热带气象学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 674-684  DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.009
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引用本文  

张红华, 姚秀萍, 高媛, 等. 2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探[J]. 热带气象学报, 2018, 34(5): 674-684. DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.009.
ZHONG Hong-hua, YAO Xiu-ping, GAO Yuan, et al. Preliminary analysis on the causes of the first persistent heavy rainfall in yangtze-huaihe river valley in 2016[J]. JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY, 2018, 34(5): 674-684. DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.009.

基金项目

国家自然科学基金面上项目(41475041、91637105);中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室重点课题(2014LASW-A03);国家科技支撑计划项目(2015BAC03B06);连云港市社会发展项目(SH1634);江苏省气象局预报员专项(JSYBY201612);连云港市气象局海洋气象预报科技创新团队基金共同资助

通讯作者

姚秀萍,福建省人,博士,教授,主要研究领域:暴雨等灾害性天气动力学。E-mail:yaoxp@cma.gov.cn

文章历史

收稿日期:2017-06-28
修订日期:2018-05-18
2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探
张红华 1, 姚秀萍 2,3, 高媛 4, 管琴 5, 王桂臣 1     
1. 连云港市气象局,江苏 连云港 222006;
2. 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京 100081;
3. 中国气象局气象干部培训学院,北京 100081;
4. 沈阳农业大学,辽宁 沈阳 110166;
5. 青海省气象局,青海 西宁 811000
摘要:利用NCEP/NCAR的再分析资料和逐6 h降水实况观测资料,对2016年6月30日—7月6日江淮地区首场持续性暴雨的持续原因进行了初步分析。结果表明,此次持续性暴雨的主雨带位于西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)的西北侧、中低层江淮切变线的南侧,高空急流入口区的右侧,低空急流轴的左前侧;高空强辐散与低空强辐合长时间维持为暴雨的持续提供了有利的动力条件,西风槽前和西太副高外围两个水汽通道为此次暴雨过程提供了充分的水汽,其周期性辐合为暴雨的持续提供了有利的水汽条件;江淮流域上空大气上干冷、下暖湿状态的重复形成,为暴雨的持续提供了足够的能量;江淮切变线附近中尺度低涡的新生、发展和维持为暴雨的持续提供了持续的辐合抬升条件;锋生的周期性增强对降水强度的预报具有一定指示意义。
关键词天气学    暴雨    持续性    中尺度低涡    锋生    江淮流域    
PRELIMINARY ANALYSIS ON THE CAUSES OF THE FIRST PERSISTENT HEAVY RAINFALL IN YANGTZE-HUAIHE RIVER VALLEY IN 2016
ZHONG Hong-hua 1, YAO Xiu-ping 2,3, GAO Yuan 4, GUAN Qin 5, WANG Gui-chen 1     
1. Lianyungang Meteorological Bureau, Lianyungang 222006, China;
2. State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China;
3. China Meteorological Administration Training Center, Beijing 100081, China;
4. Shenyang Agricultural University, Shenyang 110166, China;
5. Qinghai Meteorological Bureau, Xining 811000, China
Abstract: Based on NCEP/NCAR 1 °×1 ° reanalysis data and 6-hourly precipitation observation data, this paper analyzes the causes of the first persistent rainstorm in Jianghuai area from June 30 to July 6, 2016. The results show that the precipitation was composed of four heavy rain processes, and the main rain band was located on the northwest side of the western Pacific Subtropical High (WPSH), the south side of a middle- and low-level Changjiang-Huaihe shear line, the south of an upper-level jet stream area, and the north side of a low-level jet. Favorable dynamic conditions were provided by strong divergence in the upper level and strong convergence in the low level. Two water vapor channels in front of the westerly trough and WPSH provided sufficient water vapor for the rainstorm. Favorable moisture conditions were provided by the cycle of moisture convergence. Unstable atmospheric environment formed because it was dry and cold in the upper level and warm and humid in the Huaihe River basin. Sustained convergence and uplifting conditions were provided by the generation, development and maintenance of mesoscale vortexes near the Yangtze Huaihe shear line. Low-level frontogenesis is significant for precipitation forecast.
Key words: synoptics    rainstorm    persistency    mesoscale vortex    frontogenesis    Yangtze-Huaihe Valley    
1 引言

