成都強(qiáng)對(duì)流天氣形成的水汽輸送機(jī)制的研究

李漢菁 陳彥 高曉丹 林麗萱

摘要 利用地面及高空資料對(duì)2004—2011年四川強(qiáng)對(duì)流天氣匯總、分類并討論，根據(jù)個(gè)例天氣圖、NCEP/NCAR再分析資料中探空資料等對(duì)其背景場簡要分析，討論四川“9·3”大暴雨中水汽來源。結(jié)果表明：每年強(qiáng)對(duì)流天氣分布于4—10月，嚴(yán)重強(qiáng)對(duì)流天氣集中于8—9月;針對(duì)個(gè)例分析暴雨水汽來源得出異常水汽輸送在強(qiáng)對(duì)流天氣中占比較大，強(qiáng)對(duì)流天氣下水汽輸送主要源于南海、西太平洋和黃海地區(qū)，孟加拉灣水汽輸送無明顯作用。

關(guān)鍵詞 四川;強(qiáng)對(duì)流天氣;暴雨;水汽輸送;水汽來源

中圖分類號(hào)：P458.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）03–0037–02

強(qiáng)對(duì)流天氣是成都主要的災(zāi)害性天氣，水汽輸送是影響強(qiáng)對(duì)流天氣強(qiáng)度的關(guān)鍵。近年來，隨著觀測技術(shù)改進(jìn)和觀測資料不斷豐富，人們對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣研究取得了很大的進(jìn)展。研究成都地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣下水汽輸送機(jī)制有助于更好了解和預(yù)防強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)成都造成的災(zāi)害。但由于強(qiáng)對(duì)流天氣生命史短暫且發(fā)生具有突然性，因而需要針對(duì)大量資料篩選出合適天氣個(gè)例來研究其水汽輸送機(jī)制。使用2004—2011年成都溫江站地面數(shù)據(jù)和高空數(shù)據(jù)報(bào)文，2004年NCEP/NCAR逐日再分析資料以及全球2.5°×2.5°風(fēng)場、水汽場和地面氣壓場、高度場及大氣可降水量場，針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，計(jì)算出K指數(shù)、SI指數(shù)及CAPE值作為篩選指標(biāo)，再利用2004年9月3日典型強(qiáng)對(duì)流天氣過程天氣圖、NCEP/NCAR逐日再分析資料的探空資料對(duì)個(gè)例背景場簡要分析，最后分析其水氣來源和輸送機(jī)制。

1 2004—2011年強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例匯總及分類

將成都溫江站2004—2011年報(bào)文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過程序算出K指數(shù)、SI指數(shù)和CAPE值，利用K指數(shù)和SI指數(shù)找出可能發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的天數(shù)，并用CAPE值驗(yàn)證。根據(jù)資料，依照SI與對(duì)流性天氣關(guān)系及K指數(shù)與層結(jié)穩(wěn)定度關(guān)系，講述局匯總后進(jìn)行篩選得出對(duì)應(yīng)發(fā)生雷暴561次，其中強(qiáng)雷暴122次，通過對(duì)雷暴發(fā)生時(shí)間分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)流天氣基本集中于每年4—10月;嚴(yán)重強(qiáng)對(duì)流天氣為6次，依次出現(xiàn)在2004年9月3日、2006年8月3日、2008年9月22日、2009年9月8日、2010年9月16日和2011年9月24日。

通過分析561次雷暴的水汽來源，發(fā)現(xiàn)其來源共有3類：首先是來自孟加拉灣北部，其輸出較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)較大值逼近30? N附近，由西邊界到達(dá)川東地區(qū);其次為副高南側(cè)偏東風(fēng)水汽輸送，經(jīng)南海、東海進(jìn)入大陸，然后分裂為兩支水汽，一支經(jīng)云貴地區(qū)直接北上，由南邊界進(jìn)入川東，另一支先西伸至高原東側(cè)，與孟加拉灣北部水汽匯合后北上自西邊界到達(dá)川東，另外由中緯度偏西風(fēng)的水汽輸送也從西邊界進(jìn)入川東。

2 個(gè)例分析

2.1 強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例發(fā)生發(fā)展

分析500 hPa等壓面形勢，中高緯為兩槽一脊緯向型環(huán)流形勢。9月1日，19號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑達(dá)”在太平洋沿西北路徑方向移動(dòng)，西太平洋副熱帶高壓控制我國長江中下游以南的華南大部，呈帶狀分布。9月2日08：00，中高緯槽脊東移，副高西伸至90°E附近，控制我國整個(gè)南部，青藏高原分裂的短波槽東移至四川中東部。副高邊緣偏南氣流提供較好水汽，同時(shí)使垂直渦度增加，系統(tǒng)斜壓性加強(qiáng)利于暴雨產(chǎn)生。

