牛樂田,崔鉅勝,胡 偉,巨 菲,李祥林

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

2013-05-25陜西中南部區(qū)域性暴雨天氣解析

牛樂田,崔鉅勝,胡 偉,巨 菲,李祥林

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

利用常規(guī)氣象觀測資料、NCEP1°×1°分析資料,對2013年5月25日陜西出現(xiàn)的區(qū)域性暴雨天氣進行分析,總結預報偏差的原因。結果表明:區(qū)域性暴雨發(fā)生在中緯度高空環(huán)流形勢由緯向型向經向型調整階段,東移低槽北部的低渦北抬加深維持是引起此次區(qū)域性暴雨的主要原因;低層輻合切變和東路回流冷空氣為暴雨提供了有利的抬升條件;高層輻散和低層輻合的有利配置將低層高溫、高濕的水汽抽吸到暴雨區(qū)上空,造成強降水的對流云團具有明顯的中尺度特征。

區(qū)域性暴雨;低渦;中尺度對流系統(tǒng);風暴相對螺旋度

1 降水實況

2013年5月24日08時—26日08時陜西省出現(xiàn)當年入汛以來最強降水天氣過程,主要降水時段出現(xiàn)在24日20時—25日20時,大降水主要位于關中和陜南大部,關中地區(qū)有17個國家氣象觀測站日雨量突破5月極值。全省有31個縣區(qū)降雨量超過50mm,其中4個縣區(qū)超過100 mm,分別是楊凌101.3mm、周至107.7mm、興平104.9mm、武功130.5mm。

此次區(qū)域性暴雨天氣主要是由于高原低槽東移加強,低槽北部生成的低渦東移過程中北抬并維持所致。分析影響系統(tǒng)演變可以發(fā)現(xiàn),暴雨發(fā)生前(23日20時—24日20時),在95°E～105° E中緯度范圍內高原槽穩(wěn)定少動,西風槽快速東移南壓影響陜西,陜西西部地區(qū)出現(xiàn)小到中雨,環(huán)流形勢不具備陜西初夏暴雨的 “大槽大脊”形勢[1],令預報員對一直在高原中部存在的低槽認識不足,導致短期預報出現(xiàn)失誤。因此,探索此次區(qū)域性暴雨形成的機理,總結此類過程的預報經驗具有積極的意義。

2 天氣形勢分析

2.1 500hPa

5月23日20時,500hPa歐亞大陸環(huán)流形勢以緯向為主,副熱帶高壓588dagpm線位于20°N附近且比較穩(wěn)定,中緯度為平直氣流,多短波槽活動,在內蒙古臨河—巴彥諾爾公—甘肅民勤—張掖之間有西風槽,槽線南北長度大于5個緯距,呈東北—西南走向,青海南部、四川北部與西藏東部之間有南北向風切變存在。24日08時,上述西風槽東移到陜西中北部與甘肅東南部之間,90°E～95°E、28°N～33°N范圍內有高原槽生成,呈東北—西南走向,長度大于5個緯距。24日20時(圖1a),西風槽移出陜西,高原槽東移約50km,25日08時(圖略),中緯度環(huán)流指數(shù)下降,環(huán)流形勢由緯向型迅速向徑向型轉變,高原槽加深約10個緯距,槽北部出現(xiàn)的輻合進一步增強。25日14時(圖1b),低槽繼續(xù)維持,低渦輻合區(qū)東移北抬,直徑約4個緯距,位于陜西中部地區(qū),北渦南槽形勢[2]在上述地區(qū)產生區(qū)域性暴雨天氣。26日08時 (圖略),中低緯度環(huán)流轉為經向環(huán)流,低槽東移出陜西,南北約跨20個緯距,影響陜西的降水天氣結束。

高原東部生成的低渦沿青藏高壓和日本海高壓之間的低壓帶北上,是穩(wěn)定的經向型大暴雨的環(huán)流形勢[3],引起此次區(qū)域性暴雨的低渦周圍并沒有穩(wěn)定的青藏高壓和日本海高壓,其北抬發(fā)展容易被預報員忽視。

圖1 2013-05-24T20(a)、2013-05-25T14(b)500hPa高度場(單位:dagpm)(虛線為槽線)

圖2 2013-05-25T14850hPa水汽通量散度(單位:10-7g/(cm2·hPa·s))和700hPa風場

2.2 700hPa、850hPa

700hPa暴雨發(fā)生前,24日20時,陜西西部與甘肅東南部之間存在弱切變線,偏南風與東北風在陜西南部與四川北部之間形成輻合區(qū),25日08時,強降水開始后,偏南風迅速加強,從云南—貴州—四川北部有大于12m/s偏南風急流,大范圍低空水汽通道快速形成,源源不斷的水汽經上述地區(qū)輸送至四川北部—陜南南部。陜西西南部與甘肅東南部及四川北部之間在風場上有中尺度輻合中心存在(圖2),此輻合中心維持時間超過12h。850hPa在降水出現(xiàn)后,陜西中南部始終處于偏東氣流中。

