气渗透暖区暴雨过程，整个江南区域都处于高空槽后减弱的西南气流控制下，整个片区形势比较具有一致性。在此前提下，参考临近的赣州08时探空资料(表1)，K指数大于40度，沙氏指数小于-2，层结极不稳定，水汽动力都很配合，这时只需有一个弱的扰动，就非常有利于对流的发生发展。11时江西赣州气压降到989hPa，明显低于周边，而气温31℃则明显高于周边，从风场来看，赣州附近存在一条低压辐合线(图4)，正是辐合线的存在触发了赣州到龙岩北部暴雨的发生；08时到20时的湿对流有效位能CAPE变化很明显，从867.8J/kg下降到148.7J/kg，显然经历了一次不稳定能量释放过程，并且08时对流抑制有效位能(CIN)小，极易触发对流，随着能量释放之后，20时对流抑制有效位能加大，趋于稳定。对比当天未发生强对流天气的厦门站，从08时到20时K值增大，沙氏指数转负，湿对流有效位能(CAPE)剧增，对流抑制有效位能(CIN)减弱，极端容易触发对流，但最终还是缺少一个触发因素(表1)。

图4 6月7日11时地面分析

6月11日暖切北抬暖区暴雨过程，暖切的存在有了良好的抬升触发条件。此时厦门成为龙岩的上游区，而赣州成了下游，对比11日08时两站探空资料，两站仍是高温高湿，厦门站K指数40度，沙氏指数-1.12，比赣州站显然更不稳定(表2)。事实上，厦门到龙岩南部部分出现了暴雨，龙岩城区周边更是出现了短时大暴雨。湿对流有效位能(CAPE)从08时到20时的变化也印证了这点：厦门湿对流有效位能释放回归为0，而赣州则依然在持续增长。对流强度相比7日过程虽然要来的弱些，但是由于切变北抬速度缓慢，且受地形地势的影响，在龙岩城区周边形成风场辐合，对流降水在这里形成了“列车效应”，造成龙岩城区及其周边短时大暴雨。

表2 6月11日赣州、厦门两站08时和20时探空数据

3.2 结合双偏振雷达、区域站降水作中小尺度特征对比分析

3.2.1 冷空气渗透暖区暴雨过程中小尺度特征分析

6月7日午后开始，对流在江西南部到龙岩长汀一带开始陆续生成发展。此时环境风场以西南气流为主，大部分对流单体雷达回波的强中心强度达50～60dBZ，强中心高度与质心高度重叠，高度在3～4km(当日零度层高度5km上下)，从垂直积分液态水含量(VIL)来看，对流单体大多在30kg/m2上下，小时雨强30～40mm/h。

下午16时，对流单体趋于合并连片发展，逐渐东移南压。质心高度与强中心高度仍都在4km上下，个别单体翻越长汀连城交界处高山时达到5km左右，VIL值20～40 kg/m2，仍以强降水为主，小时雨强达到40～60mm/h。16时到20时之间，龙岩长汀中北部部分乡镇出现暴雨，强回波单体经过区域，出现了10～12m/s的大风。

强对流的进一步发展，甚至有一单体疑似出现小冰雹天气。冰雹大致出现在18时45分的长汀南部宣成乡，持续时间未超过两个体扫过程(体扫过程是指雷达完成一个完整扫描生成基数据产品过程，龙岩雷达正常一个体扫过程约为6分钟)。其回波强度达到60dBZ以上(图5右)，垂直积分液态水含量更是猛增至80 kg/m2(图5中)，回波顶超过了10km高度，且强中心高度超过6km，高出零度层高度达3个体扫18分钟，然后出现陡降(图5左黄线)，可初步判别为冰雹。

图5 雷达单体风暴趋势

参考双偏雷达的差分反射率(ZDR)和相关系数(CC)如图6所示[9]。在低仰角0.5°上的单体ZDR值约3～4db，相关系数为0.7～0.9，可识别为非均匀强降水；但是在3.3°高仰角上，ZDR值为-2～-1db，CC出现了长钉状相关系数小于0.9的虚假回波。由此可以判断，单体在高空时形成冰雹，出现三体散射现象，但是随着冰雹的下落，不断转化为雨滴，最终落到地面的可能仅仅只是不均匀大雨滴或者雨夹小冰雹。

20时以后，江西南部陆续仍有回波单体成片移入龙岩北部长汀、连城，与下午移入单体回波类似，高度3～4km，VIL值20～30 kg/m2，长汀部分乡镇雨量仍有达到暴雨量级，但移至连城区域时，回波开始明显减弱。

3.2.2 暖切抬升暖区暴雨过程中小尺度特征分析

11日早上8时，500hPa高空仍是西北气流控制，低层925～850hPa沿海到龙岩南部虽然已经转成了西南风，但风速不超过8m/s，南风不强导致南北风对峙维持。如图7所示，强度30～40dBZ对流回波出现在龙岩城区西南面，回波呈现带状分布，整体逐渐加强缓慢东移为主。从大多数对流风暴单体来看，虽然反射率因子达到了50dBZ，但是强中心高度均比较低矮，集中在2～3km，回波顶不超过5km高度，垂直积分液态水含量大都不超过30kg/m2。从双偏雷达的相关系数来看，片状回波相关系数都近似等于1，说明降水比较均匀一致，对流不明显；而差分反射率(ZDR)为0～1.5DB，反映降水雨滴不会太大。整个过程降水属于典型的热带型降水，虽存在风场辐合，但抬升动力不强，雨量大主因是降水的持续和高效率。

图6 0.5°(上排)、3.3°(下排)仰角下的R、CC和ZDR

图7 11日08时925hPa风场以及龙岩雷达产品R、CC和ZDR

龙岩城区夹在西南-东北走向的两条山脉之间，受地形影响，低矮的回波在城区上空停滞时间较长，甚至从回波形态看，还存在略微的回旋趋势。种种因素叠加，使得降水回波在龙岩上空维持了近4小时，累积降水达到140mm，平均来看，雨强也达到了30～40mm/h。

4 结论

在2019年6月7～13日龙岩持续性暴雨过程，出现了两类典型的暖区暴雨：一是7日冷空气扩散下的暖区暴雨，对流性较强；二是11日切变北抬过程中的暖区暴雨，对流不强但是降水效率高。通过对比，可以发现：

①两类暖区暴雨具有如下共同特征：均处高温、高湿的高能量场中，存在冷暖交汇，层结极不稳定；有大范围、源源不断、稳定的水汽输送，且低层辐合、高层辐散以及有利的动力抬升条件；均由低层辐合或切变强迫触发，但冷空气渗透型多为本地发展生成。

②冷空气渗透暖区暴雨对流性强于暖切回暖暖区暴雨，前者对流单体强中心高度和质心高度基本上都即将达到甚至超过零度层高度，明显高于后者对流单体；前者对流单体垂直积分液态水含量大多大于30kg/m2，而后者对流单体基本都小于30kg/m2；从降水相关性来看，前者雨滴大不均匀，甚至为混合降水，后者雨滴小且均匀，降水效率非常高。