王敏 彭英超 任強(qiáng)
摘要 利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料、云圖和數(shù)值預(yù)報(bào)資料,對(duì)2009年7月20暴雨天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明:這是一次伴有局地冰電、雷暴和大風(fēng)的強(qiáng)對(duì)流天氣,短時(shí)強(qiáng)降水造成的局地暴雨,降水持續(xù)時(shí)間短且集中。天氣形勢(shì)是副熱帶高壓西北側(cè)西南暖濕氣流午后熱對(duì)流造成的;地面中小尺度輻合線以及午后熱力抬升共同觸發(fā)。Tlogp圖反映上千下濕,能量CAPE值達(dá)98.8Jkg,有強(qiáng)的不穩(wěn)定,風(fēng)場(chǎng)為強(qiáng)盛的西南風(fēng)。水汽充沛,暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中,地面露點(diǎn)增達(dá)14℃,為全省中心,比濕大值在東南部中心達(dá)11gkg,水汽通量輻合較強(qiáng)[-14g(mrs)],自青海湖向(東南)暴雨區(qū)移動(dòng)。暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū),上升氣流強(qiáng)且深厚。午后副高外圍生成的對(duì)流云帶東移,中小尺度對(duì)流云團(tuán)合并,TBB高值中心達(dá)220k。EC模式預(yù)報(bào)副熱帶高壓整體偏東,與實(shí)況差異大,在今后的預(yù)報(bào)中,注意模式預(yù)報(bào)誤差。
關(guān)鍵詞 短時(shí)強(qiáng)降水;暴雨;物理量特征;數(shù)值預(yù)報(bào)
中圖分類號(hào):P458
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):2095-3305(2021)02-027-03
青海省的暴雨天氣主要是由短時(shí)強(qiáng)降水造成的,且局地性強(qiáng),這與高原下墊面、地理位置和地形息息相關(guān)。青海短時(shí)強(qiáng)降水是指短時(shí)間內(nèi)降水強(qiáng)度較大、小時(shí)降水量≥20mm的天氣現(xiàn)象。短時(shí)強(qiáng)降水造成的暴雨由于具有突發(fā)性強(qiáng)、降水強(qiáng)度大、尺度小的特點(diǎn),易引發(fā)洪澇和地質(zhì)災(zāi)害等次生災(zāi)害,在24h預(yù)報(bào)上難度大,只有通過(guò)短臨預(yù)報(bào)預(yù)警加以補(bǔ)充。近年來(lái),不少氣象學(xué)者對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣進(jìn)行了大量研究,得出共同的結(jié)論在有利的大尺度環(huán)流背景下,中小尺度系統(tǒng)的生成是造成短時(shí)強(qiáng)降水局地暴雨的根本因素。
利用常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料和云圖資料,對(duì)2000年7月20日出現(xiàn)在青海東南部局地暴雨的天氣背景、物理量診斷和衛(wèi)星云圖演變特征進(jìn)行分析,以期為青海地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水暴雨天氣的短臨預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。
1天氣實(shí)況
2009年7月20日08:00~21日08:00,青海大部出現(xiàn)降水(圖1)有5站達(dá)中雨以上量級(jí),分別出現(xiàn)在茶卡、治多、瑪沁、澤庫(kù)和河南,其中河南為全省降水中心,過(guò)程降水量達(dá)55mm。降水是從20日16:00開始,持續(xù)到22:00,其間伴有雷暴,青南局地出現(xiàn)冰雹、大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害天氣,強(qiáng)降水集中在16:00~17:00,河南地區(qū)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)49.1mm。所以從天氣現(xiàn)象和降水時(shí)序圖來(lái)看此次降雨過(guò)程是一次強(qiáng)對(duì)流天氣,短時(shí)強(qiáng)降水造成了局地的暴雨,具有突發(fā)性強(qiáng)、降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短等特征。
2.1高空環(huán)流形勢(shì)
2009年7月20日08:00,青海處于新疆低槽和副熱帶高壓之間的低值區(qū)中,副高西伸脊點(diǎn)位于91E、30N附近,副高外圍西南氣流影響著青海大部,暴雨區(qū)位于副高西北側(cè)5880gpm的邊緣,西南氣流風(fēng)速≥8m/s,將水汽源源不斷地輸送到暴雨區(qū),從低空到高空T-Td≤4℃,自天氣溫上升,至14:00,24h變溫河南達(dá)+4℃,高溫高濕的不穩(wěn)定層結(jié)加強(qiáng),至16:00后受中尺度熱對(duì)流云團(tuán)影響,出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水,到18:00達(dá)到暴雨(圖2)
