山东省盛夏一次暴雨过程诊断分析
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资源与环境科学现代农业科技圆园15年第23期
暴雨预报一直是天气预报的难点和重点袁尤其是做到
站点的精细化预报袁预报准确率仍有待提高遥山东省地处中
纬度地带袁属暖温带大陆性季风气候袁区域内地形复杂袁受
海洋直接影响遥西部连接内陆袁中部高突遥研究表明袁高尧低
空急流在暴雨发生发展过程中具有明显的重要作用袁朱乾
根[1]尧高守亭和陶诗言[2]指出袁我国暴雨往往发生于高空西南
急流右后方袁也有研究指出暴雨多出现在西北风高空急流的
右前方或西南风高空急流的右后方[3]遥陶诗言[4]曾利用低空
急流的位置作暴雨预报袁即暴雨通常发生在低空急流的左前
侧遥朱乾根等[5]指出边界层南风急流尧低空西风急流和高空
西风急流上下的耦合作用是1998年发生于武汉附近的一
次强暴雨过程发生的重要原因遥张维桓等[6]对一次大暴雨过
程模拟得到的高时空分辨率资料袁对伴随高尧低空急流的次
级环流进行了诊断袁结果表明急流和暴雨之间通过次级环流
存在着正反馈相互作用遥曹春燕等[7]尧金巍等[8]研究认为袁低
空急流加强维持的机制之一为暴雨天气存在一定高层动量
的下传遥2013年7月1要3日山东省出现一次暴雨过程袁其
低空急流维持时间较长袁现将此次暴雨进程诊断分析如下遥1降水概况2013年7月1要3日山东省平均降水量23.6mm袁其中
小雨56个站袁中雨37个站袁大雨13个站袁暴雨11个站以
及大暴雨6个站遥全省的暴雨点大都出现在鲁南袁其他地区
以小雨尧中雨为主袁最大193.8mm袁出现在济宁的微山遥2环流形势与主要影响系统
1日8院00500hPa上中高纬度仍为两槽一脊的形势袁副
热带高压稳定略有北抬袁中支槽位于河套袁且在河套的西部
和南部各有一浅槽发展袁山东省处于槽前西南气流中袁低层
有西南风低空急流袁存在于副热带高压的西侧和北侧袁其两
侧有较强的风速水平切变袁700尧850hPa低空急流到达安徽
北部袁山东省风速达到12m/s袁山东省的降水刚开始袁随着
副热带高压的北抬袁低空急流随之北上袁1日20院00500hPa
上的中支槽已经位于山东省中东部袁中支槽东移过程中袁槽
后西北气流携带冷空气随之东移南下袁与低空急流携带的
暖湿气流交汇形成的上升运动触发对流袁形成本阶段的强
降水袁1日11院00滕州的1h雨量达到51.4mm遥2日8院00地面冷锋南部接近鲁西北地区袁此阶段的降
水随着冷锋的东移袁自鲁西北尧鲁西南开始逐渐向东移动袁
降水主要分布在冷锋南侧暖区里面袁冷锋影响时降水分布
极不均匀袁鲁西北尧鲁北等地为中雨局部暴雨袁鲁南大部地
区为小雨袁其间分布有大雨和暴雨站点袁比较符合低槽冷锋
的降水特点遥2日20院00500hPa上位于西风槽后西北气流控制下袁
有冷空气入侵袁由于副热带高压比较稳定少动袁低层700尧850hPa西风槽出现断裂袁槽北段东移北收袁山东省北部处
于槽后袁切变线南段顺转为切变线袁为东北西南向袁切变线
南部的西南急流仍然比较强盛袁不断地输送水汽和不稳定
能量袁与西风槽携带的冷空气交汇袁此时段的降水主要出现
在鲁南地区袁且从地面风场上来看袁自2日13院00要16院00袁
地面有辐合线活动袁为偏北风与西南风袁辐合线在鲁南维持
时间较长袁暴雨点大都出现在辐合线存在的这个时段袁其中2日15院00菏泽1h雨强达到56.5mm遥
3稳定条件分析
