一次台州冬季暴雨过程的湿位涡诊断分析

一次台州冬季暴雨过程的湿位涡诊断分析

李芹1, ,张灵杰1, ,张瑾超2   ,金长胜1

1.三门县气象局,浙江 三门 317100；

2.温岭市气象局，浙江温岭3175003

摘要：利用ECMWF 0.25°×0.25°间隔1 h的再分析资料，通过计算湿位涡（MPV）的垂直分量（MPV1）和水平分量（MPV2），对台州地区一次冬季暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明：从天气形势上：此次降水过程主要是由高空槽东移，700hPa涡切东北移动以及低层沿海倒槽北顶引起的降水过程。台州地区为与假相当位温高值区，低层等线呈现垂直柱状分布，对流不稳定度接近于0，此次降水过程此次降水过程，前期并不满足低层MPV1<0，MPV2>0的条件，但MPV1及MPV2在中层配合的比较好，高度逐步降低。中期低层MPV1 < 0 、MPV2 > 0，两者配合较好且量级相同，该时段降水发生时，湿涡度正压项和斜压项作用相当。后期MPV1低层基本为正值，MPV2低层为正值，高层为负值，高低层配置较好，可以认为，后期降水主要由湿位涡的斜压项引起。

关键词：冬季暴雨;湿位涡;诊断分析

引 言

暴雨是台州地区主要气象灾害之一，不少学者已从水汽输送特征、雷达回波特征等方面对台州暴雨开展了许多研究，并取得了大量研究成果，但应用湿位涡理论对台州地区暴雨的研究并不多见，尤其是冬季暴雨过程。湿位涡是一个综合反映大气动力学、热力学性质的物理量，不仅表征了大气动力、热力属性，而且考虑了水汽的作用，它的分布能很好地表征大气对流稳定性和斜压稳定性【1-2】。 近年来, 湿位涡理论被广泛地应用于中尺度低涡暴雨、台风暴雨、爆发性气旋、锋面强降水等研究中【3-6】，叶爱芬等【7】对一次暖区强降水过程湿位涡进行了分析， 指出高层高值MPV1和低层低值MPV1、低层高值MPV2的配置有利于激发不稳定能量的释放， 产生暖区强降水。

本文选取2021年2月10—11日发生在台州地区的一次冬季强降水过程，通过对湿位涡的诊断研究，揭示湿位涡场时空分布特征与降水活动的关系，并期望通过对湿位涡的诊断来判断暴雨的落区和强度，为台州地区冬季暴雨的短期预报提供一种有益的预报思路。

1  湿位涡的计算方法和资料

    根据此次暴雨过程的发生时间，利用ECMWF 0.25°×0.25°间隔1 h的再分析资料，计算1000—300 hPa层湿位涡（MPV）及其湿正压项（MPV1）、湿斜压项（MPV2）和假相当位温（）的时空分布。

2  天气概况

据2021年2月10日08时（北京时，下同）500 hPa高空形势图显示：台州位于南支槽前，北支槽位于黑龙江至江苏一带，北支槽槽后偏北气流与南支槽前西南气流交汇于湖南、安徽、浙北苏南一带。700hPa低涡切变西伸至浙中南一带，低层850 hPa有切变位于安徽至浙北苏南，同时华南沿海有倒槽存在，随着南支槽东移，700hPa低涡东北移动，沿海倒槽北顶发展。我市处于偏东气流中。降水一直持续到11日白天，。11日20时，高空槽东移出海，700hPa切变北抬至浙北地区，逐渐雨止 。由10日08时至11日08时24 h累计降水量数据资料得知：台州大部分地区出现大到暴雨，50 mm以上暴雨区主要位于中南部，其中最大降水中心位于路桥区三山站（121.6°E，28.6°N），24 h降水量的观测记录达到92.1 mm。                               

3  假相当位温的分析

假相当位温表是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，低值区表示低温低湿区，高值区表示高温 高湿区。等值线的密集带即为锋区所在。2021年2月10日08时和11日20时850 hPa 水平分布可见在降水前（10日08时），等值线的密集带位于安徽南部至浙北苏南一带，浙江处于高值区，等值线较为密集，高温高湿。到11日20时，等密集区位于江苏中南部以及福建沿海，浙江区域的等值线较10日08时稀疏。  

从2021年2月10日08时、20时、11日08时和20时沿121.6°E经降水中心的经向垂直剖面图分析出：10日08时28.6°N附近由低层到800hPa有一高值舌向北伸展，。10日20时、11日08时低层850hPa以下，等线呈现垂直柱状分布，近似为0，低层850hPa以下层结对流稳定性为中性，为降水发展到暴雨提供了有利条件。 

4  暴雨的湿位涡诊断分析

4.1  湿位涡的水平分布

4.1.1  湿正压项（MPV1）的水平分布

2021年2月10日08时、11日02时850 hPa MPV1水平分布显示出：10日08时在安徽，浙北、苏南一带MPV1<0，中心值达-1 PVU，说明低层存在强的对流不稳定，同时，在温州沿海也有MPV1<0的低值区，表明该地区也存在一定的对流不稳定。11日02时安徽一带的MPV1低值区向西向北移动，浙江中南部MPV1有所增大，但未达到1 PVU。

