陳丹鳳 陳偉昌 王榮禮
摘要 采用天氣學(xué)及動(dòng)力學(xué)方法,利用凱里地區(qū)2004~2008年歷史天氣資料、要素指標(biāo)及省、州數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品,對(duì)凱里地區(qū)大到暴雨天氣從環(huán)流背景、中小尺度天氣系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)制以及地形特征等方面進(jìn)行了對(duì)比分析,找出凱里地區(qū)大到暴雨天氣過程變化特征及預(yù)測指標(biāo)。結(jié)果表明,高空槽、中低層切變是凱里地區(qū)產(chǎn)生大暴雨的基本形式之一,大到暴雨是幾種尺度系統(tǒng)相互作用的情況下發(fā)生的,低空急流、中低層切變、地面冷鋒是造成大到暴雨的主要影響系統(tǒng);中低層充足的水汽輸送和輻合,為大到暴雨發(fā)生提供了充足的水汽;大到暴雨前期,要考慮地形地貌條件、氣候特征,分析凱里地區(qū)前一日要素指標(biāo)的變化情況,找出能量的高度不穩(wěn)定區(qū)域,對(duì)大到暴雨落區(qū)有很好的指示作用。利用凱里地區(qū)的氣候特征及凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式來預(yù)報(bào)天氣,具有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力,也具有很強(qiáng)的地區(qū)性,其他地方不能簡單套用,但可以根據(jù)介紹的方法,建立適合當(dāng)?shù)氐念A(yù)報(bào)方法。
關(guān)鍵詞 凱里地區(qū);大到暴雨;變化特征;預(yù)測指標(biāo);短期綜合預(yù)報(bào)模式
中圖分類號(hào) S165 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(2015)34-314-03
大到暴雨是在特定的大尺度環(huán)流背景下產(chǎn)生的中、小尺度的強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象,其特點(diǎn)是來勢猛、強(qiáng)度大、時(shí)間短,對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)危害極大。大到暴雨還伴隨著一些破壞性的人類活動(dòng),則會(huì)引起一系列次生災(zāi)害。大到暴雨是凱里地區(qū)主要的災(zāi)害性天氣之一,對(duì)人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展破壞性尤為嚴(yán)重。大到暴雨形成的因素是極為復(fù)雜的,因此預(yù)報(bào)比較困難。為進(jìn)一步提高大到暴雨的預(yù)報(bào)能力,以提高氣象服務(wù)水平,更好地為當(dāng)?shù)卣坝嘘P(guān)部門和人民群眾提供服務(wù),減少不必要的損失,筆者在此根據(jù)天氣學(xué)原理[1],利用前一日08:00在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng)及前一日要素指標(biāo),結(jié)合當(dāng)?shù)氐臅r(shí)實(shí)資料進(jìn)行綜合分析,并選擇各項(xiàng)有關(guān)預(yù)報(bào)要素指標(biāo),分析凱里地區(qū)大到暴雨分布規(guī)律及形勢特征,找出凱里地區(qū)大到暴雨天氣變化特征及預(yù)測指標(biāo)并得出其預(yù)報(bào)方法[2],為地方政府和農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)等相關(guān)部門提供決策依據(jù)。
1 資料與方法
1.1 地形地貌條件
凱里地區(qū)地處云貴高原向中部丘陵過渡地帶的苗嶺山川,清水江畔,總的地勢是西北、西南和東南部較高,中部和東北部較低。西部馬鬃嶺、龍王坡和香爐山等山峰的海拔分別為1 233.1、1 290.0和1 233.8 m,西南和東南部的鳳凰山、小高山和夠末也等山峰的海拔分別為1 274.9、1 282.7和1 447.0 m,夠末也峰為地勢最高點(diǎn)。清水江自西向中部至東北部切割,構(gòu)成地勢最低地帶,中部海拔多在750 m以下,清水江出境處僅532 m,為地勢最低點(diǎn)。凱里地區(qū)的氣候?qū)儆诟睙釒嘏瘽駶櫄夂騾^(qū),四季分明,氣候溫和,降水豐沛,多云寡照,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,無霜期長,雨熱同季,具有明顯的季風(fēng)性氣候特點(diǎn)。
1.2 大到暴雨的標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間分布
