浙江省两次梅汛期切变型大暴雨过程分析.pdf

期象江第45卷第浙2024年3 月浙江省两次梅汛期切变型大暴雨过程分析骨晓津1严睿恺黄新晴？（1.江山市气象局，浙江江山3 2 410 0；2.浙江省气象台，浙江杭州3 10 0 57）摘要：利用浙江省地面气象观测资料和NCEPFNL11网格点逐6 h再分析资料，对2 0 2 1年6 月3 0 日（简称“6 30”过程）、2 0 2 2 年6 月2 0 日（简称 6 20过程）两次梅汛期暴雨过程的主要环流系统、水汽输送、动力机制、等熵位涡等进行了天气动力学诊断分析。结果表明：（1）两次过程降水落区相似，暴雨中心在浙西地区，但“6 20”过程暴雨区范围更广、暴雨中心雨量更大、小时雨强更强。（2）两次过程类型都属于低涡切变型，低层都有西南急流，浙西南处于急流轴顶端，但“6 20”过程的动力抬升条件更好，低涡发展高度更高、强度更强，西南急流更强，中低层上升运动和近地面辐合也更强。（3）两次过程均有较好的水汽输送条件，但“6 20”过程的水汽通量极值更大，且各层极值位置更为一致，中低层水汽辐合、中高层水汽辐散均更为明显。（4）“6 20过程的中低层上升运动和近地面辐合更强。（5）两次过程在中低层（3 15K）和高层（3 45K）等熵面上均有一定的高值区，6 20过程中低层等熵位涡高值区范围更大、强度更强，高层等熵位涡高值区更靠近浙江省，且在两个层次的等面上均有明显的冷空气下滑和风速辐合，因此“6 20”过程雨量和小时雨强极值更大。关键词：梅汛期；暴雨；等熵位涡0引言浙江省位于长江中下游地区，暴雨是主要灾害性天气之一。受季风影响，长江中下游在每年的5一7 月会进入梅雨期，梅雨季节的长短及雨量多寡对我国长江、淮河流域的国民经济有很大影响，关于梅雨特别是梅雨锋暴雨的研究一直备受关注。有研究表明，夏季风到达关键区的时间与梅雨持续时间及梅雨量关系密切，如果到达时间偏早，出梅时间偏晚，则梅雨量偏多；如果到达时间偏晚，出梅时间偏早，则梅雨量偏少2 4。长江中下游梅雨强度一般较强，其中湖北、湖南、安徽等地的梅雨强度最强，江苏、浙江、福建等地梅雨强度较强；而江西、广东、台湾等地的梅雨强度则较弱。长江中下游梅雨的天数一般较多，湖北、湖南、安徽等地的梅雨天数可达2 0 d以上，而江苏、浙江、福建等地梅雨天数为15d左右，江西、广东、台湾等地梅雨天数为10 d左右。汛期降水是引发洪涝灾害的直接成因，特别是持续性、区域性的强降水更易造成洪涝或特大洪涝5。如发生于19 54、19 8 0、19 8 3 年长江流域的持续性强降水和19 9 1、19 9 6、19 9 9 年太湖流域的连续暴雨，都在浙江省引发了特大洪涝，并造成了重大经济损失和人员伤亡6 浙江省地处世界最大的大陆欧亚大陆东岸，在海陆间热力差异的作用下，浙江省表现为典型的亚热带季风气候，冷、暖、干、湿的季节变化大。同时，浙江省也位于中低纬度的过渡地带，受到中纬度西风带和低纬度东风带天气系统的双重影响，中低纬度的天气系统易在这一地区相互作用而产生强烈的天气过程，加之省内地形起伏较大，气象灾害频繁发生7-10 。2021年6 月3 0 日（2 9 日2 0 时3 0 日2 0时）、2 0 2 2 年6 月2 0 日（19 日2 0 时一2 0 日2 0时)两次梅汛期暴雨过程均出现在浙西地区，在暴雨落区与量级方面具有相似性，但其天气背景却不尽相同。本文从环流背景、水汽条件、动力条件、等熵位涡等方面，对比分析这两次暴雨过程的异同点，并探讨其形成机制和影响因素，为今后此类梅汛期暴雨预报提供一定的参考。收稿日期：2 0 2 3-0 4-13作者简介：骨晓津，男，19 8 1年生，高级工程师，从事气象防灾减灾工作，E-mail：47 53 50 6 0 8 q q.c o m象江第45卷浙1资料本文采用的资料为2 0 2 1年6 月3 0 日（2 9日2 0 时3 0 日2 0 时）和2 0 2 2 年6 月2 0 日（19日2 0 时一2 0 日2 0 时）浙江省10 3 个国家气象站和3 7 0 8 个区域气象站逐小时地面气象观测资料，以及同时段内美国气象环境预报中心逐6h全球再分析（NCEPFNL）资料（11）。