2013年7月淮河流域一次强降雨过程分析

罗 静 叶金印

2013年7月淮河流域一次强降雨过程分析

罗 静 叶金印

本文利用淮河流域172个常规气象站的逐日降水资料、一日四次的NCEP再分析资料，从动力、热力、水汽三个方面对2013年7月3～7日淮河流域一次持续性强降雨过程的发生发展机理进行分析，进而为今后淮河流域的暴雨预报提供参考。

一、降雨实况

2013年7月3～7日，受高空槽、中低层低涡切变的共同影响，淮河流域发生了大范围的强降雨天气过程，并伴有大风、雷暴等强对流天气。过程累积降雨超过100mm的地区主要位于大别山区，沂沭泗北部、东部及里下河大部分地区，其中5～6日大别山局部地区累积雨量超过250mm。本次降水过程雨量分布不均，局地性强。

二、形势分析

强降雨的发生发展与有利的大尺度天气系统密切相关。本次强降雨发生时，500hPa亚欧中高纬维持“两槽一脊”型，两槽分别位于巴尔喀什湖北部及我国东部地区，从新疆一直到内蒙古中东部地区维持一弱的高压脊；副热带高压呈准东西带状分布，脊线维持在23°N附近；淮河流域位于高空槽前、副热带高压西北侧边缘，槽后冷空气和副高外围偏南暖湿气流在流域交汇，为强降雨的发生提供了有利的背景条件。

从850hPa流场的逐日演变来看，7月3日08时流域沂沭泗北部地区有一冷式切变线存在；4日08时位于切变线西侧的山西南部地区有低涡生成，低涡沿切变线逐渐东移南压，导致4日淮河流域中东部地区自北向南出现了大范围的强降雨过程；5日08时随着低涡东移入海，切变线南压至淮河以南地区，同时四川东部地区有西南涡生成；此后，切变线稳定维持在淮河以南地区且切变线上不断有低涡生成并东移，导致5～6日大别山区发生持续性强降雨；直到8日02时，随着低涡切变的减弱北抬，流域降雨趋于结束。

三、物理量分析

由最强暴雨中心附近涡度平流的时间—垂直剖面可以看出，7月6日20时，整层大气以正涡度平流为主，其中在400hPa附近有一个较强的正涡度平流中心，中心值超过60× 10-9s-2。对应同一地点涡度的时间—垂直剖面，6日20时，暴雨中心上空700hPa附近有明显的正涡度中心，此时低层有低涡发生发展。根据位势倾向方程及ω方程，正涡度平流随高度增加时，有上升运动，有利于中低层低值系统的发生发展。

7月6日20时，700hPa淮河以南地区有一准东西向的假相当位温密集带（即锋区）存在，此时雨区位于低层锋区偏南一侧。做同一时刻涡度沿115°E的径向—垂直剖面可以看出：32°N附近400～850hPa之间有略向北倾斜的能量锋区存在，锋区南侧雨区上空600hPa以下有一垂直正涡度柱存在，最强中心位于700hPa附近，超过10×10-5s-1；对应同一时刻散度场上，30°N～32°N之间700hPa以下以辐合为主，300～600hPa之间有较强的辐散；同时，雨区上空400hPa以下为一致的上升运动。由此可见，低层辐合、高层辐散形成的强烈的抽吸作用有利于上升运动的维持，从而为强降雨的发生提供有利的动力条件。

位涡是一个既包含热力又包含动力的物理量，其在绝热、无粘的斜压大气中沿气块轨迹守恒，故可以作为跟踪气块移动的物理量。分析本次降雨过程低层位涡的演变：7月3日08时，700hPa流域大部分地区位涡相对较小，只有北部局部地区超过0.8PVU，此时强降水雨带恰好位于流域北部地区；至4日08时，在山西南部地区出现大于1.2PVU的正位涡中心，且贵州经湖北至安徽一线有东北—西南走向的大值正位涡带存在，此后该大值中心不断东移南压与其合并；5日08时，正位涡中心移出流域，中心值超过1.6PVU，此刻强降水雨带亦南压至淮河以南地区，同时四川东部地区有一新的正位涡中心建立；此后沿江地区始终维持一准东西向的大值正位涡带，其上不断有正位涡中心东移发展，6 日20时，在流域大别山区形成一中心超过1.2PVU的正位涡中心，导致了5～6日大别山区局地强降雨的发生；8日08时，随着大值正位涡带的减弱北抬，流域降雨趋于结束。

