浙江一次江淮氣旋后部強(qiáng)對(duì)流暴雨過(guò)程診斷研究毛程燕

1,

荊思佳

1,

潘欣

1,

馬依依

1,

李浩文

2

摘要：利用地面降水觀測(cè)、NCEP/NCARFNL再分析、ECMWF模式預(yù)報(bào)場(chǎng)和FY-2H靜止衛(wèi)星TBB資料,對(duì)2020年6月30日浙江省一次暴雨過(guò)程進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明:(1)200hPa南亞高壓強(qiáng)高空輻散、中緯度低槽東移、副熱帶高壓帶狀穩(wěn)定的阻塞形勢(shì)、江淮氣旋后部下擺冷空氣與暖濕氣流交匯形成的冷式切變等共同提供了有利的環(huán)境條件;(2)對(duì)流層中低層水汽通量向高空伸展、700hPa正的垂直螺旋度中心都對(duì)暴雨落區(qū)有示蹤作用,高層正水汽通量散度強(qiáng)于低層負(fù)水汽通量散度,垂直螺旋度和垂直速度中心幾乎重合,先低層強(qiáng)輻合后強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)均為本次暴雨的發(fā)生提供了重要的水汽和動(dòng)力條件;(3)暴雨發(fā)生在MPV、MPV1和MPV2為正負(fù)過(guò)渡的零值區(qū),為對(duì)流不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定相結(jié)合區(qū)域,

θse線密集區(qū)與地面近乎垂直,濕位渦的高值中心位于θse梯度最大處,高空濕位渦下傳觸發(fā)了位勢(shì)不穩(wěn)定能量的釋放,引起大范圍的強(qiáng)對(duì)流暴雨;(4)850hPa冷切變線附近的降水云團(tuán),是由多個(gè)塊狀對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)形成完整的帶狀積雨云團(tuán),而上游不斷有新生對(duì)流云團(tuán)生成東移補(bǔ)充消散的老單體,觸發(fā)階段對(duì)流云后向傳播,擾動(dòng)發(fā)展階段對(duì)流云團(tuán)合并過(guò)程,形成對(duì)流云串的“列車(chē)效應(yīng)”。關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流暴雨

冷式切變

垂直螺旋度

濕位渦

積雨云

DIAGNOSTICRESEARCHOFSEVERECONVECTIVERAINSTORMEVENTATTHEBACKOFAJIANG-HUAICYCLONEINZHEJIANGPROVINCEMAOChengyan

1,

JINGSijia

1,

PANXin

1,

MAYiyi

1,

LIHaowen

2

Abstract:Basedonsurfaceprecipitationobservationaldata,NCEP/NCARFNLreanalysisdata,ECMWFmodelpredictionfielddataandFY-2HgeostationarysatelliteTBBdata,thepresentstudyanalyzedarainstormprocessinZhejiangProvinceonJune30,2020.Theresultsshowthat:(1)Favorableconditionsfortheprocessincludethestrongupper-airdivergenceofthe200hPaSouthAsianHigh,theeastwardmovementofthelowtroughinthemiddlelatitudes,thestableblockingofthesubtropicalhigh,andthecoldshearformedbytheintersectionofthecoldairandthewarmandwetairatthebackoftheChangjiangRiver-HuaiheRiverCyclones(JianghuaiCyclones).(2)Theexpansionareaofwatervaporfluxinthemid-lowtroposphereandtheverticalhelicityat700hPaarebothgoodindicatorsforheavyrain.Thepositivewatervaporfluxdivergenceattheuppertroposphereisstrongerthanthenegativeoneatthelowertroposphere.Theverticalhelicityandtheverticalvelocitycenteralmostcoincide.Thestronglowlevelconvergencefollowedbythestrongverticalupwardmovementprovidegoodwatervaporanddynamicconditionsfortherainstorm.(3)TherainstormareaislocatednearthetransitionzoneofthepositiveandnegativevalueofMPV,MPV1andMPV2.Thiszoneisalsotheconjointareaofconvectiveandbaroclinicinstability.Theregioninwhichtheisentropicofθsedenselydistributedisalmostperpendiculartotheground.Thehigh-altitudecoldairflowdrivesthehigh-potentialvortextothelowerlevel,causingregionalsevereconvectiverainstorm.(4)Theprecipitatingcloudnearthecoldshearlineat850hPahasbeenconsolidatedfrommultiplemassiveconvectivecloudsintoacompletelybandedcumulonimbuscloud,andnewbornconvectivecloudsmoveeastwardcontinuallyfromtheupstream,formingasignificant"traineffect".Keywords:

