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貴州西南部相似環(huán)境場暴雨過程對比分析

2020-05-20 09:54:08周明飛
農(nóng)技服務(wù) 2020年2期
關(guān)鍵詞:平流低層強(qiáng)降水

喬 琪, 周 皞, 周明飛

(1.貴州省氣象臺, 貴州 貴陽 550000; 2.貴州新氣象科技有限公司, 貴州 貴陽 550000)

貴州地處青藏高原東部,特殊的地理位置形成了獨(dú)有的天氣氣候特征,暴雨作為貴州主要的災(zāi)害性天氣之一,具有與眾不同的特點(diǎn),也一直是氣象工作者關(guān)注的對象之一。為貴州暴雨過程的預(yù)測預(yù)報(bào)提供參考,以2012年7月15日貴州中部、東北部出現(xiàn)大到暴雨,2009年6月8日20時(shí)到9日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)暴雨,2009年6月21日夜間到22日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣的相似個(gè)例進(jìn)行對比分析,以探明2012年7月15日夜間到16日貴州西南部一次空報(bào)暴雨天氣過程的可能原因,以提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 降水概況與環(huán)流背景

1.1 降水概況

2012年7月15日20時(shí)到16日08時(shí),貴州中部、東北部出現(xiàn)大到暴雨,3縣(市、區(qū))出現(xiàn)暴雨,23個(gè)縣(市、區(qū))出現(xiàn)暴雨。在15日的短期預(yù)報(bào)中,預(yù)報(bào)15日夜間到16日早晨貴州西南部有暴雨和大暴雨,而實(shí)況顯示,貴州西南部僅下了小雨,與預(yù)報(bào)出入很大,西南部的暴雨空報(bào)。

1.2 環(huán)流形勢

對比環(huán)流形勢,2012年7月15日的大到暴雨與2009年6月8日20時(shí)到9日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)暴雨、2009年6月21日夜間到22日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣相似。后兩次過程500 hPa我國東北部及烏拉爾山各有一低渦東移,高原低槽東移貴州;700 hPa位于四川東南部及云南東部的切變東移、南壓影響貴州,孟加拉灣經(jīng)云南到貴州南部的西南暖濕氣流建立(同7月15日相似,主要為西南氣流影響,西南低空急流未建立);850 hPa川東的低渦切變東南移至貴州北部。2009年6月8日08時(shí),700 hPa貴陽、威寧的比濕分別為10 g/kg和10 g/kg,850 hPa貴陽的比濕為17 g/kg;2009年6月21日08時(shí)700 hPa貴陽、威寧的比濕分別為12 g/kg和12 g/kg,850 hPa貴陽的比濕為17 g/kg。較為相似的環(huán)流形勢及水汽條件,2012年7月16日西南部暴雨空報(bào),而2009年6月9日及6月22日西南部出現(xiàn)大范圍暴雨。

2 物理量診斷

2.1 散度

2012年7月15日20時(shí)到16日02時(shí),104°~106° E(貴州西南部)上空有較弱的輻合區(qū),對流層上層200 hPa有強(qiáng)度為 4×10-5/s的輻合中心,表明低層的輻合和上升運(yùn)動很弱,不利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。2009年6月8日20時(shí),104°~105° E(貴州西南部)有一輻合中心,從地面延伸到700 hPa,強(qiáng)度為-4×10-5/s,700 hPa以上到400 hPa為輻散區(qū);9日02時(shí),輻合中心明顯加強(qiáng),高度伸展到300 hPa,輻合中心強(qiáng)度達(dá)-8×10-5/s,強(qiáng)輻散區(qū)也升高到100~200 hPa,中心強(qiáng)度達(dá)21×10-5/s,且位于暴雨區(qū)上方。2009年6月21日20時(shí),104°~105° E(貴州西南部)從地面到500 hPa為較弱的輻合區(qū),500 hPa以上為較弱的輻散區(qū),上升運(yùn)動較弱;22日02時(shí),輻合中心明顯加強(qiáng),高度伸展到300 hPa,并向西傾斜,輻合中心強(qiáng)度達(dá)-4×10-5/s,強(qiáng)輻散區(qū)也增強(qiáng),位于300 hPa以上,輻散中心強(qiáng)度達(dá)7×10-5/s,位于暴雨區(qū)上方。表明,2012年7月16日空報(bào)暴雨過程未出現(xiàn)明顯的高層輻散、低層輻合,低層的輻合和上升運(yùn)動較弱。2009年6月9日、6月22日有非常明顯的高層輻散、低層輻合,且從強(qiáng)降水發(fā)生前到強(qiáng)降水出現(xiàn),高層輻散的抽吸作用不斷加強(qiáng),導(dǎo)致低層的輻合和上升運(yùn)動不斷加強(qiáng),有利于低層水汽的輸送和高層水汽的補(bǔ)充,也有利于水汽不斷的碰并凝結(jié),產(chǎn)生較強(qiáng)的降水過程。