根据2016年的《中国气候公报》,2016年全国平均降水量史上最多,其中长江中下游平均降水量比常年平均偏多25%,而6月30日—7月6日,江淮、江汉、江南北部、华南中西部等地出现2016年持续时间最长、强度最强、影响范围最广的暴雨过程,累计降水量在100 mm以上的区域面积约65万平方公里,300 mm以上区域面积约14万平方公里,长江中下游和太湖流域全线超警,其中长江流域发生1998年以来最大洪水,太湖发生流域性特大洪水。持续性暴雨经常出现在长江淮河流域,因其雨带位置稳定、持续时间长、累积雨量大、易造成严重洪涝灾害而成为备受关注的高影响事件。早在1980年代陶诗言就对持续性暴雨进行了定义,此后许多学者对多次引发长江[1]和淮河流域[2]洪涝的持续性暴雨进行了研究。

对持续性暴雨的研究主要有两个方向:一方面是用统计分析的方法研究持续性暴雨产生的大尺度特征。如刘丹妮等[3]分析江淮流域梅雨环流的特征及演变,张瑞萍等[4]分析2011年6月江淮梅雨期暴雨主要影响系统,认为西北太平洋副热带高压脊线的变动是梅雨期暴雨发展的决定性因素,姚秀萍等[5]对与副高东西向运动相关的热带上空东风带扰动的结构和演变进行分析。也有学者认为持续性暴雨具有东亚季风雨带最典型的特征[6-8],张顺利等[9]通过研究1990年代三次严重致洪暴雨发生时的环流异常,概括出长江流域出现持续性暴雨时的环流条件,认为当西太副高、南海季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原中尺度对流系统同时处于活跃阶段时,容易造成大范围、长时间的暴雨。鲍名[10]通过对多个持续性暴雨过程的分型分析,总结了不同类型的持续性暴雨发生时的大尺度背景,胡亮等[11]具体分析了华南不同类型持续性暴雨发生过程中水汽来源及西南急流和热带系统在持续性暴雨发生过程中的作用。陶诗言等[12]通过对2007年梅雨锋降水的大尺度特征分析,认为气旋的生成和锋生过程使梅雨锋上出现强烈的上升运动,形成了致洪暴雨。黄忠等[13]分析并模拟了粤东的一次持续性暴雨过程,认为在暴雨持续过程中低空辐合、高空辐散和低层正螺旋度对降水量的变化具有指示意义。二是通过数值模拟试验对其进行分析[14]。研究表明区域气候模式可以比较成功地模拟持续性暴雨发生时环流形势的主要特征、雨带位置及强度,且通过敏感性试验[15-17]分析水汽条件及模式边界层和陆面参数化方案对模式降水预报的影响进行分析,但对持续性暴雨过程的影响机制还需进一步分析研究。

前人主要采用气候统计、对比分析和数值模拟等方法对持续性暴雨天气进行研究,但结合中尺度系统,对持续性暴雨是否持续进行系统分析方面有待加强。本文通过对2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨过程环流形势、辐合条件以及中尺度系统的影响等角度进行分析,主要研究大气环流、辐合抬升条件和中尺度低涡在暴雨持续过程中的变化,确定其对暴雨持续产生的作用,为持续性暴雨预报提供科学参考。

2 资料和方法 2.1 资料

本文利用NCEP/NCAR 1 °×1 °的再分析资料,结合MICAPS(Meteorological Information Combine Analysis and Process System)逐6 h降水实况资料,对2016年6月30日12时(世界时,下同)—7月6日00时发生在江淮流域的首场持续性暴雨过程进行分析。

2.2 方法

本文通过对2016年6月30日—7月4日江淮地区首场持续性暴雨产生过程中天气形势、水汽输送、锋生和冷空气活动以及高低空急流随时间的演变对引起暴雨持续的原因进行初步分析。

