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        干旱地區(qū)阿拉善盟強(qiáng)對(duì)流天氣特征分析

        2021-09-01 09:38:15寶樂(lè)爾
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2021年3期
        關(guān)鍵詞:干旱地區(qū)概念模型

        寶樂(lè)爾

        摘要 利用2000—2015年16 a阿拉善盟對(duì)流天氣實(shí)況資料,篩選51個(gè)天氣過(guò)程個(gè)例,分析強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的環(huán)流背景、形成條件及雷達(dá)回波特征,并從強(qiáng)對(duì)流天氣形成條件入手,對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行分類,建立阿拉善盟地區(qū)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)概念模型。從而提高預(yù)報(bào)員對(duì)雷達(dá)資料的識(shí)別能力,提高預(yù)報(bào)、預(yù)警提前量和準(zhǔn)確率,為阿拉善盟經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民群眾的福祉安康作出新貢獻(xiàn)。

        關(guān)鍵詞 干旱地區(qū);強(qiáng)對(duì)流天氣;概念模型

        中圖分類號(hào):P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):2095–3305(2021)03–0030–03

        阿拉善盟地處亞洲大陸腹地,遠(yuǎn)離海洋,境內(nèi)又有巴丹吉林、騰格里、烏蘭布和三大沙漠橫貫全境,為典型的大陸性氣候,四季氣候特征明顯,全年干旱少雨,年降水量35~207 mm,同時(shí)年降水量分布不均勻,6—8月降水量最為集中,占全年降水量的70%。近幾年,阿左旗及周邊地區(qū)汛期強(qiáng)對(duì)流天氣顯著增多,其中巴彥浩特及賀蘭山山區(qū),受地形影響,強(qiáng)對(duì)流天氣明顯多于其他地區(qū),特別是短時(shí)強(qiáng)降雨所引發(fā)的山洪、城市內(nèi)澇等氣象災(zāi)害影響日趨嚴(yán)重,受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。

        強(qiáng)對(duì)流天氣因其突發(fā)性、局地性特征,一直是天氣預(yù)報(bào)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著713天氣雷達(dá)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用,經(jīng)過(guò)不斷加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和分析總結(jié),強(qiáng)對(duì)流天氣的檢測(cè)預(yù)警能力有所提升。然而,實(shí)際工作中仍暴露出預(yù)報(bào)員對(duì)各類觀測(cè)資料綜合分析能力的欠缺、對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣形成機(jī)理認(rèn)識(shí)膚淺等問(wèn)題。鑒于此,篩選2000—2015年阿拉善盟地區(qū)51個(gè)天氣過(guò)程個(gè)例,分析強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的環(huán)流背景、形成條件及雷達(dá)回波特征,并從強(qiáng)對(duì)流天氣形成條件入手對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行分類,建立預(yù)報(bào)概念模型,旨在提高阿拉善盟強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及預(yù)警提前量。

        1 阿拉善盟強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型

        強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例選擇:定義阿拉善盟1個(gè)以上站點(diǎn)(含1個(gè))出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣,3個(gè)以上站點(diǎn)(含3個(gè)站點(diǎn))發(fā)生雷暴為1次雷暴天氣過(guò)程。

        1.1 高空冷平流強(qiáng)迫類概念模型

        主要影響系統(tǒng):500 hPa及700 hPa溫度槽,700 hPa切變線,地面弱低壓或均壓場(chǎng)。

        高空冷平流強(qiáng)迫類常出現(xiàn)在高壓脊前部的西北、偏北氣流中。500 hPa受較強(qiáng)偏北風(fēng)控制,有顯著流線存在,強(qiáng)偏北風(fēng)導(dǎo)致的強(qiáng)垂直風(fēng)切變以及偏北風(fēng)上存在的弱槽或切變線共同提供了垂直方向上的動(dòng)力不穩(wěn)定條件。500 hPa高壓脊前常存在干冷平流,地面為弱的低壓或均壓場(chǎng),相互形成對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。在探空?qǐng)D上,從低層到高層風(fēng)向通常逆轉(zhuǎn),有冷平流存在,且500 hPa以上風(fēng)速較強(qiáng),垂直風(fēng)切變較大。強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)前,天氣以多云或晴天為主,地面增溫,層結(jié)不穩(wěn)定性進(jìn)一步加強(qiáng),在高空干冷平流的作用下,強(qiáng)對(duì)流天氣一般出現(xiàn)在午后至夜間,以雷雨大風(fēng)和冰雹為主(圖1)。

