干旱气象 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (4): 647-658.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2026-04-0647
福建一次暖区暴雨水汽输送与云微物理过程数值模拟
阴蜀城1,2(
), 刘婧茹1,2, 裴昌春1,2(), 林子伦2, 程思2, 蒋悦2
- 1
福建省灾害天气重点实验室 福建 福州 350000
2福建省泉州市气象局 福建 泉州 362000
-
收稿日期:2025-11-26修回日期:2026-04-14出版日期:2026-08-30发布日期:2026-09-16 -
通讯作者:裴昌春（1991—），男，安徽马鞍山人，硕士，工程师，主要从事中小尺度对流研究。E-mail： 572913382@qq.com。
-
作者简介:阴蜀城（1993—），男，新疆石河子人，硕士，工程师，主要从事数值模拟研究。E-mail： yinsc802@163.com。 -
基金资助:福建省自然科学基金项目(2023J011331);福建省自然科学基金项目(2024J011138);福建省自然科学基金项目(2024J011140);泉州市科技计划项目(2024NS002);泉州市科技计划项目(2025QZN06);厦门市科技局社会发展领域指导性科技项目(3502Z20244ZD4005)
Numerical simulation of water vapor transport and cloud microphysical processes in a warm-sector heavy rainfall event over Fujian Province
YIN Shucheng1,2(), LIU Jingru1,2, PEI Changchun1,2(), LIN Zilun2, CHENG Si2, JIANG Yue2
- 1
Fujian Key Laboratory of Severe Weather Fuzhou 350000， China
2Quanzhou Meteorological Bureau of Fujian Province Quanzhou 362000， Fujian， China
-
Received:2025-11-26Revised:2026-04-14Online:2026-08-30Published:2026-09-16
摘要：
为揭示福建暖区暴雨的发生机理，提升区域暴雨预报能力，利用WRF V4.0模式与拉格朗日混合单粒子轨道模型（Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model，HYSPLIT），对2019年5月16日福建三明市暖区暴雨过程开展模拟分析，研究其环流背景、水汽输送规律和云微物理特征。结果表明：（1）此次暖区暴雨发生在高层辐散、低层急流辐合的有利环流配置下，中尺度对流单体“列车效应”是造成极端降水的直接成因，WRF模式较好模拟了本次暴雨过程。（2）南边界为主要水汽输入通道，850 hPa与925 hPa为关键输送层，持续的水汽补给为“列车效应”的维持提供条件。（3）基于Lin参数化方案分类的云内水凝物呈现显著垂直分层结构，模拟显示水汽与霰粒子是降水发展的关键，降水呈夜间增强、清晨达峰值的变化特征。（4）霰碰并过冷水迅速增长，其融化是产生降水的重要启动机制，而云雨碰并过程则主导雨水的持续增长，冰相微物理过程在本次模拟的暖区暴雨中扮演了关键角色。
中图分类号:
引用本文
阴蜀城, 刘婧茹, 裴昌春, 林子伦, 程思, 蒋悦. 福建一次暖区暴雨水汽输送与云微物理过程数值模拟[J]. 干旱气象, 2026, 44(4): 647-658.
YIN Shucheng, LIU Jingru, PEI Changchun, LIN Zilun, CHENG Si, JIANG Yue. Numerical simulation of water vapor transport and cloud microphysical processes in a warm-sector heavy rainfall event over Fujian Province[J]. Journal of Arid Meteorology, 2026, 44(4): 647-658.
