局地性降水

局地性降水是華南沿海夏季降雨的主要天氣特點之一，這一氣候特點與諸多因子密切相關，例如潮汐。遇到漲潮時，海上的積雲移到沿海陸地上空時容易產生局地性降水，而且在降雨前幾小時均是高潮位。

基本介紹

• 中文名：局地性降水
• 外文名：Local precipitation
• 描述：地域性降水
• 套用：天氣預報
• 學科：氣象學

概念

局地性降水是氣象學中的一個通用名詞，並非指某個特定地區的降水，而是指局部區域的降水。降水分為層狀雲降水和對流性降水。一般，層狀雲降水範圍較大，與大尺度天氣系統聯繫密切，比如冷暖氣流交匯造成的降水，影響範圍較大，此類天氣過程中“局部”出現的頻率較低，多用來描述雨量特別大又無法準確把握的區域。而對流性降水行程機制是近地面層空氣受熱或高層空氣強烈降溫，促使低層空氣上升，水汽冷卻凝結，就會形成降水，其特點是範圍小、強度大、分布不均勻、持續時間短、隨時間變化迅速。

局地性降水也是半島經常發生的局地氣候現象，比如山東半島，但產生這一現象的原因並非單一的半島效應，也不是半島地形所致。在冬季風下，大氣環流是主宰冷、暖位相交替的根本，大地形和海陸分布在環渤黃海的低層大氣形成區域性次天氣尺度的定常擾動；中高層大氣層結穩定，低層不穩定，海洋向大氣輸送熱量和水汽，以淺對流的形式在半島局部地區產生降水。

下面介紹幾種常見的導致局地性降水的研究實例，以加深對該氣象名詞的理解。

颱風倒槽局地性強降雨分析

研究背景

大量研究表明：在我國暴雨天氣中，颱風是最強的暴雨天氣系統。根據衛星雲圖分析：颱風暴雨除颱風環流本身暴雨、颱風眼外圍螺旋雲帶暴雨外，颱風（低壓）倒槽與西風槽結合而產生的暴雨，往往比颱風環流暴雨強得多。當以颱風受西風槽影響為主時，暴雨主要發生在颱風（低壓）環流附近；而以西風槽受颱風環流影響為主時，暴雨則主要發生在西風槽底附近。本文通過分析青藏高原東側的西風槽東移過程中受到熱帶風暴“米克拉”倒槽影響，引起遠離颱風暴雨的颱風倒槽暴雨，以及暴雨區物理量場的變化，探討颱風倒槽與西風槽相結合處以強降水為主的強對流天氣發生髮展的環境條件，加深對颱風倒槽暴雨的認識。