        1.2 典型個(gè)例分析:2015年7月21日巴彥浩特及賀蘭山冰雹、強(qiáng)雷暴、大風(fēng)、強(qiáng)陣雨

        實(shí)況:2015年7月21日阿拉善盟大部地區(qū)出現(xiàn)分布不均陣雨,巴彥浩特及賀蘭山山區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣,并伴有冰雹、強(qiáng)陣雨、大風(fēng)。從全盟5 mm以上降水站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況、站點(diǎn)雨量分布情況可以看出,降水集中于巴彥浩特及賀蘭山一帶。巴彥浩特2015年7月21日12:48開(kāi)始出現(xiàn)雷暴,主要分為兩個(gè)時(shí)段:12:48~14:55和17:40~18:30。第一階段巴彥浩特降水量為4.2 mm,主要表現(xiàn)為干雷暴;15:00~17:00降水停止,降水量只有0.1 mm。

        2015年7月21日17:40左右受強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)影響,巴彥浩特上空電閃雷鳴,出現(xiàn)強(qiáng)陣雨,40 min降水量達(dá)9 mm左右,賀蘭山山區(qū)南寺、北寺、樊家營(yíng)子均出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

        系統(tǒng)配置及演變: 2015年7月21日08:00隨著500 hPa阿拉善盟以北地區(qū)冷渦旋轉(zhuǎn),原位于額旗地區(qū)東北-西南向槽線逆轉(zhuǎn)為南—北向并東移南壓至阿拉善盟東部地區(qū)。700 hPa形勢(shì)與500 hPa一致,海平面氣壓場(chǎng)2015年7月21日08:00阿拉善盟東部地區(qū)受倒槽控制,隨著冷高壓擴(kuò)散南壓,倒槽減弱南退,觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

        從銀川探空資料分析,2015年7月21日08:00較有利于雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生的環(huán)境條件:(1)從850 hPa到500 hPa下降了11.68℃,條件不穩(wěn)定特征較明顯;(2)有強(qiáng)的對(duì)流有效位能,CAPE值達(dá)568.1 J/kg,且CAPE區(qū)域呈狹長(zhǎng)形狀,該形狀為短時(shí)強(qiáng)降水T-lnp圖的典型形式;(3)LI指數(shù)為-1.9℃,SI指數(shù)為-2.03℃,K指數(shù)為32℃,表明對(duì)流層中下層,存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);(4)垂直風(fēng)切變較小,低層有淺薄冷平流;(5)對(duì)流層高層有明顯的干空氣層,具有“上干冷、下暖濕”特征。

        2 阿拉善低層暖平流強(qiáng)迫類概念模型

        2.1 低層暖平流強(qiáng)迫類概念模型主要影響系統(tǒng)

        500 hPa低槽,700 hPa切變線,700 hPa低渦,700 hPa氣旋式輻合中心,700 hPa低空急流或顯著流線。

        低空暖平流強(qiáng)迫類常出現(xiàn)在700 hPa暖濕平流中,并與低空急流或低空顯著流線密切相關(guān)(圖2)。低空顯著流線帶來(lái)的暖濕平流有利于對(duì)流不穩(wěn)定條件的建立,同時(shí)其左前側(cè)的輻合區(qū)也為不穩(wěn)定能量的釋放提供了動(dòng)力條件。這類強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)生在500 hPa低槽前部,槽前的正渦度平流有利于低空低值系統(tǒng)的發(fā)展。700 hPa切變線、地面輻合線附近的暖濕氣流內(nèi)部是對(duì)流天氣的主要落區(qū)。低空另一種常見(jiàn)的低值系統(tǒng)為西南低渦,西南低渦強(qiáng)烈發(fā)展,向東北方向伸出偏南、偏東風(fēng)的暖濕切變線,并與副熱帶高壓之間形成偏南風(fēng)強(qiáng)風(fēng)速帶,為阿拉善盟地區(qū)(主要是阿拉善左旗地區(qū))提供水汽、不穩(wěn)定能量條件。強(qiáng)對(duì)流天氣主要出現(xiàn)在暖濕切變線附近及其以南地區(qū)(圖2)。

        2.2 典型個(gè)例分析:2013年8月22日巴彥浩特、烏斯太短時(shí)強(qiáng)降水

        實(shí)況:2013年8月21日夜間至22日夜間,阿右旗南部、阿左旗南部及吉蘭泰地區(qū)出現(xiàn)降水天氣,其中巴彥浩特、烏斯太及賀蘭山沿山地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水并伴有強(qiáng)雷電,小時(shí)降水量樊家營(yíng)子、巴彥浩特分別為26.7, 21.0 mm/h,工業(yè)園區(qū)、烏斯太、小麥粒溝小時(shí)降水量分別為20.9、17.3、15.9 mm/h(巴彥浩特及賀蘭山沿山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段:22日03:00~05:00;烏斯太及附近地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段:22日13:00~14:00)。

