一次热带低压引发三亚市暴雨天气过程的成因
一次热带低压引发三亚市暴雨天气过程的成因
摘要：本文使用常规观测资料、EC风场数据、ERA5再分析资料、FY4卫星资料以及多模式降水预报数据，对2021年7月5日至8日一次热带低压引发三亚市暴雨天气过程成因进行分析。结果表明：1）影响热带低压的主要系统为副热带高压以及高层的南亚高压，其路径主要受副高底部边缘偏东气流影响而西北方向移动，低压北侧的对流相对较强。2）高层辐散增强和正涡度的增大与向上延伸导致热带低压增强，中层辐散增强和正涡度中心回落与热带低压的减弱密切相关。垂直风切变低值的出现及持续时间与热带低压的减弱及相应持续时间对应较好。3）西南夏季风发展旺盛，热带低压北部云系发展旺盛，降水云系维持时间长，导致三亚地区累计雨量较大。4）EC全球模式对于明显的系统和大范围降水落区的预报较为准确，但降水量级偏弱，华南3km区域模式能在24h时效内模拟出极端降水，对于暴雨到大暴雨的量级和落区把握较好。
关键词：大暴雨；热带低压；水汽；不稳定条件；模式对比
1.引言
热带气旋是低纬度地区海面上的气旋性环流，是影响我国的主要灾害性天气之一[1]，热带气旋带来的强风雨对沿海地区的生产生活造成的损失是巨大的，尤其是登陆台风，所有有很多研究去探索登陆台风的特点，但未登陆的热带低压对人类生产生活造成的损失同样巨大，其中一个重要危害就是热带低压降水，所以这篇文章就是要把热带低压降水作为主题来讨论。研究表明，大多数近海热带气旋强度都减弱，只有少数近海加强[2],因此研究南海地区热带气旋近海强度变化具有重要意义。南海地区大气环境流场复杂多变，高空槽带来的辐散气流[3]、西南季风带来的水汽及涡度输送[4]等均有利于南海地区热带气旋的加强。陈联寿等[5]研究发现，引起热带气旋强度变化主要有三方面因素：海温、大尺度环境流场及地形等。气旋的本质是涡旋运动[6]，热带气旋的增强往往与气旋性涡度的急剧发展相伴。李永平等[7]利用涡度场跟踪热带气旋的移动，得出涡度场能提前捕捉热带气旋动态变化的结论，具有超前的预报能力。
本文使用EC 0.25°×0.25°风场数据、ERA5 0.25°×0.25°逐6h再分析资料、中尺度自动站资料、FY4气象卫星数据以及多模式降水预报数据，对2021年7月5－8日一次热带低压引发三亚市暴雨天气过程的成因进行分析，用以总结经验，为今后类似过程的预报预警工作提供一定的参考。
2.热带低压概况和风雨特征
2021年7月5日下午原位于南海中部海域的热带云团加强为热带低压，该低压中心以每小时15公里左右的速度向西北方向移动，7日11时前后在海南省陵水县英州镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力有7级（15米/秒），中心最低气压为1000百帕，之后穿过陵水、保亭、乐东等市县，进入北部湾，继续向西北方向移动，而后在越南北部沿海地区登陆，登陆后强度逐渐减弱。2021年7月5日20时-8日08时，受南海热带低压影响，三亚市发生暴雨强降水天气过程，其中46个站点出现50mm以上降水，18个点出现100mm以上降水，1个站点出现200mm以上降水，达大暴雨量级。根据24h降水量分布资料获知：此次过程中，暴雨主要发生在7日，暴雨中心位于三亚东南部，雨带呈现东南部大、西北部小的特征，最大累计降水量出现在海棠区青田村站点200.9mm。此次过程沿海陆地普遍出现5－7级极大风，其中大东海和西鼓岛出现8级极大风，风速分别达19.7m/s和17.2m/s（图略）。
选取此次暴雨中心站点：海棠区青田村站，对强降水中心区域作逐小时降水量演变分析，结果表明（图1），青田村经历了阶段性强降水过程：
强降水时段集中在7日11时至17时，5日20时-7日11时的1h降水量都在10mm以下，而7日1
1时之后降水量开始大幅度增长，到16时的1h降水强度最强，达到56.5mm，7日15时-17时的3h降水量达到了94mm，之后降水减弱，在此阶段有3个时次1h 降水量超过20mm的短时强降水。
图1  暴雨中心站点海棠区青田村逐小时的降水演变（单位：mm）
3.环流形势演变
大尺度环流形势的演变和热带气旋环流的相互作用是导致热带气旋强度变化的原因之一。2021年7月5日20时至8日08时，南亚高压每日同时刻强度变化不大，高压主体较稳定维持在青藏高原地区。7日08 时起，南亚高压中心略减弱，西太平洋高压开始加强并逐渐西扩
（图略）。这种高空系统的变化为台风的发展提供有利的高层辐散流场。