2.3 地面

分析25日08時、14時地面圖(圖略),冷鋒主體位于貝加爾湖至南疆地區(qū),且移動較慢,河套到高原中部地區(qū)有熱低壓存在,陜西西部處于熱低壓前部氣壓密集區(qū),日本海附近有高壓中心,陜西中南部處于高壓后部,從冷高壓中心不斷有冷空氣擴散,冷暖空氣在陜西中南部交匯。

綜上可知,高空低槽和低空急流是此次暴雨的主要影響系統(tǒng),低層輻合切變和地面東路回流冷空氣是暴雨的觸發(fā)機制。

3 熱力動力條件分析

3.1 能量及水汽條件

3.1.1 能量 從850hPaθse場上可以看到(圖略),暴雨區(qū)上空對應有Ω型的次天氣尺度系統(tǒng)。25日08時,在甘肅南部與四川北部之間有大于85℃的高能區(qū);河套到陜北為θse的低值區(qū),對應干冷空氣中心。高能軸呈南北向,東側低能比軸是來自東路冷空氣,其緩慢向西流動,阻擋暖濕氣流向東擴散,使低層輻合加強。隨著該股干冷氣流的消失,暴雨區(qū)也隨之消失。

圖3 2013-05-25T14沿35°N渦度(a)和散度(b)垂直剖面圖(單位:10-5s-1)

3.1.2 水汽通量散度 850hPa水汽通量散度圖上,24日08時陜西中西部到甘肅東南部為水汽通量輻散區(qū),中心值為2×10-7g/(cm2· hPa·s),四川北部到陜南有水汽輻合存在,強度較弱,中心值為-3×10-7g/(cm2·hPa·s) (圖略)。強降水開始后,25日08時,整個關中、陜南到四川處于大片水汽通量輻合區(qū),輻合中心位于四川中部,約為-6×10-7g/(cm2· hPa·s)(圖略);14時(圖2),上述水汽通量輻合區(qū)增強,中心約為-7×10-7g/(cm2·hPa ·s),且北抬至陜南至關中南部;20時,水汽通量輻合區(qū)繼續(xù)北抬東移,影響陜西東南部地區(qū),隨后移出陜西,對應強降水結束。

分析可知,此次區(qū)域性暴雨在醞釀階段,低層水汽條件不是非常有利,之后降水強度隨水汽輸送增強而迅速增強,850hPa水汽通量輻合與暴雨強度落區(qū)有很好的對應關系。

3.2 動力條件

渦度場上,25日08時,沿35°N垂直剖面上,在108°E附近300～500hPa上空有正渦度大值區(qū),但是強度較小,500～800hPa有負渦度區(qū),正負渦度區(qū)在垂直方向的配置不利于深厚對流發(fā)展。25日14時(圖3a),800～300hPa為一致正渦度區(qū),大值中心出現(xiàn)在500hPa,位于108°E～110°E之間,為10×10-5s-1,該大值區(qū)維持至25日20時后迅速減弱東移。

分析強降水發(fā)生前散度場特征,沿35°N垂直剖面上,108°E上空雖有輻合、輻散區(qū)存在,但強度較弱,分布比較散亂。25日08時(圖略),暴雨區(qū)上空600hPa以下為輻合區(qū),中心為-3×10-5s-1;600～500hPa為輻散區(qū),大值中心出現(xiàn)在500hPa,為2×10-5s-1;400～300hPa為輻合區(qū),大值中心出現(xiàn)在300hPa,為-3×10-5s-1;300hPa以上為輻散區(qū)?？梢?暴雨區(qū)上空從對流層低層到高層散度場分布呈現(xiàn)輻合-輻散-輻合-輻散的雙層復雜結構[4],此特征由張弘[5]對青藏高原東側一次暴雨中尺度對流系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)。25日14時(圖3b),暴雨區(qū)低層有弱輻散存在,700～400hPa有寬廣的輻合區(qū),大值中心-6×10-5s-1,300hPa以上有強的輻散存在,大值中心超過6×10-5s-1,強烈的 “抽氣作用”[6]有利于深厚對流的發(fā)展。

4 風暴相對螺旋度

總風暴相對螺旋度(SRH)是一個描述環(huán)境風場氣流沿運動方向的旋轉程度和運動強弱的物理參數(shù)(用HSR表示),它反映了大氣的運動場特征[7]。其表達式為

其中,V是h高度的地面相對風速,C是風暴移動速度,V-C是風暴相對速度,ωh是h高度的水平渦度。SRH的單位為m2/s2。SRH反映了環(huán)境場的旋轉程度、風暴相對入流強度,以及沿旋轉軸方向運動的強弱程度。其值越大,表示風暴旋轉性越大,風暴強度越大。從能量上, SRH反映了在0～h厚度層中,環(huán)境場為氣塊作螺旋運動所提供的能量,是表征對流發(fā)展加強的一個重要指標。

在實際業(yè)務中,使用實測探空資料可直接求出SRH的值。計算公式:

張建宏[8]通過分析歸納出對預報有指導意義的SRH臨界值:當HSR≥150m2/s2有利于強天氣的發(fā)生。利用 (2)式計算降水期間逐日螺旋度數(shù)值,N為計算SRH時取環(huán)境風的層數(shù), N取8(1000～300hPa共取8層),C的大小取為1000～300hPa平均風V的大小,方向定為V的方向右偏40°。強降水發(fā)生前,5月24日螺旋度 (圖略)大值中心位于甘肅南部與四川東北部,陜西處于螺旋度大值區(qū)東北側,大部分地區(qū)螺旋度值在80m2/s2以下。5月25日(圖4),在暴雨發(fā)生發(fā)展階段陜西中南部螺旋度數(shù)值在量級上成倍增加。關中南部和陜南大部分出現(xiàn)大值中心,中心值超過270m2/s2,且大值中心與強降水落區(qū)對應較好。5月26日(圖略),強降水減弱階段,陜西中南部風暴螺旋度明顯減小,下降到50m2/s2以下。由上可知,暴雨醞釀階段螺旋度值較小,暴雨發(fā)生和維持階段,螺旋度值快速增大,暴雨區(qū)與螺旋度大值區(qū)對應較好。

圖4 2013-05-25總風暴相對螺旋度圖(單位:m2/s2)

5 衛(wèi)星云圖特征分析

衛(wèi)星云圖能夠非常有效地監(jiān)測中尺度系統(tǒng)的演變、發(fā)展和移動。從逐時FY-2E衛(wèi)星云圖云頂亮溫tBB≤-32℃演變可以清楚的看到,低層低渦云團和對流云團MCS(中尺度對流系統(tǒng))[9]的發(fā)生、發(fā)展。這次區(qū)域性暴雨伴有多個中尺度對流云團的活動。

25日08時(圖5a),陜西南部與四川北部沿西南氣流方向有若干對流云團生成,最強云團位于安康南部和秦嶺之間,其中心值小于-50℃,這些對流云團沿西南氣流向東北移動,并逐漸結合在一起。25日10時(圖5b),上述對流云團東移北抬到關中東部,最強云團位于渭南與商洛之間,在漢中佛坪附近出現(xiàn)小于-40℃對流云團,云團隨西南氣流北抬并加強。25日12時(圖5c),在寶雞東部、咸陽南部出現(xiàn)大塊對流云團,云頂亮溫小于-40℃,陜西東南部存在大塊對流云團。25日14時(圖5d),位于陜西中南部的對流云團主體已經北抬至關中北部、陜北南部,對應陜西中南部的強降水逐漸減弱。

圖5 2013-05-25TBB圖(a08時;b10時;c12時;d14時)

6 結論

(1)此次區(qū)域性暴雨天氣過程中,高原低槽東移發(fā)展為大降水發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景,低層輻合切變和地面東路回流冷空氣是暴雨的觸發(fā)機制。

(2)暴雨過程中低空急流的生成、發(fā)展、加強和低層水汽通量輻合迅速增大預示著強降水的開始,相對螺旋度的大值區(qū)與暴雨的落區(qū)有很好的對應關系。

(3)FY-2ETBB資料以其高時空分辨率能夠清楚的揭示引起區(qū)域性暴雨的中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展,對判斷暴雨落區(qū)、強度有較好的指示意義。

(4)深厚冷渦在低層形成的強烈輻合和對流層高層形成的強烈輻散是此次區(qū)域性暴雨的主要動力機制,為暴雨時深對流的形成提供了有利條件。

[1] 杜繼穩(wěn),侯明全,梁生俊,等.陜西省短期天氣預報技術手冊[M].北京:氣象出版社,2007: 72-73.

[2] 沈玉敏,陳寶君,吳曼麗,等.北渦南槽形勢下的遼寧降水性質分析[J].氣象科學,2008,28 (3):348-353.

[3] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京:科學出版社, 1980:45-62.

[4] 沈嬌嬌,徐虹,李建科,等.渭河流域2011年9月16—19日致洪暴雨診斷分析[J].陜西氣象, 2012(5):12-17.

[5] 張弘,孫偉,陳衛(wèi)東.中尺度對流系統(tǒng)(MCSs)散度場的特殊結構[J].陜西氣象,2003(2): 1-5.

[6] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文.天氣學原理和方法[M].2版.北京:氣象出版社,2000:330-331.

[7] 俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等.多普雷天氣雷達原理與業(yè)務應用[M].北京:氣象出版社,100 -102.

[8] 張健宏.風暴相對螺旋度的應用[J].陜西氣象, 2004(3):6.

[9] 壽紹文,勵申申,姚秀萍.中尺度天氣學[M].北京:氣象出版社,2003:121.

P458.1

:A

牛樂田,崔鉅勝,胡偉,等.2013-05-25陜西中南部區(qū)域性暴雨天氣解析[J].陜西氣象,2014(1):4-8.

1006-4354(2014)01-0004-05

2013-07-01

牛樂田(1980—),男,漢族,陜西戶縣人,工程師,從事短期天氣預報研究。