        主要影響系統(tǒng): 500 hPa短波槽,副熱帶高壓,臺(tái)風(fēng),700 hPa低渦,700 hPa暖濕切變,700 hPa顯著流線,地面輻合線。

        系統(tǒng)配置及演變:500 hPa副高與臺(tái)風(fēng)之間存在著相互制約關(guān)系。副高呈東西帶狀,臺(tái)風(fēng)的穩(wěn)定西行(少動(dòng))使副高穩(wěn)定少動(dòng),從而影響西風(fēng)帶低值系統(tǒng)的移動(dòng)速度。隨著副高的南退,造成阿拉善降水天氣,之后隨著臺(tái)風(fēng)的向西、向北推進(jìn),穿過(guò)副熱帶高壓脊,使脊斷裂東退,過(guò)程結(jié)束。700 hPa臺(tái)風(fēng)的登陸使副高外圍暖濕氣流加強(qiáng),青海地區(qū)低渦發(fā)展東移與副高之間形成偏南風(fēng)(東南)強(qiáng)風(fēng)速帶,有利于水汽的輸送并在我盟東部地區(qū)形成暖濕切變線。強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在500 hPa槽前,700h Pa切變線、地面輻合線之間。

        從銀川探空資料分析,2013年8月21日20:00較有利于雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生的環(huán)境條件:(1)從850 hPa到500 hPa下降了9.56℃,條件不穩(wěn)定特征較明顯;(2)有一定的對(duì)流有效位能,CAPE值達(dá)548.6 J/kg,且能量區(qū)域呈狹長(zhǎng)形狀;(3)LI指數(shù)為-1.3℃,SI指數(shù)為-0.3℃,K指數(shù)為41℃,表明對(duì)流層中下層,存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);(4)850 hPa至500 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn),低層存在暖平流;(5)垂直切變較弱;(6)600 hPa以下層結(jié)偏濕,850 hPa比濕達(dá)13.42 g/kg,對(duì)流層高層到500 hPa有明顯的干空氣層,整個(gè)溫濕層結(jié)曲線形成向上開(kāi)口的喇叭口形狀,具有“上干冷、下暖濕”特征。

        2013年8月22日03:47(2°仰角)巴彥浩特上空最強(qiáng)回波在50~55 dBz,相應(yīng)速度圖分析,零速度線在低層呈正“S”形,再往上零速度線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),即低層有暖平流,其上有冷平流。這種溫度層結(jié)有利于強(qiáng)回波的進(jìn)一步維持或加強(qiáng)。此外,在低層可分析出有近10 m/s的西南風(fēng)顯著氣流。2013年8月22日04:12(2°仰角)速度圖上仍可以分析出正“S”形,但已不如之前的明顯。05:02(3°仰角)零速度線逐漸呈直線(一致的西南氣流),巴彥浩特北方出現(xiàn)一條近東西向的輻合區(qū),相應(yīng)反射率因子圖上巴彥浩特上空強(qiáng)回波逐漸減弱,其北面發(fā)展出一條東西向的線狀回波,最強(qiáng)回波在55 dBz。2013年8月22日05:14(3°仰角)巴彥浩特上空強(qiáng)回波進(jìn)一步減弱至40 dBz,巴彥浩特短時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束。

        3 冷、暖空氣交匯類(斜壓鋒生類)概念模型

        3.1 冷、暖空氣交匯類(斜壓鋒生類)概念模型主要影響系統(tǒng)

        500 hPa低槽和溫度槽,700 hPa低槽和溫度槽,700 hPa切變線,700 hPa暖脊,地面冷鋒或地面高低壓過(guò)渡帶。

        冷、暖空氣交匯類是指發(fā)生在中低層冷暖空氣交匯,并伴有溫度鋒區(qū)和鋒生作用的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程,地面常有冷鋒活動(dòng)。當(dāng)冷暖平流都不太強(qiáng)烈時(shí),地面上分析不出明顯的鋒面,但可以分析出高、低壓的過(guò)渡帶,其氣壓梯度相對(duì)較強(qiáng)。冷暖平流導(dǎo)致斜壓鋒生和輻合抬升形成的動(dòng)力強(qiáng)迫是這類強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的重要條件(圖3)。

        3.2 典型個(gè)例分析:2014年7月7日巴彥浩特雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水

