基于相關氣象資料分析成都某次強降雨的主因-藏刊網

0引言暴雨是影響四川省的主要災害性天氣,暴雨預報作為當今世界氣象科學的難題之一,也是國內氣象學者攻克的主要目標。陶詩言[1-3]暴雨與低空急流的配置關系進行了深入研究:眾多氣象專家的大量研究表明,暴雨的發生與水汽的輻合、大氣不穩定層結、位勢不穩定釋放機制和高低空急流等密切相關,大氣環流形式的演變以及各個層結的不同配置決定著暴雨過程的降水強度[4-15]。而氣象衛星、多普勒雷達的不斷進步也為暴雨特別是暴雨的短時臨近預報提供了更好的技術支撐。文中利用實況觀測值以及衛星云圖等資料,對2012年8月16～19日成都市出現的入汛以來局地最強降水的形勢背景、低空急流、水汽輸送、垂直運動、中小尺度系統和強對流云團進行了分析,為今后的暴雨預報提供一些參考或借鑒。

1暴雨過程及形勢分析

1.1降水實況

2012年8月16～19日成都地區西部出現強降雨天氣,雨量達暴雨到大暴雨\\(圖1\\)。降雨主要落區在成都地區西部\\(都江堰、彭州、崇州、大邑、邛崍、蒲江、郫縣等\\)最強降雨在都江堰、彭州。據自動觀測站的資料顯示,16日20時到19日20時有9個自動站累計雨量超過200mm,31個自動站累計雨量超過100mm,過程最大雨量為281.6mm。最大雨強85.5mm/h。主降水時段分3段,第一階段:17日02時～09時,6小時最大降雨量為88.2mm;第二階段:17日20時～18日02時,6小時最大降雨量為195.8mm;第3階段:17日20時～18日02時,6小時最大降雨量為195.8mm。

1.2常規觀測資料

以都江堰站為例分析此次暴雨過程前后各氣象要素的變化情況,由圖2可以看到,本站氣壓從16日到19日呈現出逐步增加的過程,在增加的同時出現了相對有規律的短時降壓,分別在17日08時、18日08時、19日02時氣壓出現下降后又再度上升的情況,與氣壓相對應在上述3個時段均出現了強度較大的強降水,而露點和溫度的變化均較為平穩,地面的溫度露點差均在1℃以下。

1.3環流背景分析

16日到17日亞洲中高緯地區為“一槽一脊”的形勢,烏拉爾山為一高脊,巴爾克什湖到貝加爾湖為一寬廣的低槽\\(圖略\\),槽前不斷有分裂的小槽攜帶弱冷空氣東移南下。而西太平洋副熱帶高壓控制中國92°E以東,25°N～35°N的地區,但相對較為穩定。成都地區處于西太平洋副熱帶高壓控制范圍,南海北部到中南半島北部為東風帶系統控制;18日受熱帶風暴“啟德”的西進影響,廣西-貴州到四川盆地東南水汽暢通,700hPa切變已南壓至四川地區北部,成都主要受其東側偏南氣流控制,850hPa西南低空急流強度明顯增強,成都地區西部位于副熱帶高壓外圍,有利的形勢加之山區地形抬升作用,利于出現強降水。19日西太平洋副熱帶高壓緩慢東撤,河西走廊偏北風攜帶弱冷空氣再次回流進入四川盆地至使19日晚成都地區局部地方仍出現了強降水。

綜上所述,成都地區受西太平洋副熱帶高壓控制,成都地區西北部沿山一帶位于西太平洋副熱帶高壓邊緣的西南氣流中,青藏高原不斷有小波動生成與小槽相結合攜帶弱冷空氣南下進入四川盆地,中低層700hPa、850hPa有切變存在且西南低空急流較強,加之本地不穩定能量積聚較高,與地面要素變化相對應分析,這種形勢的配置對成都地區西北部產生暴雨非常有利。

2中尺度云團。

16日20時高原上大片對流云團生成,成都地區南部以及北部分別有對流云團生成,17日07時在四川中部形成東北西南向的對流云帶,成都地區西部位于云帶中,出現了局地強降水天氣\\(圖3\\)。隨著切變的北抬東西,對流云系逐漸減弱。到17時高原對流云團開始生成,位于低槽底部,副高西側,并加強東移北抬,受高原切變的觸發,成都地區位于暖濕區易形成對流發展,20時前后成都地區中部有對流云團生成,此后幾個時次,對流云團沿著700hPa的冷式切變線形成了一條東北西南向的對流云帶,在成都地區西部沿山一帶維持并加強,18日00時～04時對流達到旺盛時期,造成了成都地區西部沿山的降水強度大的集中性降水\\(圖4\\)。

此次過程主要是由于受臺風影響副熱帶高壓相對較為穩定,臺風外圍西南暖濕氣流較強,中高緯度低槽不斷分裂小槽攜帶冷空氣與高原小波動相結合并增強北抬,而成都地區西部沿山處于副高外圍形成的冷暖氣流交匯處,易產生暖區對流性短時強降水。

3中尺度對流系統發生、發展的物理量特征

強降水天氣直接與對流層低層的氣流輻合與垂直上升運動相聯系,為此,分析了以下物理量場。

3.1散度

從圖5看出,17日02時200hPa川西高原上空有一條明顯的輻散帶,成都地區西北面則為明顯的輻合區,與之對應的是700hPa上川西高原則為一條明顯的輻合帶,成都地區西北部為明顯的輻散區,這樣的高低空次級環流配置對于成都地區西北部中小尺度對流系統的發展和維持是十分有利的。而從18日02時及19日02時的散度場分析可以看到,高空與低層的配置情況與17日02時具有相似的結構特征。