severeconvectiverainstorm

coldshear

verticalhelicity

moistpotentialvorticity

cumulonimbuscloud

1引言每年6月中旬—7月中旬是長(zhǎng)江流域的梅雨期，過(guò)程集中、暴雨頻發(fā)，尤其是2020年，梅期長(zhǎng)、雨量大、強(qiáng)降雨區(qū)域重疊，其中浙江中北部梅雨期降水量為1951年以來(lái)第一位。對(duì)于梅汛期暴雨，國(guó)內(nèi)很多專(zhuān)家都對(duì)其進(jìn)行了深入探索研究[1-3]。持續(xù)的強(qiáng)降水除了需要完整暢通的水汽通道[4-5]，還需要良好的動(dòng)力場(chǎng)和熱力場(chǎng)結(jié)構(gòu)的配置[6-7]。自1980年以來(lái)，關(guān)于位渦的理論和應(yīng)用獲得了蓬勃發(fā)展，尤其是在暴雨和臺(tái)風(fēng)研究中取得了很大進(jìn)展和突破[8-10]。Hoskins等[11]提出應(yīng)用等熵位渦來(lái)診斷冷空氣在強(qiáng)降水落區(qū)和增幅方面的貢獻(xiàn)，毛程燕等[12]在分析一次梅雨鋒暴雨時(shí)也提出等熵位渦的演變和形態(tài)對(duì)冷空氣活動(dòng)有較好的視蹤作用。而濕位渦是一個(gè)綜合反映水汽作用和大氣動(dòng)力、熱力屬性的物理量，濕對(duì)稱不穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于不同季節(jié)的各類(lèi)降水中[13-14]，濕位渦與濕對(duì)稱不穩(wěn)定性有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[15-17]。其中肖云清等[18]在分析賀蘭山東麓暴雨時(shí)指出，對(duì)流層中低層濕斜壓項(xiàng)負(fù)極值中心的強(qiáng)度和變化對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有指示意義；周玉淑[19]在研究廣義濕位渦與江淮流域暴雨關(guān)系時(shí)提出，濕位渦的正負(fù)及強(qiáng)弱變化對(duì)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)有一定的指導(dǎo)作用，葛戰(zhàn)旗等[20]研究沙澧河流域的暴雨時(shí)發(fā)現(xiàn)，高層冷空氣的楔狀入侵促進(jìn)暖濕氣流抬升使對(duì)流不穩(wěn)定加強(qiáng)，伴隨著濕位渦正壓項(xiàng)MPV1的顯著變化。近年來(lái)，隨著觀測(cè)資料的增加和觀測(cè)儀器的更新，應(yīng)用衛(wèi)星遙感資料研究暴雨云團(tuán)演變特征也越來(lái)越多。張端禹等[21]和張芹等[22]應(yīng)用FY-2G云頂亮溫產(chǎn)品分析了暴雨的對(duì)流云活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)對(duì)流云合并加強(qiáng)和深對(duì)流云中心區(qū)的降雨量有明顯加大趨勢(shì)；王雪芹等[23]分析暴雨時(shí)指出云團(tuán)的合并是造成暴雨范圍和強(qiáng)度增大的主要原因之一；劉新偉等[24]利用FY-2E輻射亮溫研究高原切變線對(duì)降水影響時(shí)發(fā)現(xiàn)TBB低值時(shí)段正好與短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)段相對(duì)應(yīng)。而“風(fēng)云”二號(hào)H(FY-2H)衛(wèi)星是2018年6月5日發(fā)射成功的靜止軌道氣象衛(wèi)星，每15min一次地球全圓盤(pán)觀測(cè)、每6min一次區(qū)域觀測(cè)，大大提高了對(duì)暴雨落區(qū)、強(qiáng)度的預(yù)報(bào)精度，TBB的演變特征可反映對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展階段、演變趨勢(shì)，對(duì)于未來(lái)降水變化進(jìn)行有效研判。針對(duì)2020年6月29—30日發(fā)生在浙江省的一次大暴雨過(guò)程，由于模式預(yù)報(bào)顯著偏弱，事先對(duì)其量級(jí)預(yù)估存在明顯不足，29日夜里不斷有對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，衢州市氣象局和多個(gè)區(qū)縣臺(tái)站在30日凌晨到上午先后發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，而在分析研判本次過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次形勢(shì)與2019年6月6日同樣發(fā)生在浙江省的一次大暴雨過(guò)程非常相似，當(dāng)時(shí)江山市氣象局也全網(wǎng)發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，雖有如此相似的形勢(shì)，降水落區(qū)和范圍卻相差很大，值得深入思考。而對(duì)于這類(lèi)低壓后部的強(qiáng)對(duì)流暴雨，目前模式預(yù)報(bào)都存在明顯不足，量級(jí)、落區(qū)都比較難以把握，因此本文利用了我國(guó)FY-2H衛(wèi)星TBB資料和美國(guó)NCEP再分析資料，從動(dòng)力、熱力條件和對(duì)稱不穩(wěn)定等方面進(jìn)行了綜合分析，探討其形成發(fā)展機(jī)理，對(duì)于未來(lái)這類(lèi)暴雨預(yù)報(bào)提供一些借鑒，提高其預(yù)報(bào)和服務(wù)效果。2資料與方法2.1資料來(lái)源本文采用美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NationalCentersforEnvironmentalPrediction)NCEPFNL逐6h全球再分析資料(1°×1°)、歐洲中心ECMWF模式細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)資料(0.125°×0.125°)、我國(guó)FY-2H靜止衛(wèi)星云頂亮溫(TemperatureofBlackBody,TBB)資料(時(shí)間分辨率為30min、空間分辨率為0.1°×0.1°)(\t"/html/2021/4/_blank"/portalsite/Data)和浙江省常規(guī)觀測(cè)和區(qū)域站自動(dòng)觀測(cè)氣象資料。研究區(qū)域范圍為105~135°E,18~40°N。2.2濕位渦計(jì)算方法吳國(guó)雄等[25]證明，滿足準(zhǔn)靜力平衡時(shí)，P坐標(biāo)系中濕位渦MPV可分解為垂直分量MPV1和水平分量MPV2，其表達(dá)式見(jiàn)式(1)~式(3)。${\rm{MPV}}={\rm{MP}}{{\rm{V}}_1}+{\rm{MP}}{{\rm{V}}_2}=-g(\zeta+f)\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialp}}+g\left({\frac{{\partialv}}{{\partialp}}\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialx}}-\frac{{\partialu}}{{\partialp}}\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialy}}}\right)$(1)${\rm{MP}}{{\rm{V}}_1}=-g(\zeta+f)\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialp}}$(2)${\rm{MP}}{{\rm{V}}_2}=g\left({\frac{{\partialv}}{{\partialp}}\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialx}}-\frac{{\partialu}}{{\partialp}}\frac{{\partial{\theta_{{\rm{se}}}}}}{{\partialy}}}\right)$(3)式中θse為假相當(dāng)位溫，f為科氏參數(shù)，MPV1為濕位渦的垂直分量(濕正壓項(xiàng))，MPV2為水平分量(濕斜壓項(xiàng))。MPV1受垂直方向的絕對(duì)渦度和對(duì)流穩(wěn)定度影響，即表示慣性穩(wěn)定度和對(duì)流穩(wěn)定性的作用，當(dāng)大氣為對(duì)流不穩(wěn)定時(shí)，MPV1

