牛樂(lè)田,崔鉅勝,胡 偉,巨 菲,李祥林

(咸陽(yáng)市氣象局,陜西咸陽(yáng) 712000)

2013-05-25陜西中南部區(qū)域性暴雨天氣解析

牛樂(lè)田,崔鉅勝,胡 偉,巨 菲,李祥林

(咸陽(yáng)市氣象局,陜西咸陽(yáng) 712000)

利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP1°×1°分析資料,對(duì)2013年5月25日陜西出現(xiàn)的區(qū)域性暴雨天氣進(jìn)行分析,總結(jié)預(yù)報(bào)偏差的原因。結(jié)果表明:區(qū)域性暴雨發(fā)生在中緯度高空環(huán)流形勢(shì)由緯向型向經(jīng)向型調(diào)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(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)具有明顯的中尺度特征。

區(qū)域性暴雨;低渦;中尺度對(duì)流系統(tǒng);風(fēng)暴相對(duì)螺旋度

1 降水實(shí)況

2013年5月24日08時(shí)—26日08時(shí)陜西省出現(xiàn)當(dāng)年入汛以來(lái)最強(qiáng)降水天氣過(guò)程,主要降水時(shí)段出現(xiàn)在24日20時(shí)—25日20時(shí),大降水主要位于關(guān)中和陜南大部,關(guān)中地區(qū)有17個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站日雨量突破5月極值。全省有31個(gè)縣區(qū)降雨量超過(guò)50mm,其中4個(gè)縣區(qū)超過(guò)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(qiáng),低槽北部生成的低渦東移過(guò)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(shí)—24日20時(shí)),在95°E～105° E中緯度范圍內(nèi)高原槽穩(wěn)定少動(dòng),西風(fēng)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(shì)不具備陜西初夏暴雨的 “大槽大脊”形勢(shì)[1],令預(yù)報(bào)員對(duì)一直在高原中部存在的低槽認(rèn)識(shí)不足,導(dǎo)致短期預(yù)報(bào)出現(xiàn)失誤。因此,探索此次區(qū)域性暴雨形成的機(jī)理,總結(jié)此類(lèi)過(guò)程的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)具有積極的意義。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 500hPa

5月23日20時(shí),500hPa歐亞大陸環(huán)流形勢(shì)以緯向?yàn)橹?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(dòng),在內(nèi)蒙古臨河—巴彥諾爾公—甘肅民勤—張掖之間有西風(fēng)槽,槽線南北長(zhǎng)度大于5個(gè)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(fēng)切變存在。24日08時(shí),上述西風(fēng)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(nèi)有高原槽生成,呈東北—西南走向,長(zhǎng)度大于5個(gè)緯距。24日20時(shí)(圖1a),西風(fēng)槽移出陜西,高原槽東移約50km,25日08時(shí)(圖略),中緯度環(huán)流指數(shù)下降,環(huán)流形勢(shì)由緯向型迅速向徑向型轉(zhuǎn)變,高原槽加深約10個(gè)緯距,槽北部出現(xiàn)的輻合進(jìn)一步增強(qiáng)。25日14時(shí)(圖1b),低槽繼續(xù)維持,低渦輻合區(qū)東移北抬,直徑約4個(gè)緯距,位于陜西中部地區(qū),北渦南槽形勢(shì)[2]在上述地區(qū)產(chǎn)生區(qū)域性暴雨天氣。26日08時(shí) (圖略),中低緯度環(huán)流轉(zhuǎn)為經(jīng)向環(huán)流,低槽東移出陜西,南北約跨20個(gè)緯距,影響陜西的降水天氣結(jié)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(jīng)向型大暴雨的環(huán)流形勢(shì)[3],引起此次區(qū)域性暴雨的低渦周?chē)](méi)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(yù)報(bào)員忽視。

圖1 2013-05-24T20(a)、2013-05-25T14(b)500hPa高度場(chǎng)(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(fēng)場(chǎng)

2.2 700hPa、850hPa

700hPa暴雨發(fā)生前,24日20時(shí),陜西西部與甘肅東南部之間存在弱切變線,偏南風(fēng)與東北風(fēng)在陜西南部與四川北部之間形成輻合區(qū),25日08時(shí),強(qiáng)降水開(kāi)始后,偏南風(fēng)迅速加強(qiáng),從云南—貴州—四川北部有大于12m/s偏南風(fēng)急流,大范圍低空水汽通道快速形成,源源不斷的水汽經(jīng)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(fēng)場(chǎng)上有中尺度輻合中心存在(圖2),此輻合中心維持時(shí)間超過(guò)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(shí)、14時(shí)地面圖(圖略),冷鋒主體位于貝加爾湖至南疆地區(qū),且移動(dòng)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(kuò)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(jī)制。

