皖西北地區(qū)春季暴雨的特征分析

黃利萍 董凌 孫道東 馬魁俠 李佳耘

摘 要：該文選取了皖西北地區(qū)2000-2012年的10次春季暴雨過程，針對春季暴雨的環(huán)流特征、影響系統(tǒng)以及物理量特征進行了分析總結(jié)，得到了皖西北地區(qū)春季暴雨的典型概念模型和物理量指標(biāo)，以期能為今后的春季暴雨預(yù)報提供參考。

關(guān)鍵詞：春季暴雨；預(yù)報模型；指標(biāo)

中圖分類號 P426.62 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）02-112-04

Analysis on Feature of Spring Rainstorms in the Northwest of Anhui

Huang Liping et al.

（Bozhou Meteorological Bureau，Bozhou 236800，China）

Abstract：This paper selected 10 spring rainstorms in the northwest of Anhui from year 2000 to 2012.The characteristics of the circulation， the impact systems as well as the physics of spring rainstorms were analyzed and summarized.The typical conceptual model and physical indicators of the spring rainstorms in the northwest of Anhui were obtained， which could provide a reference for the spring rainstorm forecast in future.

Key words：Spring rainstorm；Forecast model；Indicator

暴雨是水資源的重要組成部分，起著緩解旱情、補充水源的作用，但是連續(xù)暴雨或是雨量集中的大暴雨往往易造成山洪地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響群眾的生產(chǎn)生活，甚至造成生命財產(chǎn)的重大損失。因此，加強對暴雨天氣過程的總結(jié)和研究，提高暴雨的預(yù)報準(zhǔn)確率，對經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展具有重要意義。近年來，許多學(xué)者和氣象工作者都對黃淮地區(qū)夏季暴雨進行了大量的有成效的研究[1-2]，然而在當(dāng)前社會公眾對精細化預(yù)報服務(wù)水平要求越來越高的形勢下，針對亳州地區(qū)春季暴雨的研究還相對較少。為此，本文選取了亳州地區(qū)2000-2012年的10次春季暴雨過程，針對春季暴雨的影響系統(tǒng)、環(huán)流特征以及各種要素和物理量特征進行了分析總結(jié)，以期為今后春季暴雨的預(yù)報提供預(yù)報模型。

1 資料和方法

本文資料使用NCEP/NCAR 1°×1°的再分析資料和中國氣象觀測網(wǎng)實測資料。暴雨個例選擇2000-2012年發(fā)生的10次春季暴雨天氣過程。文中對暴雨過程進行編號，如將2001年4月19日簡寫為“0104”暴雨。統(tǒng)計表明，除“0905”和“1004”暴雨外，其余8次過程均有雷暴天氣伴隨。對比降水空間分布發(fā)現(xiàn)，除了“0104”暴雨為局地性短時強降水外，其余均為全市范圍的強降水，其中“0804”暴雨強度最大，區(qū)域雨量為30～146mm（如圖1）。本文將分別對比分析這10次暴雨過程的環(huán)流特征、影響系統(tǒng)以及物理量特征，并進行分類統(tǒng)計，最終得到亳州市春季暴雨的概念模型和物理量指標(biāo)。

2 環(huán)流特征分析

分析10次暴雨過程的高空環(huán)流形勢發(fā)現(xiàn)，春季暴雨與西風(fēng)帶系統(tǒng)關(guān)系密切，常與高空槽系統(tǒng)相聯(lián)系。本文要求列入統(tǒng)計范圍的影響槽距暴雨區(qū)不超過6格距。

影響亳州春季暴雨的高空槽系統(tǒng)主要有：來自貝加爾湖附近或華北地區(qū)的西風(fēng)帶長波槽或低渦短波槽（即高緯槽）、來自青藏高原的高原槽、來自孟加拉灣的南支槽以及由上述幾種槽系統(tǒng)在黃淮一帶分裂出的小槽。當(dāng)然有時高空槽單獨影響亳州市，有時不同槽系統(tǒng)結(jié)合后共同影響亳州市。共分為如下4種類型：高緯槽與東移的高原槽結(jié)合，融為寬廣的低槽或階梯槽繼而影響亳州市；高緯槽分裂的小槽與東移的高原槽結(jié)合影響亳州市；高原槽東移后直接影響亳州市；高原槽東移與南支槽結(jié)合后影響亳州市。

3 主要影響系統(tǒng)分析

通過對700hPa和850hpa的形勢場、風(fēng)場，1 000～100hPa的假相當(dāng)位溫（[θse]：密集區(qū)為鋒區(qū)）緯向分布，以及200hPa的風(fēng)場分析發(fā)現(xiàn)，春季暴雨的低空影響系統(tǒng)主要是700hPa和850hPa的低渦切變線系統(tǒng)。