<0，有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展，當(dāng)大氣為對(duì)流穩(wěn)定時(shí)，MPV1

>0，則不利于暴雨發(fā)生發(fā)展；MPV2受垂直風(fēng)切變和水平方向的假相當(dāng)位溫梯度影響，其正值區(qū)移動(dòng)方向可作為低空急流和暖濕氣流活動(dòng)的示蹤[10]，低層MPV2

<0時(shí)，表示水平濕斜壓性增強(qiáng)，垂直渦度增大。MPV2負(fù)值區(qū)越強(qiáng)，表明大氣斜壓性增強(qiáng)，越有利于降水增大。濕位渦單位為PVU,1PVU=10-6m2·K/(s·kg)。3前期預(yù)報(bào)偏差分析3.1模式預(yù)報(bào)情況29日20時(shí)(除標(biāo)明外均為北京時(shí)，下同)歐洲中心ECMWF模式預(yù)報(bào)500hPa江淮流域氣溫為0℃附近(圖1a)，江南中北部氣溫呈南低北高，與實(shí)況氣溫(北低南高)相反，因而預(yù)報(bào)的冷空氣南下影響較弱，而且預(yù)報(bào)浙江北部700hPa和850hPa均以西風(fēng)動(dòng)量為主，中南部則為西南分量，與實(shí)況西北風(fēng)和西南風(fēng)的輻合強(qiáng)度相比也是偏弱的，ECMWF預(yù)報(bào)28日20時(shí)降水大值中心偏離到江西北部，對(duì)于浙江來(lái)說(shuō)強(qiáng)降水落區(qū)在北部一帶，與實(shí)況相比落區(qū)有明顯偏差(圖1b),29日20時(shí)起報(bào)的24小時(shí)降水進(jìn)行了顯著調(diào)整，與實(shí)況相比無(wú)論落區(qū)是量級(jí)都還是比較接近的。而GFS模式的預(yù)報(bào)效果則更差，在28日20時(shí)起報(bào)的850hPa為一致的西南風(fēng)(圖1c)，且在浙江中部有風(fēng)速輻散，浙江省面上并沒(méi)有報(bào)出明顯降水(圖1d),29日20時(shí)起報(bào)的降水雖有調(diào)大趨勢(shì)，但也基本預(yù)報(bào)在20mm以下，因而事先對(duì)本次過(guò)程量級(jí)的預(yù)估存在明顯不足，對(duì)公眾預(yù)報(bào)和服務(wù)效果也不佳。圖1

2020年6月29日20時(shí)500hPa高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)、850hPa風(fēng)場(chǎng)(箭頭，單位：m/s)和溫度場(chǎng)(陰影，單位：℃)的ECMWF模式預(yù)報(bào)(a)和GFS模式預(yù)報(bào)(c)及29日20:00—30日20:00對(duì)應(yīng)的ECMWF(a)和GFS(d)模式降水預(yù)報(bào)3.2相似形勢(shì)落區(qū)差別大在分析“6.30”過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次過(guò)程與2019年6月6日(簡(jiǎn)稱“6.6”過(guò)程)影響浙江省的一次大暴雨的形勢(shì)非常相似(圖2a)，兩次過(guò)程都是高空冷槽后部、江淮氣旋入海后冷切南壓過(guò)程中出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流暴雨，渤海低壓位置相近(圖2b),850hPa西南急流都達(dá)到了24m/s以上，700hPa以下風(fēng)切變(20m/s)和K指數(shù)都相仿(圖略)，但不同之處是今年“6.30”的588dagpm位置比“6.6”的稍偏北一些，副熱帶高壓勢(shì)力更強(qiáng)，主要在華南北部到福建一帶，588dagpm與584dagpm更靠近，能量也更充足一些，且副熱帶高壓脊線位置比較高，使得冷空氣在下擺過(guò)程中在浙江中部滯留，而渤海區(qū)域低壓強(qiáng)度更強(qiáng)、冷空氣勢(shì)力也較強(qiáng)。圖2