4.1.2  湿斜压项（MPV2）的水平分布

10日08时MPV2正值区位于浙西南地区，台州大部分地区基本小于零，可见该时次台州地区大气湿斜压性不强，到11日02时，MPV2正值区北抬扩大，台州位于MPV2正值区，且等值线密集，大气湿斜压性增强。将10日08时以及11日02时的雷达拼图以及MPV2分布图，北侧降水回波与北侧MPV2的0线分布较为一致。

4.2  湿位涡的垂直分布

4.2.1  湿正压项（MPV1）的垂直分布

图1为2021年2月10日08时（a）、20时（b）、11日08时（c）和20时（d）沿121.6°E经降水中心的MPV1垂直剖面图。从中可见，10日08时28.6°N除850 hPa至750hPa层结为MPV负值区，其余均为正值区。10日20时，900 hPa至950 hPaMPV1负值区，28.6°N北侧高位涡舌（大于0.5 PVU）达到800hPa，说明冷空气以高值位涡柱的形式向下向南入侵。11日08时，三山站上空700hPa-800hPa存在负值区，北侧MPV1高值区增强，最大值达到2 PVU，中心位于550hPa以下，表明北侧高空冷空气继续向下传输。11日20时，950hPa以下层结为MPV1负值区，950hPa以上层结均为正值，MPV1低层为低值区，高层为高值区 ，才有利于暴雨的发生。因此，此次暴雨过程，MPV1(湿正压项)并不非常有利。

(a)                                   (b)

(c)                                   (d)

图1、  2021年2月10日08时（a）、20时（b）、11日08时（c）和20时（d）沿121.6°E经降水中心的MPV1垂直剖面图（单位：PVU）

4.2.2  湿斜压项（MPV2）的垂直分布

分析2021年2月10日08时、20时、11日08时和20时沿121.6°E经降水中心的MPV2垂直剖面图得到：10日08时28.6°N上空MPV2除750hPa至850hPa为正值外，其余层结均为负值，到20时低层转为正值区，上层为负值区，在600hPa附近，MPV2达-1PVU。11日08时MPV2分布呈现正负值区相间分布，低层正值区中心值达0.4PVU,在750hPa左右的高度，MPV2达0.6PVU ,其余层结均为负值，20时，750hPa附近的正值区转变为负值区，低层950hPa以下以及650hPa至450hPa为正值。MPV2正值表示大气湿斜压性较强。10时08时至11日08时三个时次在700hPa层结均有MPV2正值存在，这与形势图上700hPa存在的涡切相符合，低层MVP2正值区则与低层沿海倒槽相关，随着倒槽北顶，低层MVP2逐渐转为正值。

4.3  降水中心湿位涡的时间演变

由2021年2月10日08时—11日20时沿降水中心（121.6°E，28.6°N）的MPV1、MPV2时间垂直剖面图得知：三山地区MPV1负值区、MPV2正值区从750-850层结随时间下降，该时段，700hPa涡切北抬以及低层倒槽北顶。10日20时至11日08时中左右，低层倒槽在沿海维持，低层MPV1负值区、低层MPV2正值区一直维持。降水过程其余时间低层MPV1均为正值。10日20时前高层MPV2均小于0，11日02时以后，500-700hPa之间出现MPV2正值区，08时至14时，低层MPV2达0.8PVU。低层 MPV1 < 0 、MPV2 > 0 的配置有利于降水的发生发展。从降水量随时间的分布看出，降水密集区主要在10号20时至11日08时，这与低层MPV1负值，MPV2正值的时间分布刚好相匹配。根据降水中心湿位涡随时间的演变，此次降水过程，为700hPa涡切北抬以及低层倒槽北顶影响下产生的降水， 前期（10日08时至10日20时）MPV1及MPV2在中层配合的比较好，高度逐步降低。中期（10号20时至11日08时）低层MPV1 < 0 、MPV2 > 0，两者配合较好且量级相同，因此，该时段降水发生时，湿涡度正压项和斜压项作用相当。后期MPV1低层基本为正值，MPV2低层为正值，高层为负值，高低层配置较好，可以认为，后期降水主要由湿位涡的斜压项引起。

5  结论

选取2021年2月10—11日发生在台州地区的一次冬季暴雨天气过程，通过对湿位涡进行诊断分析，得到如下结论：

①从天气形势上：此次降水过程主要是由高空槽东移，700hPa涡切东北移动以及低层沿海倒槽北顶引起的降水过程。

②台州地区处于假相当位温的相对高值区，10日20时至11日08时低层等线呈现垂直柱状分布，低层对流不稳定度接近于0 。

③此次降水过程，前期（10日08时至10日20时）并不满足低层MPV1<0，MPV2>0的条件，但MPV1及MPV2在中层配合的比较好，高度逐步降低。中期（10号20时至11日08时）低层MPV1 < 0 、MPV2 > 0，两者配合较好且量级相同，该时段降水发生时，湿涡度正压项和斜压项作用相当。后期MPV1低层基本为正值，MPV2低层为正值，高层为负值，高低层配置较好，可以认为，后期降水主要由湿位涡的斜压项引起。

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