徐州站温度对数压力图见图1遥从徐州站探空资料的物
理量变化情况看袁从7月1日8院00至3日8院00袁850hPa比
湿15耀16g/kg袁温度露点差1耀4益袁对流有效位能741.3耀3276.8J/kg袁沙氏指数-3.82耀-1.82益袁K指数38耀42益袁抬升凝结高
度858.0耀984.5hPa袁抬升指数-6.72耀-0.78益渊表1冤袁说明低
层大气高温高湿尧近于饱和袁有较高的对流不稳定能量和强
烈的抬升作用袁大气处于对流不稳定状态袁而且抬升凝结高
度较低袁为强降水的产生提供了较充分的温湿条件遥2日8院00徐州探空站资料显示低层为一致的西南风袁到2日
20院00袁风力有所加强遥
4物理量场特征
4.1水汽条件
水汽是降水产生的物质基础袁直接影响各地的降水天
气与气候袁水汽通过水平方向和垂直方向输送袁以及在运动
过程中蒸发凝结袁是地面和大气间的水分循环及能量平衡
的纽带遥而水汽通量多指水平水汽通量袁它是指单位时间
内流经与气流方向正交的单位截面积的水汽质量袁单位为g/渊cm窑hPa窑s冤遥表达式为院
F=Vq/g渊1冤
暴雨出现的位置以及雨量大小与水汽通量散度关系密
切袁水汽通量散度是指单位时间内单位体积中水汽的净流摘要利用MICAPS常规观测资料尧卫星云图资料以及雷达资料袁对2013年7月1要3日发生在山东省的一次暴雨进行了初步诊断分析袁研究结果表明院此次暴雨过程发生在副热带高压西伸北抬且强度稳定的环流背景下袁冷空气比较浅薄且偏北袁西风槽移速快袁暴雨过程降水持续时间长尧雨强整体上小曰低空急流的维持时间较长袁将南海尧孟加拉湾的暖湿气流源源不断地向北输送袁使得水汽和上升运动中心不断在山东省曰多普勒雷达资料表明局地西南气流的风速辐合是局地强降水产生的主要原因袁物理量场的分布与演变与强降水的发生发展密切相关遥关键词暴雨曰低空急流曰切变线曰雷达曰山东省曰盛夏中图分类号P458.1+21.1文献标识码A文章编号1007-5739渊2015冤23-0252-03山东省盛夏一次暴雨过程诊断分析
张艳孙丽娜邹大伟许长山渊山东省泰安市气象局袁山东泰安271000冤
作者简介张艳渊1982-冤袁女袁山东新泰人袁工程师袁从事短期预报预测工作遥收稿日期2015-10-19252.com.cn. All Rights Reserved.
失量袁用塄P渊Vq/g冤表示袁单位为g/渊cm2窑hPa窑s冤遥当水汽通量
散度为正时袁塄P渊Vq/g冤>0袁即表示水汽流失曰水汽通量散度
为负时袁塄P渊Vq/g冤<0袁表示水汽积聚遥表达式为院
塄P渊Vq/g冤=坠坠x渊uq/g冤+坠坠y渊vq/g冤渊2冤
一般来说袁在对流层下部的塄P渊Vq/g冤占整个气柱中
塄P窑渊Vq/g冤的绝大部分袁对流层下层的水汽通量的辐合袁不
仅引起对流层下部出现凝结袁而且还可通过铅直输送的作
用袁引起对流层上部出现凝结遥
水汽通量和水汽通量散度能反映水汽输送和水汽的辐
合辐散情况袁从850hPa水汽通量场来看袁7月1日8院00低
空西南急流建立的水汽通道从南海伸向鲁西南袁到1日20院00水汽通道转为南北向尧逐渐伸至鲁西北袁到达渤海湾
一带袁水汽通量中心位于菏泽尧枣庄交界处袁为30g/渊hPa窑cm窑s冤袁枣庄此阶段时降水最强袁其中滕州达60.3mm遥7月2
日8院00高空槽东移袁鲁西北转为西北风袁源于南海的西南
暖湿气流水汽通道经鲁东南尧山东半岛南部伸至辽东半岛袁
水汽通量中心位于山东半岛袁在鲁南形成的次水汽通量中