2019年6月6日20時(shí)850hPa風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)(a)和700hPa急流(虛線，≥12m/s)和海平面氣壓場(chǎng)(單位：hPa)(b)從“6.6”過(guò)程降水情況來(lái)看(圖3a)，強(qiáng)降水主要集中在浙江西部，尤其是衢州中南部、麗水西部出現(xiàn)了大暴雨，其他地區(qū)降水均在50mm以下，強(qiáng)降水范圍并不大。而“6.30”過(guò)程(6月29日20:00—30日20:00)浙江省中南部均出現(xiàn)了暴雨到大暴雨天氣，全省平均雨量為38.0mm(圖3b)。由于副熱帶高壓穩(wěn)定少動(dòng)形成了阻塞形勢(shì)，系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，降水效率較高，上游不斷有新生對(duì)流發(fā)展東移，出現(xiàn)了明顯的“列車(chē)效應(yīng)”。30日01時(shí)左右，強(qiáng)降水回波自西向東隨700hPa引導(dǎo)氣流逐漸影響浙江，衢州、金華、麗水、紹興、寧波等大部分地區(qū)都出現(xiàn)了暴雨以上天氣，尤其是浙江西部，大部分地區(qū)出現(xiàn)了大暴雨天氣，衢州市面雨量為139.5mm，有2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)24h雨量超過(guò)250mm(特大暴雨)，236個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過(guò)100mm(大暴雨)。30日14時(shí)以后隨著江淮氣旋東移入海，對(duì)流層中低層逐漸轉(zhuǎn)西北氣流，浙江全省降雨漸止。對(duì)比兩次過(guò)程，“6.6”大暴雨過(guò)程系統(tǒng)南壓速度更快，其強(qiáng)降水落區(qū)更小、降水比較集中、落區(qū)更小、對(duì)流性也更強(qiáng)，而“6.30”過(guò)程強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間則更長(zhǎng)、暴雨范圍也更廣。圖3

浙江省2019年6月6日08:00—7日08:00(a)和2020年6月29日20:00—30日20:00)(b)降水空間分布在分析了模式預(yù)報(bào)和對(duì)比了歷史個(gè)例后，對(duì)“6.30”過(guò)程降水基本傾向于偏弱預(yù)報(bào)，而實(shí)際本次過(guò)程浙江中部和西部都出現(xiàn)了暴雨、大暴雨天氣，因此有必要重新審視一下本次過(guò)程，對(duì)于未來(lái)預(yù)報(bào)提供一定的調(diào)整思路。4結(jié)果分析4.1大尺度環(huán)流背景和影響系統(tǒng)29日20時(shí)，200hPa南亞高壓位于江南、華南上空，高壓脊位于27°N附近，高空西風(fēng)急流位于華北到黃淮地區(qū)上空(圖4a)，浙江省為典型的梅雨環(huán)流形勢(shì)。此時(shí)浙江省處于南亞高壓控制下，高空強(qiáng)烈的輻散氣流有利于低層濕空氣源源不斷輻合抬升；500hPa中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)(圖4b)，貝加爾湖以北為穩(wěn)定的阻塞高壓，華北冷渦位置偏南(40°N以南)，位于渤海灣一帶，中緯度環(huán)流經(jīng)向度大，底部冷空氣南下，形成冷暖空氣對(duì)峙，貝加爾湖以東至東亞沿岸為寬廣的低槽，浙江中部有小擾動(dòng)，500hPa有冷空氣向下滲透，比預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，副熱帶高壓從日本以南延長(zhǎng)至華南地區(qū)呈東西帶狀分布，588dagpm線北界位于福建中部至華南上空，120°E處脊線位于22°N附近。30日08時(shí)南亞高壓略有南壓，浙江中北部處于高空槽槽底，而588dagpm線也東退南壓，高空槽東移緩慢，強(qiáng)降水維持時(shí)間較長(zhǎng)；高空冷空氣從西北地區(qū)沿著冷槽南下抵達(dá)江南地區(qū)，與副熱帶高壓西部的西南暖濕氣流交匯(圖略)。圖4