研究区域为10 5 13 5E、18 40 N。1.1暴雨天气过程概况2021年6 月3 0 日（2 9 日2 0 时3 0 日2 0时）浙江省西部出现了强降水天气，伴有一定的对流活动。“6 30”过程中衢州、丽水、金华中西部、杭州南部出现暴雨到大暴雨，浙中南其他地区有中到大雨。全省平均雨量为3 0.1mm，最大降水出现在高峰村，雨量为2 0 3.3 mm。选取衢州站作为代表站，由图1a可知，降水主要集中在3 0 日0 2 2 0 时，其中3 0 日0 7 时衢州站最大雨强为2 7.1mm/h。2 0 2 2 年6 月2 0 日（19日2 0 时一2 0 日2 0 时）浙江省西部出现另一次大暴雨过程。浙中南绝大部分地区有暴雨到大暴雨，其中衢州全区、丽水中西部、金华西南部有大暴雨。全省平均雨量为42.5mm，累计雨量最大为披云山3 2 1.6 mm。该阶段由于中等强度对流云团活动，小时雨量最大达6 7.9mm（江山陈家村，2 0 日0 9 10 时）。选取衢州站作为代表站，由图1b降水时间序列图可知，19 日2 0 时衢州站开始下雨，此后雨强值逐渐增大，最大雨强值出现在6 月2 0 日0 7 时（3 4.7 m m/h），之后降水快速减弱，6 月2 0 日14时之后衢州站降水微弱，过程中存在对流活动，暴雨范围明显增大，雨带缓慢南北摆动。两次过程降水落区均在浙北南部和浙中南地区，雨量均集中在浙西地区，但“6 20”过程的暴雨范围更广，中心雨量和过程雨量更大，雨强更强。35a衢州站逐小时降水b衢州站逐小时降水253020wu/鲁25152015101055002021/6/2920:002021/6/3002:002021/6/3008:002021/6/3014:002021/6/3020:002022/6/1920:002022/6/2002:002022/6/2008:002022/6/2014:002022/6/2020:00时间时间图1衢州站降水时间序列a.2021年6 月2 9 日2 0 时一3 0 日2 0 时、b.2022年6 月19 日2 0 时2 0 日2 0时(单位：mm）)1.2环流背景2022年6 月2 0 日0 8 时,50 0 hPa中高纬（3 0 N以上）有两槽一脊，浙江中部地区处于高空槽底附近，副热带高压（简称副高）处于台湾以东洋面，58 4gpm线位于浙江南部以南沿海海面一带，副高西北侧的西南急流不断向浙江省持续输送水汽，浙江省位于低涡中心附近，低涡发展的高度较高，50 0 hPa可看到低涡环流中心。浙西南地区位于急流轴的左前侧，19 日夜间低涡前部有暖切变，2 0 日转为受低涡后部冷切影响，中低层西南急流稳定维持，达到16 18 m/s。2021年6 月3 0 日0 8 时，50 0 hPa浙江上空高空环流相对较平直，以西北偏西气流为主，副热带高压势力强盛，呈东西带状分布在华南沿海,58 4gpm线位置更偏北位于浙南地区，不稳定能量条件好，7 0 0 hPa处于冷切南侧的西南气流中，8 50 hPa处于低涡中心附近。由上可见，两次过程都属于低涡切变型暴雨过程，低层都有西南急流，浙西南处于急流轴顶端。高空槽、低涡切变、强西南急流和“西低东高”的阻滞形势有利于产生连续稳定的过程性降水，不同的是“6 20过程的动力抬升条件期胥晓津，等：浙江省两次梅汛期切变型大暴雨过程分析第更好，低涡发展高度更高、强度更强，西南急流更强，导致过程雨量更大、强降水范围更广。2环境场特征分析2.1水汽条件水汽是成云致雨最关键的要素之一，形成暴雨必须要有充足的水汽供应。表征水汽的物理量要素有相对湿度、比湿、水汽通量、水汽通量散度等。水汽通量和水汽通量散度可以定量表示水汽输送和水汽汇聚情况，其中水汽通量表征单位时间通过某一面积的水汽量，水汽通量散度表征单位时间进人和流出单位体积的水汽量。图2 给出了两次过程中代表时刻的水汽通量和水汽通量散度沿119 E的经向垂直剖面图。