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摘 要：利用常规气象观测、地面自动站和再分析等资料，分析了江苏南通2020年8月28日夜间到29日早晨特大暴雨降水过程。结果表明：200百帕南通上空附近的辐散为暴雨的出现提供抽吸条件，500百帕鞍型场为此次大暴雨的发生提供了稳定的形势背景场，底层东部沿海切变线维持，南通位于低压倒槽顶部，为降水的发生提供了天气尺度的抬升条件，海洋的水汽输入供应了充足的水汽。强降水发生前，70mm以上大气可降水量中心与强降水落区较一致，且超前于降水峰值约8个小时。强降水阶段，地面中尺度低压北抬发展，降水落区对应低压第一象限;风廓线雷达底层暖湿东南风增强，对临近短时强降水预报有较大参考价值。
关键词：鞍型场;特大暴雨;中尺度环境
中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）16-0179-06
Analysis on the Process of a Local Heavy Rainstorm in Nantong under the Background of a Saddle Field
MEI Yiqing et al.
（Nantong Meteorological Bureau， Nantong 226018， China）
Abstract： Based on the conventional meteorological observation data， automatic ground station data and reanalysis data， the local heavy rainstorm precipitation process from the night of August 28 to the morning of August 29， 2020 in Nantong， Jiangsu Province is analyzed. Results show that the 200hPa divergence near Nantong above provide suction conditions for the emergence of the heavy rain， 500hPa saddle for the occurrence of the torrential rain provides a stable background field situation， the eastern coastal shear line， Nantong is located in the lower over top of the tank， the uplifting of the for the occurrence of precipitation weather scale conditions， ocean water vapor supply enough water vapor. Before the occurrence of heavy precipitation， the atmospheric precipitable water center above 70mm was consistent with the heavy precipitation area， and was about 8 hours ahead of the precipitation peak. During the heavy precipitation stage， the surface mesoscale low pressure develops northward， and the precipitation area corresponds to the first quadrant of the low pressure. The warm wet southeast wind at the bottom of the wind profile radar is strengthened， which is of great reference significance to the prediction of short-term heavy precipitation in the near future.
Key words： Saddle field; Heavy rainstorm; Mesoscale environment
2020年8月28—29日江蘇省南通市中南部出现强降水过程，48小时累积雨量：暴雨到大暴雨，局地特大暴雨（图1）;通州站过程总降水量为300.8mm（特大暴雨），8月29日凌晨（4：00—9：00）连续6个时次高效率降水（大于20mm/h）使得通州城区发生了严重的内涝，损失严重。暴雨的研究和预报是我国气象工作者的主攻对象之一[1]。暴雨主要由中尺度系统造成，但中小尺度系统是在天气尺度系统作用下生成和发展的。韩珏清等人[2]对比分析了江苏盛夏2次局地特大暴雨过程，发现副热带高压、东北低涡（西北带冷涡）、大陆高压、热带系统构成典型的鞍型场，为暴雨的发生建立有利的天气形势[3-4]，其中热带系统对于鞍型场的构成和发生具有重要作用[5-6]。
此次暴雨过程局地性和突发性强、降水强度大，各家数值预报均没有预报成功，因此有必要对其天气背景、物理量场和中尺度系统特征作深入研究。本研究使用的资料主要有：常规地面和高空气象观测资料、地面区域自动站资料，间隔6min的南通双偏振天气雷达及风廓线雷达资料，逐时GPS-PWV资料，NCEP/FNL逐6小时再分析资料（分辨率1°×1°）以及ERA5逐小时再分析资料（分辨率0.25°×0.25°）。
