2011年7月30日遼寧地區(qū)降水量分布分析

王昌雙+王曉

摘要： 2011年7月30日，遼寧地區(qū)出現(xiàn)了大范圍降水，但降水量分布極不均勻，西部大暴雨、中部小到中雨、東部山區(qū)暴雨。利用常規(guī)天氣資料、NCEP再分析資料，對這次天氣過程進行天氣學和物理量場分析。分析結果表明：低層上升運動與較強水汽通道同時出現(xiàn)是強降水發(fā)生的重要條件，而各層水汽通量散度、濕位渦異常、CAPE值與降水量存在強相關。

關鍵詞： 強降水；水汽通道；濕位渦；CAPE

1 引言

對于同一次降水過程，降水量在降水區(qū)內分布極不均勻但有規(guī)律可循，大致上呈西南-東北向的帶狀分布。利用NCEP再分析資料對降水區(qū)的物理量場進行分析，找出出現(xiàn)此種降水量分布的原因，對今后區(qū)域降水量的預報具有重要意義。

2 降水量分布概況

2011年7月30日，遼寧地區(qū)出現(xiàn)了大范圍降水。此次降水過程，遼寧地區(qū)平均降水量為43.6mm，為大雨等級。降水量在各個區(qū)域分布極不均勻。按照降水量等級，大致分成3個區(qū)域。遼西、遼北地區(qū)降水量最大，多數市縣達到了大暴雨等級；遼寧中部地區(qū)降水量最小，以小雨為主，個別市縣中雨；東部山區(qū)降水量為暴雨等級。降水量分布呈西南-東北向的帶狀分布（圖1）。

圖1 2011年7月30日08時至31日08時遼寧地區(qū)降水量分布圖

3 天氣形勢特征

影響遼寧地區(qū)的天氣系統(tǒng)是高空槽和由渤海北上的氣旋，而中心位于蒙古東部的冷渦只影響東北北部地區(qū)，不會對遼寧地區(qū)產生大的影響。高空槽移動方向是自西向東（圖2），鋒面氣旋則是向東北方向移動（圖3）。當鋒面氣旋移動至高空槽前的正渦度區(qū)域后，氣旋加強。

圖2 30日20時500百帕高空圖 圖3 30日20時地面天氣圖

4 物理量場分析

4.1垂直運動與水汽通量分布

4.1.1 30日14時垂直運動與水汽通量分布

垂直運動是降水的重要因素。做北緯41.5度的緯向剖面垂直速度圖和北緯41.5度的緯向剖面水汽通量圖，分析垂直運動和水汽輸送在不同經度和不同高度的分布。

圖4 30日14時北緯41.5度垂直速度圖 圖5 30日14時 北緯41.5度水汽通量圖

在30日14時，強上升運動區(qū)域主要分布在東經120度至東經123度，東經123度至東經126度500百帕以下以下沉氣流為主（圖4，紫色線為東經123度）。此時東經120度至東經123度在850百帕至500百帕有較強的水汽通道，東經123度至東經126度在950百帕至800百帕有較強水汽通道（圖5，紫色線為東經123度）。由于東經120度至東經123度區(qū)域強上升運動區(qū)域與強水汽輸送區(qū)域重合，因此該區(qū)域有強降水發(fā)生（圖6黑線區(qū)域）。而東經123度至東經126度區(qū)域雖然有低層水汽通道，但該高度以下沉氣流為主，水汽無法大量凝結，不利于出現(xiàn)強降水（圖6白線區(qū)域）。

圖6 2011年7月30日08時至31日08時北緯41.5度降水量分布示意圖

4.1.2 30日20時垂直運動與水汽通量

到了30日20時，垂直運動與水汽通道的分布情況發(fā)生了變化。強上升運動區(qū)向東偏移，這是由于高空槽緩慢向東移動，高層正渦度區(qū)也隨之移動。水汽通道同時也向東移動，并且更加與14時相比，在垂直方向上更為集中。

圖7 30日20時北緯41.5度垂直速度圖 圖8 30日20時北緯41.5度水汽通量圖

30日20時，強上升運動區(qū)集中在東經122-東經124范圍內（圖7）。而較強水汽輸送區(qū)則集中在東經124度附近（圖8，黑色框范圍代表圖7中的強上升運動區(qū)）。此時，遼寧地區(qū)西部強降水已經趨于結束，遼寧中部地區(qū)上空雖然有強上升運動，但水汽通道已經東移，因此沒有發(fā)生強降水。遼寧東部水汽輸送較強，但較強上升運動運動只發(fā)生在鳳城、寬甸等山區(qū)附近（圖9，北緯40.5附近），因此東部較強降水也在這一區(qū)域（圖10，白色框對應圖9強上升運動區(qū)）。