其中,辐合抬升条件中讨论的锋生函数采用Yoshi等[18]提供的公式计算。文中讨论天气形势及中尺度低涡的位置时低层(700 hPa和850 hPa)切变线位置的确定采用马嘉理等[19]切变线客观分析方法来。即满足式子:

式中u为纬向风速,ζ为相对涡度,y为南北方向坐标。

3 梅汛期首场持续性暴雨过程简介 3.1 降水分布和强度特征

2016年6月30日12时—7月6日00时江淮地区出现了2016年首场持续性暴雨过程,此次过程的降水分布如图 1所示。

图 1 a. 2016年6月30日12时—7月6日00时降水总量区域分布;b. 2016年7月1日00时—7月4日18时江淮流域内(108~122 °E,25~35 °N)逐6 h平均降水量演变; c. 2016年6月30日18时—7月2日18时降水分布;d. 2016年7月3日18时—7月4日18时降水分布。 单位:mm。

此次暴雨雨带呈东北-西南走向(图 1a),过程累积降水量为100~600 mm,其中500 mm以上的降水区域集中在湖北和安徽的南部,最大降水量670.7 mm出现在湖北江夏(114 °01 ′~ 114 °35 ′E,29 °58′~ 30 °32 ′N)。强降水时段集中在6月30日18时—7月4日18时,历时4天。逐日降水分析表明,江淮流域(108~122 °E,25~35 °N)在上述四天均出现了100 mm以上的明显降水。暴雨(≥50 mm)雨带分布来看,前两日(6月30日18时—7月2日18时)(图 1c)的降水为准东西方向,后两日(7月3日18时—4日18时)(图 1d)的降水雨带呈东北-西南向,且强降水中心也有所差异。

为了深入了解江淮地区首场持续性暴雨的特点,本文统计了江淮流域逐6 h平均降水(图 1b)。从强降水时间演变情况来看,江淮流域降水具有明显的日变化特征,但每日区域平均最大降雨量出现的时间存在差异。除7月2日外,区域平均最大日降水量出现在18—00时,其次是00—06时,最小出现在12—18时。

综上所述,2016年梅雨期江淮首场持续性降水主要出现在6月30日18时—7月4日18时,出现了4个暴雨高峰期,分别是7月1日18—00时、2日06—12时、3日18—00时、4日18—00时。降水具有明显的日变化特征,最强降水往往出现在每日的凌晨到上午,而每日上半夜(12—18时)6 h降水量最小。

3.2 不同高度大气环流特征

此次持续性暴雨过程发生在有利的环流形势之下,以下对2016年6月30日12时—7月6日00时平均环流形势进行分析。

此次过程发生时,500 hPa平均高度场(图 2b, 见下页)在中高纬表现为明显的“阻高切低”形势,西太副高脊线稳定维持在22 °N附近,我国范围内的中纬度地区为“两槽一脊”的形势。受切断低压底部冷空气东移南下影响,印缅槽形成并稳定维持在30 °N及以南地区。

图 2 2016年6月30日12时—7月6日00时200 hPa(a)、500 hPa(b)平均高度场(细实线,单位:dagpm)、槽线(粗实线);700 hPa(c)、850 hPa(d)平均风场切变线(红实线)和降水量为100 mm以上降水区(阴影部分,单位:mm)

在中低层700 hPa(图 2c)和850 hPa上(图 2d),30 °N以北的小高压与西太副高之间的切变线稳定维持在江淮地区北部。江淮切变线南部存在一支12 m/s以上的低空急流带,降水量大于100 mm的雨带位于江淮切变线南部。

4 暴雨过程天气尺度特征及其影响作用

持续性暴雨的产生离不开多尺度天气系统的共同影响。陶诗言等[12]研究认为中国暴雨是多种尺度相互作用的结果,姚秀萍等[20]揭示了暴雨过程不同尺度系统之间存在相互作用;通过分解湿Q矢量的方法验证了梅雨锋暴雨过程中存在不同尺度相互作用[21];其中天气尺度系统起着不可或缺的作用[22]。以下将对影响2016年梅雨期首场降水过程的天气尺度特征及其作用进行分析。