3.2渦度

從3個主降水時段的渦度場分布看\\(圖6\\),在川西高原上為負渦度區即氣流的下沉區,而在成都地區的西北部則為正渦度區即氣流的上升區,因此從渦度場也能反應出與散度場相似的高低空次級環流系統。
3.3垂直速度

從3次強降水過程的垂直速度場\\(圖7\\)看同樣具有相似的結構特征,川西高原上空為明顯的下沉氣流區\\(速度為負值\\),成都地區西北部位上升區\\(速度值為正值\\)。從強對流的結構分析而言,較大的強降雨區是出現在上升速度的高值區向下沉氣流的過渡帶,成都地區都江堰、彭州地區剛好處于這一帶。

以上分析可見,在這3個主降水時段開始時,從川西高原到盆地存在一個明顯的高低空次級環流系統,該系統在高原上為氣流下沉區,在成都地區西北部為氣流上升區,該系統的存在有利于造成3次強降水過程的中小尺度對流系統的維持和發展,正因為氣流的上升區處于成都地區西北部,是造成主要強將水區位于都江堰、彭州的主要原因。

4對流系統發展的能量條件

4.1穩定度分析

表1可見,16日～18日3天成都地區均處于高能高濕的大氣層結狀態,有利于對流性天氣的發生發展。

K指數是描述大氣穩定度和暖濕程度的一個綜合性指標,K值越大表示大氣越暖濕,層結越不穩定。16日～18日四川盆地一直處于K指數>40℃的高能區中,大氣層結相當不穩定,16日20時K指數的中心由青藏高原東部伸至廣西一帶,17日到18日高能區有所東移南壓,19日后不穩定能量得到釋放。

對流有效位能\\(CAPE\\)是一個同時包含低層、高層空氣特性的參數,被認為能較真實地描述探空資料所代表站點上空的大氣不穩定度,對強對流天氣的發生有較好的指示作用,并能恰當地表示出對流發展的強度。此次對流性降水過程中,溫江站的CAPE值一直處于較高水平,說明大氣層結極其不穩定,易于對流的發展。

4.2溫度場分析

從圖8可以看出冷空氣主體位于貝湖東南部,16日20時新疆地區東部到甘肅中部一帶有-50×10-6℃·s-1到-100×10-6℃·s-6的冷平流區,高空橫槽逐漸引導冷空氣南下,雖然冷空氣主體偏北,但隨著低槽的東移南壓,偏北風攜帶部分弱冷空氣進入成都地區,結合中低層的切變對成都地區西部沿山降水有利。由于臺風影響副熱帶高壓東撤緩慢,成都地區一直處于副熱帶高壓外圍偏南風場中,弱冷空氣于17日晚東移南壓進入四川地區,而此時,成都地區仍處于弱的暖平流中,700hPa冷空氣的滲透南下,將高層的暖空氣抬升,“上冷下暖”的不穩定層結非常有利于對流的發展。

4.3水汽條件分析

水汽的來源和輸送是影響降水強度的關鍵。暴雨的發生需要天氣系統有源源不斷的水汽輸送,同時水汽還要迅速向暴雨區集中以補充暴雨區中的水源。

圖9是3次降水過程前水汽通量散度的分布。受副熱帶高壓以及臺風的影響,盆地的水汽主要由南海地區向西南地區一帶輸送,可以看到的是在川東北地區出現了一條NE-SW向的強水汽輻合帶,另外成都地區都江堰、彭州地區恰好位于水汽輻合帶邊緣,從對流系統的發展機制來看,說明成都地區西北部剛好位于干濕空氣的交匯區,利于中小尺度的強對流系統的發生發展。

5結論

\\(1\\)此次降水過程主要為3個時段:第一階段17日02～09時;第二階段出現在17日20～18日02時;第三階段17日20～18日02時。分別是副熱帶高壓擺動產生的暖區降水、高空弱冷空氣滲透導致冷暖空氣交匯產生的對流降水以及副熱帶高壓東撤,低層弱冷空氣回流導致的對流性降水。

\\(2\\)從物理量場分析得出,此次過程3個不同的降水時段具有相似的高低空次級環流結構,川西高原上空為氣流下沉區,成都地區西北部為氣流上升區,這種高低空次級環流結構造成了成都地區西北部較強的降水。

\\(3\\)強降水出現前期,成都地區不穩定層結較大,連續3天均處于高能高濕的環境中,有利于對流降水系統的發生發展。

\\(4\\)此次局部暴雨過程具有較好的水汽輸送條件,水汽主要來源于副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流,而成都地區西北部處于干暖空氣交匯區,加之大氣不穩定能量較高,以上配置是造成成都地區西北沿山出現短時強降水的主要原因。

參考文獻:

[1]陶詩言.中國之暴雨[M].北京:氣象出版社,1980.

[2]廖菲,洪延超,鄭國光.地形對降水的影響研究概述[J].氣象科技2007,35\\(3\\):309-315.

[3]楊宏青,陳正洪,石燕,等.長江流域近40年強降水的變化趨勢[J].氣象,2005,31\\(3\\):66-68.

[4]商兆堂,濮梅娟,蔣名淑.鹽城發生大暴雨的天氣類型分析[J].氣象科學,2007,27\\(4\\):436-440.

[5]尹東屏,張備,趙凱,等.2005年淮北大暴雨成因診斷的個例分析[J].氣象科學,2008,28\\(s1\\):46-51.

[6]馮伍虎.程麟生.“98.7”突發性特大暴雨中尺度切變線低渦發展的渦源診斷[J].高原氣象,2002,21\\(5\\):447-456.