圖9 30日20時北緯40.5度垂直速度圖 圖10 30日08時至31日08時遼寧東部地區(qū)降水量示意圖

4.2 水汽通量散度

定義水汽通量散度為 。其中u、v分別為等壓坐標系中x方向、y方向的速度， 為密度，q為水汽比濕。水汽通量散度將大氣運動與水汽分布結合起來，因此在暴雨過程中可以很好的表征某層大氣水汽收入或支出情況。而將垂直方向上各層水汽通量散度綜合分析，則可以展示暴雨過程中水汽運動的垂直和水平分布情況。

4.2.1 30日14時水汽通量散度

14時700百帕的水汽通量散度輻合大值區(qū)為一個開口向東的“V”型。而“V”的開口處恰為遼寧中部平原地區(qū)（圖11）?？梢姷蛯又饕斔偷貐^(qū)是遼寧西北部和東南部，而中部地區(qū)水汽輸送較少或者滯后。而14時300百帕的水汽通量散度輻散大值區(qū)則位于遼寧北部（圖12），可見北部地區(qū)水汽由低層向高層輸送較為強烈，到達300百帕高度后空氣向外輻散，表征強降水的出現(xiàn)。這種由低層向高層的西南-東北向水汽傾斜輸送帶與遼寧西北部的強降水區(qū)十分吻合。

圖11 30日14時700百帕水汽通量散度圖 圖12 30日14時300百帕水汽通量散度圖

4.2.2 30日20時水汽通量散度

20時700百帕水汽通量散度輻合大值區(qū)和300百帕水汽通量散度輻散大值區(qū)均位于遼寧北部地區(qū)（圖略），由此可以判斷20時強降水主要集中在遼寧北部地區(qū)。但根據雷達顯示（圖略），20時在東部山區(qū)仍有降水發(fā)生。分析900百帕的水汽通量散度（圖13），發(fā)現(xiàn)在此高度上水汽通量散度輻合十分明顯。由此判斷，東部山區(qū)的強降水主要集中在3000米以下的高度范圍內。

圖13 30日20時950百帕水汽通量散度圖

4.2.3垂直累積水汽通量散度

將950百帕至300百帕的水汽通量散度作垂直積分，得到累積水汽通量散度，即空氣柱水汽得失情況。數值越大，則從外部得到水汽越多。最終水汽走向大部分以降水形式結束。以30日20時刻為例（圖14），累積水汽通量散度大值區(qū)有兩個，最大的位于遼寧北部，其次位于遼寧東部山區(qū)，基本與強降水落區(qū)一致。而數值大小也與降水強度成正比關系。

圖14 30日20時垂直累積水汽通量散度圖

4.3 濕位渦分布特征

濕位渦綜合反映了某高度動力、熱力特征，是同時表征高度場、溫度場、濕度場分布特征的重要綜合指標。30日14時（圖15），在750百帕等壓面上，濕位渦大值區(qū)的分布形狀與700百帕的水汽通量散度大值區(qū)分布形狀比較接近，均呈開口向東的“V”字形，預示14時及以后數小時內，在遼寧西北部和南部、東南部的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。而到了30日20時（圖16），濕位渦大值區(qū)集中在遼寧北部地區(qū)，預示20時及以后數小時內，遼寧北部地區(qū)的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。將兩個時段綜合起來，濕位渦大值區(qū)與實際強降水發(fā)生區(qū)比較一致。

圖15 30日14時750百帕濕位渦圖 圖16 30日20時750百帕濕位渦圖

4.4 CAPE

對流有效位能是發(fā)生強對流天氣的重要指標之一，而一次較大范圍的強降水過程，除了層狀云降水外，大尺度強斜升運動區(qū)中的中β尺度對流云團降水對總降水量的貢獻十分重要。中β尺度對流云團的生成、發(fā)展伴隨大量不穩(wěn)定能量釋放，而CAPE則可以很好的表征強對流發(fā)展的潛勢。30日14時，CAPE大值區(qū)位于遼寧地區(qū)西部和北部（圖17），由于存在大尺度環(huán)境提供的動力觸發(fā)機制，較易出現(xiàn)CAPE轉化為抬升動能的情況，形成中β對流云團，因此14時及以后數小時遼寧西部和北部易出現(xiàn)連續(xù)性降水和間歇性強降水。30日20時后，CAPE大值區(qū)僅存在于遼寧北部地區(qū)（圖18），遼寧中南部CAPE值始終較小，因此無法生成對流云團，也無法出現(xiàn)間歇性強降水，最終此地區(qū)降水僅達到小雨或中雨量級，與遼寧西部、北部降水量相差一個量級。