心为42g/渊hPa窑cm2窑s冤遥20院00副高稳定袁冷涡有所南压东
移袁水汽通道中心也向南压至安徽省袁临沂大部地区在2日
下午至傍晚降水最强袁其中莒南尧临沭出现暴雨遥4.2动力条件
大气垂直运动是天气分析和预报中的一个重要物理
量袁尤其是在暴雨的形成过程中袁上升运动是其关键因子袁
上升运动的大小反映了水汽凝结的速度遥
在渊x袁y袁p冤坐标中袁连续方程可表示为院坠u坠x+坠v坠y+坠棕坠p=0
即院坠棕坠p=-渊坠u坠x+坠v坠y冤渊3冤
将上式两端对p积分袁得院
棕p-棕p0=-蘩p
p0渊坠u坠x+坠v坠y冤dp=渊坠u坠x+坠v坠y冤渊p0-p冤渊4冤令D=渊坠u坠x+坠v坠y冤为P0与P2层等压面之间的平均散度袁
则式可改写为院棕p=棕p0+D渊p0-p冤渊5冤
式渊5冤中袁棕p和棕p0分别为P和P0高度处的垂直速度袁
单位为hPa/s袁正值为下沉运动袁负值为上升运动遥
水平散度场的分布在研究大气动力过程中是一个很重
要的物理量袁它表征了空气在水平运动过程中的辐合渊上升冤
或者辐散渊下沉冤遥辐散时为正值袁辐合时为负值遥水平散度
的表达式为院
D=坠u坠x+坠v坠y渊6冤
7月1日20院00袁临沂莒南上空垂直方向上辐合辐散交
替存在袁在垂直速度剖面上风随高度顺转为一致的暖平流
和弱上升气流曰2日20院00袁由于高空槽前的正涡度平流作
用袁350hPa以下表现为一致的辐合袁且在850尧400hPa配合2个辐合中心袁中心值分别为-12s-1和-14s-1袁辐合区上部有
辐散中心袁辐散中心位于250hPa高度袁中心为32伊10-6s-1袁
远强于辐合中心曰垂直方向上辐合辐散中心上下叠置袁有利
于垂直速度的建立和维持袁此时袁上升运动直达100hPa袁达
到最强袁强上升中心位于350hPa附近袁为-42伊10-2hPa/s遥
4.3热力条件
假相当位温兹se是表征大气温度尧压力尧湿度的综合特
征量袁反映大气的温湿特征和垂直运动袁其水平和垂直分布
均与对流天气的发生发展有极大的关系袁也反映了大气中
能量的分布袁且一般暴雨发生在假相当位温大值中心或高
能密集区遥当气块沿干绝热线上升至抬升凝结高度袁然后沿
抬升凝结高度的湿绝热线上升袁直至其中的水汽全部凝结
并脱离气块袁再沿干绝热线返回到原来的气压高度处袁此处
所具有的温度为假相当温度袁以Tse表示遥自抬升凝结高度
继续下降到气压1000hPa时所具有的的温度袁为假相当位
温袁以兹se表示袁表达式为院
兹se=渊T+LCpq冤渊1000p冤RdCpd渊7
冤ab
图12013年7月2日8院00渊a冤尧20院00渊b冤徐州站的温度对数压力图
时间850hPa比湿椅g/kg850hPa温度露点差椅益对流有效位能椅J/kg沙氏指数椅益K指数椅益抬升凝结高度椅hPa2013-07-01T8院001631453.0-2.5442984.52013-07-01T20院001543276.8-3.8240966.52013-07-02T8院00164741.3-2.8938938.82013-07-02T20院001642783.2-3.8242980.62013-07-03T8院001611060.4-3.1242982.0表1徐州探空站的要素变化张艳等院山东省盛夏一次暴雨过程诊断分析
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