2020年6月29日20時(shí)200hPa高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)及急流(虛線，≥30m/s)(a)、500hPa高度場(chǎng)(單位：dagpm)(b)、850hPa風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)(c)和29日20時(shí)700hPa急流(虛線，≥12m/s)和海平面氣壓場(chǎng)(單位：hPa)(d)與此同時(shí)，850hPa江淮氣旋東移入海后加強(qiáng)，氣旋后部偏北急流攜帶冷空氣不斷影響，西北急流與西南暖濕氣流形成的冷式切變位于浙江中部，大暴雨發(fā)生在850hPa冷切變南壓過(guò)程中，浙江上空為南海輸送來(lái)的西南水汽、江淮氣旋帶來(lái)的海上水汽、華北冷空氣三支氣流相互交匯(圖4c)。29日夜間，850hPa急流強(qiáng)度減弱，但急流帶形態(tài)變窄，雨帶位置與急流軸中心相對(duì)應(yīng)，呈東北-西南向，隨著急流軸南壓而南移，其中02—05時(shí)，急流變窄導(dǎo)致風(fēng)的垂直切變?cè)龃?，雨帶增?qiáng)；江淮氣旋繼續(xù)東移，其后部偏北風(fēng)影響的主要是浙江東部沿海城市，而浙江中部偏西急流則維持18m/s(圖4d),02時(shí)之前東段雨帶位于切變北側(cè)，與顯著北風(fēng)對(duì)應(yīng)，西段雨帶位于切變南側(cè)。05時(shí)以后急流減弱，鄱陽(yáng)湖上有小擾動(dòng)?xùn)|移，雨帶轉(zhuǎn)成東西向，形成“列車(chē)效應(yīng)”；30日08—11時(shí)，雖然急流減弱以偏西氣流為主，但其上有小擾動(dòng)發(fā)展東移并不斷有弱冷空氣滲透，700hPa浙江西部有西北風(fēng)和西南風(fēng)輻合，降水維持，05—11時(shí)梅雨帶位于切變線南側(cè)。14時(shí)以后850hPa轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，降水顯著減弱。因此，本次梅汛期暴雨過(guò)程主要是暖濕氣流疊置高空冷空氣滲透產(chǎn)生的強(qiáng)降水。4.2水汽輸送分析作水汽通量的經(jīng)向剖面，發(fā)現(xiàn)在29日20時(shí)(大暴雨前)浙江中部上空500hPa高度以下有顯著的水汽通量分布(圖5a)，中心強(qiáng)度為24g/(cm·hPa·s)(800hPa附近)，35°N以南為完整的水汽通道，水汽大值區(qū)逐漸向高緯、高空伸展；30°N附近800hPa以下有強(qiáng)水汽通量散度的負(fù)中心存在，中心強(qiáng)度為-4×10-7g/(cm2·hPa·s)(900hPa附近)，800hPa以上為強(qiáng)水汽通量散度正中心，中心強(qiáng)度為6×10-7g/(cm2·hPa·s)(650hPa附近)，高層水汽輻散強(qiáng)于低層水汽輻合，有利于近地層水汽源源不斷吸納進(jìn)來(lái)，夜間850hPa衢州市上空水汽通量散度持續(xù)輻合。30日02時(shí)(圖略)，水汽通量大值中心位于29°N附近，中心值仍為24g/(cm·hPa·s)，范圍有所減?。凰可⒍戎行奈挥?9~30°N附近，隨高度先向北再向南傾斜，有三個(gè)強(qiáng)度中心，分別位于950hPa、800hPa、750hPa高度。30日08時(shí)(圖5b)，水汽通量位置向低緯偏移、強(qiáng)度有所減弱，800hPa高度上水汽通量中心值為16g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度中心隨之南移，有多個(gè)水汽輻合中心，最大強(qiáng)度增至-5×10-7g/(cm·hPa·s)、影響范圍明顯擴(kuò)大，浙江中南部上空由低層到500hPa均為強(qiáng)負(fù)值區(qū)。以上分析表明，浙江中南部地區(qū)出現(xiàn)暴雨區(qū)，不僅需要大量的水汽輸送，還需要強(qiáng)烈的水汽輻合。圖5

2020年6月29日20時(shí)(a)和30日08時(shí)(b)水汽通量(等值線，單位：g/(cm·hPa·s))和水汽通量散度(陰影，單位：10-7g/(cm2·hPa·s))沿119°E的經(jīng)向垂直剖面4.3動(dòng)力診斷分析垂直速度是反映大氣垂直輸送的物理量，垂直螺旋度是描述大氣環(huán)境風(fēng)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的特征量，因此都是反映大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)力機(jī)制的重要指標(biāo)[20]。由垂直速度的剖面可見(jiàn)(圖6a),29日08:00—30日20:00時(shí)段內(nèi)，對(duì)流層中低層呈現(xiàn)“+-+-”分布，29日20時(shí)之前，650hPa以下為一致的正值區(qū)，對(duì)流層中低層以下沉運(yùn)動(dòng)為主，但此時(shí)由低層向中層逐漸出現(xiàn)負(fù)散度，650hPa以下為正垂直螺旋度區(qū)(圖6b)，中心強(qiáng)度為25×10-7hPa/s2，逐漸轉(zhuǎn)為有利于強(qiáng)降水的條件；20時(shí)以后450hPa以下垂直速度為一致的負(fù)值區(qū)，最大上升運(yùn)動(dòng)中心位于600hPa附近(-5Pa/s),750hPa以下負(fù)散度區(qū)逐漸向高空延展，與此同時(shí)，垂直螺旋度轉(zhuǎn)為弱的負(fù)值區(qū)，與垂直速度配合并不是特別好。30日02時(shí)，700hPa以下垂直速度又轉(zhuǎn)為正值區(qū)，900hPa以下有弱輻散出現(xiàn)，此時(shí)垂直螺旋度為零值附近，垂直輸送明顯減弱。30日08時(shí)，垂直速度有兩個(gè)負(fù)值中心，分別為700hPa附近(-6Pa/s)和450hPa附近(-4Pa/s)，即對(duì)流層整層為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，而600hPa以下為較強(qiáng)的負(fù)散度區(qū)(輻合區(qū))，600hPa以上為輻散區(qū)，而此時(shí)的垂直螺旋度為強(qiáng)的正值，強(qiáng)度中心為20×10-7hPa/s2(位于700hPa)，浙江中南部上空為風(fēng)向風(fēng)速輻合運(yùn)動(dòng)中心，低值系統(tǒng)增強(qiáng)，垂直螺旋度、垂直速度與低空輻合高空輻散的配置良好，為浙江中南部地區(qū)暴雨提供了有利的動(dòng)力條件。14時(shí)以后700hPa以下仍為強(qiáng)的負(fù)散度區(qū)，700hPa處散度中心為-5×10-5s-1，而此時(shí)大氣層中轉(zhuǎn)為多個(gè)垂直速度正值中心，尤其是800hPa以下有下沉運(yùn)動(dòng)中心，對(duì)應(yīng)的垂直螺旋度為零值，表明低層大氣雖有輻合條件，但垂直輸送顯著減弱，這與14時(shí)以后雨勢(shì)明顯減弱有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖6