2.2地面影響系統(tǒng)
2009年7月20日14:00,海西和海北有弱冷空氣活動(dòng),并出現(xiàn)陣雨和小雨天氣,青海的東南部和南部無(wú)冷空氣,且氣溫上升,基本吹的是偏東和東南風(fēng),暴雨區(qū)有偏西風(fēng)和東南風(fēng)向的輻合。至17:00,東南部出現(xiàn)大片雷雨天氣,負(fù)變壓,暴雨區(qū)負(fù)變溫,此時(shí)已出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。
2.3暴雨單站氣象要素分析
根據(jù)實(shí)況氣象得知,暴雨站河南(56065),16:00~17:00出現(xiàn)冰雹(16:35~16:54)、大風(fēng)(16:35,風(fēng)速21.1m/s,NW)和颮(16:36)、陣雨(16:34~17:41,降水量52.3mm)小時(shí)氣壓變化:15:00~16:00下降了0.8hPa,與無(wú)特殊天氣影響小時(shí)氣壓變化來(lái)看出現(xiàn)異常,平時(shí)小時(shí)氣壓變化幅度在0.1~0.6hPa。露點(diǎn)溫度:14:00達(dá)13.5℃,1h増加了1.3℃,出現(xiàn)了該站7月以來(lái)的最高值,且至16:00露點(diǎn)每小時(shí)均在12℃以上。10min平均風(fēng)向風(fēng)速:14:00~16:00風(fēng)向ESE,16:00風(fēng)速達(dá)最大(6.3ms),17:00后風(fēng)向轉(zhuǎn)為ENE到NE,17:00風(fēng)速達(dá)4.7m/s。氣溫:15:00升達(dá)18.7℃,16:00下降了1.2℃,17:00下降了5.8℃。
從以上氣象要素變化來(lái)分析,河南在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前(16:00前),水汽増大到暴雨發(fā)生指標(biāo),氣壓下降異常,指示性風(fēng)向和風(fēng)速增大,氣溫上升,都預(yù)示著強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。氣溫在臨近時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì),而在16:00~17:00下降幅度増大,且風(fēng)向逆轉(zhuǎn),出現(xiàn)NW大風(fēng)和颮,表示該地前期為高溫高濕的中小尺度熱低壓,近地層在冷空氣的沖擊下出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。
3物理量特征分析
3.1不穩(wěn)定條件
鄰近測(cè)站達(dá)日探空?qǐng)D分析,08:00從近地面到400hPa為濕層,不穩(wěn)定層在500hPa左右高度,從低空到高空為西南風(fēng),上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié),0~3km風(fēng)速切變達(dá)9m/s。20:00,濕層位于500~300hPa,近地面至300hPa為相間的不穩(wěn)定層,從低空到高空仍為西南風(fēng),但0~3km風(fēng)速切變達(dá)6ms。從各指數(shù)分析,在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前層結(jié)不穩(wěn)定有著增大過(guò)程,抬升指數(shù)(Li)由2.59℃減小到0.54℃;能量增強(qiáng),對(duì)流有效位能(CAPE)由0Jkg増加到1453.5J/kg;0-3km垂直風(fēng)切變?cè)?9ms;在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前后,從低空到高空風(fēng)向以西南風(fēng)為主,風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)為暖平流;風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)(SSI)在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前有著增大的過(guò)程;最大上升速度(Wcape)由0m/s增大到53.9m/s。以上指數(shù)變化表示著強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生(表1)。
3.2水汽條件
暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中,08:00~14:00地面露點(diǎn)增加10℃以上,特別是黃南南部增達(dá)14℃。700hPa08:00青海比濕大值在東南部,中心位于海南附近達(dá)11gkg,為西北東南向的濕舌。青海中東部為水汽通量輻合,中心位于海西東部,值為-14g/(ms),其經(jīng)青海湖向東南暴雨區(qū)移動(dòng)。
3.3動(dòng)力條件
暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū),上升氣流強(qiáng)且深厚。500hPa垂直速度場(chǎng)上,在暴雨發(fā)生前海西中東部至海北青海湖一帶為輻合垂直速度上升區(qū)。隨著時(shí)間的推移,輻合上升區(qū)東移南下至暴雨區(qū),中心強(qiáng)度小于-10x10-2hPa/s,故在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),有強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。