1 强降水阶段特征 1.1 降水实况 此次过程开始于28日白天，12小时中南部累积降水量为大到暴雨;最强降水时段出现在28日20时至29日08时之间，强降水落区呈现出块状分布，集中位于市区、通州和海门3地，落区北部的降水量梯度明显。29日白天降水系统北移，大雨和暴雨的落区主要在如东和如皋等地，29日夜间降水已经停止（图2）。
1.2 雷达拼图和卫星云图特征 图3为江苏一体化平台0.5°雷达反射率因子拼图，29日0时开始，苏州、上海一带有分散性回波向北移动;02时以后北推的降水回波在南通市沿江地区地区加强，出现45dBZ以上的反射率因子;04时之后，45dBZ以上强回波稳定维持，与强降水落区一致;此外06时后带状回波自南向北移动，45dBZ以上的强回波发展不断经过降水中心，使得海门、南通，通州局地累计降水猛增。
日本葵花卫星红外云图发现（图4），2：30—4：30本地有对流云团局地发展，-60℃以下云顶温度范围和强降水区域相对应，最强盛阶段对流中心云顶温度接近-80℃，对流云团南侧的亮温梯度维持，强烈的上升运动增强了局地降水效率。5：30之后南通市上空对流云团逐渐减弱，同时上游苏州上海等地对流发展并向北扩展，使得强降水的区域的雨量得到了累加。
2 天气背景和探空条件
28日20时200hPa上在我国中部有一个深槽（直至华南），南北径向度较大，南通市处于槽前西南气流中，500hPa的槽发展为华北至黄淮的低槽和华南的低值系统，它们和海上的副高以及大陆上的高压形成鞍型场，为暴雨的发生提供了稳定的形势背景场。28日夜间至29日清晨，南通市处于处于副高边缘的偏南气流中，引导气流不强，降水系统移动缓慢，有利于局地降水累积增大，此外夜间588线有所西进，使得南通市对流条件改善，有利于强天气的发生。700hPa，江苏南部、浙江和福建一带有南北走向的切变线，850hPa和925hPa切变线维持，并有低值系统生成北上，南通市位于低压倒槽顶部，有东南风和东北风在我市上空附近辐合（图5）。
28日20时（图6左）宝山站对流凝结高度CCL（997m）、抬升凝结高度TCL（997.6m），自由对流高度LFC（993m），均低于1000m，有利于对流触发。湿层深厚，K指数达到36.6度，强对流类型倾向于短时强降水。Cape（535.9J/kg）适当，能够保持较高降水效率，随着588的西伸，29日08时（图6右）东部沿海的cape增大至1736.1，对流条件转好有利于降水过程的维持。
3 物理量场诊断
3.1 高空抽吸条件 高空急流对暴雨的贡献主要是辐散作用，研究表明，高空急流的右后方辐散和低空急流的左前方的辐合有利于对流的发生和发展，200hPa槽前的气流并未达到高空急流标准（30m/s），但南通市确实处于大风区右后方。利用ERA逐小时再分析资料，发现在强降水发生前，200hPa南通市上空附近有辐散中心（图7），其抽吸作用有利于底层辐合上升运动加强，对暴雨的落区有较好的指示意义。
3.2 水汽条件 水汽通量是描述水汽输送强度和方向的物理量，表示在单位时间内流经与风的垂直时间相垂直的单位面积上的水汽量。700hPa上（图8），28日17时东部沿海有较大范围的水汽通量自南向北输送，20时之后，水汽通量分为2支，一支转向东北远离大陆，另一支在近岸一侧的浙江宁波转向西北，向岸向北推进，在29日08时之前，南通市始终处于水汽通量大值区的顶点北侧附近，对应了最强降水时段，说明来自海洋的水汽输入为暴雨的发生提供了良好的水汽条件。
4 中尺度特征
暴雨通常是在有利的环流背景下，由中尺度对流系统造成的。利用地面自动站资料、GPS-PWV、风廓线雷达等资料分析8月29日强降水发生前后中尺度系统及环境气象要素的演变特征。
4.1 地面中尺度系统 图9是地面自动站风场和降水的逐小时演变，29日02时地面上风场上在苏州境内有低压系统生成，在低压中心附近有1个短时强降水点出现;03时开始随着低压中心北抬至长江南岸，东北象限附近南通的开发区、海门多站点短强出现;04时低压后部偏北气流增强，低压得到发展，低压第一（东北）象限中，在市区、通州、海门沿江一带东北风和偏东风的辐合增强，降水效率增强;05时和06时，低压的稳定维持使得强降水区少动，07时，降水的强度和范围有所下降。可以初步判断，地面低压生成对强降水一定有指示意义，低压东北象限对应降水落区，低压的发展和稳定维持是强降水出现的原因之一。华东10分钟风速流线和散度图（略）也可以清楚得反映出辐合线从苏州北抬至南通市沿江一带，使得对流得以触发，此外地面辐合线持续超过了3个多h，有助于对流系统组织发展和维持。
4.2 GPS-PWV演变 在强降水发生前，南通市沿江地区至崇明岛西部有超过70mm的大气可降水量中心，与强降水位置十分相近。以南通市沿江定点（120.890°E，31.953°N）PWV和通州站逐小时降水做对比（图10），发现PWV的峰值超前于小时雨强峰值约8h，随着降水北推增强开始，PWV逐渐下降但仍然维持在70～65mm之间，说明丰富而持续的水汽供应为强降水发生提供了良好条件。
4.3 风廓线雷达特征 风廓线雷达能够反应强降水发生前后中尺度环境风场，尽管在强降水条件下风廓线雷达水平风观测结果的误差相对晴空要大，但仍具有较高的可信度。图11中29日00时开始上游太仓站2000m以下的偏南急流加强，29日02：00开始，南通底层由偏弱的风场环境转为10m/s的东南风，动力条件转好，此外在04：30—06：00时段，南通站1000m以下的风随高度顺时针旋转（东到东南风转为偏南风），暖平流输送使得不稳定增长，为对流的强烈发展提供了条件。