由图2 a可知，“6 30过程中水汽通量中心位于29N附近，高度位于8 0 0 hPa附近，极值达18 gcm-1hPa-1s1,该时刻水汽通量在垂直方向具有一定的倾斜性，水汽通量大值中心随高度增加先向低纬度偏移，在6 0 0 hPa附近达到最南，随后随高度增加向高纬度偏移,因此“6 30”过程中垂直方向水汽递减较快。“6 30过程中水汽通量散度在水汽通量极值所在纬度南北两侧的对流层低层（7 0 0 hPa以下）具有对称性，在2 9 N附近有明显的负值区(极值 6 10 gcm2hPa-1s-）,不利于产生降水。从图2 b可知，“6 20过程中水汽通量中心位于2 9 N附近，高度位于8 0 0 hPa附近，极值为2 1gcm=1hPa1s。该时刻水汽通量在垂直方向具有较好的一致性，即各层水汽通量极值均在2 9 N附近，说明此次过程高低空水汽输送均具有较强的强度。且该过程中水汽通量散度在水汽通量极值所在纬度南北两侧具有明显的负值区，极值-410 gcm-2hPa-1。s-1,相比于“6 30过程，“6 20”过程中水汽辐合区较深厚，由9 0 0 hPa一直垂直向上延伸至50 0 hPa左右，而50 0 hPa以上是一个明显的正值区，说明水汽辐合在对流层中低层均较为明显，在对流层中高层有明显的水汽辐散。00Z30JUN2021(UTC)00Z20JUN2022(UTC)200200ab6655300430043322400140016060500一15009-1912-22-26006005-38-3700-4700-4715800328002190090020N25N30N35N40N20N25N30N35N40N图2水汽通量（等值线，单位：gcm1hPa-1s）和水汽通量散度（阴影，单位：10-7 gcm2hPa-1s-）沿119 E的经向垂直面（a.2021年6 月3 0 日、b.2022年6 月2 0 日）综上分析，从大尺度环流背景和水汽条件来看，两次过程在降水前，低空急流都为浙江西部地区输送了水汽和暖湿气流，有利于大气产生不稳定层结和上升运动，进而触发暴雨形成。其中，“6 20过程的水汽通量极值较“6 30”过程更大，且各层极值所在的地理位置更为一致，说明“6 20过程的各层水汽输送更充足，更有利于产生强降水；“6 20”过程的水汽通量散度负值区较“6 30”过程范围更大、垂直方向更为深厚、极值更强，且具有更好的高低层辐合、辐散配置，说明其对流层中低层水汽辐合、中高层水汽辐散均更为明显，有利于水汽的垂直输送，导致“6 20”过程暴雨中心雨强更强。2.2动力条件“630”和“6 20”两次过程的动力条件4第45卷江象浙可以从垂直速度和散度得到较好的判断。图3给出了两次过程中代表位置（119 E，2 9 N）的垂直速度和散度的时间一高度剖面图，从图3 a可知，6 30过程在3 0 日0 2 时3 0 0 hPa附近存在强烈的垂直上升运动，其垂直速度极值超过-55Pas-1,而地面存在下降运动；3 0 日0 8时起对流层低层（7 0 0 hPa以下）存在明显的辐合区，其辐散度极值-510-5。=1,14时起对流层中层（6 0 0 hPa)附近有强烈的上升运动，其垂直速度极值超过-50 Pas-1,但近地面的上升运动较弱，大值中心仅有-5Pas1。但“630”过程的上升运动和近地面辐合持续时间较长，从3 0 日凌晨持续至2 0 时。这与衢州站的降水情况有较好的对应，即从3 0 日凌晨开始降水一直持续到2 0 时。从图3 b可知，“6 20”过程自19 日0 8 时起在中低层（50 0 8 0 0 hPa）均有明显的辐合，其辐散度极值 0.4PVU）随着暖湿气流自西向东向浙江移动，3 0 日0 8 时其中一个高值中心（1PVU）正好位于浙江西部。此时浙江省受到弱地面低压控制，风场的风速和风向辐合区同样位于浙江西部，此时对期第胥晓津，等：浙江省两次梅汛期切变型大暴雨过程分析应的浙江省西部大部分地区出现了短时暴雨。“620”过程中等位涡高值区范围大且覆盖了浙江北部、中部以及上海、江苏南部。3 0日0 8 时在浙江中部存在明显的风速和风向辐合，且等熵面上浙江北部风场为西北风，冷空气下滑至浙江中部，与暖湿空气沿等熵面抬升与等熵面上的冷平流交绥，加强了对流发展，浙江省西部大部分地区出现了短时暴雨。