4.1 水汽条件及高低辐合对暴雨过程的影响作用

持续性暴雨的产生离不开高低层系统的共同作用,且有充分的水汽与之相配合。在持续性暴雨期间,南亚高压脊线稳定维持在25 °N附近,主雨带处于南亚高压东北边缘分流区内(图 2a);分析200 hPa逐6 h辐散场(图略)可知,在暴雨持续的过程中江淮之间200 hPa高度上存在持续的辐散;辐散中心位于安徽和湖北交界处,最大中心强度为2.5×10-5 s-1(图 3a),正散度中心与强降水中心相对应。

图 3 2016年6月30日12时—7月6日00时平均的200 hPa散度场(单位:10-5 s-1)(粗实线为1 252 dagpm等值线,蓝色阴影为100 mm以上降水区,a);江淮流域(108~122 °E,25~35 °N)区域平均水汽通量散度-时间剖面与逐6 h降水随时间演变(柱条为6 h降水量, b);600 hPa以下时间平均水汽通量(矢量,单位:g/(cm·hPa·s))、水汽通量散度(红虚线,单位:g/(cm2·hPa·s))和100 mm以上降水区域(蓝色阴影)(c);200 hPa(红实线)和850 hPa(蓝实线)时间平均全风速等值线(单位:m/s)和总降水量(蓝色阴影,单位:mm)(d)

根据降水过程中区域平均的水汽通量散度-时间剖面与逐6 h区域平均降水的时间演变(图 3b),在此次暴雨过程中江淮地区水汽通量的辐合层主要集中在600 hPa以下,4个明显水汽通量辐合中心分别对应4个暴雨高峰期;6月30日18时和7月3日18时水汽通量散度值中心分别达到-14×10-2 g/(cm2·s)和-10×10-2 g/(cm2·s),这与7月1日00—06时和7月4日00时的6 h降水量较其他时段大相对应,因此水汽辐合的强度与降水量关系密切。

综合分析降水过程中600 hPa以下水汽通量时间平均分布(图 3c)可知,在此期间江淮流域的水汽通量明显增加,西风槽前和西太副高外围的西南风气流将印度洋、中国南海和西太平洋水汽源源不断地输送到江淮流域。这与杨浩等[24]对2014年江淮梅雨期水汽输送特征的研究结果一致。

由时间平均高、低空急流和100 mm以上降水区域分布(图 3d)可知,高空急流东北-西南走向,低空急流与高空急流平行,急流轴位于沿江一带,100 mm以上雨带位于低空急流轴的左侧,高空急流入口区的右侧。

综上所述,有利的高、低空急流配置为持续性强降水的发生提供了有利的水汽和辐合条件。100 mm以上降水区域位于高空急流入口区的右侧,低空急流轴的左前侧,强降水中心位于200 hPa辐散气流附近,正散度中心与其相对应。暴雨区水汽主要来源于600 hPa以下,水汽输送的高度及800 hPa水汽辐合中心的强度对区域降水量具有较好的指示意义,水汽辐合中心的出现及水汽输送高度的升高较降水强度增强提前约6 h,即每一次水汽辐合中心出现后都会出现一次较明显的降水时段。

4.2 低层锋生效应对暴雨过程的影响

根据环流形势(图 2),此次暴雨过程是500 hPa槽后西北风与西太副高西北侧西南风共同影响的结果,这种环流配置有利于低层锋生的发展,锋生强度以锋生函数来表征[23]

分析不同高度上锋生各分量与降水之间的关系,发现低层925 hPa锋生带(图 4b)与降水带对应关系最好,雨带位于925 hPa锋生函数轴附近及其以南的正值区内。江淮地区降水中心锋生函数等值线密集。700 hPa的倾斜锋生(图 4f)、925 hPa的辐散锋生(图 4c)以及850 hPa和925 hPa的变形锋生(图 4e4d)与雨带有较好的对应关系。700 hPa倾斜锋生和850 hPa变形锋生等值线最密集区与降水量大值区对应,925 hPa辐散锋生函数值0.5×10-10 K/(m·s)以上辐散锋生带与降水区域100 mm以上降水区域相对应,辐散锋生轴线南北1.5个纬距,辐散锋生函数值为1.5×10-10 K/(m·s)的区域涵盖了最大降水中心。