2.2 水汽通量散度

從2012年7月16日降水過程前期比濕的分布看,此次過程本地的水汽達(dá)到了產(chǎn)生暴雨的條件,但是暴雨的產(chǎn)生還需要源源不斷的水汽輸送。暴雨區(qū)內(nèi)的水汽供應(yīng)主要是邊界層內(nèi)的水汽通量輻合所造成。通過對比分析,用這三次過程700 hPa、850 hPa水汽通量散度特征來討論2012年7月16日空報(bào)暴雨過程欠缺的水汽條件。

2012年7月15日08時(shí)到16日02時(shí),700 hPa孟加拉灣經(jīng)云南到貴州一直存在一個(gè)明顯的水汽輸送帶,但并未形成明顯的水汽輻合中心,850 hPa水汽輸送較弱,15日20時(shí)到16日02時(shí)自南海經(jīng)廣西到貴州形成一個(gè)水汽輸送帶,在貴州西部形成一個(gè)較弱的水汽輻合中心,16日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-20×10-7g/(cm2·hPa·s)。結(jié)合700 hPa和850 hPa水汽通量和水汽通量散度的分布,此次過程雖形成了來自于孟加拉灣和南海的水汽通道,但在貴州西部沒有明顯的水汽輻合,不利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

2009年6月8日08時(shí)到9日02時(shí),700 hPa孟加拉灣經(jīng)云南到貴州同樣一直存在一個(gè)明顯的水汽輸送帶,并且形成了一個(gè)明顯的水汽輻合中心,9日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-60×10-7g/(cm2·hPa·s),同時(shí)850 hPa自南海經(jīng)廣西到貴州形成一個(gè)水汽輸送帶,在貴州西南部形成一個(gè)較強(qiáng)的水汽輻合中心,8日20時(shí)強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s)。2009年6月21日08時(shí)到22日02時(shí)與2009年6月9日的過程相似,700 hPa的水汽輻合中心22日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s),8日20時(shí)850 hPa的強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s)。孟加拉灣及南海的水汽是這兩次暴雨過程的主要水汽來源,在西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)西南氣流的引導(dǎo)下,形成兩個(gè)為貴州西南部輸送水汽的通道,水汽輻合中心與強(qiáng)降水中心較重合。

通過以上三次過程的對比,表明強(qiáng)降水的發(fā)生需要有大量的水汽在強(qiáng)降水中心上空輻合,輻合來自于中、低層。

2.3 垂直速度

暴雨區(qū)系統(tǒng)性的上升氣流形成并不斷發(fā)展加強(qiáng)的過程,為暴雨區(qū)水汽凝結(jié)、大氣不穩(wěn)定能量的釋放以及水汽的輸送提供了充足的動力和有利的環(huán)流形勢。由美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)再分析資料(1°×1°)分析這三次暴雨前后沿25° N的垂直速度變化特征,以尋找2012年7月16日空報(bào)暴雨過程與出現(xiàn)暴雨過程在垂直速度特征上的不同之處。

從圖1可知,以貴州西南部(104°~106° E)為中心,2012年7月15日08時(shí)105° E以西為下沉氣流區(qū),高度達(dá)400 hPa,400 hPa以上有上升氣流存在;14時(shí)105° E附近近地面出現(xiàn)弱的上升氣流,其上部仍為下沉氣流,且范圍較08時(shí)擴(kuò)大;106° E以西為下沉氣流區(qū),延伸高度有所下降,達(dá)500 hPa;102° E上空400 hPa有一中心值為-0.1 Pa/s的上升氣流中心;20時(shí)105° E附近近地層的上升氣流有所加強(qiáng),高度升高到800 hPa,其上部及以西上游地區(qū)仍為下沉氣流。16日02時(shí),貴州西南部近地層的上升氣流向東移,106° E以西地區(qū)的上空主要為下沉氣流。可見,在降水前,貴州西南部近地層出現(xiàn)了較弱的上升氣流,但是延伸高度低、強(qiáng)度弱,表明垂直上升運(yùn)動弱,動力不夠,因此貴州西南部僅出現(xiàn)小雨。