2020年6月29日08時(shí)—30日20時(shí)垂直速度(等值線，單位：Pa/s)與散度(陰影為輻合區(qū)，單位：10-5s-1)(a)和垂直螺旋度(單位：10-7hPa/s2)(b)的時(shí)間-高度剖面(剖面為119°E,29°N)4.4濕位渦診斷分析4.4.1濕位渦正壓項(xiàng)(MPV1)的垂直分布為了揭示干冷空氣從高空向低空傳輸對(duì)強(qiáng)降水的影響，主要探究了濕位渦正壓項(xiàng)的垂直分布對(duì)浙中南暴雨的作用。沿著暴雨中心119°E作濕位渦正壓項(xiàng)剖面，29日20時(shí)暴雨發(fā)生前(圖7a),30°N及以南600hPa以下為一致的弱負(fù)值區(qū)，說(shuō)明在對(duì)流層中低層為一致的弱對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，600hPa以上為正值區(qū)，其上受干冷氣流控制則為對(duì)流穩(wěn)定區(qū)，這種配置有利于低層低值系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。25~30°N之間950hPa以下有兩個(gè)負(fù)值中心，分別為-1.0PVU(30°N)、-2.0PVU(25°N)，暴雨中心發(fā)生在27~29°N，偏離MPV1中心(29°N)的負(fù)值區(qū)內(nèi)。30~35°N有高值的MPV1從對(duì)流層中層向低層傾斜伸展，分別在500hPa、700hPa、900hPa附近形成3個(gè)強(qiáng)度中心，分別為-1.2PVU、-0.6PVU、-1.8PVU;29日02時(shí)暴雨期間(圖7b),30°N附近500hPa以下轉(zhuǎn)為強(qiáng)負(fù)值區(qū)，700hPa中心強(qiáng)度為-1.4PVU,30°N及以南對(duì)流層低層有強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定，表明強(qiáng)降水區(qū)上空為強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)。對(duì)流層高層(400hPa)的高值MPV1進(jìn)一步向下延展至900hPa附近，從對(duì)流層高層至低層形成一個(gè)貫通穩(wěn)定的傾斜傳輸帶，高值MPV1向低層逐漸輸送，表明有氣旋后部冷空氣向低空傳輸堆積，侵入的冷空氣在低層形成冷墊，強(qiáng)迫暖濕氣流抬升，對(duì)流不穩(wěn)定增強(qiáng)和潛熱能量釋放，從而觸發(fā)暴雨的發(fā)生發(fā)展。30日08時(shí)(圖略)，600hPa以下為負(fù)值區(qū)，30°N上空MPV1中心下壓至750hPa附近(-1.4PVU),30°N以南850hPa為0PVU區(qū)，暴雨發(fā)生在MPV1的正負(fù)過(guò)渡的零值區(qū)附近，并未出現(xiàn)在正渦度附近。由此可見(jiàn)，高值MPV1從對(duì)流層中層向下傳輸侵入降水區(qū)，使降水區(qū)穩(wěn)定度明顯下降，冷墊上的暖濕氣流抬升，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放和潛熱加熱，從而對(duì)強(qiáng)降水起顯著的增幅作用，MPV1的分布對(duì)暴雨落區(qū)有良好的示蹤作用。圖7

2020年6月29日20時(shí)(a)、30日02時(shí)(b)濕位渦正壓項(xiàng)MPV1(單位：PVU)沿119°E的經(jīng)向垂直剖面圖陰影區(qū)為MPV1≤0。4.4.2等壓面上濕斜壓項(xiàng)(MPV2)的水平分布29日20時(shí)(圖8a),30~34°N之間600hPa以下為密集的等值線覆蓋，表明系統(tǒng)斜壓性增強(qiáng)，有兩個(gè)負(fù)值中心分別位于650hPa和900hPa，強(qiáng)度分別為-0.6PVU和-1.0PVU，說(shuō)明30°N以北低層垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，南側(cè)風(fēng)切變較小；且負(fù)值區(qū)隨高度向北傾斜延伸，浙江中部地區(qū)(29°N)為零值附近，反映了低空由于風(fēng)向輻合產(chǎn)生了弱的暖濕氣流。30日02時(shí)(圖8b),MPV2負(fù)值中心南移、范圍縮小，浙江中部750hPa以下兩個(gè)強(qiáng)度中心均為-0.8PVU，且兩個(gè)中心的高度均降低，本次大暴雨過(guò)程并未出現(xiàn)在強(qiáng)的斜壓中心，而是在其南側(cè)零值附近的弱正值區(qū)。30日08時(shí)(圖略)，MPV2又向高空伸展至600hPa,29°N附近等值線變密集梯度加大，暴雨出現(xiàn)在低層MPV2的零等值線附近，說(shuō)明大氣低層為弱大氣濕斜壓性和不強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，浙中西地區(qū)西南暖濕氣流也不強(qiáng)盛。圖8