图 4 2016年6月30日12时—7月6日00时江淮流域(108~122 °E,25~35 °N)区域平均锋生函数高度-时间分布图(柱条为6 h降水量)(a);925 hPa平均锋生函数(b)、925 hPa平均辐散锋生项(c)、925 hPa平均变形锋生项(d)、850 hPa平均变形锋生项(e)、700 hPa平均倾斜锋生分布(f)(等值线,单位:10-10 K/(s· m))和降水量100 mm以上的区域(蓝色阴影,单位:mm)

根据江淮流域平均的锋生函数高度-时间演变图(图 4a),区域平均锋生函数值在400 hPa以下均为正值,即400 hPa以下均有锋生出现,最大值均出现在600~700 hPa。6月30日夜里到7月4日出现了4次锋生函数大值中心,与4个暴雨高峰时段相对应。因此,锋生增强对应于降水量增大。综合分析锋生函数各分量可知,此次持续性暴雨过程中有锋生存在,但强度不强,这符合梅雨期降水的锋生特点,低层锋生的强度对降水强度具有一定的指示意义,锋生增强则降水增大,反之亦然,同时一次次锋生增减对应着降水量的周期性变化。

4.3 冷空气活动对暴雨过程的影响作用

暴雨的产生除了与暖湿气流息息相关外,还与南下的干冷空气密不可分[25-26]。本文用北风表示干冷空气,南风表示暖湿气流,对此次持续性暴雨过程中冷暖空气的影响情况进行分析。

由108~122 °E平均经向风沿36 °N在垂直方向上随时间演变(图 5a)可知,沿36 °N垂直方向上北风活动主要位于850~400 hPa之间,中心在600 hPa附近,无明显倾斜。对比区域平均逐6 h降水可知,在主要降水时段,600 hPa附近均有较强北风活动。可见,此次持续性暴雨过程中,垂直方向上干冷空气主要来自于对流层中层。

图 5 2016年6月30日12时—7月6日00时沿108~122 °E,36 °N平均经向风(a)高度-时间演变;500 hPa(b)、600 hPa(c)、850 hPa(d)纬度-时间演变(单位: m/s,阴影区为北风)

分析经向风的纬向平均时间演变图(图 5b5c)可知,在整个暴雨过程中,江淮地区35 °N以北存在明显的偏北风活动,35 °N以南暖湿气流活跃。在500 hPa高度上(图 5b)表现为4次北风南下的过程,分别出现在1日、2日、3日和4日后期(图中阴影所示)。600 hPa高度(图 5c)北风活动较500 hPa高度弱。850 hPa高度上(图 5d)1日到2日前期为北风活动,并且影响到35 °N以南,其他时段55 °N以南均以南风影响为主,暖湿气流影响明显。这种上干冷下暖湿的配置,有助于不稳定条件的维持,从而为持续性暴雨的形成和维持提供有利的条件。25~30 °N之间6月30日12时—7月4日18时出现4次较强南风,分别对应4个主要降水时段。2日与其他三个降水时段的主要差别在于2日500 hPa和600 hPa南风在25~30 °N的强度较其他三个时段弱。

综上,在此次持续性暴雨过程中有冷空气影响,且主要来自于400~700 hPa之间的对流层中层,其中500 hPa和600 hPa冷空气主要影响35 °N以北的地区,而雨带位于冷暖空气交界及暖湿气流活跃区。850 hPa纬向(108~122 °E)平均经向风在25~30 °N南风的活动与降水时段有较好的对应关系,500 hPa和600 hPa 25~30 °N南风的强弱与各时段降水强度有较好对应关系,1日冷空气影响较其他时段强,相对应1日降水量为整个降水时段中最大。因此,此次持续性暴雨过程中有对流层中层的冷、暖空气活动的影响,低层南风与中层北风的周期性活动使得暴雨一次次持续产生。

