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        白鶴灘水電站壩區(qū)兩次寒潮大風天氣對比分析

        2019-11-11 10:46:45邊茜
        農業(yè)與技術 2019年19期

        摘 要:利用NCEP1°×1°6h再分析資料和常規(guī)觀測資料,對2018年1月6—9日和2月1—3日白鶴灘水電站壩區(qū)出現(xiàn)的兩次寒潮大風天氣過程進行對比分析,結果表明:兩次過程均有強冷空氣在貝加爾湖附近堆積,但由于環(huán)流形勢背景、冷空氣強度及路徑、前期基礎溫度不同,兩次過程產生的降溫幅度及大風強度不同;鋒區(qū)強度、氣壓梯度及3h變壓對預報寒潮大風有很好的指示作用;深厚且較強的冷平流輸送,配合高空動量下傳,有利于地面大風的形成;大風發(fā)生前溫度平流、垂直速度、散度、渦度等物理量在高低層的分布將出現(xiàn)一定程度的逆轉。

        關鍵詞:寒潮;大風;冷平流;動量下傳

        中圖分類號:S161

        文獻標識碼:A

        DOI:10.19754/j.nyyjs.20191015061

        引言

        白鶴灘水電站為金沙江下游的第二個梯級在建電站,其壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的“V”字形峽谷區(qū),地勢東西高中間低,南北狹長,河谷地帶狹管效應明顯。由于其特殊的地理位置,水電站常受大風天氣影響,對電站修建期間大壩澆筑、高空纜機的正常運行及施工人員的生命安全影響巨大。本文通過對2018年兩次寒潮大風天氣過程進行對比分析,探討寒潮大風的形成機制,對做好電站寒潮大風的預報、監(jiān)測及防災減災工作有一定的現(xiàn)實意義。

        1 天氣實況

        2018年1月6—9日(簡稱“1.6”過程)和2月1—3日(簡稱“2.1”過程)白鶴灘水電站出現(xiàn)了兩次寒潮大風天氣過程。以新田站為溫度代表站,“1.6”過程降溫11.3℃,達寒潮標準[1],過程極大風速為26.0 m/s?!?.1”過程溫度負距平絕對值為9.3℃,達寒潮標準[1],過程極大風速為30.8m/s。

        2 形勢分析

        2.1 500hPa形勢對比

        500hPa高度上,1月6日8∶00(圖1a),歐亞中高緯環(huán)流呈“多波型”,東亞倒Ω流型建立,東歐低槽發(fā)展東移,貝加爾湖西南部有一536hPa、-40℃的低壓閉合冷中心。20∶00低渦中心東移至蒙古國西部,向西伸出一條ENE—WSW向的橫槽。7日20∶00橫槽前壓到蒙古境內,槽前平直的西風鋒區(qū)中有小波動從高原移出,小槽出現(xiàn)在橫槽的東南方,槽前等高線疏散,正渦度平流加強,負變高加大。橫槽沿冷渦中心旋轉南下,8日8∶00南支槽與旋轉南下的低槽在西南地區(qū)合并,槽后南北經向度加大,偏北氣流加強,引導北極冷空氣大舉南下。高空鋒區(qū)南壓,增強到24℃/10個緯距,影響壩區(qū)。該過程屬于橫槽旋轉型。

        2月1日8∶00(圖1b),歐亞中高緯為“兩槽一脊”型。1日20∶00黑海附近有暖平流,烏拉爾山高脊頂點北挺到喀拉海附近,脊的上游巴倫支海及新地島有趕槽東南移,槽后強盛偏北氣流引導冷空氣南下。東部低槽南壓至內蒙古境內,低槽東南部有一高原槽東移,且低槽前等高線疏散,有利于低槽東移加深,引導冷空氣向南爆發(fā)影響壩區(qū)。500hPa高度上鋒區(qū)強度≥24℃/10個緯距。該過程屬于低槽東移型。

        2.2700hPa形勢對比

        700hPa高度上,“1.6”過程壩區(qū)到盆地維持西南急流,急流中心最大風速值達30 m/s,9日有切變影響?!?.1”過程,1日8∶00云南到四川有西南急流帶,壩區(qū)處在急流核附近,最大風速值為12m/s,此后盆地到壩區(qū)轉為偏北風,壩區(qū)附近有切變維持。

        2.3地面形勢對比

        “1.6”過程前期,壩區(qū)受熱低壓外圍的偏南風控制,地面溫度較高。冷空氣在貝加爾湖西南部堆積,6日8∶00冷高壓中心強度達1065hPa,20∶00新疆南部到青海形成強烈的鋒區(qū),冷空氣從新疆經青海侵入四川盆地,鋒區(qū)增強,冷空氣主體從涼山州東北部南下影響壩區(qū)。7日17∶00—20∶00壩區(qū)3h變壓達5hPa,20∶00鋒區(qū)強度達15hPa/5個緯距,壩區(qū)附近氣壓梯度大,100°~105°E,5個經距內等壓線達7條,壩區(qū)處于等壓線密集區(qū),風速急增,溫度驟降。