5 結论
（1）200hPa上空附近的辐散为暴雨的出现提供抽吸条件，500hPa鞍型场为此次大暴雨的发生提供了稳定的形势背景场。副高边缘偏弱的引导气流，使得降水系统移动缓慢，有利于局地降水累积增大。底层东部沿海切变线维持，并有低值系统生成北上，南通市位于低压倒槽顶部，为降水的发生提供了天气尺度的抬升条件。29日夜间700hPa水汽通量输送为强降水的发生提供了充足的水汽供应。
（2）深厚的湿层、较大的K指数、适当的cape值为强降水的发生提供了良好的不稳定条件和水汽条件;在降水发生前，市区、通州、海门沿江一带东北风和偏东风的辐合明显，地面低值系统使得对流得以触发，强降水落区对应地面中尺度低压第一象限。
（3）综合分析地面自动站、风廓线雷达以及GPS-PWV等高分辨率探测资料的演变特征，能够较好的判断对流风暴发展（减弱）的中尺度环境，是临近预报短时强降水落区和强度的有效手段。
参考文献
[1]丁一汇.2019.中国暴雨理论的发展历程与重要进展[J].暴雨灾害，38（5）：395-406
[2]韩珏清，陈飞，沈建.江苏盛夏两次局地特大暴雨过程对比分析.气象科学，2011，31（增刊）：110-119.
[3]姜永强，王元.地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响.高原气象，2010，29（2）：297-308.
[4]陈栋，李跃清，黄荣辉.在“鞍”型大尺度环流背景下西南低涡发展的物理过程分析及其对川东暴雨发生的作用.大气科学，2007，31（2）：185-201.
[5]李江南，王安宁，杨兆礼，等.台风暴雨的研究进展.热带气象学报，2003，19（增刊）：152-159.
[6]丛春华，陈联寿，雷小途，等.台风远距离暴雨的研究进展.热带气象学报，2011，27（2）：264-270.
（责编：王慧晴）
关键词：鞍型场;特大暴雨;中尺度环境
中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）16-0179-06
Analysis on the Process of a Local Heavy Rainstorm in Nantong under the Background of a Saddle Field
MEI Yiqing et al.
（Nantong Meteorological Bureau， Nantong 226018， China）
Abstract： Based on the conventional meteorological observation data， automatic ground station data and reanalysis data， the local heavy rainstorm precipitation process from the night of August 28 to the morning of August 29， 2020 in Nantong， Jiangsu Province is analyzed. Results show that the 200hPa divergence near Nantong above provide suction conditions for the emergence of the heavy rain， 500hPa saddle for the occurrence of the torrential rain provides a stable background field situation， the eastern coastal shear line， Nantong is located in the lower over top of the tank， the uplifting of the for the occurrence of precipitation weather scale conditions， ocean water vapor supply enough water vapor. Before the occurrence of heavy precipitation， the atmospheric precipitable water center above 70mm was consistent with the heavy precipitation area， and was about 8 hours ahead of the precipitation peak. During the heavy precipitation stage， the surface mesoscale low pressure develops northward， and the precipitation area corresponds to the first quadrant of the low pressure. The warm wet southeast wind at the bottom of the wind profile radar is strengthened， which is of great reference significance to the prediction of short-term heavy precipitation in the near future.