根據(jù)統(tǒng)計分析我們得出了亳州春季暴雨的以下2類典型的高低空系統(tǒng)配置：第一類：200hPa在亳州市北部或附近有一支西風(fēng)急流，500hPa高緯槽位于貝加爾湖到東北地區(qū)，亳州市處在東移的高緯槽后和高原槽前；高低空配置呈前傾槽結(jié)構(gòu)，700hPa和850hPa切變線呈東西向，亳州市處在700hPa切變線南側(cè)和850hPa切變線附近或者北側(cè)，850hPa西南急流出口位置在27～30°N；地面處于冷鋒鋒前（如圖2a，c，e）。第二類：200hPa在亳州市上空有一支西風(fēng)急流，高緯為較為平直的偏西氣流，亳州市處在高原槽前；高低空配置呈后傾槽結(jié)構(gòu)，700hPa切變線或低渦位于亳州市北部附近，850hPa低渦切變線位于亳州市上空或者沿淮地區(qū)，切變線呈NE-SW走向，切變線南側(cè)有較強的西南急流，850hPa西南急流出口位置在36～40°N，地面處于冷鋒鋒后或鋒區(qū)附近（如圖2b，d，f）。

4 氣象要素和物理量分析

暴雨形成的必要條件包括：充足的水汽供應(yīng)、強烈的上升運動和較長的持續(xù)時間。本文選取了幾個表征水汽和動力特征的物理要素（水平風(fēng)場、水汽通量散度、比濕、假相當(dāng)位溫、垂直速度、散度、渦度和濕位渦）來分析10次暴雨過程的總體特征，歸納出物理量的預(yù)報模型和指標(biāo)，據(jù)此建立短期春季暴雨的落區(qū)預(yù)報模型。

4.1 水汽條件 分析700hPa和850hPa的水汽通量散度和水平風(fēng)場發(fā)現(xiàn)，亳州春季暴雨的水汽輸送路徑大致可以分為3條：一是水汽從南海直接輸送至亳州市。由于水汽供應(yīng)充足，一直輸送到華北地區(qū)，亳州市處在水汽輻合區(qū)中，暖濕氣流強盛，在850hPa和925hPa均存在西南低空急流，暴雨范圍的較大。二是水汽來自南海和孟加拉灣。水汽輻合中心位于安徽省西南部，同時蒙古冷高底前部的東北氣流與來自南方的西南暖濕氣流在江淮地區(qū)匯合，亳州市水汽供應(yīng)不足僅造成局地性暴雨；三是水汽自孟加拉灣經(jīng)中南半島再輸送至亳州市。強的水汽輻合中心偏西南，亳州市處弱的輻合區(qū)中，東北低渦后冷空氣與西南急流匯合產(chǎn)生暴雨。通過分析10次暴雨期間700hPa和850hPa的比濕場發(fā)現(xiàn)，除了“0703”暴雨過程比濕鋒區(qū)不明顯外，其余9次暴雨期間在亳州市附近均存在比濕鋒區(qū)。其中：鋒區(qū)呈NE-SW向和E-W向的均占30%、NW-SW向占20%、S-N向占10%。我市位于濕度鋒線的南側(cè)或西南側(cè)的大濕區(qū)中，鋒區(qū)兩側(cè)比濕差值為4～6g/g。

4.2 熱力條件 假相當(dāng)位溫（[θse]）的高值區(qū)也為高能區(qū)，[θse]場等值線密集區(qū)為能量鋒區(qū)，暴雨的發(fā)生必須有能量鋒區(qū)的存在。使用500hPa、700hPa和850hPa的[θse]資料，將3層對應(yīng)格點值求和得到[θse（500+700+850）]水平分布場，分析大氣中能量的分布、有無能量鋒區(qū)存在、能量鋒區(qū)的位置和走向以及與暴雨之間的關(guān)系[3]，總結(jié)出這一要素場預(yù)報2種模型。一是[θse（500+700+850）]呈E-W向，共7次，占總數(shù)的70%；二是呈NW-SE向，共3次，占總次數(shù)的30%。上述2種模型的鋒區(qū)處于（27～40°N，110～120°E）之間，在這區(qū)間出現(xiàn)[θse（500+700+850）]水平能量鋒區(qū)，表明亳州境內(nèi)將有暴雨發(fā)生的可能。暴雨區(qū)幾乎全部位于鋒區(qū)南沿或靠近鋒區(qū)處，暴雨發(fā)生在高能舌頂部占7次，發(fā)生在高能舌前部占3次，分別對應(yīng)E-W向和NW-SE向鋒區(qū)。