        “2.1”過程,2月1日8∶00貝加爾湖西南部冷高壓中心強度達1077.5 hPa,新疆南部到青海形成強烈的鋒區(qū),1日14∶00鋒區(qū)強度達20hPa/5個緯距,鋒區(qū)南壓加強,20∶00冷空氣主體從云南昭通回流影響壩區(qū),冷鋒南壓于壩區(qū)附近,1日17∶00—20∶00,壩區(qū)3h變壓達5hPa,20∶00 100°~105°E,5個經距內等壓線達9條,氣壓梯度迅速增大。與“1.6”過程相比,該過程貝加爾湖冷高壓更深厚,冷空氣更強,路徑主體偏東,等壓線更密集,造成壩區(qū)各站溫度更低,形成的極大風速更強。

        3 物理量對比

        3.1 溫度平流和垂直速度

        “1.6”過程,1月5日20∶00—6日8∶00,壩區(qū)上空從近地面層到250hPa為冷平流及正速度,冷平流層深厚,從高層到低層,冷平流強度呈現(xiàn)弱—強—弱的分布,垂直速度則呈增強的趨勢。6日8∶00,400hPa附近出現(xiàn)冷平流大值區(qū),中心值為-66×10-5℃/s,700hPa上出現(xiàn)正垂直速度大值區(qū),中心值為12×10-3hPa/s,強烈的下沉運動引導冷平流下傳,有利于壩區(qū)產生大風降溫天氣。6日20∶00 400hPa以上轉為暖平流,700~400hPa為冷平流,垂直速度較強,這種中低層為冷平流并配合強烈下沉運動的形勢到7日20∶00左右發(fā)生逆轉,壩區(qū)風速顯著增加。

        “2.1”過程,2月1日8∶00 700~500hPa為冷平流,600hPa附近有冷平流大值中心,強度達-48×10-5℃/s,500hPa以上為暖平流,冷平流層相比于“1.6”過程較淺薄。從高層到低層均為正的垂直速度,下沉運動強烈。1日17∶00 700~550hPa由冷平流轉為暖平流,而700hPa以下及550hPa以上均為冷平流控制,1日20∶00在750hPa附近冷平流中心與正速度中心重合,由于動量下傳作用,對流層中低層下沉運動及強的冷平流造成地面大風。

        3.2 散度和渦度

        “1.6”過程極大風速出現(xiàn)前,500hpa以上為負散度區(qū),以下為正散度區(qū),中高層輻合下沉、中低層輻散抽吸,利于高空動量下傳,使地面風速增強。之后高低層散度場的正負中心發(fā)生逆轉。渦度場上極大風速發(fā)生前,近地面層到300hpa為正渦度區(qū)。7日17∶00正渦度平流大值中心高度下降,近地面層出現(xiàn)負渦度區(qū),高層氣旋性切變,低層反氣旋性切變加強下沉運動的發(fā)生發(fā)展,7日18:52分新田站偏北大風達8級,并呈增強趨勢,19:57分出現(xiàn)極大風速達22.4m/s。

        “2.1”過程,1日17∶00 600hPa以上為輻散區(qū),新田站出現(xiàn)8級偏北大風。23∶00高低層正負散度區(qū)有所調整,500~300hPa轉為輻合區(qū),650~500hPa及近地面層為輻散區(qū),中高層輻合低層輻散的環(huán)流配置利于地面大風的產生,2日00:11分新田站出現(xiàn)偏北極大風,風速達25.3m/s。渦度場上,1日8∶00—17∶00,近地面層到200hPa為正渦度區(qū),正渦度大值中心在400hPa附近,中心值達8×10-5/s。17∶00 700hPa以下開始轉為負渦度區(qū),高層反氣旋性切變,低層氣旋性切變,利于下沉運動的發(fā)生,壩區(qū)出現(xiàn)8級偏北大風,且風力不斷增強。

        4 結論

        “1.6”過程貝加爾湖冷低渦發(fā)展向西伸出橫槽,并旋轉南下,槽后強偏北氣流引導冷空氣南下;“2.1”過程烏拉爾山高壓脊上游的趕槽東南移,脊前偏北氣流引導高緯冷空氣南下在貝加爾湖低槽堆積,槽前等壓線疏散,利于低槽東移加深,引導冷空氣南下爆發(fā)影響壩區(qū)。

        “2.1”過程冷高壓中心強于“1.6”過程,且冷空氣路徑不同,“1.6”過程冷空氣主要從涼山州東北部南下影響壩區(qū),主體偏西北;“2.1”過程冷空氣主要從云南昭通回流影響壩區(qū),主體偏東。

        當?shù)孛驿h區(qū)強于15hPa/5個緯距、氣壓梯度5個經距內等壓線達7條及以上、3h變壓≥5hPa時,白鶴灘水電站壩區(qū)易出現(xiàn)10級及以上大風。

        深厚且較強的冷平流輸送,配合高空動量下傳,利于地面寒潮大風的形成。大風發(fā)生前溫度平流、垂直速度、散度、渦度等物理量在高低層的分布將出現(xiàn)一定程度的逆轉。

        參考文獻

        [1] 朱乾坤,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理與方法(第四版)[M].北京:氣象出版社,2000:10.

        [2]章國材.強對流天氣分析與預報[M]. 北京:氣象出版社,2011:11.

        作者簡介:

        邊茜(1992-),女,本科,助理工程師。研究方向:短臨及中短期天氣預報。

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