從圖2可知,2009年6月8日08時(shí)104°~106° E為下沉氣流區(qū),高度達(dá)550 hPa,并向西傾斜,550 hPa以上有上升氣流存在;14時(shí)105° E附近上空的上升氣流發(fā)展并向下、向上擴(kuò)展延伸,從800 hPa到100 hPa均為上升氣流,中心值為-0.4 Pa/s;20時(shí)105° E附近上升氣流范圍擴(kuò)大,104°~106° E均為上升氣流,且強(qiáng)度加強(qiáng),中心值達(dá)-0.6 Pa/s,中心位于106° E上空650 hPa和400 hPa。9日02時(shí),104°~106° E的強(qiáng)上升氣流區(qū)繼續(xù)加強(qiáng),中心強(qiáng)度也加強(qiáng)為-2.3 Pa/s,上升中心高度較高,位于300 hPa。由此可見,此次暴雨天氣過程發(fā)生前,貴州西南部有上升氣流的強(qiáng)烈發(fā)展,高度高、強(qiáng)度強(qiáng),上升氣流的建立和發(fā)展對西南部的暴雨區(qū)水汽輸送和對流發(fā)展提供了充足的動力。

2009年6月22日暴雨天氣過程與6月9日暴雨過程相似(圖略),21日08時(shí)到14時(shí),西南部地區(qū)上空出現(xiàn)上升氣流,并逐漸發(fā)展加強(qiáng),從低層管道高層均為上升氣流。22日02時(shí)發(fā)展最強(qiáng)。

2.4 垂直結(jié)構(gòu)

以臨近貴州西南部的百色探空站代表貴州西南部的探空垂直結(jié)構(gòu),貴陽探空站代表貴州中部的探空垂直結(jié)構(gòu),通過分析這兩個(gè)站的風(fēng)矢量曲線,得出降水前西南部及貴州中部上空冷暖平流的變化。

2012年7月15日08時(shí)百色站探空風(fēng)矢量曲線在925~250 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),該站上空為深厚的暖平流,20時(shí)該站上空的暖平流仍維持。15日08時(shí)貴陽站風(fēng)矢量850~500 hPa隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),受冷平流控制,20時(shí)變?yōu)殡S高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),為暖平流。表明,在15日白天貴州中部有淺薄冷空氣侵入,而15日夜間到16日,無冷空氣侵入,對西南部低層沒有冷空氣的抬升。

2009年6月8日08時(shí)百色站探空風(fēng)矢量曲線在925~300 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),受深厚的暖平流控制,20時(shí)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),低層為暖平流;400~250 hPa隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),低層暖濕、高層干冷,該站上空不穩(wěn)定層結(jié)建立。貴陽站08時(shí)地面至700 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),為暖平流,20時(shí)貴陽站地面至700 hPa風(fēng)向轉(zhuǎn)為隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),受冷平流控制,700 hPa以上對流層中高層基本還受暖平流控制。貴陽站風(fēng)向的變化表明,有淺薄冷空氣快速向南侵入,冷空氣的侵入能夠造成低層抬升,觸發(fā)不穩(wěn)定能量的爆發(fā)。

2009年6月21日08時(shí)、20時(shí)百色站地面至850 hPa風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),一直受暖平流控制。貴陽站21日08時(shí)地面至300 hPa風(fēng)向都隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),20時(shí)貴陽地面至300 hPa的風(fēng)向轉(zhuǎn)變?yōu)殡S高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),冷空氣較深厚。

上述分析表明,2009年6月的兩次西南部暴雨,貴州中部都有冷空氣的快速侵入,造成南部低層的抬升,觸發(fā)暴雨天氣的發(fā)生。2012年7月16日空報(bào)暴雨過程,貴州中部沒有明顯的冷空氣南下侵入。

3 小結(jié)

有利的環(huán)流形勢是產(chǎn)生暴雨的必要條件,但在相似的有利形勢下,不一定能產(chǎn)生暴雨天氣,對比三次天氣過程,500 hPa高原低槽、云南東部切變、川東切變、西南氣流輸送水汽均是主要環(huán)流形勢,但出現(xiàn)的降水強(qiáng)度、范圍差別很大。暴雨區(qū)本身的水汽條件好有利于產(chǎn)生暴雨,但更重要的是水汽的輸送和水汽在本地的輻合。散度輻合、輻散的加強(qiáng)和垂直速度系統(tǒng)性的加強(qiáng),是產(chǎn)生強(qiáng)降水的重要原因。貴州中部冷空氣的快速侵入南下,加強(qiáng)西南部低層的抬升,觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放,導(dǎo)致強(qiáng)降水發(fā)生。

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