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一次华南前汛期强雷雨过程的诊断分析
赵懋如
（中国民用航空中南地区空中气象中心 广东 · 广州 510000）
中图分类号： P41 文献标识码： A DOI： 10.16871/j.cnki.kjwhb.2018.09.080
摘 要 通过对 2015 年 5 月一次影响广州白云机场的系统性强雷阵雨天气进行诊断分析.结果表明, 这是华南前汛期一次典型的高空槽东移配合近地面冷空气和切变线南下造成的大范围强对流天气.在大气层结不稳定条件下, 机场上空出现了一次明显的强水汽通量中心、强水汽辐合中心和正涡度中心过境的过程, 低空急流显著加强, 上升运动显著增强, 激发了强雷雨天气的发生.
关键词 诊断分析 水汽通量 水汽通量散度 涡度 垂直运动
1 引言
华南地区雨量分布特征为型,雨季分为前汛期（4-6 月） 和后汛期 （7-9 月） .研究表明, 前汛期主要是由适量冷空气南下与低纬暖湿气流共同作用形成,后汛期主要是热带气旋和其他热带系统影响的结果 [1-3] .对前汛期的研究, 主要从气候、 大尺度背景、 环流条件、 触发机制和维持机制 [4－6] 等方面着手.
2015 年 5 月 20 日, 华南地区出现了大范围系统性雷雨天气, 时间长, 强度大, 严重影响了珠三角区域的航班运行.广州白云机场出现了连续十多个小时的雷阵雨,并启动了长时间的大面积航班延误橙色预警.现从大气环流背景、 物理量场等方面对此次过程进行分析.
2 大气环流形势分析
地面上, 19 日 20 时我国内蒙古、华北地区有高压中心存在, 冷空气前锋在江淮流域, 长江以南的大部分区域受深厚的低压系统控制.此后冷空气从东路南下, 至 20 日 20 时西段到达华南沿海地区, 东段入海,表现为一次强冷空气从东路快速南下影响我国中东部地区的过程.
925hPa 和 850hPa 高度 19 日 20 时在长江以北受反气旋环流控制, 其南面有弱切变, 西南、 华南到华东南部受低压槽控制, 有一条更加清晰的切变线, 这就形成了南北两支切变线.受孟湾附近西风槽和切变线的共同影响,西南南部、 华南中南部和华东南部受西南气流控制. 20 日 08 时, 长江以北的反气旋系统迅速南压, 北支弱切变线消失, 南支切变线略南压, 其南侧风速明显加大, 入夜后切变线南压到华南沿海地区.
低空急流是为中纬度强风暴提供水汽和动量的最重要机制 [7] .700hPa 上明显的看到西南低空急流的发展过程： 西南到华南沿海地区受南支槽前多波动的西南气流影响, 20日 08 时, 西南急流明显向东发展, 华南沿海地区逐渐到达了急流的强度, 入夜后急流明显减弱.
500hPa 副高稳定维持在沿海地区,其西北面的南支槽分裂高空槽东移的特点也很明显, 随着天气演变, 华南地区有一场明显的高空槽东移和西南气流增强的过程.
3 物理量场分析
3.1 水汽条件
强雷暴和长时间降水的发生需要充足的水汽条件和降水区附近的辐合.水汽通量图上来看, 从孟湾经中南半岛向华南沿海地区有明显的水汽通量大值区,反映低层暖湿气流的强盛.水汽通量强中心位于孟湾附近, 次强中心有一个明显的东移发展和减弱的过程.19 日 20 时, 华南水汽通量不大, 大部分在 8g/(s · cm · hPa)以下.20 日 08 时, 次强中心向华南地区显著伸展加强,数值大部分在 12-16g/ (s · cm ·hPa)以上, 最大值到达 24-28g/(s · cm · hPa), 位于广州白云机场西面. 20 日 20 时, 次中心继续西收, 华南地区最大值减小到 12-16g/(s · cm · hPa).这与 700hPa 西南急流和南支槽前波动的发展情况完全一致.