4.4 暴雨过程中天气系统配置的概念模型

根据以上分析,给出了江淮地区2016年6月30日12时—7月6日00时降水过程高、低空主要影响天气系统的配置图(图 6),其中包括200 hPa急流、850 hPa急流、700 hPa和850 hPa切变线、1 252 dagpm和588 dagpm等值线以及主要雨带的位置。此次降水的主雨带位于南亚高压的北部,西太副高的西北部;700 hPa和850 hPa切变线南部,高空急流入口区的右侧,低空急流出口区的左前侧。有利的高、低空形势配置为降水的形成和维持提供了条件。以上分析初步勾勒出2016年梅汛期首场持续性降水过程的概念模型(图 6)。

图 6 2016年6月30日12时—7月6日00时江淮地区主要天气系统:200 hPa急流(紫色箭头)、850 hPa急流(红色箭头)、700 hPa切变线(深红双实线)、850 hPa切变线(红色双实线)、1 252 dagpm、588 dagpm等值线(黑实线)和降水(绿色阴影)配置
5 江淮切变线附近中尺度低涡的特征及作用

研究表明,暴雨的形成与中尺度对流系统的发生发展有密切关系,中尺度天气系统是暴雨产生的直接影响系统;胡伯威等[27]也指出梅雨锋上的强降水大都伴随低涡的活动;沈杭锋等[28]研究表明在中尺度涡旋发生发展过程中,出现暴雨的比例在70%以上。周玉淑等[29]认为切变线上的辐合中心处形成并发展的低涡是造成降水的直接系统,肯定了低涡在暴雨发生发展中的作用。因此,研究此次持续性暴雨过程中中尺度低涡的生消活动有助于更深入地揭示暴雨过程的发生发展。

5.1 江淮切变线附近中尺度低涡的空间分布特征

分析此次持续性暴雨过程中逐6 h 850 hPa风场和高度场及卫星云图(图略)发现,在整个暴雨过程中,850 hPa高度上共有17个时次出现低涡,占整个降水过程23个时次的74%。低涡的水平尺度都在100~500 km之间,且仅有两个时刻出现低涡水平尺度为400~500 km,其他时刻均为100~300 km,因此850 hPa低涡为典型的中尺度低涡。

图 7可以看出,所有中尺度低涡均出现在2016年6月30日12时—7月6日00时850 hPa平均切变线的南部、850 hPa急流轴以北的全风速等值线密集带中。中尺度低涡产生的位置没有明显规律性,但主要集中在111~120 °E之间的江淮区域114 °E、117 °E和120 °E附近全风速梯度大值区内。因此,本过程中的中尺度低涡为梅雨锋区内的局地性低涡,且这些低涡与切变线南部低空急流相联系。

图 7 2016年6月30日12时—7月6日00时850 hPa平均切变线(红实线)、全风速(黑实线,单位:m/s)、风场(风向杆)和低涡(颜色表示低涡附近站点降水量的最大量级,其中红色表示降水量大于110 mm,品红表示降水量在90~110 mm,青色表示降水量在70~90 mm,蓝色表示降水量在50~70 mm,绿色表示降水量小于50 mm;不同符号表示不同的低涡;同一符号表示同一低涡不同时间的不同位置。)

综上所述,切变线南部风速变化越剧烈越有助于中尺度低涡的形成,而低涡的产生使得850 hPa切变线南部涡度增加,从而增大了低层的辐合,为暴雨的持续提供了有利条件。

5.2 中尺度低涡的位置与降水空间分布

从中尺度低涡出现的频率来看,低涡分布密集的区域有三个(图 8a),分别为湖北南部、安徽南部和江苏的西南部,即图 8中所示A、B、C三个区域,这三个区域基本涵盖了江淮流域中东部总降水量超过250 mm的降水区域。

图 8 2016年6月30日12时—7月6日00时100 mm以上降水(黑实线,单位:mm)和低涡(同图 7)(a)及逐6 h低涡和降水(b)

