引 言

暴雨是影响我国的主要气象灾害之一，它具有突发性与局地性的特点，常给人们的生命和财产造成极其严重的损害(陶诗言，1980)，因此在全球变暖各类极端气候事件频繁发生的气候背景下，探究暴雨的发生、落区及预报一直都是气象工作者的研究热点。孙建华等(2013)对2012年7月21日发生在北京地区特大暴雨过程的天气形势、水汽来源和中尺度对流系统的特征进行了研究，发现“7.21”北京暴雨是高低空与中低纬系统共同配合的结果。何斌等(2013)诊断分析2008年影响浙赣皖地区一次梅雨锋暴雨过程时表明，对流层底层高温高湿、中高层冷空气入侵造成暴雨区上空大气层结处于极不稳定状态。刘淑媛等(2002)分析发现，西南涡东移生成的中尺度对流系统及西南低空急流造成1998年6月28—29日及7月2日淮海流域的暴雨过程。王成鑫等(2013)利用WRF模式在考虑地形因素下对四川盆地2010年7月16—18日的暴雨过程进行模拟，发现模式能很好地模拟强降水中心及解释暴雨发生的动力因子。郑婧等(2014)分析了梅雨锋短时暴雨的多尺度环境场。陈忠明(1993)及李彩玲等(2010)在暴雨分析中都发现压能场与暴雨落区有较好的指示及预测意义。钱维宏等(2013)和Qian(2013)研究发现暴雨落区位于850 hPa瞬变非对称扰动风切变线附近。

浙江省于2013年6月7日进入梅雨季节(浙江省气候中心，2013)，在浙江省中北部出现了一次区域性暴雨过程，仅杭州一市就有29个乡镇约2.8万人受灾，农作物受灾2.62 hm²，供电中断及冲毁堰坝等造成直接经济总损失5475万元(杭州市林业局，2013)。这次暴雨过程主要发生在浙江北部区域(图 1)，其中杭州平均降雨量99.1 mm，嘉兴79.2 mm，宁波79.2 mm，绍兴67.6 mm，舟山58.3 mm；浙江省200 mm以上的观测站有4站，150 mm以上有23站，杭州清凉峰站达到229.6 mm，为这次暴雨过程的观测最大值。这次暴雨过程是在何种天气形势及水汽条件下发生的？暴雨过程中大气能量场、环境场及扰动场有何特征？本文对此做进一步分析。

1 资料和方法

本文所使用的降水数据来自中国气象局整编的《中国地面气候资料日值数据集(V3.0)》中浙江省的23个基准、基本气象站的逐日降水量资料，日(24 h)降水量的统计时段为北京时间前日20时至当日20时。风场、温度及湿度等气象要素资料来源于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA-Interim的全球再分析资料，空间分辨率是0.75°×0.75°经纬度格距，时间分辨率是6 h，包含世界时00、06、12及18时4个时次。

首先利用ERA-Interim再分析资料对2013年6月7日前后浙江省及周边区域的天气形势及假相当位温θ_se场进行相关分析研究；然后利用大气变量物理分解法(钱维宏等，2012a；2012b；2015)对2013年6月5—9日00、06、12及18时(世界时)的ERA-Interim相关再分析资料进行全球尺度的物理分解，分解中的气候资料长度为1981—2010年，从而更进一步地探讨暴雨的成因及落区。

2 天气形势分析 2.1 天气形势及水汽条件分析

沿时间轴纵向分析250 hPa对流层顶层的风场、温度及湿度场，结果显示2013年6月5日08时在西风急流分支副热带急流通过青藏高原及阿尔泰山脉后出现一小短波槽波动，短波槽在东移过程中不断发展加深，并且槽前伴有急流中心；对应于高空短波槽500 hPa在黄河上游兰州附近有一低涡生成，随后向东南长江入海口附近移动并发展增强，低涡冷切变线前部有西南急流生成并增强，同时自印度洋孟加拉湾伴随有较强的水汽通量输送通道；而850 hPa表现为来自孟加拉湾和南海上空的低空急流与沿高原东侧南下的冷空气在川南西昌附近相遇，生成一西南涡并沿偏东路径移动发展，低涡冷切变线前部西南急流将印度洋及南中国海上空的暖湿气流源源不断地向暴雨区输送；分析低层925及1000 hPa发现浙江省这次暴雨的水汽输送通道有两支来源，一支同中上层随西南急流来自孟加拉湾及南中国海上空，另一支随东南急流从中国东海上空持续地向浙江暴雨区大量输送水汽。

