牛樂田,劉 帆,李春娥,王 英,朱瑞杰

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

陜西中西部一次區(qū)域性暴雨天氣診斷分析

牛樂田,劉 帆,李春娥,王 英,朱瑞杰

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

利用常規(guī)觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料、FY-2E衛(wèi)星資料等,對2013年7月21—22日發(fā)生在陜西中西部地區(qū)一次區(qū)域性暴雨天氣過程進(jìn)行診斷分析,結(jié)果表明:副熱帶高壓、長波槽的穩(wěn)定維持為此次區(qū)域性暴雨的形成提供了大尺度環(huán)流背景;低渦切變、低空急流是暴雨產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng);低層輻合、對流層頂強(qiáng)烈輻散是形成暴雨的主要?jiǎng)恿σ蜃? FY-2E衛(wèi)星TBB逐時(shí)演變與強(qiáng)降水有很好的對應(yīng)關(guān)系,造成強(qiáng)降水的對流云團(tuán)具有明顯的中尺度特征。

區(qū)域性暴雨;低空急流;中尺度對流系統(tǒng)

暴雨是我國主要的災(zāi)害性天氣之一,每年都發(fā)生因暴雨造成的不同程度的洪澇災(zāi)害。陜西地處青藏高原東北側(cè),獨(dú)特的地理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致局地性暴雨更容易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害,陜西氣象工作者對此進(jìn)入深入研究。張弘等[1]研究發(fā)現(xiàn)青藏高原東北側(cè)突發(fā)性暴雨必定伴有中尺度輻合系統(tǒng);王川等[2]認(rèn)為陜西夏季暴雨多與西太平洋副熱帶高壓有關(guān);沈嬌嬌等[3]研究發(fā)現(xiàn)高層輻散、低層輻合的有利配置加上旺盛深厚的垂直上升運(yùn)動(dòng)為暴雨發(fā)生發(fā)展提供動(dòng)力抬升作用。

本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料及FY-2E衛(wèi)星TBB資料,對2013年7月21—23日陜西中西部的一次區(qū)域性暴雨天氣過程進(jìn)行診斷分析,嘗試找出盛夏期間陜西暴雨天氣形成原因和發(fā)生機(jī)理,以加深對此類暴雨的認(rèn)識(shí),積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)。

1 過程概況

2013年7月21—23日陜西中西部出現(xiàn)一次區(qū)域性暴雨天氣。降水集中時(shí)段為21日夜間至22日,暴雨主要位于于陜北南部、關(guān)中西部和陜南西部。過程降水量陜北南部100～200 mm,延安局部達(dá)150 mm以上,其中富縣151.9 mm;關(guān)中西部、陜南西部局地50～100 mm。期間共出現(xiàn)2站次大暴雨(富縣為111.4 mm;武功為141.0 mm),18站次暴雨。此次天氣過程范圍廣、區(qū)域性強(qiáng)。全省因?yàn)?zāi)死亡9人,直接經(jīng)濟(jì)損失5.42億元。

2 環(huán)流形勢演變和影響系統(tǒng)

2.1 500 h Pa環(huán)流形勢

500 hPa形勢場上,暴雨前后歐亞大陸高緯度基本維持兩槽一脊形勢,貝加爾湖至中國東北之間有一冷渦,巴爾喀什湖與北疆之間有一冷渦,該冷渦底部不斷有冷空氣分裂東移,兩冷渦之間有一弱脊存在。中低緯度高原上空多低值系統(tǒng)活動(dòng),副熱帶高壓強(qiáng)盛,588 dagpm線位于沿海,并穩(wěn)定少動(dòng),584 dagpm線控制大陸東南部大部地區(qū)。7月21日08時(shí),北疆附近冷渦分裂出中緯度西風(fēng)槽,該槽東移到內(nèi)蒙古西部,槽線呈東北—西南向,其南北長度大于5個(gè)緯距,高原東南側(cè)33°N～40°N、98°E～100°E范圍內(nèi)有高原槽生成,584 dagpm線位于陜西東南部。20時(shí),西風(fēng)槽東移至內(nèi)蒙古中部至銀川之間,位于105°E附近,高原槽移至甘肅東南部與四川北部之間,位于100°E～105°E,陜西處于槽前西南氣流之中。22日08時(shí)(圖2),中緯度西風(fēng)槽和高原槽疊加成長波槽,副高584 dagpm線西伸并有所南落,陜西中西部地區(qū)處于長波槽前及副高584 dagpm線之間,長波槽在陜西維持時(shí)間超過12 h,20時(shí),長波槽移出陜西,強(qiáng)降水天氣結(jié)束。

