王昊
(遼寧省盤山縣氣象局,遼寧盤山 124101)
關(guān)于盤山縣一次暴雨天氣過程分析
王昊
(遼寧省盤山縣氣象局,遼寧盤山 124101)
本文通過對(duì)2011年6月11日03時(shí)至6月12日15時(shí)盤山地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣的高、低空天氣形勢(shì)分析及暴雨發(fā)生前、發(fā)生時(shí)常用的物理量場(chǎng)進(jìn)行了綜合分析,得出暴雨的產(chǎn)生是高、中、低層多種尺度系統(tǒng)、多種物理機(jī)制相互作用及恰當(dāng)配置的結(jié)果。
暴雨;天氣形勢(shì);物理量
受高空短波槽影響,2011年6月11日03時(shí)至6月12日15時(shí),盤山縣出現(xiàn)暴雨(圖1),最強(qiáng)降水時(shí)段出現(xiàn)在12日06~09時(shí),過程累計(jì)降雨量81.1 mm。本次降水過程遼寧全省最大降水出現(xiàn)在盤山站,為81.1 mm,其他地區(qū)未出現(xiàn)暴雨,從2011年6月11日02時(shí)至6月12日08時(shí)全省降水天氣圖(圖2)可以看出,本次降水過程中葫蘆島、朝陽、阜新、沈陽以及丹東部分地區(qū)以中雨局部大雨為主,其余地區(qū)以小雨為主,還有部分地區(qū)未出現(xiàn)降水。其中遼陽降水量40 mm,草河口降水量36 mm、鞍山降水量30 mm。此次過程具有降水時(shí)間集中,降水強(qiáng)度強(qiáng),雨量分布極不均勻等特點(diǎn)。
圖1盤山過程降水量
圖2遼寧全省降水量分布
(一)資料與方法
利用Micaps數(shù)據(jù)資料、常規(guī)觀測(cè)站和加密自動(dòng)站資料等,對(duì)此次過程的成因進(jìn)行了分析[1-2]。從大尺度環(huán)流形勢(shì)演變、影響系統(tǒng)、地面資料、探空資料、動(dòng)力條件、水汽條件、能量分析以及地形因素等方面進(jìn)行了綜合分析,確定本次過程為高空短波槽影響形成的局地性暴雨。
(二)天氣尺度系統(tǒng)分析
1.環(huán)流背景分析。從500hPa高空?qǐng)D上可以看出(圖3、圖4),11日到12日歐亞大陸中高緯度冷空氣活動(dòng)頻繁,東北低渦位置偏北,貝湖高壓脊穩(wěn)定加強(qiáng)。11日20時(shí)貝湖高壓脊加強(qiáng),受其影響,形成于內(nèi)蒙的高空槽東移發(fā)展,移動(dòng)到遼寧西部。11日夜間到12日凌晨,高空槽移動(dòng)到遼寧中部,盤山位于高空槽前,對(duì)應(yīng)降水時(shí)段可以看出,盤山強(qiáng)降水集中于12日06~09時(shí)。分析12日08時(shí)500hPa高空?qǐng)D可以看出,高空槽東移,降水中心移動(dòng)到遼寧中東部地區(qū),盤山地區(qū)降水開始減弱。由11日20時(shí)850hPa天氣圖(圖5)可以看出,低層在遼寧西部形成切變,切變線逐漸東移[3],盤山于11日夜間到12日早上受其影響,并于此時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)降水。高低層的環(huán)流場(chǎng)都能與暴雨的位置與時(shí)間很好的對(duì)應(yīng)。
圖3 11日20時(shí)500hPa
圖4 12日08時(shí)500hPa
圖5 11日20時(shí)850hPa
圖6 12日05時(shí)地面氣壓場(chǎng)和地面天氣現(xiàn)象
2.地面資料分析。本次降水過程地面受華北低壓影響(圖6),12日02時(shí)華北低壓開始明顯加強(qiáng),并且盤山處于低壓內(nèi)部,有利于降水的形成。
(三)探空資料分析
分析沈陽站2011年6月11日20時(shí)和6月12日08時(shí)的溫度-對(duì)數(shù)壓力圖(圖7、圖8)可以看出,在11日20時(shí)沈陽上空存在不穩(wěn)定能量,到12日08時(shí)不穩(wěn)定能量經(jīng)過釋放,已經(jīng)不太明顯,不穩(wěn)定能量釋放時(shí)段和全省降水時(shí)段相吻合[4]。表1中沈陽站兩個(gè)時(shí)段的SI指數(shù)、K指數(shù)和Cape的對(duì)比可以看出,11日20時(shí)到12日08時(shí)存在不穩(wěn)定能量釋放,對(duì)降水比較有利。
表16月11日20時(shí)和12日08時(shí)物理指標(biāo)對(duì)比
(四)物理量分析
圖7 54342站6月11日20時(shí)Tlogp圖