谢义炳等(1980)指出研究暴雨这种特殊的大气运动时需考虑高低纬及高低层之间的相互作用，通常中高纬的系统表现在高层，低纬的系统表现在低层，因此浙江省这次暴雨过程主要是由于中高纬高层东移发展的小短波槽波动与低纬低层东移的西南涡相互作用的结果。

2.2 高低空急流耦合分析

许多学者在研究暴雨时都发现高低空急流耦合对暴雨的发生具有至关重要的作用，金春荣(2012)指出高低空急流耦合是低空和高空的强风带交叉而成的形势，蕴含着容易发生强对流的物理特征；孙淑清(1978)及Matsumoto(1972)认为暴雨区多落在低空急流左侧；朱乾根(1975)认为急流的左侧经常有切变线和低涡活动, 伴有大片的降水带(在雨带中并有暴雨中心生成)，是辐合上升运动区。浙江省这次暴雨过程从高层到低层共有三支急流带共同作用，在高空250 hPa主要受高空西风急流轴的右后侧辐散区控制(图 2a)，中低空700 hPa主要受西南急流左前侧强辐合区影响(图 2b)，而低空925 hPa前期主要受东南急流左侧辐合区控制(图 2c)，在低涡的暖切西南部对应水汽通量的大值中心，浙江中北部的暴雨区位于低涡暖切附近水汽通量的辐合区内，这样在高中低空急流相互作用下形成深厚的上升气流柱，再加之中低空急流向暴雨区持续不断提供暖湿空气构成了对流不稳定层结的增长，从而造成这次区域性强降水。

3 能量场分析

一般假相当位温能较好地表示大气的能量和稳定程度，假相当位温的变化可以反映大气能量的释放情况(肖鹏等，2013)。图 3为沿120°E假相当位温和垂直速度的垂直剖面，图 3a中可以看出暴雨发生前850 hPa以下存在一条高温高湿的θ_se高能区伸展到32°N附近，而在其上层700 hPa附近覆盖一层干冷的大气，造成浙江中北部上空中低层大气出现∂θ_se/∂z<0，从而储藏有大量的不稳定能量有待释放；同时发现在中高空存在一条向北倾斜的θ_se锋面，锋面的前部首先出现较强的上升气流，说明中空有较强的冷空气南侵，从而进一步增强暴雨区上空的不稳定程度；随着低层西南涡向暴雨区靠近，触发中低层不稳定能量的释放而出现较强的上升气流(图 3b)；这次暴雨过程的最大上升气流出现在图 3b中500 hPa附近，中心值大于1.2 m·s^-1，图中也可看出上升气流柱呈现一个“V”型结构，外围气流从30°N南北两侧的中空下沉，在接近上升气流柱时再随之转为上升气流，由于外围的干冷气流在下沉过程中存在下沉增温，应该对暴雨区的上升气流有一定的促进作用，具体还需做更进一步的研究。

4 大气变量物理分解场分析

近年来钱维宏(2011;2012a;2012b;2013)、钱维宏等(2013)和Qian等(2013)利用大气变量物理分解法将全球大气变量物理分解为4个部分：纬圈平均的对称气候、非对称气候、纬圈平均的瞬变对称扰动(又称行星尺度瞬变扰动)和瞬变非对称扰动，其中纬圈平均对称气候项表示不同地理纬度带上太阳高度角(辐射)变化引起的大气变量响应，非对称气候项则反映大尺度上海陆热力对比随时间变化引起的大气变量日循环和年循环变化，而纬圈平均的瞬变对称扰动项表示的是不同纬度上大气运动特征的振动，如瞬变对称扰动风在中纬度地区反映西风指数循环的变化，在高纬度地区反映南极涛动和北极涛动指数的变化，瞬变非对称扰动则反映的是天气尺度上各种异常大气变量的变化。

