张京英 王庆华

(山东临沂气象局，山东临沂 276004）

通过分析近20年的暴雨降水资料发现，90年代鲁南暴雨日数较多，但日降水强度多在50－100mm，2000年后的10年特别是最近的5年，暴雨日数有所减少，但日降水强度超过100mm的次数却明显增加，极端强降水的出现几率增大，因此对暴雨过程中的极端强降水的分析和研究有着重要的现实意义。许多对暴雨的研究分析了不同地域［1－4］的暴雨过程，从暴雨形成机理到监测预测等的理论和方法进行了比较全面的分析，分析角度细致到系统结构及发展演变、环境场特征及暴雨过程中的高低空急流作用等。这些研究都表明，强降水是多种尺度相互作用的产物，特别强调了中尺度系统在造成强降水产生和发展中直接的关键作用。中尺度涡旋对局地暴雨的发生发展有重要影响，其存在会加强涡旋内部的辐合上升运动，造成涡旋内水汽、动量和热量的集中，形成有利于深对流发展的物理条件［5］。2009年8月17－18日受副热带高压边缘暖湿气流和中高纬冷空气共同影响，山东南部出现暴雨到大暴雨降水过程，由于中小尺度系统作用明显，造成局地短时极端强降水，出现了一定程度的灾害。文中利用多种资料，重点分析了本次罕见强降水过程中的中尺度系统影响成因。

1 大暴雨降水实况

2009年8月17－18日受副热带高压边缘暖湿气流和中高纬冷空气共同影响，山东南部出现暴雨到大暴雨，整个雨带分为鲁西南和鲁东南两个大暴雨中心(见图1a），临沂大部县区处在东部中心，并伴有强雷电和短时大风，全市平均降水量106.9mm，从本次大暴雨临沂市降水分布(图略）看出:超过100mm的大暴雨区基本呈东西走向，大暴雨雨区宽度50－60km，其中大暴雨中心位于费县，24小时最大降水302.3mm，强降水主要集中在18日0－5时(见图1b），费县一小时最大降水达137.2mm，山东省气候中心定性为:强度突破历史极值，降水量之大为150年一遇，由此可见本次降水过程的罕见程度。本文利用常规和非常规资料，分析了这次鲁南特别是鲁东南局地极端强降水的形成原因，分析了风场信息和中尺度系统结构特征及其在大降水形成中的作用。

2 大尺度环流形势

有利的大环流形势是强降水产生的前提。2009年8月18日前期500hpa高空形势稳定(见图2a），高纬度贝加尔湖西部一直维持范围宽广的低涡，我国东北地区到华北地区为高压脊;中低纬我国东部地区处在贝加尔湖低涡的槽底，涡中不断有小股冷空气向南流出，副热带高压588北缘基本在黄河以南地区，且呈东北西南走向缓慢加强西伸，副热带高压和西风槽之间西南气流不断得以发展。到17日08时500hpa(图略）河套东部到长江中上游四川盆地形成明显中支槽。其后中支槽东移到山东西部，径向度减小，两侧风速明显加大。低空前期高纬度冷槽位于我国内蒙西部和东北地区北部，华北南部存在反气旋环流。中低纬度高原地区向东伸展的大陆高压和海上西伸的副高之间的我国东部地区气压场较弱。在这个弱的气压场背景上，随着副高西伸北抬，副高北侧与华北南部反气旋环流之间形成了西南风和东到东南风之间的纬向切变线。图2(b）为850hpa流场和全风速叠加图，可以看出，17日08时到18日08时(图略）34－35゜N之间为不断北抬的西南风和东南风切变线，并逐渐在切变线上形成气旋性涡旋，受切变线和低涡影响产生本次强降水过程。

3 中尺度特征分析

天气尺度系统如锋面、气旋、高空槽等并不是直接造成暴雨的天气系统，中尺度系统是造成暴雨的直接天气系统;它对积云对流活动有明显组织和增强作用［6］。上述常规资料分析显示，本次强降水是在大尺度背景条件下中小尺度系统相互作用的结果。加密自动站资料、数值模式产品等高分辨率的非常规资料对捕捉中小尺度系统演变及短时强降水的发生的机理具有特殊优势，为中小尺度系统特征分析提供了可能。下面基于非常规资料的分析揭示了本次大暴雨产生的根本原因。

3.1 自动站风场资料分析

分析地面加密风场资料和对应同一时次的降水资料(见图3）发现，18日00时前鲁西南地区已经形成中小尺度低涡环流系统，配合低涡环流和南支季风槽，雨区分布成“逗点”状，强降水中心比较分散，主要位于低涡环流区，低涡东部以偏东风气流为主，暖切变表现不明显;到18日1时，低涡环流加强东移，形状更加完整，并形成东南风和偏东风之间的暖切变，低涡暖切变沿北纬35゜N向东北偏东方向伸展，走向基本为东西方向，暖切变线南侧为范围较广的来自低纬的东南气流。受加强的低涡和暖切变影响，降水强度增大，费县即位于降水中心区(图中黑色实点表示）。到2时，低涡沿暖切变东移缓慢，主要位于河南到鲁西南地区，这时，暖切变北侧偏东风转为东北风，南部仍然维持东南气流，切变线上由隶属于低涡系统的东北气流和低空切变线南侧的东南气流形成了一个独立于低涡系统的中尺度辐合中心(箭头所指），该中心位于低涡东北部，东北气流的加入一方面造成风场的小尺度扰动，加剧了暴雨区的辐合上升运动。另一方面，成为一种触发机制，使得来自低纬的暖湿气流辐合上升更强，临沂大部县区受中尺度辐合中心影响，该时次的降水达到最大。到03时后，低涡环流范围扩大，辐合减弱并向东北偏方向移出，南部东南气流明显减弱，范围变窄，降水明显减小。

