该研究由崔梦雪1,2、张晗昀1,3、陈德花1,2、黄昕1,2、苏志重1,2和胡雅君1,4共同完成，团队成员来自厦门市海峡气象开放实验室、厦门市气象台、厦门市海沧区气象局和厦门市翔安区气象局。研究成果发表在《暴雨灾害》（Torrential Rain and Disasters）2024年第43卷第5期，文章DOI号为10.12406/byzh.2023-107。
暖区暴雨（warm-sector torrential rain）是大气科学领域中的重要研究课题，指产生于地面锋线南侧暖区中的暴雨，通常发生在距离锋面系统200-300km或更远的位置。这类暴雨具有突发性强、短时雨强大、预报难度高等特点，常引发严重洪涝灾害，造成重大经济损失。厦门地区地处台湾海峡南部，受季风影响显著，在前汛期（4-6月）频繁出现暖区暴雨，其中80%以上伴有低空急流（low-level jet）活动。由于暖区暴雨的中尺度对流系统（MCS, Mesoscale Convective System）触发机制复杂，数值模式对其预报能力有限，常常出现漏报情况。
2023年4月18日，厦门遭遇入汛以来最强暖区暴雨过程，24小时最大累积降水量达313.2mm，突破同安国家气象站4月历史极值。此次过程具有降水强度大、局地性强、预报难度大等特点，多家全球和区域数值预报模式未能准确预报其强度和范围。因此，研究团队利用多源观测资料对这一典型暖区暴雨事件进行深入分析，旨在提高对暖区暴雨中尺度特征及形成机制的认识，为今后类似天气过程的预报预警提供科学依据。
本研究采用了多元化的观测数据和先进的分析方法，主要包括以下几个研究环节：
数据收集与预处理
研究团队收集了福建省72个国家气象站和2145个区域气象站的降水观测数据，厦门S波段双偏振多普勒天气雷达产品，厦门翔安风廓线雷达数据，以及厦门同安雨滴谱仪观测数据。所有数据均来自国家气象信息中心全国综合气象信息共享平台”天擎”，并经过严格的质量控制。同时使用了欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，其垂直分辨率为27层（1000-100hPa），水平分辨率0.25°×0.25°，时间分辨率1小时。这些高时空分辨率的资料为研究中尺度对流系统的精细结构提供了数据基础。
降水特征分析
研究人员首先对2023年4月17日20:00至18日20:00闽南地区24小时累积降水量的空间分布进行统计分析，绘制降水量和地形叠加图，揭示了降水主要集中在以厦门为中心的闽南沿海一带，呈东北-西南带状分布，具有明显的β中尺度特征。同时对暴雨中心的同安溪林村站和海沧古楼农场站的逐5分钟降水和逐小时降水量变化进行时间序列分析，确定了降水过程的阶段性特征。
环流形势诊断
利用ERA5再分析资料分析了500hPa、850hPa、925hPa和100hPa等标准等压面的环流形势。重点关注了副热带高压（subtropical high）的位置和强度、高低空急流的配置、水汽输送条件等因素。通过计算假相当位温、水汽通量散度等物理量，定量评估了大气不稳定条件和水汽供应状况。
中尺度对流系统（MCS）演变分析
采用多普勒雷达和双偏振雷达数据，结合卫星云图，详细研究了MCS的发生发展过程。根据MCS对降水过程的不同影响，将其演变划分为三个阶段：组织形成阶段（17日22:00-18日04:00）、发展阶段（04:00-09:00）和成熟阶段（09:00-13:00）。特别关注了MCS内部对流单体的合并过程、类超级单体风暴（quasi-supercell storm）的形成机制，以及”列车效应”（train effect）对极端降水的贡献。
双偏振雷达参量分析
利用厦门海沧S波段双偏振雷达的差分反射率因子（ZDR, Differential Reflectivity）、差分传播相移（KDP, Specific Differential Phase）和相关系数（CC, Correlation Coefficient）等偏振参量，研究了类超级单体风暴的微物理特征。通过分析不同仰角和垂直剖面上的偏振参量分布，揭示了强降水云的粒子相态和尺寸分布特征。