干侵入是暴雨形成的一种重要机制。一般把对流层高层下沉到低层的干空气称为干侵入，可由大值正位涡和低相对湿度两个特征量来表征。此次强降雨过程中有明显的干侵入过程。由7月6 日20时位涡沿115°E的径向—垂直剖面（图1a）可见：大于1.5PVU的正位涡多分布在 300hPa以上，锋区南侧600hPa以下有大于0.8PVU的正位涡异常存在，锋区北侧500hPa以上有大值正位涡向低层伸展，并叠加在低层正位涡异常之上。用相对湿度小于等于60%来表征冷空气的活动，由图1b可以看出，锋区北侧300hPa之间为一致的下沉气流，下沉气流到达700hPa附近与锋区南侧的西南暖湿气流辐合上升，形成一横跨锋区的次级环流，且32°N附近对流层大气呈弱对流不稳定状态。由此可以说明，具有高PV的干冷空气沿锋区向下传播叠加在低层扰动对应的PV中心之上，使得低层气旋性涡度增加，并且这股冷空气通过降低低层大气稳定度和强迫中低层较暖空气抬升促使对流不稳定能量释放，导致暴雨增幅。

暴雨的发生发展与低空急流密切相关。由淮河流域纬向平均的850hPa全风速的时间—纬度剖面（图2a）可以看出：7月2日08时，低空急流中心位于33°N附近，此时强降水雨带位于黄淮中部地区；此后，低空急流中心的不断南压，流域自北向南出现了大范围的强降水过程；5日08时～7 日08时，急流中心稳定维持在29°N附近，伴随强降水雨带稳定维持在江淮之间，这也是流域大别山区出现强降水的时段；7日08时之后，低空急流中心逐渐北抬且风速逐渐减小，雨带随着减弱北抬，流域此次降水过程趋于结束。如图2b，6日20时，850hPa流域淮河以南地区有一东北西南走向的水汽通量大值带存在，来自南海和孟加拉湾的水汽通过西南低空急流源源不断地向淮河流域输送，为强降水的发生提供有利的水汽条件。

图1 7月6日20时θse、位涡（a）和相对湿度（阴影）、v-w（b）沿115°E的径向—垂直剖面

图2 淮河流域纬向平均的850hPa全风速的时间—纬度剖面（a，单位：m/s）、7月6日20时850hPa风场、水汽通量（阴影，单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）的分布（b）

四、结论

（1）本次持续性强降水发生在500hPa亚欧中高纬“两槽一脊”稳定的环流形势下，冷空气沿着高空槽后部南下，与副高外围的暖湿气流在淮河流域交汇，同时对流层低层流域多低涡切变活动。

（2）强降水期间，低涡的发生发展与对流层中层较强的正涡度平流密切相关；低层辐合、高层辐散形成的强烈抽吸作用有利于上升运动的维持，为暴雨的发生发展提供有利的动力条件。

（3）低层正位涡异常能较好地反映低涡的活动，并且与强降水有较好的对应关系。

（4）高层具有高PV的干冷空气沿锋区向下传播叠加在低层扰动对应的PV中心之上，使得低层气旋性涡度增加，并且这股冷空气通过降低低层大气稳定度和强迫中低层较暖空气抬升，促使对流不稳定能量释放，进而导致暴雨增幅。

（5）强降雨过程中，低层切变线南侧始终有一支较强的低空急流维持，低空急流将暖湿气流源源不断地向淮河流域输送，为强降雨的发生发展提供了充足的水汽■

（作者单位：淮河流域气象中心233000）