2.2 影響系統(tǒng)

700 hPa天氣圖上,21日20時(shí)(圖略),南海—云南—四川—河套有一致的西南風(fēng)發(fā)展,陜西上空西南風(fēng)＞8 m/S,甘肅東南部與陜西西部之間有一東北—西南向切變線,寶雞與咸陽西北部正處于切變左側(cè)風(fēng)速輻合區(qū)。22日08時(shí),陜北南部與關(guān)中西部之間形成人字型切變線 (圖5),切變線兩側(cè)的東北風(fēng)和西南風(fēng)迅速增強(qiáng),冷暖空氣在陜西中西部交匯,切變線的東南側(cè)出現(xiàn)＞14 m/S的西南急流(圖2),陜西中西部處于低空急流軸左前側(cè)2～3個(gè)緯距,14時(shí),低空急流開始北抬減弱,陜西中西部強(qiáng)降水結(jié)束,可見,700 hPa低空急流是此次區(qū)域性暴雨底層水汽及能量的輸送帶。

850 hPa高空圖上,21日20時(shí)(圖略),強(qiáng)降水發(fā)生前陜西處于一致的偏東氣流之中,22日08時(shí),平?jīng)觥獫h中—西安之間出現(xiàn)風(fēng)向輻合,隨后,該輻合區(qū)東移北抬且范圍擴(kuò)大,20時(shí)東移出陜西,陜西強(qiáng)降水基本結(jié)束。

分析可見,副熱帶高壓及長波槽穩(wěn)定維持形成了有利于暴雨產(chǎn)生的大尺度環(huán)流背景,700 hPa切變線及低空急流、850 hPa中尺度輻合線等中小尺度系統(tǒng)接連出現(xiàn)造成了暴雨發(fā)生的直接影響系統(tǒng)。

3 物理量診斷分析

3.1 能量條件

從850 hPaθSe場可以發(fā)現(xiàn)(圖略),21日08時(shí),云南—四川—河套有一東北—西南向高能舌存在,此區(qū)域正好位于副高外圍的暖濕氣流中,從高原及華北分別有兩路干冷空氣向南擴(kuò)散,在四川北部—陜西西南部交匯,陜西中南部位于高能舌右側(cè)的能量鋒區(qū)中,此時(shí)θSe大值中心位于云南與四川交界處,陜西處于大值區(qū)外圍等值線稀疏區(qū),其θSe值為75～80℃。20時(shí),隨副熱帶高壓緩慢東退,上述大值中心略有東移,陜西中西部θSe增強(qiáng)為85～90℃。從108°EθSe剖面圖上可以看出,22日02時(shí)(圖3),500 hPa暴雨區(qū)(33°N～35°N)上空南北兩側(cè)有θSe低值中心,說明有干冷氣團(tuán)存在,兩側(cè)冷氣團(tuán)之間暴雨區(qū)上空為高能軸,200～600 hPa有能量下傳,ΔθSe(500-850)＜-5℃,陜西中西部處于不穩(wěn)定區(qū)域,有利于強(qiáng)降水的發(fā)生、維持。中層冷空氣由北向南逐漸向暴雨區(qū)上空入侵。14時(shí),暴雨區(qū)上空600 hPa以下θSe＜60℃,隨著θSe值迅速降低,不穩(wěn)定能量釋放,強(qiáng)降水趨于結(jié)束。

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 垂直速度場 21日20時(shí)(圖略),強(qiáng)降水發(fā)生階段,陜西西部與甘肅南部106°E～108° E上空有上升速度,700 hPa至對流層頂有上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展,強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心位于500 hPa,中心值為-8×10-3h Pa/S。22日02時(shí)(圖4a),強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心主要位于108°E～110°E。上升運(yùn)動(dòng)高度有所降低,但強(qiáng)度迅速增大到-14×10-3hPa/S。隨著上升運(yùn)動(dòng)減弱東移,陜西中西部地區(qū)強(qiáng)降水逐漸結(jié)束。

3.2.2 散度場 21日20時(shí),108°E～110°E對流層頂200 hPa有大于6×10-5S-1的輻散中心存在,對流層中下層分別有弱的輻合、輻散中心。22日02時(shí)(圖4 b),位于對流層頂?shù)膹?qiáng)輻散中心仍然存在,且中心增強(qiáng)為8×10-5S-1, 400 h Pa以下106°E～110°E范圍內(nèi)出現(xiàn)輻合區(qū)。對流層頂強(qiáng)輻散中心較長時(shí)間維持,強(qiáng)烈的 “抽吸作用”[4]有利于深對流的發(fā)展。