Key words： Saddle field; Heavy rainstorm; Mesoscale environment
2020年8月28—29日江蘇省南通市中南部出现强降水过程，48小时累积雨量：暴雨到大暴雨，局地特大暴雨（图1）;通州站过程总降水量为300.8mm（特大暴雨），8月29日凌晨（4：00—9：00）连续6个时次高效率降水（大于20mm/h）使得通州城区发生了严重的内涝，损失严重。暴雨的研究和预报是我国气象工作者的主攻对象之一[1]。暴雨主要由中尺度系统造成，但中小尺度系统是在天气尺度系统作用下生成和发展的。韩珏清等人[2]对比分析了江苏盛夏2次局地特大暴雨过程，发现副热带高压、东北低涡（西北带冷涡）、大陆高压、热带系统构成典型的鞍型场，为暴雨的发生建立有利的天气形势[3-4]，其中热带系统对于鞍型场的构成和发生具有重要作用[5-6]。
此次暴雨过程局地性和突发性强、降水强度大，各家数值预报均没有预报成功，因此有必要对其天气背景、物理量场和中尺度系统特征作深入研究。本研究使用的资料主要有：常规地面和高空气象观测资料、地面区域自动站资料，间隔6min的南通双偏振天气雷达及风廓线雷达资料，逐时GPS-PWV资料，NCEP/FNL逐6小时再分析资料（分辨率1°×1°）以及ERA5逐小时再分析资料（分辨率0.25°×0.25°）。
1 强降水阶段特征 1.1 降水实况 此次过程开始于28日白天，12小时中南部累积降水量为大到暴雨;最强降水时段出现在28日20时至29日08时之间，强降水落区呈现出块状分布，集中位于市区、通州和海门3地，落区北部的降水量梯度明显。29日白天降水系统北移，大雨和暴雨的落区主要在如东和如皋等地，29日夜间降水已经停止（图2）。
1.2 雷达拼图和卫星云图特征 图3为江苏一体化平台0.5°雷达反射率因子拼图，29日0时开始，苏州、上海一带有分散性回波向北移动;02时以后北推的降水回波在南通市沿江地区地区加强，出现45dBZ以上的反射率因子;04时之后，45dBZ以上强回波稳定维持，与强降水落区一致;此外06时后带状回波自南向北移动，45dBZ以上的强回波发展不断经过降水中心，使得海门、南通，通州局地累计降水猛增。
日本葵花卫星红外云图发现（图4），2：30—4：30本地有对流云团局地发展，-60℃以下云顶温度范围和强降水区域相对应，最强盛阶段对流中心云顶温度接近-80℃，对流云团南侧的亮温梯度维持，强烈的上升运动增强了局地降水效率。5：30之后南通市上空对流云团逐渐减弱，同时上游苏州上海等地对流发展并向北扩展，使得强降水的区域的雨量得到了累加。
2 天气背景和探空条件
28日20时200hPa上在我国中部有一个深槽（直至华南），南北径向度较大，南通市处于槽前西南气流中，500hPa的槽发展为华北至黄淮的低槽和华南的低值系统，它们和海上的副高以及大陆上的高压形成鞍型场，为暴雨的发生提供了稳定的形势背景场。28日夜间至29日清晨，南通市处于处于副高边缘的偏南气流中，引导气流不强，降水系统移动缓慢，有利于局地降水累积增大，此外夜间588线有所西进，使得南通市对流条件改善，有利于强天气的发生。700hPa，江苏南部、浙江和福建一带有南北走向的切变线，850hPa和925hPa切变线维持，并有低值系统生成北上，南通市位于低压倒槽顶部，有东南风和东北风在我市上空附近辐合（图5）。
28日20时（图6左）宝山站对流凝结高度CCL（997m）、抬升凝结高度TCL（997.6m），自由对流高度LFC（993m），均低于1000m，有利于对流触发。湿层深厚，K指数达到36.6度，强对流类型倾向于短时强降水。Cape（535.9J/kg）适当，能够保持较高降水效率，随着588的西伸，29日08时（图6右）东部沿海的cape增大至1736.1，对流条件转好有利于降水过程的维持。
3 物理量场诊断
3.1 高空抽吸条件 高空急流对暴雨的贡献主要是辐散作用，研究表明，高空急流的右后方辐散和低空急流的左前方的辐合有利于对流的发生和发展，200hPa槽前的气流并未达到高空急流标准（30m/s），但南通市确实处于大风区右后方。利用ERA逐小时再分析资料，发现在强降水发生前，200hPa南通市上空附近有辐散中心（图7），其抽吸作用有利于底层辐合上升运动加强，对暴雨的落区有较好的指示意义。