4.1 环境变量场的分析

大气变量物理分解前两项气候变量场与行星尺度瞬变对称扰动场合称为环境变量场(钱维宏等，2013)，分析2013年6月5—9日浙江省及周边高空的环境温度、湿度及风场，发现250 hPa环境风场中的高空西风急流轴在苏南到浙北一带活动，6日14时急流轴北抬至苏南长江入海口附近，同时浙北暴雨区开始位于高空急流右侧的辐散区内，而7日20时急流轴又开始南压至浙北地区；中空500和700 hPa在6日暴雨发生前西南暖湿气流发生突然增强北抬，随之水汽通量也有一个增强北抬的过程；低空850 hPa环境风场和湿度场与中空相似暖湿气流暴雨发生前增强北抬，7日暴雨发生时环境风场上有一西南地区东伸的暖切变线位于浙北区域，7日晚这一暖切逐渐北抬离开浙北，而此时浙北的暴雨也逐渐减弱结束；分析近地面的环境风场发现6月6—7日浙江北部特别是东北部出现东南气流突然增强，在8日浙北暴雨结束后风场增强区已北移至黄海附近，图 4为近地面1000 hPa的环境变量场，图中发现6日14时暴雨发生前西南地区的“暖舌”东伸，江浙东部沿海开始出现锋生(图 4a)，即等温线开始变得密集，同时长江下游地区开始处于水汽通量辐合区内，而在7日20时暴雨逐渐结束前出现锋消(图 4b)，同时发现湿度场与增强的东南气流有较好的配置。因此环境场上这种高低空配置对浙江省北部这次暴雨过程提供了重要的背景场，说明这次区域性暴雨事件并不是偶然发生的，而是具有一定环境背景场的，所以今后日常业务预报中预报员也应重视环境变量场的变化。

4.2 瞬变扰动变量场的分析

大气变量物理分解第4项瞬变扰动项可以清晰地反映出在大尺度的环境背景场下何种天气尺度的大气变量异常造成或加剧极端事件的发生。图 5为暴雨过程中浙江省附近高低空各层温度、湿度及风场的瞬变扰动项的空间分布，图中可看出暴雨区上空250 hPa为一反气旋性扰动风环流中心，处于高空扰动辐散区内，500 hPa处于气旋性扰动风环流的第4象限，在正扰动涡度区域内，850 hPa处于气旋性扰动风环流的暖切辐合线上，低层925 hPa位于暖切辐合线的前端，与850 hPa一样位于正水汽通量扰动辐合区内，这种高层强烈扰动辐散，低层强烈扰动辐合的配置结构从而造成了暴雨区出现强盛的上升气流；从扰动湿度场可以看出暴雨区在中低层随着西南及东南扰动急流有强盛的水汽输送，并且有强烈的正水汽通量扰动辐合；而扰动温度场的垂直结构来看暴雨区上空中高层多为暖性异常，下层多为冷性异常，这应该由于暴雨区中高层潜热释放及底层冷空气侵入造成。因此在一个容易造成区域性暴雨的大气环境背景上叠加这样的高低空瞬变扰动场便诱发了浙江省这次入梅时间的暴雨过程。

5 结 论

本文主要对2013年浙江省入梅的首场暴雨过程从天气形势、能量场及大气变量物理分解场做了相关分析，结果发现：

(1) 这次暴雨是在高空短波小槽东移加深，低层西南涡东移发展的天气形势下发生，暴雨发生时浙江北部处于高低空急流耦合区，共受三支急流影响，高空处于西风急流轴的右后侧，中低空500~850 hPa处于西南急流轴的左侧，而925 hPa以下近地面主要位于东南急流轴的左侧，因此这次暴雨的水汽来源主要有三地：孟加拉湾、南中国海及东海上空。

(2) 暴雨发生前高空700 hPa以下出现并储藏有大量的大气不稳定能量，随着低层西南涡向暴雨区的靠近而触发不稳定能量的释放；同时θ_se锋区南侧的上升气流柱呈现一个“V”型结构特征，上升气流柱周边中空的干冷气流下沉增温应该对暴雨区的上升气流有一定促进作用。

(3) 对这次暴雨过程中温度、湿度及风场物理分解的环境场分析发现，暴雨发生时高空处于西风急流轴右侧辐散区，中低空西南气流出现突然增强北抬，近地面有东南气流增强并伴有锋生过程，存在水汽通量辐合，这些都为这次区域暴雨的发生提供了较好的背景环境。

(4) 对大气变量的瞬变扰动场的分析发现，叠加在环境背景上的高层扰动反气旋性环流，中底层强烈扰动气旋性环流以及低空扰动急流输送的水汽扰动异常共同诱发了这次区域性暴雨的发生，暴雨落区位于850 hPa气旋性扰动环流的暖切辐合线上。