圖8 54342站6月11日20時(shí)Tlogp圖
1.動(dòng)力條件。產(chǎn)生暴雨,需要具備動(dòng)力觸發(fā)條件[5-6]。從6月11日500hPa渦度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)上可以看出,11日20時(shí)遼寧西部和內(nèi)蒙東部有一正渦度大值區(qū),中心值+40×106· S-1,到12日08時(shí)正渦度中心向東移動(dòng),并加強(qiáng),位于遼寧東部,中心值已經(jīng)加強(qiáng)到+60×106·S-1,而此時(shí)盤山地區(qū)正好處于正渦度中心移動(dòng)路徑上。從渦度的因素上分析,該暴雨反而發(fā)生、發(fā)展與消退期間具有典型的低空輻合(正渦度)、高空輻散(負(fù)渦度)的動(dòng)力結(jié)構(gòu),為此次暴雨提供動(dòng)力條件。同時(shí),盤山地區(qū)的垂直速度在0~-20×10-3hPa·s-1之間,有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)(見圖9、圖10、圖11),說明上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)與降水發(fā)生的趨勢(shì)的一致性。
圖9 11日20時(shí)500hPa渦度
圖10 12日08時(shí)500hPa渦度場(chǎng)
圖11 11日20時(shí)500垂直速度場(chǎng)
2.熱力條件。大氣的穩(wěn)定度進(jìn)行分析,使用對(duì)流層850hPa與700hPa位溫差,6月12日08時(shí),大氣低層盤山地區(qū)為高能區(qū)[7],并且se隨高度增加而降低,由近地層到高層,se隨高度增加而減小,即低層大氣的位溫大于高層大氣的位溫,當(dāng)?shù)蛯託鈭F(tuán)被抬升至高層時(shí),周圍溫度小于本身,氣團(tuán)將繼續(xù)受到向上的加速度而繼續(xù)向上抬升,因此暴雨發(fā)生期間該地區(qū)的大氣就處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這說明存在大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定(見圖12、圖13)。
圖12 12日08時(shí)850hPaθse
圖13 12日08時(shí)925hPaθse
3.水汽條件。充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件,暴雨的產(chǎn)生必須有充足的水汽輸送,水汽通量脊表示水汽輸送強(qiáng)度。從11日20時(shí)水汽通量散度場(chǎng)[8]分析圖上可以看出(圖14、圖15、圖16),盤山地區(qū)在低層存在水輻合區(qū),水汽輻合使上升氣流加強(qiáng),促使水汽在垂直方向上的交換,有利于暴雨的形成。水汽通量的高值區(qū)建立的是由渤海延伸到遼寧境內(nèi)的水汽通道,有利于遼寧水汽的堆積,為暴雨的產(chǎn)生準(zhǔn)備了充足的水汽條件;另外,從風(fēng)向分析可看出,此次過程中低層一直維持一個(gè)南北向的水汽通量大值區(qū)域,說明有源源不斷的水汽向遼寧省輸送,為暴雨的產(chǎn)生提供了豐富的水汽條件。并且從水汽通量散度場(chǎng)上看,盤山地區(qū),在暴雨生成時(shí)始終為負(fù)值輻合區(qū),雨暴雨的生成時(shí)間與位置都相吻合。
圖14 11日20時(shí)925 hPa水汽通量散度
圖15 11日20時(shí)850hPa水汽通量散度
圖16 11日20時(shí)500hPa水汽通量散度
綜上分析,從降水前開始,盤山地區(qū)500hPa高空就出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng),且伴隨暴雨的發(fā)展,給此次降水提供了垂直運(yùn)動(dòng)條件,低層正渦度高層負(fù)渦度為暴雨的產(chǎn)生提供了有力的動(dòng)力條件。中低層強(qiáng)的正渦度中心,垂直速度方面有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng),存在大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定,水汽在低層輻合,從物理量診斷分析上可以看出,氣象條件有利于暴雨的形成。
(五)中尺度分析