3.2 水汽条件 水汽通量是描述水汽输送强度和方向的物理量，表示在单位时间内流经与风的垂直时间相垂直的单位面积上的水汽量。700hPa上（图8），28日17时东部沿海有较大范围的水汽通量自南向北输送，20时之后，水汽通量分为2支，一支转向东北远离大陆，另一支在近岸一侧的浙江宁波转向西北，向岸向北推进，在29日08时之前，南通市始终处于水汽通量大值区的顶点北侧附近，对应了最强降水时段，说明来自海洋的水汽输入为暴雨的发生提供了良好的水汽条件。
4 中尺度特征
暴雨通常是在有利的环流背景下，由中尺度对流系统造成的。利用地面自动站资料、GPS-PWV、风廓线雷达等资料分析8月29日强降水发生前后中尺度系统及环境气象要素的演变特征。
4.1 地面中尺度系统 图9是地面自动站风场和降水的逐小时演变，29日02时地面上风场上在苏州境内有低压系统生成，在低压中心附近有1个短时强降水点出现;03时开始随着低压中心北抬至长江南岸，东北象限附近南通的开发区、海门多站点短强出现;04时低压后部偏北气流增强，低压得到发展，低压第一（东北）象限中，在市区、通州、海门沿江一带东北风和偏东风的辐合增强，降水效率增强;05时和06时，低压的稳定维持使得强降水区少动，07时，降水的强度和范围有所下降。可以初步判断，地面低压生成对强降水一定有指示意义，低压东北象限对应降水落区，低压的发展和稳定维持是强降水出现的原因之一。华东10分钟风速流线和散度图（略）也可以清楚得反映出辐合线从苏州北抬至南通市沿江一带，使得对流得以触发，此外地面辐合线持续超过了3个多h，有助于对流系统组织发展和维持。
4.2 GPS-PWV演变 在强降水发生前，南通市沿江地区至崇明岛西部有超过70mm的大气可降水量中心，与强降水位置十分相近。以南通市沿江定点（120.890°E，31.953°N）PWV和通州站逐小时降水做对比（图10），发现PWV的峰值超前于小时雨强峰值约8h，随着降水北推增强开始，PWV逐渐下降但仍然维持在70～65mm之间，说明丰富而持续的水汽供应为强降水发生提供了良好条件。
4.3 风廓线雷达特征 风廓线雷达能够反应强降水发生前后中尺度环境风场，尽管在强降水条件下风廓线雷达水平风观测结果的误差相对晴空要大，但仍具有较高的可信度。图11中29日00时开始上游太仓站2000m以下的偏南急流加强，29日02：00开始，南通底层由偏弱的风场环境转为10m/s的东南风，动力条件转好，此外在04：30—06：00时段，南通站1000m以下的风随高度顺时针旋转（东到东南风转为偏南风），暖平流输送使得不稳定增长，为对流的强烈发展提供了条件。
5 結论
（1）200hPa上空附近的辐散为暴雨的出现提供抽吸条件，500hPa鞍型场为此次大暴雨的发生提供了稳定的形势背景场。副高边缘偏弱的引导气流，使得降水系统移动缓慢，有利于局地降水累积增大。底层东部沿海切变线维持，并有低值系统生成北上，南通市位于低压倒槽顶部，为降水的发生提供了天气尺度的抬升条件。29日夜间700hPa水汽通量输送为强降水的发生提供了充足的水汽供应。
（2）深厚的湿层、较大的K指数、适当的cape值为强降水的发生提供了良好的不稳定条件和水汽条件;在降水发生前，市区、通州、海门沿江一带东北风和偏东风的辐合明显，地面低值系统使得对流得以触发，强降水落区对应地面中尺度低压第一象限。
（3）综合分析地面自动站、风廓线雷达以及GPS-PWV等高分辨率探测资料的演变特征，能够较好的判断对流风暴发展（减弱）的中尺度环境，是临近预报短时强降水落区和强度的有效手段。
参考文献
[1]丁一汇.2019.中国暴雨理论的发展历程与重要进展[J].暴雨灾害，38（5）：395-406
[2]韩珏清，陈飞，沈建.江苏盛夏两次局地特大暴雨过程对比分析.气象科学，2011，31（增刊）：110-119.
[3]姜永强，王元.地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响.高原气象，2010，29（2）：297-308.
[4]陈栋，李跃清，黄荣辉.在“鞍”型大尺度环流背景下西南低涡发展的物理过程分析及其对川东暴雨发生的作用.大气科学，2007，31（2）：185-201.
[5]李江南，王安宁，杨兆礼，等.台风暴雨的研究进展.热带气象学报，2003，19（增刊）：152-159.
[6]丛春华，陈联寿，雷小途，等.台风远距离暴雨的研究进展.热带气象学报，2011，27（2）：264-270.
（责编：王慧晴）