《貴州氣候?yàn)?zāi)害劃分標(biāo)準(zhǔn)》[3]中指出,大雨是指24 h內(nèi)降水量為25.0~49.9 mm;暴雨是指24 h內(nèi)降水量為50.0~99.9 mm;大暴雨是指24 h內(nèi)降水量為100.0~199.9 mm,特大暴雨是24 h內(nèi)降雨量為200.0 mm或以上。歷年資料顯示,凱里地區(qū)的大雨、暴雨、大暴雨時(shí)常發(fā)生在每年的3~10月,而以5~9月為最多,占大雨、暴雨、大暴雨總數(shù)的90%,且大多集中在夜間。
1.3 資料與方法 根據(jù)天氣學(xué)原理、天氣學(xué)及動(dòng)力學(xué)方法[1],利用凱里地區(qū)2004~2008年歷史天氣資料(前一日08:00在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng)及前一日要素指標(biāo))、要素指標(biāo)及省、州數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品,結(jié)合當(dāng)?shù)氐臅r(shí)實(shí)資料進(jìn)行綜合分析,并選擇各項(xiàng)有關(guān)預(yù)報(bào)要素指標(biāo),對(duì)凱里地區(qū)的大到暴雨天氣從環(huán)流背景、中小尺度天氣系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)制以及地形特征等方面進(jìn)行了對(duì)比分析[2],找出了大到暴雨天氣過程的相似點(diǎn)和不同之處以及凱里地區(qū)大到暴雨天氣過程變化特征和預(yù)測指標(biāo),并得出其短期綜合預(yù)報(bào)模式,為地方政府和農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)等相關(guān)部門提供決策依據(jù)。
2 凱里地區(qū)大到暴雨環(huán)流特征分析
凱里地區(qū)大到暴雨的天氣系統(tǒng)一般分析前一日08:00高空天氣圖,如果前一日08:00 500 hPa,西南地區(qū)有低槽入侵、西太平洋副高減弱東退、青藏高原為高值區(qū),冷空氣由烏山脊前經(jīng)青藏高壓前沿南下影響凱里地區(qū),副高西側(cè)北上的暖濕空氣向貴州省輸送大量水汽,在這種形勢下地面冷空氣從西北經(jīng)新疆、河西走廊進(jìn)入四川侵入云貴高原到凱里地區(qū),冷鋒多為西西南-東東北走向;700~850 hPa同時(shí)有低槽切變和西南低渦配合。大到暴雨多位于700 hPa槽線與地面鋒線之間,其中西南渦沿切變線移動(dòng)并產(chǎn)生大到暴雨。再結(jié)合預(yù)報(bào)要素指標(biāo),那么凱里地區(qū)未來24 h有大到暴雨過程出現(xiàn)。
如果前一日08:00 500 hPa凡新疆一帶有低槽并有鋒區(qū)存在,700~850 hPa在95°~110°E、25°~35°N范圍內(nèi)有低槽、切變、低渦,低渦位置在西昌、成都、馬爾康一帶沿切變線東南移,地面冷鋒在秦嶺到川南之間時(shí),再結(jié)合預(yù)報(bào)要素指標(biāo),那么凱里地區(qū)未來36 h將出現(xiàn)大到暴雨。
如果前一日08:00 500 hPa歐亞高緯度地區(qū)環(huán)流為一槽一脊型,在我國東北齊齊哈爾至青海有一橫槽,槽后等溫度線密集,冷平流明顯,青藏高原以北為高壓脊控制,中低緯處有多個(gè)東移的波動(dòng)小槽;次日20:00在冷空氣的引導(dǎo)下橫槽轉(zhuǎn)豎,槽底伸至四川中東部,凱里地區(qū)仍處于波動(dòng)偏西氣流中,那么凱里地區(qū)未來24 h有大到暴雨過程出現(xiàn)。
如果前一日08:00 500 hPa中高緯度區(qū)域?yàn)橐徊垡患沟男蝿?,中低緯度地區(qū)“東高西低”形勢明顯,印緬低渦系統(tǒng)穩(wěn)定少變,西太平洋副熱帶高壓緩慢西伸加強(qiáng);次日河套有低槽生成,槽后有弱冷平流輸送,在“東阻形勢”下,副高西北側(cè)的暖濕氣流與南下的低槽在貴州東南部交匯,那么凱里地區(qū)未來24 h有大到暴雨過程出現(xiàn)。
綜上所述可見,凱里地區(qū)大到暴雨的環(huán)流特征有脊前槽后型、低槽低渦切變型、副高側(cè)低槽低渦切變型、副高中低槽低渦切變型[4]。
3 物理?xiàng)l件分析