1.形式場(chǎng)分析。分析11日20時(shí)的高空觀測(cè)資料(圖17),可以看出,11日20時(shí)500hPa高空槽位于內(nèi)蒙東部與遼寧西部相接地區(qū),槽前冷空氣下滑,500hPa冷槽位于遼寧西部。夜間高空槽東移劃過盤山地區(qū)。850hPa除遼寧南部及東部部分地區(qū)外,存在明顯濕區(qū)。切變線位于遼寧中部,一直延伸到山東與河北兩省交界處,夜間影響盤山地區(qū)。另從山東半島南部到遼寧渤海灣地區(qū)存在一顯著流線,為本次降水提供水汽輸送。出現(xiàn)在對(duì)流層低層、風(fēng)速最大值達(dá)12m/s以上的強(qiáng)風(fēng)區(qū),通常稱為低空急流[9]。低空急流一般在850hPa或700hPa層上最明顯,在其附近風(fēng)的水平和垂直切變很強(qiáng)。低空急流不但為暴雨輸送了充足的水汽,并且促使垂直環(huán)流的產(chǎn)生和發(fā)展,有利于對(duì)流天氣的加強(qiáng),也是暴雨產(chǎn)生的不可缺少的主要條件。
圖17 11日20時(shí)高空探測(cè)資料
2.衛(wèi)星云圖分析。從衛(wèi)星云圖的演變情況來看(圖18),本次降水受東移短波槽影響,短波槽在11日20時(shí)逐漸影響遼寧西部,進(jìn)入遼寧后東移較快,11日夜間到12日凌晨,高空槽移動(dòng)到遼寧中部,盤山位于高空槽前。主要降水集中在遼寧西部和中東部地區(qū),盤山受其影響,北部地區(qū)降水量較大,在本站出現(xiàn)暴雨。
圖18 2011年6月12日衛(wèi)星云圖
圖19 6月11日20時(shí)至12日10時(shí)盤山站降水量和風(fēng)向隨時(shí)間變化
3.自動(dòng)站氣象要素特征。通過分析11日20時(shí)到12日10時(shí),盤山站的降水量與風(fēng)向變化圖(圖19),可以看出,在降水強(qiáng)度集中的時(shí)段,盤山站存在明顯的風(fēng)向切變,這和前面分析的地面形式場(chǎng)變化相對(duì)應(yīng)。另降水期間可以從盤山地區(qū)的加密自動(dòng)站上可以看出,地面存在明顯的氣旋型切邊[10],存在上升運(yùn)動(dòng),對(duì)本次局地強(qiáng)降水的產(chǎn)生有利。
4.地形作用簡(jiǎn)析。盤山位于遼河下游入??冢鬣彶澈?,全縣屬于沉積性退海平原,地勢(shì)平坦,多水無山,空氣濕度較大,水汽條件較好,下墊面平整有利于水氣輸送,為盤山地區(qū)暴雨的出現(xiàn)創(chuàng)造了很好的地形條件。
此次暴雨主要受短波槽影響,短波槽移動(dòng)速度和位置是主要著眼點(diǎn)。強(qiáng)降水開始時(shí)間和落區(qū)是本次預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。東北地區(qū)高空從高層至低層一致的深厚的低值系統(tǒng),暴雨發(fā)生前后盤山地區(qū)的大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的,故加上暴雨生成的水汽和垂直運(yùn)動(dòng)條件為造成此次暴雨的必要條件[11]。渦度、散度、垂直速度的配置也造成了從低空到高空的深厚的上升運(yùn)動(dòng),為降水進(jìn)一步提供了動(dòng)力條件,再加上充足的水汽條件,低層不穩(wěn)定能量的釋放,使暴雨的發(fā)生成為必然。暴雨出現(xiàn)前,與強(qiáng)降水相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi),對(duì)流層存在著中尺度氣旋時(shí)環(huán)流和中尺度輻合系統(tǒng),而在高層分布著中尺度反氣旋式環(huán)流和中尺度輻散系統(tǒng)。地面中尺度反氣旋式環(huán)流和中尺度切變線的演變發(fā)展對(duì)暴雨對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生具有密切聯(lián)系。此外,盤山所處的地理位置也是一個(gè)不容忽視的因素,盤山地勢(shì)平坦,處于遼西丘陵與千山山脈之間,造成一種狹管效應(yīng),使得本地水汽集中、能量集中,為暴雨產(chǎn)生提供另一有利條件。
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(編輯:魏翔)
S161.6
A
1673-9019(2016)14-0044-04
2016-04-27
王昊(1977-),男,遼寧盤山人,工程師,主要從事公共氣象服務(wù),氣象信息保障工作。