图1 WRF V4.0模式三重嵌套模拟区域及地形高度（填色，单位：m）
Fig.1 Triple-nested simulation domains of the WRF V4.0 model and terrain height （the color shaded， Unit： m）
图1 WRF V4.0模式三重嵌套模拟区域及地形高度（填色，单位：m）
Fig.1 Triple-nested simulation domains of the WRF V4.0 model and terrain height （the color shaded， Unit： m）
图2 2019年5月15日20：00 200 hPa位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，单位：m·s-1）和散度（填色，单位：10-4·s-1）（a），500 hPa（b）和700 hPa（c）位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，填色为急流区，单位：m·s-1），850 hPa位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，单位：m·s-1）和水汽通量（填色，单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（d）
Fig.2 Synoptic-scale background patterns at 20:00 on 15 May 2019: 200 hPa geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), wind field (wind vectors, Unit: m·s-1), and divergence (the color shaded, Unit: 10-4·s-1) (a); 500 hPa (b) and 700 hPa (c) geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), and wind field (wind vectors, the shading indicates jet stream regions, Unit: m·s-1); 850 hPa geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), wind field (wind vectors, Unit: m·s-1), and water vapor flux (the color shaded, Unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) (d)
图2 2019年5月15日20：00 200 hPa位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，单位：m·s-1）和散度（填色，单位：10-4·s-1）（a），500 hPa（b）和700 hPa（c）位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，填色为急流区，单位：m·s-1），850 hPa位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：℃）、风场（风矢，单位：m·s-1）和水汽通量（填色，单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（d）
Fig.2 Synoptic-scale background patterns at 20:00 on 15 May 2019: 200 hPa geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), wind field (wind vectors, Unit: m·s-1), and divergence (the color shaded, Unit: 10-4·s-1) (a); 500 hPa (b) and 700 hPa (c) geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), and wind field (wind vectors, the shading indicates jet stream regions, Unit: m·s-1); 850 hPa geopotential height (blue solid lines, Unit: dagpm), temperature (red dashed lines, Unit: ℃), wind field (wind vectors, Unit: m·s-1), and water vapor flux (the color shaded, Unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) (d)
图3 2019年5月16日00：00—12：00三明国家站TBB、雷达反射率和地面雨强的逐时变化
Fig.3 Hourly changes of TBB， radar reflectivity， and surface rainfall intensity at Sanming National Station from 00：00 to 12：00 on 16 May 2019
图3 2019年5月16日00：00—12：00三明国家站TBB、雷达反射率和地面雨强的逐时变化
Fig.3 Hourly changes of TBB， radar reflectivity， and surface rainfall intensity at Sanming National Station from 00：00 to 12：00 on 16 May 2019
图4 2019年5月15日20:00—16日20:00 24 h累计降水实况(a)和WRF D03模拟降水(b)的空间分布（单位：mm） （黑色矩形框为强降水区域）
Fig. 4 Spatial distributions of 24 h accumulated precipitation observations (a) and WRF D03 simulation (b) from 20:00 on 15 to 20:00 on 16 May 2019 (Unit: mm) (The black rectangle indicates the heavy rainfall area)
图4 2019年5月15日20:00—16日20:00 24 h累计降水实况(a)和WRF D03模拟降水(b)的空间分布（单位：mm） （黑色矩形框为强降水区域）
Fig. 4 Spatial distributions of 24 h accumulated precipitation observations (a) and WRF D03 simulation (b) from 20:00 on 15 to 20:00 on 16 May 2019 (Unit: mm) (The black rectangle indicates the heavy rainfall area)
图5 2019年5月15日20：00—16日20：00观测与模拟强降水区域平均降水量时序变化
Fig.5 Time series variations of observed and simulated area-averaged hourly precipitation over the heavy rainfall region from 20：00 on 15 to 20：00 on 16 May 2019
图5 2019年5月15日20：00—16日20：00观测与模拟强降水区域平均降水量时序变化
Fig.5 Time series variations of observed and simulated area-averaged hourly precipitation over the heavy rainfall region from 20：00 on 15 to 20：00 on 16 May 2019
表1 D03区域各边界水汽收支情况
Tab.1 Water vapor budget at the boundaries of the D03 region
| 时间 | 东边界 | 南边界 | 西边界 | 北边界 | 经向输送 | 纬向输送 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5月15日14：00 | -9.88 | 12.72 | 18.08 | -11.57 | 1.15 | 8.20 |
| 5月15日20：00 | -3.38 | 10.47 | 15.01 | -6.18 | 4.29 | 11.63 |
| 5月16日02：00 | -5.84 | 16.14 | 14.80 | -2.67 | 13.47 | 8.96 |
| 5月16日08：00 | -7.96 | 15.25 | 16.66 | -2.47 | 12.78 | 8.70 |
表1 D03区域各边界水汽收支情况
Tab.1 Water vapor budget at the boundaries of the D03 region
| 时间 | 东边界 | 南边界 | 西边界 | 北边界 | 经向输送 | 纬向输送 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5月15日14：00 | -9.88 | 12.72 | 18.08 | -11.57 | 1.15 | 8.20 |
| 5月15日20：00 | -3.38 | 10.47 | 15.01 | -6.18 | 4.29 | 11.63 |
| 5月16日02：00 | -5.84 | 16.14 | 14.80 | -2.67 | 13.47 | 8.96 |
| 5月16日08：00 | -7.96 | 15.25 | 16.66 | -2.47 | 12.78 | 8.70 |
图6 2019年5月16日00:00三明国家站水汽后向轨迹（a）和比湿时间变化（b）
Fig. 6 Backward trajectories of water vapor (a) and time series of specific humidity (b) at Sanming National Station at 00:00 on 16 May 2019
图6 2019年5月16日00:00三明国家站水汽后向轨迹（a）和比湿时间变化（b）
Fig. 6 Backward trajectories of water vapor (a) and time series of specific humidity (b) at Sanming National Station at 00:00 on 16 May 2019
图7 2019年5月15日20:00—16日20:00强降水区域6类水凝物平均混合比时间-高度剖面 （蓝色虚线为强降水区域平均降水）
Fig. 7 Time-height cross sections of area-averaged mixing ratios of six types of hydrometeors over the heavy rainfall region from 20:00 on 15 to 20:00 on 16 May 2019 (blue dashed line denotes area-averaged precipitation over the heavy rainfall region)