大到暴雨要形成必須具備三大條件:充沛的水汽、強(qiáng)烈的氣流上升運(yùn)動(dòng)、較長的持續(xù)時(shí)間[5]。大到暴雨出現(xiàn)前,普遍感到特別悶熱,實(shí)際就是高溫、高濕、低壓。形成大到暴雨必須有充分的水汽,這就是說要求氣團(tuán)本身水汽含量大,同時(shí)還要求水汽不斷輸送供應(yīng)充分。在偏南氣流的作用下,有水汽不斷輸送到凱里地區(qū)上空,給該地區(qū)的大到暴雨提供了充分條件,因此分析大到暴雨條件時(shí)應(yīng)注重分析濕中心區(qū),凡850 hPa Td≥18.0 ℃、700 hPa Td≥8.0 ℃、850 hPa T-Td≤1.0 ℃,在700 hPa貴州省中部水汽通量≥120 g/(s· hPa·cm)時(shí)就作為處于濕中心區(qū)域,達(dá)到上述值時(shí)凱里地區(qū)容易產(chǎn)生大到暴雨。
一般大到暴雨來臨前1~2 d,700~850 hPa將增溫3~4 ℃。若大到暴雨前1~2 d本站14:00氣溫≥28.0 ℃、水汽壓≥25 hPa、本站氣壓≤930.0 hPa,并有2 d以上吹偏南風(fēng),則凱里地區(qū)未來36 h內(nèi)一般將出現(xiàn)大到暴雨[6]。高空濕有效位能積累的多少與凱里地區(qū)大到暴雨的關(guān)系密切,特別是4~6月尤為顯著。凡08:00 700~850 hPa濕有效位能≥70 mW,700~850 hPa△濕有效位能≥50 mW,凱里地區(qū)未來36 h內(nèi)一般將出現(xiàn)大到暴雨天氣過程。
4 大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式
此預(yù)報(bào)方法是在貴州省短期預(yù)報(bào)手冊(cè)的基礎(chǔ)上[5],通過利用凱里地區(qū)歷史天氣資料、凱里地區(qū)前一日要素指標(biāo)、省州數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及凱里地區(qū)的地形對(duì)大到暴雨過程前后的天氣形勢特征進(jìn)行分析[7],找出凱里地區(qū)大到暴雨天氣變化特征及預(yù)測指標(biāo),并得出凱里地區(qū)大到暴雨預(yù)報(bào)方法(表1)。這對(duì)預(yù)測凱里地區(qū)夏季發(fā)生大到暴雨具有參考價(jià)值。
環(huán)流型環(huán)流特征(前一日08:00在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng))物理?xiàng)l件(前一日要素指標(biāo))風(fēng)向預(yù)報(bào)天氣
低槽低渦切變型500 hPa有低槽或低渦切變線;700~850 hPa關(guān)鍵區(qū)有低槽、低渦切變線,并東南移;地面有冷鋒 ①850 hPa Td≥18.0 ℃;
②700 hPa Td≥8.0 ℃;
③850 hPa T-Td≤1.0 ℃;偏南風(fēng)凱里地區(qū)未來24、36、48 h有大到暴雨過程出現(xiàn)
副高側(cè)低槽低渦切變型500 hPa西南地區(qū)有低槽入侵、西太平洋副高減弱東退,有低槽、低渦切變線影響;700~850 hPa有低槽、低渦切變線影響;地面有冷空氣侵入云貴高原到凱里地區(qū),有冷鋒或靜止鋒
④本站14:00氣溫≥28.0 ℃;
⑤本站14:00水汽壓≥25 hPa;
⑥本站14:00 氣壓≤931.0 hPa;
⑦08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;
⑧700、850 hPa△濕有效位能≥50 mW;
副高中低槽低渦切變型受副高(青藏高壓或青藏高脊)的影響;500、700、850 hPa均受副高兩側(cè)的低槽或兩高之間的切變線影響;地面有冷鋒
⑨500 hPa位勢高度值≤586 dagpm;
⑩長沙500 hPa位勢高度值≤587 dagpm
脊前槽后型500 hPa受青藏高壓或青藏高脊的影響,有低槽、低渦切變線影響;700 hPa有低槽、低渦切變線影響;地面有冷鋒
5 大到暴雨試報(bào)結(jié)果
2004~2008年凱里地區(qū)在預(yù)報(bào)大到暴雨天氣時(shí),運(yùn)用凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)凱里地區(qū)大到暴雨天氣過程[7]。從分析中得出,除受地形地貌條件、各種天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng)影響外,需看前一日氣溫、水汽壓、氣壓、Td等要素指標(biāo)是否達(dá)到條件,試報(bào)結(jié)果如表2所示。
表2 凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式運(yùn)用結(jié)果
日期環(huán)流系統(tǒng)(前一日08:00在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng))物理?xiàng)l件(前一日要素達(dá)到指標(biāo))風(fēng)向降水量mm結(jié)果