圖17 30日14時CAPE圖 圖18 30日20時CAPE圖

5 結論

（1）雖然是同一天氣系統(tǒng)影響，但不同地區(qū)由于垂直運動與水汽輸送情況不同，降水量也會產生很大差異。強降水區(qū)域需滿足強上升運動區(qū)域與強水汽輸送區(qū)域在空間和時間上重合。

（2）各層水汽通量散度分布情況與降水量在空間和降水強度上存在強相關。

（3）可利用對流層中下層濕位渦大值區(qū)追蹤暴雨落區(qū)。

（4）由于中尺度對流云團產生的間歇性強降水在大范圍降水的總降水量中貢獻巨大，CAPE大值區(qū)的分布對于強降水落區(qū)的判斷具有重要指示意義。

參考文獻

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等. 天氣學原理與方法[M]. 北京：氣象出版社，2000：649.

[2] 宋新輝，鄢志宇. 一次東北冷渦暴雨過程數值模擬分析[J]. 氣象與環(huán)境學報，2004，20（1）：23-24.

[3] 畢寶貴， 鮑媛媛， 李澤椿.“02 . 6” 陜南大暴雨的結構及成因分析[J]. 高原氣象， 2006 ，25（1） ： 34-44 .

[4] 毛冬艷， 喬林，陳濤， 等. 2004 年7 月10 日北京暴雨的中尺度分析[J ]. 氣象， 2005 ，31（5） ：42-46.

[5] 趙玉春， 王仁喬. 一次致洪暴雨的中尺度分析[J]. 氣象科技2005 ，33 （3） ：245-249.

[6] 劉健文，郭虎，李耀東，等. 天氣分析預報物理量計算基礎[M]. 北京：氣象出版社， 2005 ：64-65 .

[7] 趙桂香，程麟生，常素萍. 山西中部一次罕見暴雨的中尺度特征分析[J]. 氣象科技， 2007 ，35 （4） ： 519-523 .

[8] 郭虎，季崇萍，張琳娜， 等. 北京2004 年7 月10 日局地暴雨過程中的波動分析[J] . 大氣科學， 2006 ， 30 （4） ：703-711.

[9] Pedlosky J . Geophsical Fluid Dynamics. Oxford ： Oxford Press ， 1979. 31.

作者簡介：王昌雙（1983—）， 男， 吉林磐石人，工程師，主要從事預報工作

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將950百帕至300百帕的水汽通量散度作垂直積分，得到累積水汽通量散度，即空氣柱水汽得失情況。數值越大，則從外部得到水汽越多。最終水汽走向大部分以降水形式結束。以30日20時刻為例（圖14），累積水汽通量散度大值區(qū)有兩個，最大的位于遼寧北部，其次位于遼寧東部山區(qū)，基本與強降水落區(qū)一致。而數值大小也與降水強度成正比關系。

圖14 30日20時垂直累積水汽通量散度圖

4.3 濕位渦分布特征

濕位渦綜合反映了某高度動力、熱力特征，是同時表征高度場、溫度場、濕度場分布特征的重要綜合指標。30日14時（圖15），在750百帕等壓面上，濕位渦大值區(qū)的分布形狀與700百帕的水汽通量散度大值區(qū)分布形狀比較接近，均呈開口向東的“V”字形，預示14時及以后數小時內，在遼寧西北部和南部、東南部的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。而到了30日20時（圖16），濕位渦大值區(qū)集中在遼寧北部地區(qū)，預示20時及以后數小時內，遼寧北部地區(qū)的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。將兩個時段綜合起來，濕位渦大值區(qū)與實際強降水發(fā)生區(qū)比較一致。

圖15 30日14時750百帕濕位渦圖 圖16 30日20時750百帕濕位渦圖

4.4 CAPE

對流有效位能是發(fā)生強對流天氣的重要指標之一，而一次較大范圍的強降水過程，除了層狀云降水外，大尺度強斜升運動區(qū)中的中β尺度對流云團降水對總降水量的貢獻十分重要。中β尺度對流云團的生成、發(fā)展伴隨大量不穩(wěn)定能量釋放，而CAPE則可以很好的表征強對流發(fā)展的潛勢。30日14時，CAPE大值區(qū)位于遼寧地區(qū)西部和北部（圖17），由于存在大尺度環(huán)境提供的動力觸發(fā)機制，較易出現(xiàn)CAPE轉化為抬升動能的情況，形成中β對流云團，因此14時及以后數小時遼寧西部和北部易出現(xiàn)連續(xù)性降水和間歇性強降水。30日20時后，CAPE大值區(qū)僅存在于遼寧北部地區(qū)（圖18），遼寧中南部CAPE值始終較小，因此無法生成對流云團，也無法出現(xiàn)間歇性強降水，最終此地區(qū)降水僅達到小雨或中雨量級，與遼寧西部、北部降水量相差一個量級。