上海周边游根据500hPa环流场的演变过程可知：在此次热带低压活动生命周期中，此低值系统活跃在15°N 附近区域，西太平洋副热带高压（以下简称副高）主体位于我国东部沿海地区。5日20时高纬 45°N 附近出现浅槽，随着靠近副高外围的热带低压缓慢北移，副高强度维持，范围逐渐扩大。7日08时，45°N附近冷低压东移，槽线曲率增大，副高中心强度维持在592dagpm，脊线西伸 9～10个经度。随后副高缓慢加强西伸，副高脊线西伸到92°E附近，此时低值系统恰好位于副高南部边缘的偏东气流中，且副高呈西北－东南带状分布，所以热带低压向西北方向移动。
红外云图显示：此热带低压呈现较明显的结构不对称，低值系统北侧的对流最强。从7日08时的850hPa风场上可以获悉：“圆规”眼壁外的对流不对称是由副高边缘的东南气流卷入到热带低压北侧附近加强了北侧结构的结果。热带低压外围东侧的对流云团主要是西南气流卷入到低压的过程中产生的对流。
由上可知，南亚高压的稳定维持为热带低压的维持和发展提供有利的高层辐散流场，高纬度冷槽的活跃有利于热带低值系统的发展和移动，此次低值系统发生发展过程中，其路径
主要受副高底部边缘偏东气流影响而西北方向移动，对流结构分布受到副高的影响，在副高边缘东南气流的作用下，此热带低压北侧的对流相对较强。
当对流层低层水汽供应充足并伴有上升运动时，暖湿的空气在上升运动中凝结释放潜热，可为热带低压的发展加强提供能量。对这次南海热带低压作用产生的暴雨天气，分析其水汽输送和辐合特征。由水汽通量水平和垂直分布显示出：水汽输送通道在南海中西部建立，5日20时海南岛东南部为水汽通量大值区（>15），表明有较充足的水汽输送，6日20时低层水汽通量散度较前段时间明显辐合，大值区靠近海南岛，维持的时间较长，且低空急流进一步加强了水汽的输送，7日20时水汽辐合区强度有所减弱，中心西移至在海南岛西部，8日08时水汽辐合区移出本岛，充足的水汽条件有利于暴雨的维持。且从850hPa相对湿度场（图略）分析可得，7日低值系统移动过程中，降水落区处于相对湿度大值区，相对湿度均大于90%，随着时间的推移，相对湿度大值区逐渐西北行，直至此次暴雨结束。
广州骑楼在此次暴雨天气过程中，从近地面到500hpa的水汽通量散度及其变化也较好的反演了此次过程，可以看出7日凌晨起低层水汽通量散度逐渐增大，在14时低层水汽辐合达到最强，18时出现减弱，对应7日热带低压靠近三亚市产生暴雨天气过程，在此阶段中存在水汽辐
合，且其辐合加强的特征，说明水汽持续输送和辐合是热带低压发展的必要条件。由于西南夏季风发展旺盛，在西南暖湿急流和副高边缘偏东气流作用下低压东北部水汽以及潜热条件都要比南部强，因此热带低压北部云系发展旺盛，降水云系维持时间长，导致三亚地区累计雨量较大。
24号球衣是谁穿的5.不稳定条件
为了揭示此次热带低压过程的动力结构特征，取三亚区域内格点（109.75°E,18.25°N）做纬度-时间剖面分析，分析各物理量的演变特征。7日08时起，三亚市上空正涡度柱达到400hPa，涡度较弱，等值线分布稀疏，925hPa之下辐合逐渐增强并维持，低层散度为负，存在辐合，最强可达14×10-5s-1，高层辐散，垂直运动加剧，最强上升速度达-1.0pa/s，有利于强对流发展和维持。此次热带低压产生暴雨天气过程中暴雨区上方存在低空辐合高空辐散的特点，伴有强烈的上升运动，对流层中低层正涡度与高层负涡度的垂直分布特征有利于对流发展，散度涡度和垂直速度与暴雨的时段和落区有较好的对应关系。高层辐散增强和正涡度的增大与向上延伸导致热带低压增强，中层辐散增强和正涡度中心回落与热带低压的减弱密切相关。
探空表明（图2），6日08时逐渐受热带低压外围螺旋雨带影响，三亚市位于低压西北侧，水汽输送条件较好，有着比较明显的深厚湿层，大气环境表现为高湿高CAPE，因此当热带低压触发对流后，上升运动相当剧烈，8日08时热带低压西北行，CAPE值减小。
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图2  三亚探空图（a:7日20时；b:8日08时）
1.数值模式预报
气象台对本次热带低压过程24h预报降雨量为大到暴雨、局部大暴雨，与实况一个量级，考虑到强降雨主要出现在7日08时-8日08时，因此对6日08时和7日08时起报的两类数值模式预报偏差进行分析。EC全球模式的确定性预报对两次起报的12h累计降水量均偏弱一个
量级，但对东南部降水中心预报都有所反映。从风场预报和实况对比分析，EC全球模式对于925hPa低空急流的变化有较好的反应，报出东部海面12-22m/s大风区，其中在7日08时起报的结果中反映出了东南部沿海急流范围增大的变化，在实际的预报过程中，这种变化可以起到一些提示作用。柳公权的故事
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