2020年8月13-14日山东南部暴雨过程技术分析

崔向卫

山东省淄博市周村区气象局  255300

摘要： 本文利用micaps常规资料、欧洲中心era-5数据、FY-2卫星云图以及多普勒雷达资料从天气背景及影响系统、持续性暴雨物理机制，云图特征以及雷达反应四个方面进行此次暴雨过程的成因分析。低涡深厚配合副高的稳定维持促使气旋性环流明显，是此次暴雨过程的大尺度背景。高低空配置较为一致，略微前倾，促使此次暴雨过程持续时间久、强度强。200hpa分流区产生抽吸作用，加强了低层辐合抬升左右，暴雨过程期间，水汽通量场上河南北部、山东南部以及渤海湾南部地区有一条明显的宽广带状的>25g*cm-1*s-1的水汽输送带，水汽大值中心在河南、江苏以及山东交界处。ɵse场上高能区呈带状在山东南部地区稳定维持，三省交界以及渤海湾南部两个能量锋区，整个过程期间能量锋区较密，较陡。整个降水过程，强降水落区发生在水汽通量大值区附近、高能舌前部能量锋区的右前部。中低层低涡切变的不断生成发展，与主体对流云团合并，列车效应明显，此外在整个降雨过程中，除了单个对流云团的发展，伴随着与周边云团的合并扩大，在东移过程中，出现中尺度对流辐合体（MCC）,对流云团发展旺盛。 暴雨地区回波强度超60dbz，高层冷下层暖，冷暖结合促使不稳定能量加剧，此次天气过程主要以雨滴和大雨滴形式出现，雨滴1.35mm左右，局部地区达到2.9mm.

关键词：低涡切变水汽云团 物理机制

引言

暴雨是一种常见的中尺度灾害性天气，暴雨常引发山洪、泥石流等地质灾害，而持续性暴雨灾害更为严重。关于暴雨的研究已经有很多成果，但对于持续性暴雨，尤其是低涡副高等引起的持续性暴雨研究相对不多。2020年8月13-14日山东南部发生了持续性暴雨，累计最大降水量接近500mm，受山东客水影响，徐州市沂沭河流域全面告急，引发了近50年一遇的特大洪水，影响极大，造成了巨大的损失。

1 天气背景以及影响系统

    从 8月13日20时高空形势图（图1）可以看出中高纬两槽一脊的形势，山东地区处于东北冷涡底部与副高边缘，120。E脊线位于30 。N左右，位于大尺度上升气流发生发展区，是强对流和降水天气持续的有利天气条件。700hpa低涡较500hpa低涡位置偏西，系统略微前倾，温度槽落后于高度槽，加剧层结不稳定。850hpa多短波槽和切变生成，温度槽滞后，西南急流风速达到低空急流标准。

图1  8月13日20时高空形势图

从图2中 8月14日08时高空形势图分析整个副高稳定维持，山东南部始终处于副高边缘。低涡移动缓慢，天气背景依然处在冷涡底部与副高控制下，降水持续。中低层配置也依旧稳定维持，急流持续，冷中心落后于低涡中心，上下游的高压脊发展为阻塞高压，系统移动缓慢。山东南部依旧处于降水中心区域。

图2  8月14日08时高空形势图

到了8月14日20时，副高北抬，我市及山东南部处于副高控制， 700以及850也均处于暖区控制，回波东移动出海，影响山东南部的暴雨过程结束。整体上来看，深厚的低涡与副高的稳定维持，气旋性环流明显，是此次暴雨过程的大尺度背景。整个高低空配置较为一致，从低空到高空产生强烈的上升运动，系统略微前倾，中低层低涡切变是主要影响的天气系统。西南急流不断顺着高压输送至山东地区，13日20时-14日20时700hpa、850hpa西南水汽稳定维持，强度较强，促使山东南部地区低涡环流明显，强度更强，低空急流的发生发展对暴雨的启动和维持起着关键的作用。

2 持续性暴雨物理机制

    暴雨需要整层深厚的水汽条件及能量锋区，将500、700、850hpa三层水汽通量和ɵse场进行叠加分析.暴雨过程期间，水汽通量场上河南北部、山东南部以及渤海湾南部地区有一条明显的宽广带状的>25g*cm-1*s-1的水汽输送带，水汽大值中心在河南、江苏以及山东交界处。ɵse场上高能区呈带状在山东南部地区稳定维持，三省交界以及渤海湾南部两个能量锋区，整个过程期间能量锋区较密，较陡。整个降水过程，强降水落区发生在水汽通量大值区附近、高能舌前部能量锋区的右前部。

从图3，200hpa高空以及850hpa流场特征来看，降雨期间整个200hpa高度西风急流轴位于35。N以北地区，范围较广，山东处于急流轴底前部辐散区，抽吸效应加强了低层大气的辐合上升运动，底层850hpa则存在的风速的辐合，西南低空急流不仅为暴雨区提供稳定的水汽和能量输送，同时又使低层出现水汽幅合和抬升，使得暴雨区强降水得以维持。