4云圖
FY2C紅外圖像分析,20日13:00起30N-35N西藏西部至青海境內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)對(duì)流云團(tuán),并排列成東西帶狀沿著副高外圍東移,至16:00,果洛北部對(duì)流云團(tuán)云頂亮溫強(qiáng)達(dá)-50℃以下,向暴雨區(qū)移動(dòng),至17:00暴雨區(qū)對(duì)流云團(tuán)合并范圍擴(kuò)大,云頂亮溫TBB達(dá)-53.2℃。在對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)降水。
5EC數(shù)值模式對(duì)西太平洋副高位置及降水的預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)
5.1歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)
EC數(shù)值預(yù)報(bào)高度場(chǎng),72、48、24hEC模式預(yù)報(bào)副高整體偏東,與實(shí)況差異大。19日08:00起報(bào)(圖3),副熱帶高壓5890gpm預(yù)報(bào)場(chǎng)西伸脊點(diǎn)位于106E,實(shí)況位于93E附近,青海南部處于副高北側(cè)西南氣流中,模式與實(shí)況相差較大,對(duì)預(yù)報(bào)誤導(dǎo)。
5.2模式檢驗(yàn)
19日08:00EC起報(bào)(圖4)副高位置偏東。預(yù)報(bào):除海西西部無(wú)降水外,其余地區(qū)均報(bào)降水,小唐、玉樹、果洛和黃南南部報(bào)中雨,與實(shí)況對(duì)比,中雨范圍較大,漏報(bào)河南單站55mm大降水天氣。此類過(guò)程模式往往報(bào)得偏低,無(wú)法預(yù)報(bào)單站暴雨。在今后的預(yù)報(bào)中,分析模式對(duì)5880gpm的調(diào)整位置變化,注意模式預(yù)報(bào)誤差。
6結(jié)論
(1)此次暴雨為強(qiáng)對(duì)流天氣,伴有局地冰雹、雷暴和大風(fēng),由局地性短時(shí)強(qiáng)降水造成,出現(xiàn)在河南(55mmh),降水持續(xù)時(shí)間20日16:00~22:00,強(qiáng)降水集中在16:00~17:00(49.1mmh)。
(2)副熱帶高壓西北側(cè)西南暖濕氣流午后熱對(duì)流造成的。地面中小尺度輻合線以及午后熱力抬升共同觸發(fā)。Tlogp達(dá)日測(cè)站從低層到高層上干下濕,能量CAPE值達(dá)98.8Jkg,有強(qiáng)的不穩(wěn)定,風(fēng)場(chǎng)為強(qiáng)盛的西南風(fēng)。充沛水汽,暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中,08:00~14:00地面露點(diǎn)增加10℃以上,特別是黃南南部達(dá)14℃。700hPa08:00比濕大值在東南部中心達(dá)11gkg,水汽通量輻合較強(qiáng)[-14g/(m·s)],自青海湖向(東南)暴雨區(qū)移動(dòng)。上升運(yùn)動(dòng),暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū),上升氣流強(qiáng)且深厚。午后副高外圍生成的對(duì)流云帶東移,中小尺度對(duì)流云團(tuán)合并,TBB高值中心達(dá)-53.2℃。
(3)氣象要素變化來(lái)分析,河南在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前1h,水汽增大到暴雨發(fā)生指標(biāo)(露點(diǎn)》12℃),氣壓下降異常指示性風(fēng)向(SE)和風(fēng)速増大,氣溫上升,都預(yù)示著強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。氣溫在臨近時(shí)次出現(xiàn)下降趨勢(shì),而在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)下降幅度增大,且風(fēng)向逆轉(zhuǎn),出現(xiàn)NW大風(fēng)和颮,暴雨區(qū)前期為高溫高濕的中小尺度熱低壓,近地層在冷空氣的沖擊下出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。
(4)EC模式預(yù)報(bào)副高整體偏東,與實(shí)況差異大。降水模式檢驗(yàn)預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比,漏報(bào)河南單站55mm大降水天氣??偨Y(jié)此類過(guò)程模式往往報(bào)得偏低,無(wú)法預(yù)報(bào)出具體的位置。在今后的預(yù)報(bào)中,分析模式對(duì)5880gpm的調(diào)整位置變化,注意模式預(yù)報(bào)誤差。
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責(zé)任編輯:黃艷飛