2020年6月29日20時(shí)(a)、30日02時(shí)(b)濕位渦斜壓項(xiàng)MPV2(單位：PVU)沿119°E的經(jīng)向垂直剖面圖陰影區(qū)為MPV20。4.4.3濕位渦演變與強(qiáng)對(duì)流降水機(jī)制假相當(dāng)位溫表征大氣熱力、濕度的綜合參量，其垂直分布反映了大氣中能量的分布狀況。為揭示暴雨的形成演變機(jī)制，研究冷空氣與濕位渦對(duì)暴雨的作用，制作了假相當(dāng)位溫與濕位渦的剖面圖進(jìn)行綜合分析。30日02時(shí)(圖9a)，暴雨區(qū)北側(cè)600hPa附近有一個(gè)θse低值中心(325K)，表明此時(shí)有冷空氣從對(duì)流層中層侵入。在冷暖空氣交匯處等θse線非常密集，且與地面近乎垂直，說(shuō)明30°N附近有很強(qiáng)的鋒區(qū)，浙江北部地區(qū)鋒生作用明顯，鋒區(qū)緩慢南壓，鋒區(qū)內(nèi)斜壓性強(qiáng)，冷暖空氣對(duì)峙，有利于產(chǎn)生對(duì)流不穩(wěn)定，從而增強(qiáng)降水，暴雨區(qū)上空等θse線呈漏斗狀下凹，有利于對(duì)流層中高層冷空氣沿等熵面下滑，較小的θse干空氣侵入到較大的θse暖濕空氣上空，導(dǎo)致對(duì)流不穩(wěn)定顯著增強(qiáng)，大暴雨位于高能舌一側(cè)。30日08時(shí)，等值線密集區(qū)位置穩(wěn)定少變，暖濕氣流在冷墊上不斷抬升觸發(fā)對(duì)流，而14時(shí)等值線隨高度顯著南傾(圖9b)，浙中南一帶中低層受一致的冷空氣控制，降水趨于結(jié)束。由于濕位渦具有守恒性，異常高的MPV1區(qū)往往出現(xiàn)異常低的MPV2，所以冷空氣越強(qiáng)，斜壓性也越強(qiáng)，正壓濕位渦也就越小。MPV的高值中心位于θse密集帶上，大于-1PVU，當(dāng)θse線高度降低并南壓時(shí)，MPV大值區(qū)也隨之降低和南壓(800hPa以下)。等θse線坡度越陡，高空干冷空氣向低層侵入越顯著，鋒區(qū)則越強(qiáng)，大氣斜壓性也越強(qiáng)，MPV負(fù)值也越大，越有利于大范圍暴雨的產(chǎn)生。由此可見(jiàn)，高空干冷氣流呈傾斜的漏斗狀向低層侵入，帶動(dòng)高空的高位渦向低層移動(dòng)，與暖濕氣流交匯、對(duì)流不穩(wěn)定加大，有利于強(qiáng)降水的維持，衢州市大暴雨位于渦度零線附近，而杭州灣附近降水發(fā)展與正渦度相對(duì)應(yīng)，但東移南壓速度較快，累計(jì)雨量不大。圖9

2020年6月30日02時(shí)(a)和14時(shí)(b)假相當(dāng)位溫(等值線，單位：K)和濕位渦MPV(陰影，單位：PVU)沿119°E的經(jīng)向垂直剖面圖4.5中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)特征本次強(qiáng)降水過(guò)程主要影響時(shí)段是6月29日夜里到30日上午，前半夜主要是浙江北部有分散的對(duì)流性降水，后半夜開(kāi)始主要影響浙江中南部，零點(diǎn)前后衢州市開(kāi)化縣開(kāi)始有對(duì)流發(fā)展起來(lái)，降水效率很高。選取該時(shí)段內(nèi)FY-2H的云頂亮溫演變特征加以分析，發(fā)現(xiàn)30日00—05時(shí)為急流的觸發(fā)階段，急流在云團(tuán)的后側(cè)激發(fā)出來(lái)，對(duì)流云為后向傳播。06—11時(shí)為急流擾動(dòng)發(fā)展階段，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展合并，上游江西鄱陽(yáng)湖的東南側(cè)有兩個(gè)小擾動(dòng)相配合，不斷有對(duì)流云發(fā)展并沿著700hPa引導(dǎo)氣流東移，形成明顯的“列車(chē)效應(yīng)”[27]。29日20:00浙江北部和西部地區(qū)有多個(gè)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展(圖10a)，最低云頂亮溫約為-60℃，之后對(duì)流云團(tuán)逐漸東移南壓并逐漸增強(qiáng)，云團(tuán)尺度也逐漸擴(kuò)展；23:00左右麗水市和衢州市交界處發(fā)展成積雨云團(tuán)(圖10b)，最大云頂亮溫為-70℃，說(shuō)明此時(shí)此處云頂伸展高度較高，對(duì)流發(fā)展旺盛，該區(qū)域降水顯著增強(qiáng)。30日02:00—04:00積雨云有所減弱(圖10c),TBB減小；04:00又再次顯著加強(qiáng)(圖10d)，形成一條相對(duì)完整的東北-西南走向的帶狀積雨云帶，橫跨整個(gè)浙江省，寬度150km以上，06:00以前云帶位置都穩(wěn)定少動(dòng)，不斷有新的對(duì)流單體新生，降水效率高，浙江中部出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水。06:00以后，浙江東部對(duì)流云團(tuán)移出，但浙江西部上游江西省仍有強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展并東移影響，“列車(chē)效應(yīng)”現(xiàn)象維持，其中08:00左右衢州、麗水、金華三市交界處云頂亮溫為-70℃(圖10e)，持續(xù)的對(duì)流云發(fā)展影響，使得這一帶出現(xiàn)暴雨到大暴雨天氣。10:00以后積雨云團(tuán)南壓(圖10f)，主要影響麗水市，13:00對(duì)流云團(tuán)減弱消散，云頂亮溫升高，降水強(qiáng)度減弱，以殘留的層狀云弱降水為主。圖10