水汽通量散度可见, 雷暴过程前, 广州白云机场位于弱水汽辐合区. 20 日 08 时, 降水已经开始雷暴即将发生时, 强辐合区有明显的南压和向东发展,广州白云机场位于较强的水汽辐合区, 辐合中心在机场偏北方向.20 日 20 时天气结束后, 广州位于水汽辐散区.这种对应的水汽辐合和辐散中心有组织的耦合出现,反映了对流天气中心随切变线南压的过程.
3.2 对流性不稳定参数分析
不稳定层结是为对流发展提供位能转化为动能的基本条件. 本过程中, 广州白云机场附近的 K 指数一直维持 35℃以上, 20 日 08 时达到 40℃, SI 维持在 0℃以下, EQT 在 19日 20 时小于 -20℃, 20 日 08 时增大到 -5 至 -10℃,至 20日 20 时变为 0 至 -5℃, 一直维持在 0℃以下, 大气层结一直处于不稳定状态, 一旦水汽和动力条件符合, 就可能有雷雨天气发生.
本过程中, EQT 比 K 指数和 SI 指数在时间上提前量的指示性更明显. 同时, EQT 场的负值中心有明显的南压, 且负中心最大值逐渐减小, 这与系统南下相配合, 反映了系统南下减弱的特点.
3.3 动力学条件
19 日 20 时华南大部位于弱负涡度区和弱上升运动区.20 日 08 时雷雨即将开始时, 正涡度中心和强垂直上升区有显著加强和南压, 两者位置几乎重合, 且靠近广州白云机场的北面, 机场则处于正涡度和强垂直上升区.在正涡度中心和强上升运动中心的南北两侧为弱上升区或下沉气流区,这种正负涡度中心和上升下沉运动的耦合配置也为雷雨的发展和移动提供了有利条件.强上升运动中心的位置从地面到 500hPa 变化不大, 且气流区宽度仅有 2 个纬距, 说明锋面陡峭, 上升气流强烈. 20 日 20 时, 机场位于正涡度区北缘, 上升运动变成弱下沉运动.这种锋前的强上升运动区有利于底层暖湿气流向高空的快速输送,触发不稳定能量的释放, 可认为 500hPa 的强上升运动是本过程的触发条件之一.
3.4 广州白云机场附近探空场分析
广州白云机场附近探空曲线可见, 从 19 日 08 时起, 温度曲线和露点温度曲线在低层相交, 空气块达到饱和, 此后低层湿度有所减小, 但温度露点差均在 3-4℃以下, 依旧维持一定的高湿区.而在 400hPa-500hPa 的高空, 温度曲线和露点曲线距离增大, 气层为明显的干层.大气的这种明显的“上干下湿”的特点,有利于对流天气的发生.而 20 日 20时, 高层湿度增加, 整层大气均维持较高湿度, 不利于对流天气的发生.
在 19 日 08 时, 大气低层出现逆温层, 大气 CIN 指数较高, CAPE 指数较低, 抑制对流发展. 至 19 日 20 时起, 逆温层消失, CIN 明显减小, CAPE 显著增大, 有利于对流天气发展.至 20 日 20 时, CAPE 下降到 580 （J/kg） 以下, 此时雷雨已经结束. 从风场来看, 20 日 20 时前, 下层风向随高度均为发生顺转, 层结稳定度减小, 对流潜势增强.
4 总结
（1） 此次天气过程符合华南前汛期雷雨的典型天气系统配置： 西风带低槽带动冷空气南下,与低纬西南暖湿气流交汇,形成中低层切变和地面锋面,从而在切变和锋面附近产生强雷雨天气.
（2） 925hPa 切变线过境和 500hPa 上升气流的增强是强雷雨的触发条件, 850hPa 切变线和 500-700hPa 槽过境是雷雨结束原因, 低空急流的存在起到了重要的作用.
（3） 在大气层结不稳定条件下, 机场上空出现了一次明显的强水汽通量中心、强水汽辐合中心和正涡度中心过境的过程. 500hPa 高度上升运动逐渐增大,在雷雨结束后转为下沉运动.
（4） 雷雨前, 大气低层有逆温层, 抑制对流发展.随着逆温层消失, CIN 减小 CAPE 增大, 对流得以发展.雷雨期间机场上空为 “上干下湿” 分布, 且下层风向随高度顺转.
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