综上分析，“6 30”与“6 20”过程在中低层(3 15K)等熵面上均有一定的高值区，“6 20”过程中等熵位涡高值区范围更大、强度更强，且在等熵面上有明显的冷空气下滑和风速辐合，加强了对流的发展，这是造成“6 20”过程暴雨中心雨强更强的原因之一。2.3.2高层（3 45K）等位涡分析研究发现0 s=345K等熵面上的气流能较好地反映对流层高层的干冷空气侵人特征，高空冷空气向低层渗透时与暖湿空气相遇易触发对流发展。“6 30过程中6 月3 0 日0 8 时在高层3 45K等熵面上的位涡主体位于准河以北，浙中南地区存在一个区域高值中心。但此时高层3 45K等熵面上附近的风向以偏西风为主，且风力较小，没有明显的冷空气输送。“6 20”过程中2 0 日0 8 时在高层3 45K等熵面上位涡主体南缘位于浙江北部，浙江省受到强等熵位涡高值主体的影响，在浙江中部存在明显的高层冷空气侵人，高层冷空气向低层渗透的同时，位势不稳定层结加强，有利于触发对流性天气，综上分析，“6 30”与“6 20”过程在高层（3 45K）等熵面上存在明显差异，“6 20过程中等熵位涡高值主体更靠近浙江省，且存在明显的高层冷空气侵人，有利于触发对流性天气，这是造成“620过程暴雨中心雨强更强的原因之一。3结语针对2 0 2 1年6 月3 0 日和2 0 2 2 年6 月2 0日发生在浙江的两次梅汛期暴雨过程的大尺度环流背景和物理条件等方面进行对比分析，得出了如下结论。（1）两次过程类型均为低涡切变型，低层有西南急流，浙西南处于急流轴顶端。两次暴雨过程降水落区相似，暴雨中心均出现在浙西地区，相较于“6 30”过程，6 20”过程的动力抬升条件更好，低涡发展高度更高、强度更强，西南急流更强，导致过程雨量更大、暴雨区范围更广、小时雨强更强，（2）“6 20过程水汽和动力条件更有利。两次过程在降水前，低空急流都为浙江西部地区输送了水汽和暖湿气流，相较于“6 30过程，“620过程的水汽通量极值更大，且各层极值所在的地理位置更为一致，对流层中低层水汽辐合、中高层水汽辐散均更为明显，有利于水汽的垂直输送；而两次过程的垂直速度与散度场均与降水有较好的对应关系，“6 20”过程的中低层上升运动和近地面辐合比“6 30”过程更强。（3）两次过程在中低层（3 15K）和高层（3 45K)等熵面上均有一定的高值区，但有较大不同。“620”过程中低层等熵位涡高值区比“630”过程范围更大、强度更强，高层等熵位涡高值区更靠近浙江省，且在两个层次的等熵面上均有明显的冷空气下滑和风速辐合，导致过程雨强极值更大。参考文献：1陶诗言，赵煜佳，陈晓敏.东亚的梅雨期与亚洲上空大气环流季节变化的关系J.气象学报，19 58,2 9（2）：59-7 4.2张芳华，陈涛，张芳，等.2 0 2 0 年6 一7 月长江中下游地区梅汛期强降水的极端性特征J.气象，2 0 2 0，46（11）：1405-1414.3蔡芗宁，宗志平，马杰，等.2 0 2 0 年梅雨特征分析及模式中期预报性能检验J.暴雨灾害，2 0 2 0，3 9（6）：6 2 9-6 3 6.4彭菊香，谢元富，康兆萍，等.改进的雷达资料同化方案在梅雨期暴雨预报中的应用.高原气象，2 0 2 0,3 9（5）：1007-1022.5张小玲，陶诗言，张顺利.梅雨锋上的三类暴雨J.大气科学,2 0 0 4,2 8（2）：18 7-2 0 5.6薛根元，周锁铨，李庆祥，等.浙江省梅汛期降水与洪涝灾害的长期变化J.自然灾害学报，2 0 0 4，13（5）：6 9-7 4.7沈晓玲，潘灵杰，左骏，等.浙江西部梅汛期两次相似落区暴雨过程对比分析J.干旱气象，2 0 2 2，40（2）：2 44-2 55.8杜雪婷，刘汉华，马昊.2 0 19 年浙江省梅雨异常特征及成因分析J，气象与环境科学，2 0 2 3，46（1）：7-15.9毛程燕，李浩文，龚理卿，等.2 0 18 年一次非典型梅雨锋暴雨过程诊断分析J.气象与环境学报，2 0 19,3 5（6）：8-13.10辛欣，吴俊杰，王杰，等.近42 a宁波梅雨特征量统计分析J.绿色科技,2 0 2 2,2 4(2 0)：1-7.