環流形勢演變和熱帶風暴東折

9月25日受西風槽東移影響，副熱帶高壓分裂成兩環，西環位於中南半島，這一環副熱帶高壓很深厚，在200hPa的天氣圖上是一個閉合高壓環流，呈橢圓狀，南北走向；東環位於西太平洋及華南沿岸，呈帶狀，東西走向，脊線位於206N附近。25日08:00在兩環高壓之間的低壓區形成的熱帶風暴“米克拉”，由於西環副熱帶高壓東側偏北下沉氣流的阻擋，只能在東環熱帶高壓西南側的東南氣流引導下穩定向NNW方向移動。26日西環副熱帶高壓穩定少動，東環副熱帶高壓中心位於南海中部，強度略有加強，西側的偏南氣流也相應增強，使得“米克拉”在東環副熱帶高壓西側的偏南氣流引導下。加速向偏北方向移動，27日14:00在廣西南部沿海再次登入。於是，在北部灣到粵西之間形成了明顯的颱風倒槽(圖1)。與此同時，青藏高原的西風槽東移，槽後的冷空氣流入倒槽區內，而槽前的西南氣流也獲得了加強，該槽前的西南氣流則自南海上空攜帶大量的暖濕空氣北上。26日地面圖上，弱冷高壓脊位於華東，東高西低，弱冷空氣從東路向廣東滲入；而850hPa華南沿岸吹南到東南風。這樣，在珠江三角洲地區形成了上暖濕下濕冷的深厚濕層，為暴雨區積累了大量的水汽。27日西環副熱帶高壓脊線略南壓，這樣西風帶也跟著南壓，“米克拉”在廣西南部沿海登入後，接近了西風帶。受到西風帶偏西氣流的引導，再次登入後從原來的NNW移動方向轉向ESE方向移動，由於冷空氣入侵，強度亦開始減弱，移人廉江前減弱為熱低壓。隨著“米克拉”北上並且向東擴展，增強了其與東環副熱帶高壓之間的氣壓梯度力，沿海上空的西南氣流隨之得到增強，27日08:00低層850hPa西南急流迅速建立，高原東側的西風槽也進一步東移(圖1)，槽後的冷空氣不斷地流人珠江三角洲地區，27日20:00左右，颱風倒槽與西風槽在佛山、廣州附近交匯，引起了遠離颱風暴雨的颱風倒槽暴雨，倒槽暴雨在倒槽與西風槽相結合處。從下午的衛星雲圖上也看到，颱風暴雨位於颱風所在位置附近，即海南島、廣西南部沿海及廣東的粵西地區，而遠離颱風暴雨的佛山、廣州附近有中尺度對流雲團生成、發展。中南半島副熱帶高壓東部的偏北氣流和太平洋副熱帶高壓西側的偏南氣流不利於位於兩環高壓之間氣旋性環流的減弱，因此熱帶風暴“米克拉”從生成直到最後移入廉江之前強度基本維持不變。對流層下部颱風倒槽前西南氣流的增強及西風槽後冷空氣的入侵是造成颱風倒槽強降水的重要原因之一。

圖1 9月27日08:00500hPa形勢及“米克拉”移動路徑疊加圖

研究結論

(1)研究分析的個例是一次颱風倒槽暴雨。由於颱風倒槽前西南氣流急增及西風槽東移，高空槽後的冷空氣對低層高溫、高濕的西南氣流強迫抬升，造成不穩定區強對流天氣的發生、發展，暴雨就發生在颱風倒槽與西風槽相結合，氣層由穩定層結轉變為不穩定層結，不穩定能量急增，斜壓性最強的地方。

(2)深厚濕層源源不斷的水汽輸送是強降水為主的強對流天氣的必要條件。

(3)局地性的強對流天氣必須依靠較短時間間隔的雲圖和雷達才能捕捉到；風廓線儀密集的探空資料有助於對強對流天氣監測；地面風速的峰值較雨峰提前出現，對暴雨預警訊號的發布有一定的參考價值。

東西向海岸線對局地性降水的作用

夏季的突發性降水在華南沿岸出現的幾率很高（約占夏季降水的70%左右），而且這種天氣對人民的生活影響很大。實際預報工作經驗表明，天氣尺度系統影響下的突發性降水過程預報準確率較高，而中小尺度天氣系統造成的局地降水過程則較難做出準確的預報。在廣東省西部電白—陽江的沿岸在後半夜至早晨經常產生一種突發性降水，當地的人民民眾稱這種降水為“過雲雨”。這種降水過程的最大特點是時間短，一般不超過2小時，甚至只有幾分鐘，同時降水的範圍只有十幾公里，有些只有幾公里，雨量只有幾至十幾毫米。

選取個例

研究隨機選取了1991年7、8月間的4次個例（如表1）進行下半夜局地性降水分析。

表1 4次過程各觀測點降水量（單位：mm）

從表1可見，這4次過程的降水均發生在02—08時（北京時，下同）。經分析，認為這種降水過程是在一定的大尺度環境場的制約下，由中、小尺度系統造成的，並與沿海的局地環流有一定的聯繫。

大尺度風場、氣壓場特徵

以上述4次過程當日02時華南沿海的常規地面資料作為大尺度盛行風和氣壓形勢（如圖2）進行分析發現，第一個特徵是大尺度氣壓場較弱，在105—120°之間的等壓線（間隔為2.5hPa）最多的僅3根；第二個特徵是盛行風較小（4—8m·s^-1），且無明顯輻合區。圖中華南西部沿海地區的流線兩次是氣旋彎曲，另外兩次則是反氣旋彎曲。氣流的來向均為南至東南。同時，陽江站850、700、500hPa的高空風也是南至東南風。因此，大尺度弱氣壓場使梯度風較小，海陸風局地環流對形成局地對流天氣的產生提供較厚層次的水汽輸送。另一方面，由於與海風同向，致使海風鋒在沿海活動，不至於遠離陸地。