图7 2019年5月15日20:00—16日20:00强降水区域6类水凝物平均混合比时间-高度剖面 （蓝色虚线为强降水区域平均降水）
Fig. 7 Time-height cross sections of area-averaged mixing ratios of six types of hydrometeors over the heavy rainfall region from 20:00 on 15 to 20:00 on 16 May 2019 (blue dashed line denotes area-averaged precipitation over the heavy rainfall region)
图8 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域5类水凝物混合比随高度变化
Fig. 8 Vertical profiles of mixing ratios for five hydrometeor species over the heavy rainfall region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019
图8 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域5类水凝物混合比随高度变化
Fig. 8 Vertical profiles of mixing ratios for five hydrometeor species over the heavy rainfall region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019
图9 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域雨水主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PRACW、PGMLT分别为云雨碰并、霰融化；彩色虚线为汇项，其中PIACR、PSACR、PREVP分别为云冰碰并过冷水、雪雨碰并、雨水蒸发；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 9 Vertical profiles of the conversion rates of main source and sink terms for rainwater in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by rain (PRACW) and melting of graupel to form rain (PGMLT); colored dashed lines: sink terms, included accretion of rain by cloud ice (PIACR), accretion of rain by snow (PSACR), and rain evaporation (PREVP); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
图9 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域雨水主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PRACW、PGMLT分别为云雨碰并、霰融化；彩色虚线为汇项，其中PIACR、PSACR、PREVP分别为云冰碰并过冷水、雪雨碰并、雨水蒸发；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 9 Vertical profiles of the conversion rates of main source and sink terms for rainwater in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by rain (PRACW) and melting of graupel to form rain (PGMLT); colored dashed lines: sink terms, included accretion of rain by cloud ice (PIACR), accretion of rain by snow (PSACR), and rain evaporation (PREVP); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
图10 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域雪主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PSACW、PSFI、PIACR、PSACR分别为雨雪聚集、云冰通过贝吉隆过程生成雪、云冰碰并过冷水、雪碰并过冷水；彩色虚线为汇项，其中PGACS、PRACS分别为霰雪碰并、雪雨碰并；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 10 Vertical profiles of the conversion rates of major source and sink terms for snow in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by snow (PSACW), transfer rate of cloud ice to snow through the Bergeron process (PSFI), accretion of rain by cloud ice (PIACR), and accretion of rain by snow (PSACR); colored dashed lines: sink terms, included accretion of snow by graupel (PGACS) and accretion of snow by rain (PRACS); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
图10 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域雪主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PSACW、PSFI、PIACR、PSACR分别为雨雪聚集、云冰通过贝吉隆过程生成雪、云冰碰并过冷水、雪碰并过冷水；彩色虚线为汇项，其中PGACS、PRACS分别为霰雪碰并、雪雨碰并；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 10 Vertical profiles of the conversion rates of major source and sink terms for snow in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by snow (PSACW), transfer rate of cloud ice to snow through the Bergeron process (PSFI), accretion of rain by cloud ice (PIACR), and accretion of rain by snow (PSACR); colored dashed lines: sink terms, included accretion of snow by graupel (PGACS) and accretion of snow by rain (PRACS); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
图11 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域霰主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PGACW、PGACR、PSACR、PIACR分别为霰与云水凇附、霰凇附碰并雨水、雪雨碰并、云冰碰并过冷水；橘色虚线为汇项，PGMLT为霰融化；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 11 Vertical profiles of the conversion rates of major source and sink terms for graupel in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by graupel (PGACW), accretion of rain by graupel (PGACR), accretion of rain by snow (PSACR), and accretion of rain by cloud ice (PIACR); orange dashed lines: sink terms, graupel melting to form rain (PGMLT); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
图11 2019年5月16日00∶00（a）、02∶00（b）、03∶30（c）、06∶30（d）、08∶00（e）强降水区域霰主要源汇项转化率垂直廓线 （彩色实线为源项，其中PGACW、PGACR、PSACR、PIACR分别为霰与云水凇附、霰凇附碰并雨水、雪雨碰并、云冰碰并过冷水；橘色虚线为汇项，PGMLT为霰融化；黑色虚线为0 ℃层高度）
Fig. 11 Vertical profiles of the conversion rates of major source and sink terms for graupel in the heavy precipitation region at 00:00 (a), 02:00 (b), 03:30 (c), 06:30 (d), and 08:00 (e) on 16 May 2019 (colored solid lines: source terms, included accretion of cloud water by graupel (PGACW), accretion of rain by graupel (PGACR), accretion of rain by snow (PSACR), and accretion of rain by cloud ice (PIACR); orange dashed lines: sink terms, graupel melting to form rain (PGMLT); the black dashed line indicates the 0 ℃ level height)
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