进一步统计了逐6 h的低涡和降水量(图 8b),分析发现每个中尺度低涡附近均伴随较明显的降水,且6 h降水中心主要出现在低涡的偏东或偏南方向。从中尺度低涡附近降水量级来看(图 8中用不同颜色表示低涡附近出现最大降水量),伴随降水量最大的低涡出现在114 °E附近的A区域,在此区域中出现了此次持续性暴雨过程的最大降水中心。可见,确定中尺度低涡的位置有助于对雨带降水中心位置的确定。

综上所述,低涡的分布与雨带的位置关系密切,低涡往往位于雨带中部略偏北的位置,可根据梅雨锋雨带上低涡出现频次及低涡附近的降水量级确定整个雨带强降水中心的位置。

5.3 中尺度低涡新生与降水强度

此次持续性暴雨过程中,雨带上空850 hPa出现的低涡情况如表 1所示,统计包括同一低涡不同时刻的不同位置。10个新生低涡中6个东移,持续时间最长的低涡出现在1日,持续时间为24 h,在该低涡东移过程中,低涡附近均出现了明显降水,在该低涡东移至113.5 °E附近时,其附近一站点出现了6 h降水量为162 mm的强降水,其余各时刻在低涡附近出现6 h降水量超过90 mm有2次,70~90 mm有7次,50~70 mm为5次。分析表 1可知,中尺度低涡位于图 8中A、B、C三个区域时其附近的降水量也较其他区域低涡附近的降水量大。因此,在A、B、C三个区域中除了低涡产生的有利条件外,还有其他有利于暴雨产生的条件,这将在以后的研究中进一步讨论。

表 1 低涡出现的时间、位置和低涡附近观测站出现的最大6 h降水量

为研究新生低涡对持续性暴雨产生的影响,分析表 1(表 1中用同一种颜色表示一个低涡)可知,1日有一个低涡新生,新生低涡的维持时间最长,2日有两个低涡新生,3日和4日分别有3个低涡新生,5日新生低涡只有一个,且4个暴雨高峰期除2日00时外每个时刻都有低涡伴随,而5日仅有1个时刻有低涡存在。对比新生低涡出现的时间和区域平均逐6 h降水随时间的分布,2日新生的两个低涡中第一个低涡生成的时间在2日06时,与此相对应,2日6 h降水量的时间分布与其他时段不同。因此,低涡新生时对应时段的区域平均6 h降水量也增大,因此低涡的新生对暴雨的产生和降水强度的增加具有重要指示意义。

综上可知,每个降水时段低涡新生与否决定了该时段区域平均降水量的大小,低涡出现及维持时间对整个暴雨过程中雨带分布和不同时段区域平均降水强度的判断具有重要意义。

6 结论和讨论

本文从天气尺度系统和切变线附近中尺度低涡影响两方面探究2016年江淮地区梅汛期首次持续性暴雨过程持续的原因,得到如下结论。

(1) 2016年江淮地区梅汛期首次持续性降水过程出现了四个暴雨高峰,高低空有利的环流形势为持续性暴雨提供了基础条件。降水期间在江淮地区同时存在高层200 hPa辐散,中层500 hPa西太副高与西风槽后西北气流辐合,以及低层700 hPa和850 hPa切变线辐合与西南急流的稳定维持。

(2) 此次过程中,低层锋生强度不强,但仍有锋生的周期性变化,低层锋生的周期性增强对应暴雨高峰的出现,因此在有利的环流形势下低层锋生的周期性增强是暴雨持续的原因之一。

(3) 冷、暖空气活动在江淮流域形成上干冷、下暖湿的不稳定状态,而冷、暖空气的周期性影响使得江淮流域大气的不稳定层结长时间维持,从而为暴雨的持续产生提供了足够的能量基础和潜势。

(4) 江淮切变线附近急流带中中尺度低涡的持续和频繁出现为暴雨的持续提供了有利的辐合条件,是造成此次持续性暴雨过程发展和维持的直接原因。

本文对2016年梅汛期首场持续性降水过程进行了初步的分析,肯定了中尺度低涡在形成持续性暴雨中的重要作用,对中尺度低涡的形成机制还需要进一步的探讨。

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