雨滴谱特征研究
使用厦门同安站的雨滴谱仪（disdrometer）观测数据，分析了18日04:00-15:00期间的雨滴粒径分布（DSD, Drop Size Distribution）随时间的变化，量化了不同粒径雨滴的数浓度，为理解暖区暴雨的微物理过程提供了直接观测证据。
低空急流（Low-Level Jet）作用分析
通过翔安风廓线雷达数据追踪了边界层急流（BLJ, Boundary Layer Jet）和天气尺度低空急流（SLLJ, Synoptic-System-Related Low-Level Jet）的时空演变。定义了低空急流指数（最大风速与12m/s风速最低位置高度的比值）来定量表征急流强度，分析了急流脉动与降水强度的关系。结合ERA5再分析资料，研究了双低空急流耦合对上升运动的贡献。
数据整合与机制解释
综合多源观测和再分析结果，建立了从天气尺度背景、中尺度对流系统发展到微物理过程的完整认识框架，提出了”4.18”厦门暖区暴雨的形成机制概念模型，特别强调了双低空急流耦合的关键作用。
降水实况特征
此次暖区暴雨过程影响范围广、强度大，厦门全市面雨量达124.1mm，120个区域气象站（占全市的54.1%）出现大暴雨量级降水。强降水区沿海岸线呈东北-西南走向的带状分布，长约150km，宽约40km，表现出明显的β中尺度特征。厦门同安国家气象站日降水量190.3mm打破该站4月历史极值，同安区溪林村站最大24小时累积降水量313.2mm接近厦门区域站日降水量历史极值（315.7mm）。
环流背景条件
暴雨发生前欧亚中高纬地区呈现两槽一脊环流型，副热带高压呈带状控制华南沿海。厦门位于副高北侧，500hPa位势高度达587dagpm。850hPa闽南沿海发展出一支偏南风低空急流，急流核风速16m/s，水汽通量辐合达-10-4g·s-1·cm-2·hPa-1，假相当位温340K以上。925hPa东南风边界层急流风速达17m/s，沿海比湿高达16g/kg。100hPa南亚高压脊线异常偏北至25°N，闽南沿海存在明显高空辐散。
中尺度对流系统特征
引发暴雨的MCS表现为线状系统，宽30-50km，长120-140km。其演变可分为三个阶段：组织阶段（17日22:00-18日04:00）零散对流单体合并为块状回波；发展阶段（04:00-09:00）形成嵌有类超级单体风暴的线状MCS；成熟阶段（09:00-13:00）MCS沿海岸线平行移动维持。MCS具有低质心（强回波主要集中在2-6km高度）、高效率降水等热带海洋型对流特征。
类超级单体风暴的偏振特征
雷达分析发现，类超级单体风暴具有勾状回波、有界弱回波区（BWER, Bounded Weak Echo Region）等类似超级单体的结构特征，但旋转较弱（垂直涡度4.9×10-3s-1，旋转速度9.8m/s），达不到中气旋标准。其强回波区（>60dBZ）的ZDR达4-5dB，KDP>8°·km-1，CC>0.97，表明高层存在大量过冷却大雨滴，在下落过程中发生破碎导致粒子尺寸减小。这与典型大陆性超级单体有明显区别。
雨滴谱微观特征
雨滴谱观测显示此次过程以小粒子（1-2mm）为主，1mm以内小粒子浓度接近104mm-1·m-3，但同时也存在少量大粒子（最大粒径6mm）。强降水时段呈现两种类型：小粒子浓度跃增型（07:00-08:00、11:00-12:00）和大粒子跃增型（10:00前后），表明高浓度小粒子与少量大粒子共存是暖区暴雨的重要微物理特征。
低空急流的作用
研究发现存在双重急流结构：1-3km高度的天气尺度低空急流（SLLJ）和1km以下的边界层急流（BLJ）。强降水发生前1小时左右（07:00和11:00），急流强度和低空急流指数均出现跃增。SLLJ出口区的水平辐散与BLJ出口区的辐合相耦合