        實(shí)況:2014年7月6日夜間至7日凌晨,巴彥浩特出現(xiàn)雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水天氣,短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)間段在2014年7月6日23:40~7日凌晨01:00(巴彥浩特及沿山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水量級(jí):06日23:00~07日00:00為6.5mm,00:00~01:00為7.0 mm)。

        主要影響系統(tǒng):500 hPa低槽,700 hPa 切變線,700 hPa低渦,地面輻合線(高、低壓過(guò)渡帶),冷平流,暖平流。

        系統(tǒng)配置及演變:500 hPa西風(fēng)氣流中有低槽東移,溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng),對(duì)應(yīng)700 hPa有切變線。從700 hPa溫壓場(chǎng)配置情況分析,冷、暖空氣在巴彥浩特地區(qū)交匯。由于冷、暖平流強(qiáng)度都不強(qiáng),故在地面圖上分析不出強(qiáng)的冷鋒,但仍可以分析出具有一定鋒面特征的地面輻合線。強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在500 hPa低槽,700 hPa切變線、地面輻合線附近。

        從銀川探空資料分析,2014年7月6日20:00較有利于雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生的環(huán)境條件:(1)從850 hPa到500 hPa,θse下降了13.25℃,條件不穩(wěn)定特征較明顯;(2)有強(qiáng)的對(duì)流有效位能,CAPE值達(dá)1 176 J/kg,且CAPE區(qū)域呈狹長(zhǎng)形狀,該形狀為短時(shí)強(qiáng)降水T-lnp圖的典型形式;(3)LI指數(shù)為-4.1℃,SI指數(shù)為-2.3℃,K指數(shù)為42℃,表明對(duì)流層中低層,存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);(4)850 hPa至700 hPa風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),700 hPa至400 hPa順時(shí)針旋轉(zhuǎn),即低層潛入的淺薄冷空氣觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣;(5)850 hPa比濕達(dá)11.79 g/kg,對(duì)流層高層、500 hPa有明顯的干空氣層,具有“上干冷、下暖濕”特征。

        2014年7月6日23:41(3°仰角)巴彥浩特上空為混合型降水回波,但以積云降水回波為主,最強(qiáng)回波強(qiáng)度50 dBz。相應(yīng)速度圖分析,低層為一致的偏北風(fēng)(零速度線呈直線),且近地面風(fēng)速達(dá)10 m/s??梢耘袛噙@時(shí)地面輻合線已開(kāi)始影響巴彥浩特地區(qū),再一次證明地面潛入的淺薄冷空氣觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣。00:17(3°仰角)由于低層潛入的冷空氣,降水回波無(wú)法進(jìn)一步維持或加強(qiáng),其強(qiáng)度逐漸減弱,00:17(3°仰角)回波強(qiáng)度減弱至40 dBz左右。

        4 小結(jié)

        2016主持研究課題《阿拉善盟夏季降水分型及預(yù)報(bào)方法研究》、2017年《阿拉善盟夏季強(qiáng)對(duì)流天氣特征分析》、2018年《賀蘭山沿山地區(qū)強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)預(yù)報(bào)方法研究》、2019年《阿盟強(qiáng)對(duì)流天氣分析總結(jié)在Micaps中的應(yīng)用化》,本文將研究成果中的一部分呈現(xiàn)出來(lái),以期幫助預(yù)報(bào)員對(duì)干旱地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣有進(jìn)一步的了解及提供研究思路。

        主要結(jié)論:選取強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前最近時(shí)次及下一時(shí)次的Micaps高空及地面觀測(cè)資料(時(shí)次間隔12 h),尋找對(duì)發(fā)生在阿拉善盟轄區(qū)內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流天氣有影響的大尺度及中尺度天氣系統(tǒng),根據(jù)天氣系統(tǒng)的演變規(guī)律及影響機(jī)理繪制中尺度天氣環(huán)境條件場(chǎng)分析圖,以便清晰簡(jiǎn)潔地表達(dá)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前后的天氣系統(tǒng)配置及熱力和動(dòng)力條件。參考《強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的基本原理與技術(shù)方法—中國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)手冊(cè)》中強(qiáng)度流天氣的分類方法,將所選個(gè)例歸為“高空冷平流強(qiáng)迫類”、“低層暖平流強(qiáng)迫類”、“冷、暖空氣交匯(斜壓鋒生類)類”三類,按照天氣形式特征歸納天氣系統(tǒng)概念模型。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 朱乾根,林錦瑞,壽紹義,等.天氣學(xué)原理和辦法[M].北京:氣象出版社,2007.

        [2] 張亞萍,鄧承之,牟容,等.重慶市強(qiáng)對(duì)流天氣分析圖集[M].北京:氣象出版社,2015.

        責(zé)任編輯:黃艷飛

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