圖2 4次過程中大尺度流場（實線）、氣壓場（虛線）

海陸局地環流的影響

分析4次降水過程中14時至次日08時每3小時一次平均地面溫度變化。以北部的曙光農場（距海岸線約為30km）來代表沿海。14時陸地上的氣溫高于海面，以後陸地上的降溫幅度高於沿海，20時後海上的氣溫逐漸高於陸地，02—08時溫差最大。

圖3 4次過程海陸風向變化

圖3是對應上述4次過程相隔6小時一次地面風場的情況。14時的地面均為一致的南至東南風，風速約為4m·s^-1，20時陸地風速已減小，有的靜止，有的風向轉變為東北；02時以後，海岸線的風向逆轉為偏北。

溫度、氣壓、風場的分析說明20時以後海上氣溫高於大陸，空氣具有上升運動，同時在向岸的地形抬升作用下，有利於對流雲的形成。

海陸風轉換和風切變的觸發作用

東西向海岸線造成海、陸風環流的日變化轉換過程中（圖4），從20時起，4次過程的地面風場均形成不連續線，以02—08時最明顯。

圖4 一次過程溫度場分布

從圖4中的早晨情況（圖3中已顯示風場有一條切變線）可以看出，溫度分布南高北低，等溫線和等θ_se線梯度較大，沿海存在著一條明顯的海風鋒。分析認為，這是由於20時後，陸地降溫，海風環流減弱，下半夜至早晨的溫度梯度方向發生了轉換，沿海一帶轉為陸風環流控制。有利於陸地上的乾冷空氣，契入到暖濕空氣之下，抬升了暖濕空氣，在沿海一帶形成局地性降水（如圖5）。

圖5 海風鋒形成的解釋圖

分析中還發現，在沿海海陸風環流及其轉換過程中，對對流層低層的大氣濕度也有一定的影響。如陽江850hPa 08時的溫度露點差均小於前12小時（即當日20時），因此有利於形成對流性天氣的產生（如表2）。

地形和潮汐的作用

電白、陽江北面的雲霧大山，主體峰為1704m，水豐農場附近的鵝鳳峰高達1337m。這些地區溫度日變化大，相應的溫度梯度也大，也是海陸風環流轉換最不連續的地區，海風鋒所經的地區可造成局地陣雨天氣。

表2 過程前後850hPa露點差變化（ 單位：℃）

文獻表明，華南沿海局地性降水的積雲都是從海上移來，能否移上陸地，能否下雨？與後半夜是否海上漲潮有較大的關係。據國外的觀測結果，在大潮期海灘上的核濃度比非漲潮期的核濃度要增加了20倍。因此，在漲潮期，由於核濃度的增大，相應較大的吸濕性核也增多，而吸濕性核對在濕空氣中產生降水是很重要的。根據大氣物理學原理，因此在漲潮時，在一定的濕度條件下，使大量凝結核參與凝結、並在局地環流的影響下形成降水。從觀測過程的結果也表明，此4次降水過程都是02時前後有一次海上漲潮的高潮期（如圖6）。

圖6降水開始前後潮汐曲線圖

研究結論

夏季，陽江—電白之間沿岸近似東西向的海岸線附近後半夜局地性降水是由一種中尺度環流系統造成的。當華南沿海氣壓梯度弱時，梯度風相應較小（4—8m·s^-1，南至東南風），易形成海陸風環流，在海風與陸風環流轉換過程中，在海風鋒的鋒際及鋒後易產生局地性降水。在後半夜潮汐有高潮時，造成海氣邊界層湍流交換強烈，也是有利於局地陣雨產生的另一主要條件。由於本文的個例是隨機選取的，未作相反情況的個例進行對比分析，同時也未作大量的普查分析。因此，文中所提出的結論只能作為分析預報的參考。