2004-07-05副高側(cè)低槽低渦切變型850 hPa Td≥18.0 ℃;700 hPa Td≥8.0 ℃;850 hPa T-Td≤1.0 ℃;本站14:00氣溫≥28.0 ℃;本站14:00水汽壓≥25 hPa;本站14:00氣壓≤931.0 hPa;08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;700、850 hPa△濕有效位能≥50 mW;500 hPa位勢高度值≤586 dagpm3 d吹偏南風(fēng)184.0正確
2005-05-21副高中低槽低渦切變型850 hPa Td≥19.0 ℃;700 hPa Td≥8.7 ℃;850 hPa T-Td≤0.7 ℃;本站14:00氣溫≥28.7 ℃;本站14:00水汽壓≥26 hPa;本站14:00氣壓≤930.0 hPa;08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;700、850 hPa△濕有效位能≥60 mW;500 hPa位勢高度值≤580 dagpm2 d吹偏南風(fēng)62.0正確
接下表
續(xù)表2
日期環(huán)流系統(tǒng)(前一日08:00在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)天氣形勢的環(huán)流系統(tǒng))物理?xiàng)l件(前一日要素達(dá)到指標(biāo))風(fēng)向降水量mm結(jié)果
2006-07-08脊前槽后型850 hPa Td≥18.9 ℃;700 hPa Td≥8.6 ℃;850 hPa T-Td≤0.9 ℃;本站14:00氣溫≥28.9 ℃;本站14:00水汽壓≥25 hPa;本站14:00氣壓≤929.9 hPa;08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;700、850 hPa△濕有效位能≥50 mW;500 hPa位勢高度值≤576 dagpm2 d吹偏南風(fēng)55.7正確
2007-07-26低槽低渦切變型850 hPa Td≥19.4 ℃;700 hPa Td≥9.0 ℃;850 hPa T-Td≤0.4 ℃;本站14:00氣溫≥29.0 ℃;本站14:00水汽壓≥27 hPa;本站14:00氣壓≤930.6 hPa;08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;700、850 hPa△濕有效位能≥50 mW;500 hPa位勢高度值≤556 dagpm3 d吹偏南風(fēng)147.9正確
2008-05-29脊前槽后型850 hPa Td≥19.9 ℃;700 hPa Td≥8.9 ℃;850 hPa T-Td≤0.5 ℃;本站14:00氣溫≥28.8 ℃;本站14:00水汽壓≥27 hPa;本站14:00氣壓≤930.6 hPa;08:00 700、850 hPa濕有效位能≥70 mW;700、850 hPa△濕有效位能≥50 mW;500 hPa位勢高度值≤574 dagpm3 d吹偏南風(fēng)138.2正確
以上凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式經(jīng)過2004~2008年的預(yù)報(bào)及應(yīng)用,結(jié)果非常滿意,2004~2008年均出現(xiàn)強(qiáng)度不同的大到暴雨,這些過程用凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式均提前報(bào)出,給地方政府提供了很有益的生產(chǎn)建議預(yù)報(bào)。
6 小結(jié)
(1)高空槽、中低層切變是凱里地區(qū)產(chǎn)生大暴雨的基本形式之一[4],大到暴雨是幾種尺度系統(tǒng)相互作用的情況下發(fā)生的,低空急流、中低層切變、地面冷鋒是造成大到暴雨的主要影響系統(tǒng)。中低層(700、850 hPa)充足的水汽輸送和輻合,為大到暴雨發(fā)生提供了充足的水汽。低空西南急流是大到暴雨產(chǎn)生前輸送水汽、熱量和動(dòng)量的通道,它是大到暴雨形成和維持不可缺少的條件之一[2]。
(2)大到暴雨前期,要考慮地形地貌條件、氣候特征,分析凱里地區(qū)前一日要素指標(biāo)的變化情況,找出能量的高度不穩(wěn)定區(qū)域,對(duì)大到暴雨落區(qū)有很好的指示作用。
(3)利用凱里地區(qū)的氣候特征及凱里地區(qū)大到暴雨短期的綜合預(yù)報(bào)模式來預(yù)報(bào)天氣,具有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力,在服務(wù)中有較強(qiáng)的參考價(jià)值。該研究的預(yù)報(bào)方法具有很強(qiáng)的地區(qū)性,其他地方不能簡單套用,但可以根據(jù)介紹的方法,建立適合當(dāng)?shù)氐念A(yù)報(bào)方法。
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