在以上大氣環(huán)流背景下，新疆不斷有低值中心生成并東移，在低渦東移過程中，其南面切變掃過四川北部。隨著青藏高原擾動(dòng)短波槽東移，9月2日08：00，700 hPa四川盆地東部開始有氣旋性低渦誘發(fā)生成，850 hPa等壓場氣旋性風(fēng)場輻合結(jié)構(gòu)也十分清楚明顯。9月2日20：00，850 hPa低渦偏北風(fēng)加強(qiáng)，在盆地東部特殊地形作用下，急流側(cè)產(chǎn)生動(dòng)力輻合，形成明顯西南渦。西南急流、副高邊緣給這次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了充足水汽，西南渦、低渦切變則為這次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了較好觸發(fā)機(jī)制。

2.2 強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生期間的水汽輸送特征

2.2.1 實(shí)際水汽輸送特征 由9月1日水汽輸送圖（圖1）可知，來自孟加拉灣東邊界的偏西水汽與105? E、120? E附近的越赤道水汽輸送均達(dá)到西太平洋地區(qū)，在中心處于140? E附近的臺(tái)風(fēng)影響下，進(jìn)而向東輸送，經(jīng)過南海、東海后到達(dá)大陸，穿過云貴地區(qū)直接輸送至川東。

9月2日來自南海、東海、西太平洋地區(qū)的偏東風(fēng)水汽輸送不斷增強(qiáng)并北延，40? N附近為水汽輸送大值區(qū)，對(duì)1日與2日水汽通量偏差分析，南海、東海偏差水汽自南邊界到達(dá)川東，即上述地區(qū)9月2日偏東風(fēng)水汽輸送出現(xiàn)明顯加強(qiáng)，川東地區(qū)上空積聚大量水汽。中南半島、孟加拉灣、阿拉伯海一線的偏東風(fēng)差值輸送表明由南半球越赤道的水汽輸送強(qiáng)度減弱。

孟加拉灣北部未出現(xiàn)顯著的經(jīng)向差值水汽輸送，可見此次過程中孟加拉灣向北輸送沒有大的變化。除外，蒙古偏北偏差水汽由西邊界到達(dá)川東，偏南和偏北差值氣流交匯在川東北部上空。105? E、30? N附近在9月2日出現(xiàn)了中心超過100 mm的強(qiáng)降水區(qū)。

9月3日水汽形勢基本與2日相同。與9月2日比較，南海地區(qū)向東的水汽輸送強(qiáng)度下降，110? E附近東部地區(qū)東輸水汽增強(qiáng)，隨著北方冷空氣加強(qiáng)并南下，低緯度地區(qū)暖濕東南偏差水汽經(jīng)過東南沿海的差值反氣旋也向川東輸送，與貝加爾湖地區(qū)干冷偏北差值水汽交匯于川東上空，107? E、30? N附近出現(xiàn)強(qiáng)降水中心，降水量超過200 mm，引發(fā)大暴雨強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.2.2 典型個(gè)例期間異常水汽輸送 相關(guān)數(shù)據(jù)資料表明，9月3日前后，有2個(gè)異常輸送反氣旋影響川東地區(qū)，一個(gè)位于南海南部的異常反氣旋，另一個(gè)位于我國江淮地區(qū)，在其共同作用下輸送西太平洋、南海地區(qū)異常水汽從南邊界進(jìn)入川東，此外35°N附近有北方異常偏北水汽從北邊界進(jìn)入川東，所以是由異常的北方干冷水汽與海洋暖濕水汽在川東上空交匯引發(fā)此次大暴雨。暴雨出現(xiàn)期間，黃海異常水汽輸送與在川東地區(qū)合成的向東、向北水汽輸送相反，進(jìn)而導(dǎo)致來自西太平洋和南海地區(qū)的水汽在進(jìn)入川東后停滯不前從而形成暴雨。此次過程無來自孟加拉灣的異常水汽輸送進(jìn)入川東。

對(duì)于暴雨前3 d內(nèi)的水汽輸送，南海和東海島華南沿海一帶上空均出現(xiàn)了不同尋常的輸送反氣旋，這支水汽輸送經(jīng)過云貴地區(qū)到達(dá)川東一帶并帶來影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，25°N以南、100°E以東地區(qū)，即中南半島西部、孟加拉灣中部到阿拉伯海地區(qū)持續(xù)有相似異常水汽輸送。根據(jù)分析得出暴雨前3 d內(nèi)，孟加拉灣輸送到我國的水汽均異常偏弱。

3 結(jié)論

根據(jù)總體8 a地面高空分析與典型強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例分析，利用K、SI等指數(shù)，并根據(jù)大氣可降水量和水汽輸送的綜合分析表明強(qiáng)對(duì)流天氣下水汽輸送主要源于南海、西太平洋和黃海地區(qū)。

強(qiáng)對(duì)流天氣下的水汽輸送中，孟加拉灣水汽輸送無明顯作用，來自南半球越赤道的水汽輸送對(duì)其影響也不大。

異常水汽輸送在強(qiáng)對(duì)流天氣中占比較大，與氣候平均降水水汽來源不一致。針對(duì)個(gè)例中暴雨日及前3 d的異常水汽輸送可知，影響川東暴雨的異常水汽為西太平洋經(jīng)南海、東海、黃海的向北水汽輸送和暴雨區(qū)北方南下水汽輸送，以及來自青藏高原的異常偏西風(fēng)輸送。

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責(zé)任編輯：黃艷飛