3.3 水汽條件

21日20時(shí),850 hPa水汽通量散度圖上,在寶雞東北部與咸陽西北部之間有弱的水汽輻合區(qū)存在,陜西中東部處于水汽通量輻散區(qū)中,隨著西南氣流進(jìn)一步發(fā)展,上述水汽通量輻合區(qū)增強(qiáng)并有所東移,22日08時(shí)(圖5),700 hPa風(fēng)場輻合區(qū)與水汽輸送帶有很好的對應(yīng)關(guān)系,陜西中南部處于大范圍水汽通量輻合區(qū)中,呈西南—東北走向。輻合中心值超過-7×10-7g/(cm2·hPa·S)。輻合中心的南北兩側(cè)分別有水汽通量輻合區(qū)存在。隨著低層切變東移北抬,22日14時(shí),水汽通量散度輻合區(qū)移至陜西東部與山西交界處,陜西中西部強(qiáng)降水結(jié)束。

4 衛(wèi)星云圖特征分析

分析FY-2E紅外云圖云頂亮溫可以發(fā)現(xiàn),此次暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展伴有多個(gè)中尺度雷暴雨團(tuán)的活動(dòng)。利用每小時(shí)一次的FY-2E衛(wèi)星云圖資料,取云頂亮溫tBB≤-32℃云團(tuán)為MCSS (中尺度對流系統(tǒng))[5]?？梢园l(fā)現(xiàn),21日夜間陜西西部局地出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水是由小尺度對流云團(tuán)引起,22日陜西中部地區(qū)強(qiáng)降水是由東移生成的低渦云團(tuán)維持造成。

21日23時(shí)(圖6),對應(yīng)于低層?xùn)|—西向切變線,在寶雞西部,咸陽北部局地有小塊對流云團(tuán)生成,云體范圍較小,強(qiáng)度較弱。22日03時(shí),小塊對流云團(tuán)維持在上述地區(qū),該地區(qū)對應(yīng)時(shí)段出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水,同時(shí)甘肅東南部生成大塊對流云團(tuán),云團(tuán)主體已接近陜西邊界。08時(shí),隨著副高東退南落,低層低渦輻合東移加強(qiáng),陜西中西部出現(xiàn)多塊對流云團(tuán),其中心云團(tuán)云頂亮溫＜-50℃,云罩面積約4×104km2。11時(shí),位于關(guān)中中西部的對流云團(tuán)已東移北抬至銅川附近,云團(tuán)范圍有所減小,云團(tuán)強(qiáng)度有所減弱,降水也相應(yīng)減弱。

可見,暴雨是在MCSS形成發(fā)展的過程中產(chǎn)生的,強(qiáng)降水出現(xiàn)在云頂亮溫TBB低值中心,最強(qiáng)降水出現(xiàn)在MCSS成熟期。

5 小結(jié)

(1)副熱帶高壓、長波槽等大尺度天氣系統(tǒng)的穩(wěn)定維持是造成區(qū)域性暴雨的必要前提,低層人字型切變、低渦輻合等天氣尺度系統(tǒng)在穩(wěn)定的長波型控制下較長時(shí)間維持,是此次暴雨的主要影響系統(tǒng),低空急流則為暴雨發(fā)生、發(fā)展提供充足的水汽和能量,暴雨區(qū)雨帶走向與切變線走向基本一致、位于低空急流軸的左前方。

(2)低層輻合、高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)及位勢不穩(wěn)定特征為暴雨區(qū)附近強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持提供了有利的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力條件。

(3)此次暴雨在醞釀、發(fā)展階段,有弱的水汽通量輻合,隨著水汽輸送迅速增強(qiáng),降水也隨之增強(qiáng),850 h Pa水汽通量輻合與暴雨落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

(4)FY-2E TBB逐時(shí)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流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展。

[1] 杜繼穩(wěn).青藏高原東北側(cè)突發(fā)性暴雨分析研究與應(yīng)用[M].北京:氣象出版社,2005:59-63.

[2] 王川,李萍云.2010年陜西兩次區(qū)域性暴雨過程對比分析[J].陜西氣象,2011(4):12-16.

[3] 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.

[4] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文.天氣學(xué)原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000:330-331.

[5] 壽紹文,勵(lì)申申,姚秀萍.中尺度天氣學(xué)[M].北京:氣象出版社,2003:121.

P458

:A

牛樂田,劉帆,李春娥,等.陜西中西部一次區(qū)域性暴雨天氣診斷分析[J].陜西氣象,2015(5):33-37.

1006-4354(2015)05-0033-05

2015-01-15

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