3 熱力動(dòng)力條件分析

3.1 能量及水汽條件

3.1.1 能量 從850hPaθse場(chǎng)上可以看到(圖略),暴雨區(qū)上空對(duì)應(yīng)有Ω型的次天氣尺度系統(tǒng)。25日08時(shí),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(duì)應(yīng)干冷空氣中心。高能軸呈南北向,東側(cè)低能比軸是來(lái)自東路冷空氣,其緩慢向西流動(dòng),阻擋暖濕氣流向東擴(kuò)散,使低層輻合加強(qiáng)。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(shí)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(qiáng)度較弱,中心值為-3×10-7g/(cm2·hPa·s) (圖略)。強(qiáng)降水開(kāi)始后,25日08時(shí),整個(gè)關(guān)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(shí)(圖2),上述水汽通量輻合區(qū)增強(qiáng),中心約為-7×10-7g/(cm2·hPa ·s),且北抬至陜南至關(guān)中南部;20時(shí),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(duì)應(yīng)強(qiáng)降水結(jié)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(qiáng)度隨水汽輸送增強(qiáng)而迅速增強(qiáng),850hPa水汽通量輻合與暴雨強(qiáng)度落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 動(dòng)力條件

渦度場(chǎng)上,25日08時(shí),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(qiáng)度較小,500～800hPa有負(fù)渦度區(qū),正負(fù)渦度區(qū)在垂直方向的配置不利于深厚對(duì)流發(fā)展。25日14時(shí)(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(shí)后迅速減弱東移。

分析強(qiáng)降水發(fā)生前散度場(chǎng)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(qiáng)度較弱,分布比較散亂。25日08時(shí)(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?jiàn),暴雨區(qū)上空從對(duì)流層低層到高層散度場(chǎng)分布呈現(xiàn)輻合-輻散-輻合-輻散的雙層復(fù)雜結(jié)構(gòu)[4],此特征由張弘[5]對(duì)青藏高原東側(cè)一次暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)。25日14時(shí)(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(qiáng)的輻散存在,大值中心超過(guò)6×10-5s-1,強(qiáng)烈的 “抽氣作用”[6]有利于深厚對(duì)流的發(fā)展。

4 風(fēng)暴相對(duì)螺旋度

總風(fēng)暴相對(duì)螺旋度(SRH)是一個(gè)描述環(huán)境風(fēng)場(chǎng)氣流沿運(yùn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的物理參數(shù)(用HSR表示),它反映了大氣的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)特征[7]。其表達(dá)式為

其中,V是h高度的地面相對(duì)風(fēng)速,C是風(fēng)暴移動(dòng)速度,V-C是風(fēng)暴相對(duì)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(chǎng)的旋轉(zhuǎn)程度、風(fēng)暴相對(duì)入流強(qiáng)度,以及沿旋轉(zhuǎn)軸方向運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱程度。其值越大,表示風(fēng)暴旋轉(zhuǎn)性越大,風(fēng)暴強(qiáng)度越大。從能量上, SRH反映了在0～h厚度層中,環(huán)境場(chǎng)為氣塊作螺旋運(yùn)動(dòng)所提供的能量,是表征對(duì)流發(fā)展加強(qiáng)的一個(gè)重要指標(biāo)。

在實(shí)際業(yè)務(wù)中,使用實(shí)測(cè)探空資料可直接求出SRH的值。計(jì)算公式:

張建宏[8]通過(guò)分析歸納出對(duì)預(yù)報(bào)有指導(dǎo)意義的SRH臨界值:當(dāng)HSR≥150m2/s2有利于強(qiáng)天氣的發(fā)生。利用 (2)式計(jì)算降水期間逐日螺旋度數(shù)值,N為計(jì)算SRH時(shí)取環(huán)境風(fēng)的層數(shù), N取8(1000～300hPa共取8層),C的大小取為1000～300hPa平均風(fēng)V的大小,方向定為V的方向右偏40°。強(qiáng)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(cè),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(jí)上成倍增加。關(guān)中南部和陜南大部分出現(xiàn)大值中心,中心值超過(guò)270m2/s2,且大值中心與強(qiáng)降水落區(qū)對(duì)應(yīng)較好。5月26日(圖略),強(qiáng)降水減弱階段,陜西中南部風(fēng)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(duì)應(yīng)較好。

圖4 2013-05-25總風(fēng)暴相對(duì)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(cè)中尺度系統(tǒng)的演變、發(fā)展和移動(dòng)。從逐時(shí)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(tuán)和對(duì)流云團(tuán)MCS(中尺度對(duì)流系統(tǒng))[9]的發(fā)生、發(fā)展。這次區(qū)域性暴雨伴有多個(gè)中尺度對(duì)流云團(tuán)的活動(dòng)。

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

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

6 結(jié)論

(1)此次區(qū)域性暴雨天氣過(guò)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(jī)制。

(2)暴雨過(guò)程中低空急流的生成、發(fā)展、加強(qiáng)和低層水汽通量輻合迅速增大預(yù)示著強(qiáng)降水的開(kāi)始,相對(duì)螺旋度的大值區(qū)與暴雨的落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

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

(4)深厚冷渦在低層形成的強(qiáng)烈輻合和對(duì)流層高層形成的強(qiáng)烈輻散是此次區(qū)域性暴雨的主要?jiǎng)恿C(jī)制,為暴雨時(shí)深對(duì)流的形成提供了有利條件。

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1006-4354(2014)01-0004-05

2013-07-01

牛樂(lè)田(1980—),男,漢族,陜西戶縣人,工程師,從事短期天氣預(yù)報(bào)研究。