圖17 30日14時CAPE圖 圖18 30日20時CAPE圖

5 結論

（1）雖然是同一天氣系統(tǒng)影響，但不同地區(qū)由于垂直運動與水汽輸送情況不同，降水量也會產生很大差異。強降水區(qū)域需滿足強上升運動區(qū)域與強水汽輸送區(qū)域在空間和時間上重合。

（2）各層水汽通量散度分布情況與降水量在空間和降水強度上存在強相關。

（3）可利用對流層中下層濕位渦大值區(qū)追蹤暴雨落區(qū)。

（4）由于中尺度對流云團產生的間歇性強降水在大范圍降水的總降水量中貢獻巨大，CAPE大值區(qū)的分布對于強降水落區(qū)的判斷具有重要指示意義。

參考文獻

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作者簡介：王昌雙（1983—）， 男， 吉林磐石人，工程師，主要從事預報工作

1

將950百帕至300百帕的水汽通量散度作垂直積分，得到累積水汽通量散度，即空氣柱水汽得失情況。數值越大，則從外部得到水汽越多。最終水汽走向大部分以降水形式結束。以30日20時刻為例（圖14），累積水汽通量散度大值區(qū)有兩個，最大的位于遼寧北部，其次位于遼寧東部山區(qū)，基本與強降水落區(qū)一致。而數值大小也與降水強度成正比關系。

圖14 30日20時垂直累積水汽通量散度圖

4.3 濕位渦分布特征

濕位渦綜合反映了某高度動力、熱力特征，是同時表征高度場、溫度場、濕度場分布特征的重要綜合指標。30日14時（圖15），在750百帕等壓面上，濕位渦大值區(qū)的分布形狀與700百帕的水汽通量散度大值區(qū)分布形狀比較接近，均呈開口向東的“V”字形，預示14時及以后數小時內，在遼寧西北部和南部、東南部的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。而到了30日20時（圖16），濕位渦大值區(qū)集中在遼寧北部地區(qū)，預示20時及以后數小時內，遼寧北部地區(qū)的溫度場、高度場、濕度場在對流層中低層有利于出現(xiàn)降水。將兩個時段綜合起來，濕位渦大值區(qū)與實際強降水發(fā)生區(qū)比較一致。

圖15 30日14時750百帕濕位渦圖 圖16 30日20時750百帕濕位渦圖

4.4 CAPE

對流有效位能是發(fā)生強對流天氣的重要指標之一，而一次較大范圍的強降水過程，除了層狀云降水外，大尺度強斜升運動區(qū)中的中β尺度對流云團降水對總降水量的貢獻十分重要。中β尺度對流云團的生成、發(fā)展伴隨大量不穩(wěn)定能量釋放，而CAPE則可以很好的表征強對流發(fā)展的潛勢。30日14時，CAPE大值區(qū)位于遼寧地區(qū)西部和北部（圖17），由于存在大尺度環(huán)境提供的動力觸發(fā)機制，較易出現(xiàn)CAPE轉化為抬升動能的情況，形成中β對流云團，因此14時及以后數小時遼寧西部和北部易出現(xiàn)連續(xù)性降水和間歇性強降水。30日20時后，CAPE大值區(qū)僅存在于遼寧北部地區(qū)（圖18），遼寧中南部CAPE值始終較小，因此無法生成對流云團，也無法出現(xiàn)間歇性強降水，最終此地區(qū)降水僅達到小雨或中雨量級，與遼寧西部、北部降水量相差一個量級。

圖17 30日14時CAPE圖 圖18 30日20時CAPE圖

5 結論

（1）雖然是同一天氣系統(tǒng)影響，但不同地區(qū)由于垂直運動與水汽輸送情況不同，降水量也會產生很大差異。強降水區(qū)域需滿足強上升運動區(qū)域與強水汽輸送區(qū)域在空間和時間上重合。

（2）各層水汽通量散度分布情況與降水量在空間和降水強度上存在強相關。

（3）可利用對流層中下層濕位渦大值區(qū)追蹤暴雨落區(qū)。

（4）由于中尺度對流云團產生的間歇性強降水在大范圍降水的總降水量中貢獻巨大，CAPE大值區(qū)的分布對于強降水落區(qū)的判斷具有重要指示意義。

參考文獻

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[8] 郭虎，季崇萍，張琳娜， 等. 北京2004 年7 月10 日局地暴雨過程中的波動分析[J] . 大氣科學， 2006 ， 30 （4） ：703-711.

[9] Pedlosky J . Geophsical Fluid Dynamics. Oxford ： Oxford Press ， 1979. 31.

作者簡介：王昌雙（1983—）， 男， 吉林磐石人，工程師，主要從事預報工作

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