山东一次局地大暴雨天气过程成因初探外文翻译资料

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山东一次局地大暴雨天气过程成因初探

纪凡华，韩雪蕾，徐娟，李楠（聊城市气象局，山东聊城 252000）

摘要 利用常规气象观测资料，NECP 1°x1°再分析资料、地面自动站降水实况资料以及FY-2E卫星云图资料等资料，从环流背景、形成机理和卫星云图特征等方面，对2010年8月8日~9日山东区域暴雨局部大暴雨过程进行综合分析。结果表明：中高纬度短波槽缓慢东移，副热带高压和地面气旋稳定维持，超低空气流发展强盛，是暴雨发生的有利大尺度环流背景；在中尺度回波团或回波带及中尺度对流云团的影响下产生暴雨；降水主要出现在对流云团生成、发展、成熟时期，短时强降水主要出现在对流云团西部、西南部、南部；超低空东南气流由于水汽输送路径短，对短时强降水发生十分有利；中尺度对流系统表现在整个对流层为上升运动。低层假想当位温锋区不断增强为对流性强降水发生提供了有利的不稳定能量。

关键词 暴雨；超低空东南气流；中尺度对流云团。卫星云图

山东省地处华北平原东部，山东暴雨具有突发性、局部性强、物理机制复杂等特点，难以预测。近年来，许多学者对华北地区的暴雨进行了研究[1-4]。例如丁一汇等人[1]和陶诗言等人[2]在基础理论和预报分析方面做了大量的工作，揭示了许多重要的现象和事实，为现代天气预报分析的研究奠定了坚实的基础。随着观测方法和资料的不断完善，对暴雨直接影响系统——中尺度对流系统的研究越来越受到人们的重视。以华北地区特大暴雨过程为例，对中尺度对流系统的结构特征进行了分析和讨论[3]。此外，盛日峰等人[4]于2007年7月18日对济南市一次暴雨进行中尺度分析，利用多普勒雷达反演风场和自动气象站加密资料，对强暴雨的动态场结构进行了深入分析，指出边界层中尺度辐合系统对暴雨的产生至关重要。短时强降水意味着一小时的降水量为“20毫米”。一些学者分析了山东短时强降水的特征[5-10]。例如，张京英等人[5]分析了一次暴雨过程中短时间降水的形成机制，指出前期降水区有明显的上升运动，水汽含量高，辐合凝结低，短时间内会出现强降水。胡波等人[10]则是根据云团特征预测短时强降水。

目前对山东省暴雨过程中云与短时强降水分布关系的研究较少。本文以常规气象观测数据、NECP 1°times;1°再分析数据、地面自动气象站降水数据、FY-2E卫星云图和雷达产品为基础，分析了2010年8月8-9日山东省一次暴雨的环流背景和形成机制，以及雷达回波和卫星云图中短时强降水的分布特征，为暴雨预报提供参考。

天气实况

2010年8月8日20：00至8月9日20：00，山东省出现了局部暴雨过程。全省54个县(市)降水量超过50 mm，17个台站降水量超过100 mm。位于山东省西北部的聊城站出现降水量最大值250.1 mm。济南市长清区(东经116.8°，北纬36.6°)，8月9日01：00~02：00一小时内降水量高达101.8mm。聊城市东昌府区(东经116.0°，北纬36.4°)，8月9日03：00至04：00一小时内降水量达到83.4mm。这次罕见的暴雨过程主要发生在鲁西北地区且强度很大。它具有降水时间虽短却造成农田淹水、城市积水等的特点，影响了山东省的工农业生产和城市交通。

图1 2010年8月8日20：00 500 hPa高空形势及系统演变

影响系统分析

从2010年8月8日20：00 ,500 hPa的环流场(图1)看，山东省受西太平洋副热带高压588线北侧暖湿气流和西风槽前西南气流的影响。副热带高压减弱南压，西风槽东移减弱。阶梯槽向东移动，并有明显增强。随后，阶梯槽转变为中纬度大槽，并向东移动，继而影响山东省。从700 hPa图上阶梯槽的结构分布来看，槽线与500 hPa相比略有后倾，易产生雷暴。阶梯槽继续东移加深，在850 hPa图上受到切变线的影响。

图2 2010年8月8日20：00 FY-2E红外云图500hPa高度场(白线)850hpa风场(风箭头)和天气系统。

卫星云图特征

暴雨在不同系统的影响下发生和发展。天气尺度系统为不断生成的中尺度系统提供了有利的环境条件，从而导致暴雨、强对流天气等中尺度和环境尺度现象。根据2010年8月8日20：00的FY-2e红外云图、500 hPa高度场、850 hPa风场和天气系统的叠加图(图2)，鲁西北和山东半岛北部及部分地区低空风场(850~1000 hPa)有较强的辐合，形成强中尺度对流云团，云顶亮温为-49.5°C；由于弱冷空气的持续侵入、台风的北移，众多强对流云团发展、增强、合并、破裂、消失，导致了鲁西北和鲁中北部部分地区的长期降水。

从FY-2E红外云图和短时强降水区的分布和演变看，降水主要发生在对流云团产生、发展和成熟的时期，在对流云团附近云顶亮温升高的地区降水最大。云顶亮温升高越大，降水越强。短时强降水主要出现在对流云团的西部、西南部和南部。根据地面自动气象站的风场分布，冷空气侵入这些地区，使暖湿气团上升，进而触发短期强降水的生成。总之，中尺度对流云团在暴雨产生中起着重要作用。