2020年6月29日20:00(a)、23:00(b)、30日01:00(c)、04:00(d)、08:00(e)、10:00(f)FY-2H云頂亮溫演變(單位：℃)5結(jié)論本次過(guò)程是一次江淮氣旋后部冷空氣影響形成的大暴雨過(guò)程，對(duì)500hPa的冷空氣勢(shì)力預(yù)報(bào)偏弱，700hPa和850hPa西風(fēng)動(dòng)量為主，ECMWF和GFS模式預(yù)報(bào)的降水也顯著偏弱，因而事先對(duì)其量級(jí)預(yù)估不足，對(duì)公眾預(yù)報(bào)和服務(wù)效果不佳。本文分析得出如下結(jié)論。(1)本次暴雨過(guò)程由多個(gè)天氣系統(tǒng)相互作用。500hPa中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)，東亞地區(qū)為寬廣的低槽，江淮氣旋后部不斷有冷空氣南下影響江南地區(qū)，200hPa南亞高壓西北側(cè)偏東風(fēng)與西北氣流之間輻散區(qū)，高空強(qiáng)輻散和低空冷式切變輻合疊置，浙江省位于南亞高壓脊線北側(cè)，副熱帶高壓帶狀分布、梅雨鋒穩(wěn)定，系統(tǒng)少動(dòng)，降水效率高，雨帶與西南急流相對(duì)應(yīng)，其上有小擾動(dòng)，急流變窄雨帶增強(qiáng)，大暴雨發(fā)生在850hPa冷切變南壓過(guò)程中。(2)本次過(guò)程水汽、動(dòng)力和熱力條件相互配合。暴雨出現(xiàn)前，對(duì)流層中低層增濕顯著，水汽通量向高緯、高空延展，高層水汽輻散強(qiáng)于低層水汽輻合，有利于近地層水汽不斷吸納進(jìn)來(lái)，而低層顯著的負(fù)散度先于垂直運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)也對(duì)暴雨有預(yù)示作用；垂直螺旋度率先轉(zhuǎn)為有利于降水的條件，比垂直速度提前出現(xiàn)，發(fā)生暴雨時(shí)垂直螺旋度和垂直速度中心幾乎重合，垂直螺旋度減小時(shí)雨勢(shì)也減弱。因此水汽通量和垂直螺旋度對(duì)暴雨落區(qū)和強(qiáng)度有示蹤作用。(3)濕位渦理論和θse綜合分析，能較好地解釋本次大暴雨的形成、發(fā)展機(jī)制，是一次對(duì)流不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定引起、動(dòng)力和熱力共同作用產(chǎn)生的大暴雨過(guò)程。大暴雨發(fā)生在MPV1和MPV2為正負(fù)過(guò)渡的零值區(qū)附近，對(duì)流不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定相結(jié)合區(qū)域，高空干冷氣流帶動(dòng)高空的高位渦向低層輸送，低層鋒區(qū)增強(qiáng)、大氣斜壓性加大，增強(qiáng)了對(duì)流不穩(wěn)定，從而引起顯著的降水增幅；而冷暖空氣交匯處等θse梯度很大，MPV的高值中心即位于θse最密集處。(4)本次暴雨也同時(shí)受多個(gè)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)影響，不斷有新的對(duì)流單體發(fā)展東移。江西一帶的兩個(gè)小擾動(dòng)和急流脈動(dòng)的配合下，850hPa冷式切變附近的降水云團(tuán)不斷激發(fā)出來(lái)，多個(gè)塊狀對(duì)流云團(tuán)合并為完整的帶狀積雨云團(tuán)，降水云團(tuán)出現(xiàn)“增強(qiáng)-減弱-再增強(qiáng)-減弱消散”階段，觸發(fā)階段對(duì)流云后向傳播，擾動(dòng)發(fā)展階段對(duì)流云團(tuán)合并過(guò)程，形成顯著的“列車(chē)效應(yīng)”。(5)本次暴雨過(guò)程和“6.6”暴雨過(guò)程都是高空冷槽后部、江淮氣旋入海后冷切南壓過(guò)程中出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流暴雨，但“6.30”低壓強(qiáng)度更強(qiáng)、冷空氣勢(shì)力也更強(qiáng)、系統(tǒng)南壓速度更緩慢，因此強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、暴雨范圍更廣。參考文獻(xiàn)[1]江蘇梅汛期暴雨高空能量輸送及高低空要素耦合特征[J].

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