4.3 動力條件

4.3.1 垂直速度和散度場 分析10次暴雨期間的1 000～100hPa的垂直流場和散度場發(fā)現(xiàn)（圖3a），暴雨期間亳州市附近均有一支上升氣流，除了3次過程上升運動較弱外（抬升至850～600hPa），低層輻合高層輻散作用使得其余7次暴雨過程均在亳州市南北兩側(cè)分別形成一支或兩支垂直環(huán)流，上升支氣流高度幾乎都達到300hPa左右，垂直運動較強，有利于低層水汽的向上輸送。

4.3.2 渦度和濕位渦 從上文對假相當(dāng)位溫的分析可知，暴雨期間地面均有冷鋒生成，高空有干冷空氣沿著等熵面下滑至700hpa，與低層的暖濕空氣匯合后導(dǎo)致大氣穩(wěn)定度減小。根據(jù)等熵面上濕位渦守恒原理，穩(wěn)定度減小將使得低層絕對渦度的垂直分量增大，因而暴雨期間亳州市處于冷鋒前的正渦度區(qū)中[4-5]。根據(jù)“傾斜渦度發(fā)展”理論[6]，我們分析了1 000～100hPa的[θse]和濕位渦的垂直分量（MPV1），結(jié)果顯示：除了“0104”和“1203”暴雨期間1 000～925hPa亳州市的MPV1為負值外（圖3b），其余8次暴雨期間MPV1的負值區(qū)在時間上有所滯后，均出現(xiàn)在冷鋒移出亳州市之后；且MPV1<0的水平范圍為3～6個緯距，高度幾乎都在1 000～925hPa。對于700hPa上濕位渦的垂直分量（MPV1）和水平分量（MPV2）的分析發(fā)現(xiàn)（圖3c-d），10次暴雨期間MPV1幾乎均為正值，而MPV2基本為負值，表明春季暴雨期間700hPa的大氣層結(jié)是穩(wěn)定的?？梢?，雖然春季暴雨大多伴隨雷暴天氣，但由于700hPa以上大氣較穩(wěn)定，所以相較于夏季暴雨而言，出現(xiàn)特別強的雷暴和冰雹等強對流天氣的概率要小得多。

5 結(jié)論

5.1 暴雨概念模型 根據(jù)上文對10次暴雨過程的統(tǒng)計分析，得到亳州地區(qū)春季暴雨模型見圖4。由圖4可知：（1）春季暴雨與夏季暴雨不同的是副熱帶系統(tǒng)較弱，西風(fēng)帶系統(tǒng)起主要作用。暴雨發(fā)生的環(huán)流形勢為“低槽東移型”，500hPa高緯有低槽或短波槽東移，中緯有高原槽東移，低緯在孟加拉灣或南海有低槽東移。（2）主要影響系統(tǒng)是850～700hPa的低渦（切變線）系統(tǒng)，700hPa低渦或切變線位于亳州市北部或附近，850hPa低渦或切變線位于亳州市附近或南側(cè)，地面上有冷鋒影響亳州市。（3）高層（200hPa）和低層（850～700hPa）有高低空急流耦合，亳州市處于高空西風(fēng)急流附近或右側(cè)，850～700hPa在亳州市上空或者南側(cè)有西南急流配合。

5.2 暴雨預(yù)報物理量指標(biāo) （1）春季暴雨的水汽輸送路徑可以歸納為3條：一是水汽從南海直接輸送至亳州市；二是分別從南海和孟加拉灣同時向亳州市輸送水汽；三是從孟加拉灣經(jīng)中南半島再輸送至亳州市。（2）暴雨期間700hPa和850hPa上我市附近存在比濕鋒區(qū)，我市處在濕度鋒區(qū)南側(cè)或西南側(cè)大濕區(qū)中，鋒區(qū)兩側(cè)比濕差值為4～6g/kg。（3）春季暴雨期間低層輻合高層輻散使得垂直運動顯著，在亳州市的南北兩側(cè)分別有1支或2支下沉氣流，垂直方向形成1個或2個次級環(huán)流。春季暴雨期間MPV1的負值區(qū)大多出現(xiàn)在冷鋒移出亳州市之后，MPV1<0的水平范圍為3～6個緯距，高度幾乎都在1 000～925hPa；700hPa上MPV1幾乎均為正值，MPV2為負值，表明700hPa以上大氣層結(jié)較穩(wěn)定。（4）能量鋒區(qū)處于（27～40°N，110～120°E）之間時，亳州境內(nèi)將有暴雨發(fā)生的可能，暴雨發(fā)生在[θse（500+700+850）]能量鋒區(qū)南緣靠近能量鋒區(qū)處、高能舌頂部或前部。（5）對暴雨期間亳州4站的物理量進行統(tǒng)計，得到春季暴雨期間各個物理量指標(biāo)見表1。

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