 

图3  2020年8月13日20时500hpa以及850hpa流场图

    根据图4、5、6的14日850hpa散度、垂直速度以及涡度图来看，散度场分析得知山东处在辐散度区，中心值达到-3 *10-5/s，低层辐合上升。垂直速度场分析整个山东均处在强烈的辐合上升气流之中，利于强降水产生。从涡度场来看山东东南部、连云港北部处于正涡度区，有利于低层辐合加强，强回波区域也从徐州北部移动至连云港北侧。

图4 14日08时850hpa散度图              图5 14日08时850hpa垂直速度图

图6  14日08时850hpa涡度图

根据13日20时探空图以及14日08时的徐州地区探空图来看，13日20时至14日08时整层对流不稳定能量稳定存在，有所减弱但主要原因是对流云团的整体东移，徐州地区不稳定能量减弱，而具有水汽指示意义的k指数稳定维持在38以上，说明水汽非常充沛，沙氏指数始终保持在-2.5°左右，有利于辐合抬升，强威胁天气指数始终较高。

3 云团特征

整个云团位置与冷涡底部、副高结合处相对应，08h中尺度对流云团主体位置位于山东南部，受阻塞高压的影响对流云团移动较慢，中低层低涡切变的不断生成发展，与主体对流云团合并，云团范围进一步扩大，近似呈椭圆形，云顶温度较低，使得山东南部降雨较大。在整个降雨过程中，除了单个对流云团的发展，伴随着与周边云团的合并扩大，在东移过程中，出现中尺度对流辐合体（MCC）,对流云团发展旺盛，对应着山东南部短时强降水和区域性暴雨的实况。

4雷达回波中尺度特征

    结合13日20时、14日0时以及14日15时0.5、1.5、3.4仰角以及组合反射率雷达图可知，13日20时回波60dBZ，徐州地区伸展较高回波强，对流行强，14日0时山东南部低层回波，回波伸展偏低，对流行弱，徐州地区回波消散，山东南部回波略微东移，移动缓慢，回波强度继续维持在60dBZ左右，到14日15时回波减弱继续东移，回波强度45dBZ左右，低云弱降水。

济南0-2.5公里西南风随高度顺转，2.5km-6km西北分随高度逆转冷平流，冷暖结合，高低空存在强烈不稳定，14日17时转为涡后冷区控制。上冷下暖的形势，使整个对流层不稳定，促使了强对流天气的发生发展。垂直积分液态水含量从13日20时-14日16日始终维持在20以上，强液态水含量柱单点随时间减少。

    双偏振雷达是江苏省全面覆盖建设的新一代天气雷达，采用双发双收的模式，与传统雷达相比能够更好的描述粒子的尺寸、形状、以及降水类型，能够准确区分气象以及非气象回波，此外对强对流尤其是冰雹过程的反应更为敏感，根据此次暴雨过程的双偏振产品，从差分反射率来看此次降雨此次降雨的粒子在1.35mm左右，局部地区雨滴2.9mm，差分相移率，与降水率成正比，KDP大值区就是强降水区域，此次强暴雨的落去主要集中在临沂地区。从相关系数俩看整个临沂枣庄地区高度相关，均是暴雨天气，从相态分类来看此次过程主要以大雨和大雨滴形式存在。

3 结论

1.低涡深厚配合副高的稳定维持促使气旋性环流明显，是此次暴雨过程的大尺度背景。整个高低空配置较为一致，从低空到高空产生强烈的上升运动，系统略微前倾，促使此次暴雨过程持续时间久、强度强。

2.200hpa分流区产生抽吸作用，加强了低层辐合抬升左右， 河南北部、山东南部以及渤海湾南部地区有一条明显的宽广带状水汽输送带， 水汽大值中心在河南、江苏以及山东交界处稳定维持，整个过程期间能量锋区较密，较陡，能量极强。

3. 中低层低涡切变的不断生成发展，与主体对流云团合并，列车效应明显，此外在整个降雨过程中，除了单个对流云团的发展，伴随着与周边云团的合并扩大，在东移过程中，出现中尺度对流辐合体（MCC）,对流云团发展旺盛。

4.暴雨地区回波强度超60dbz，高层冷下层暖，冷暖结合促使不稳定能量加剧，此次天气过程主要以雨滴和大雨滴形式出现，雨滴1.35mm左右，局部地区达到2.9mm.

参考文献：

[1] 杨新兴, 冯丽华, 尉鹏. 大气颗粒物 PM2.5及其危害[J]. 前沿科学, 2012(1):22-31.

[2] 杨新兴, 冯丽华, 尉鹏. 大气颗粒物 PM2.5及其危害[J]. 前沿科学, 2012(1):22-31.

[3]王茜.利用轨迹模式研究上海大气污染的输送来源[J]. 环境科学研究, 2013, 26(4):357-363.

作者简介：崔向卫（1993.08），男，汉族，山东省淄博市人，本科，助理工程师，从事综合气象观测工作。