对中小尺度系统的加密分析表明:本次暴雨过程受中小尺度低压系统及暖湿切变线影响，特别是低涡前部形成的个更小尺度的辐合中心的叠加影响加剧了降水的强度，水汽来源主要有两支，分别为南支季风槽前的孟加拉湾西南偏南气流和来自于我国东部沿海的东南气流，两支气流在降水中心上空辐合，造成强降水，对降水带上的东部降水中心来说，东南气流和东北气流的中小尺度辐合起到了更大的作用。

3.2 暴雨中尺度系统物理量的垂直分布特征和时间演变

中尺度数值模式MM5的模拟能力经过了近几年的使用验证，表明其模拟能力是较强的，利用其大量高分辨率输出产品，解释了许多暴雨过程中的中小尺度系统的细致特征，结果均证明模式产品能够为很好地分析一些重大过程提供理论依据。下面的分析以MM5数值模拟资料为基础。

图4为中尺度模式模拟的大暴雨中心(费县）强降水发生时各物理量垂直分布及时间演变。散度、涡度、垂直上升运动速度等动力场分析表明:产生强降水的中尺度涡旋系统存在涡度和散度同量级，最大都达到将近15×10－5s－1的数值，500hPa以下为气流辐合，辐合中心在800hPa，负散度超过15×10－5s－1(见图4a），整层维持正涡度和一致的上升气流(见图4a），最大上升运动速度为0.9m/s;500hPa以上散度由负转正，并迅速增大;涡度和上升速度减小，辐合明显减弱。负散度中心建立早于强降水出现(见图4d），而500hPa最大上升运动中心建立和强降水发生几乎同时，正涡度中心建立则明显晚于强降水出现(图略）。研究［6］表明，致洪暴雨中的中下尺度涡旋存在涡散共存、涡度和散度同量级特征，由此产生的深厚湿对流是致灾暴雨产生的原因。系统中的水汽在不同高度分布也不同，700hPa以上云水明显增大(见图4b），雨水迅速减小，说明水汽凝结主要在700hPa以下完成;700hPa以下雨水远大于云水，且随高度增加二者变化较小，说明水汽凝结过程稳定且迅速。从相对湿度垂直分布(见图4c）看，大气整层湿度为饱和到超饱和状态，高湿度柱比较深厚。

因此本次过程中不仅表现为涡散共存、涡度和散度同量级，而且散度的变化幅度要强于涡度的变化幅度，散度中心的建立早于强降水出现，因此由大气在运动中的集中造成的辐合明显强于由风向的旋转造成的辐合，前者更高效。本次过程中大气的集中得益于强盛的东南气流和西南气流在暴雨区上空的集中。低层东南风急流和西南风急流中心前方的质量辐合造成了强烈的上升运动，在水汽超饱和状态下，凝结迅速在较低层次完成，高效的水汽凝结使得短时间内就可形成超强降水，是本次大暴雨特别是局地罕见强降水产生的重要原因。

4 结论

副高的进退容易产生大降水，此次暴雨过程就是副高在西伸过程中配合西风槽东移形成;稳定有利的天气形势为降水产生提供了背景条件，中小尺度低涡系统的形成及其沿切变线的东移是本次鲁南暴雨的天气成因。本次过程中涡度和散度同量级，由大气在运动中的集中(散度）造成的辐合明显强于由风向的旋转(涡度）造成的辐合，前者更高效，散度中心的建立早于强降水出现。本次过程中大气的集中得益于强盛的东南气流和西南气流在暴雨区上空的集中。低层东南风急流和西南风急流中心前方的质量辐合造成了强烈的上升运动，在水汽超饱和状态下，凝结迅速在较低层次完成，高效的水汽凝结使得短时间内就可形成超强降水，是本次大暴雨特别是局地罕见强降水产生的重要原因。

［1］倪允琪，周秀骥.中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究［J］.气象学报，2004，62(5）:647 －662.

［2］袁美英，李泽椿，张小玲.东北地区一次短时大暴雨β中尺度对流系统分析［J］.气象学报，2010，68(1）:125 －136.

［3］李祥云，李长青，韩江文，等.2001年辽宁夏季暴雨环流形势特征［J］.气象与环境学报，2002，18(3）:5 －8.

［4］董海萍，赵思雄，曾庆存.低纬度高原地区一次强降水过程的中尺度雨团数值模拟研究［J］.大气科学，2008，32(5）:1159 －1173.

［5］葛晶晶，钟玮，陆汉城.致洪暴雨中尺度涡旋的涡散作用及准平衡流诊断分析［J］.气象学报，2011，69(2）:277 －288.

［6］朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法［M］.北京:气象出版社，2009:397－400.