强降水形成的条件

图3 2010年8月8日20：00地面流(A)和比湿度场(B)的分布

水汽条件

暴雨的形成需要大量的水汽。根据水汽通量散度的时间垂直截面，整个降水过程中，925 hPa以下存在一个强水汽辐合带，中高层则存在水汽辐散。8月8日20：00，根据物理量场数据绘制了地表流场和比湿度场(图3)。如图3所示，区域暴雨的水汽主要来自东海，从黄河河口流向华北平原。8月8日20：00，水汽辐合带上升到925 hPa(图3b)。同时，于降水开始的时间相对应，鲁西北出现了一个水汽含量较高的中心，比湿度为18g/kg。降水开始后，水汽辐合带减小。综上明显地，超低空急流为暴雨的产生提供了足够的水汽。

图4 2010年8月8日20：00长庆暴雨区(116.8°E，36.6°N)垂直速度时高垂直剖面(a)和850 hPa假相当位温场（b）

动力不稳定条件

如图4a所示，8月8日20：00下行气流盛行，低层东南气流输送的水汽在地面附近聚集，导致925 hPa以下水汽辐合。水蒸气的过饱和凝结导致弱降水。8月9日00：00开始出现上升运动，降水强度增加。8月9日01：00，垂直上升速度超过2.5times;103 hPa/s，发展迅速。在06：00，上升运动达到最强，最大上升速度达到8.9times;103 hPa/s。长庆地区01：00~02：00发生了短时间暴雨，降水量为101.8 mm。假相当位温(0Se)反映了大气温度、压力和湿度的综合特征，并考虑了气压、水汽蒸发和凝结对温度的影响。其水平分布常用来反映势能的分布，高值区是高温高湿能区。一个等值线密集的区域对应于一个能量锋区，即冷暖空气的交界处。从图4b 850 hPa的假相当位温分布来看，山东大部分地区位于高温高湿能带，温度在72°C以上，温度中心则出现在鲁西北和鲁西南，达到80°C，不稳定能量条件较好。利用NECP 1°x1°再分析资料，计算长庆暴雨中心(116.8°E，36.6°N)8月8日08：00至9月9日20：00假相当位温的时间高度垂直剖面，从垂直剖面图上看，8月8日20：00长庆站上空，假相当位温值在370~750 hPa范围内较低，在900~1000 hPa时较高。8月9日零时，高值带开始下降，表明有能量释放，降水开始。00：00~02：00，850~925hPa假相当位温能量锋区明显，对应长庆降水变强。8月9日20：00以后，假想当位温能量锋区减弱直至消失。低空锋区的不断增强为强降水的产生提供了有利的不稳定条件。

结论

(1)华北冷空气与来自东海的东南暖湿气流在鲁西北和鲁北中心僵持了较长的一段时间，从而在鲁西北形成了稳定的雨带。贝加尔湖南侧长波槽的东移、中低层副热带高压和地面气旋的稳定维持以及低层东南气流的强烈发展构成了这次长时间强降水过程发生的大尺度环流背景。

(2)暴雨是由中尺度对流系统引起的。中尺度对流系统在雷达地图上表现为中尺度回波团或回波带，在卫星云图上表现为中尺度对流云团。中尺度对流云团常出现在多个天气尺度系统的交界处，云顶亮温高达-39°C，对暴雨预报具有一定的指示意义。

(3)整个降水过程中都有水汽的辐合，且有一个增加的过程。低层东南气流为短时强降水的发生提供了非常有利的水汽条件。当较低水平层出现一个较强的湿度中心时就会产生强降水。(4)中尺度对流系统在整个对流层上升。低层假想当位温锋区的不断增强为对流性暴雨的产生提供了有利的不稳定能量。

参考

[1]丁一汇.暴雨和中尺度气象学问题[J].气象学报,1994,52(3):274-284.

[2]陶诗言.中国之暴雨[M].北京:科学出版社),1980:225.

[3]赵宇,崔晓鹏，高守亮.引发华北特大暴雨过程的中尺度对流系统结构特征研究)[J].大气科学,2011,35(5):945-962.

[4]盛日峰,王俊,龚佃利,济南“7.18”大暴雨中尺度分析)[J].高原气象,2011,30(6):1554-1565.

[5]张京英,陈金敏,刘英杰,大暴雨过程中短时强降水机制分析)[J].气象科学,2010,30(3):407-416.

[6]杨晓霞,周永亮,郑永光,2009年5月9-10日华北南部强降水天气分析)[J].气象,2010,30(6):43-49.

[7]金巍,曲岩,姚秀平,一次大暴雨过程中低空急流演变与强降水的关系)[J].气象,2007,12(12):31-38.

[8]孙靖,王建捷,北京地区一次引发强降水的中尺度对流系统的组织发展特征及成因探讨[J].气象,2010,36(12):19-27.

[9]王令,王国荣,孙秀忠,应用多种探测资料对比分析两次突发性局地强降水[J].气象,2012,38(3):281-290.

[10]胡波,杜惠良,滕卫平,基于云图特征的短时临近强降水预报技术[J].气象,2009,35(9):104-111.

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