一次黔北暴雨過程中低空急流與強降水的關系

王紅麗,王君軍

(1.貴州省氣象局,貴州 貴陽 550002;2.貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

一次黔北暴雨過程中低空急流與強降水的關系

王紅麗1,王君軍2

(1.貴州省氣象局,貴州 貴陽 550002;2.貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

利用分辨率為 1°×1°的NCEP/NCAR每日 4次的再分析資料以及常規資料和衛星資料,對 2009年6月7-8日發生在貴州北部大暴雨的成因進行分析。結果表明:西南低渦切變與低空急流發展是本次大暴雨的主要影響系統。高層輻散是維持和加強低層輻合上升運動中不可缺少的條件。低空急流的加強為暴雨提供了高溫高濕的大氣,并為中尺度系統的發展、移動提供了有利的動力條件。低空急流對對流云團的發展和移動路徑起著重要的預示作用。

暴雨;低空急流;西南低渦;水汽通量

1 引言

2009年6月7-8日川東南到黔北遭受一次大范圍暴雨和大暴雨的襲擊,其中遵義市 27個鄉鎮出現暴雨,15個鄉鎮大暴雨,特別是道真縣舊城鄉鎮 8日00-11時累計降水量達 188.4mm,最大雨強在 8日02-03時,為 53.8mm。本次天氣過程持續時間較長、降水強度大,引發部分鄉鎮山體滑坡等地質災害,造成人員傷亡和較大的經濟損失。

西南低渦與低空急流被認為是長江流域附近重要的天氣系統之一。氣象工作者對此進行了很多的研究:許美玲[1]在低空急流相伴的暴雨天氣診斷分析中指出低空急流對于水汽和能量的輸送起非常重要的作用;周治黔等[2]的研究指出充分的水汽輸送和強烈的輻合以及大氣強烈的對流不穩定和對稱不穩定是形成大范圍暴雨天氣的原因之一。也有很多專家對貴州強降水發生的原因進行了一些其它方面的研究[3-4]。這些對了解和認識黔北暴雨的發生機制有很重要的指導意義。同時研究發現,受巴蜀特殊地形條件的影響,西南低渦往往在巴蜀停滯少動,一段時間后突然發展東移,常造成黔北地區強降水。因此本文在引用前人研究方法的同時結合遵義地區特殊的地理條件,分析此次低空急流與強降水過程的關系,從中找出遵義獨特地形下的暴雨特征,為遵義地區暴雨預報提供一定的參考依據。

采用 2009年6月7-8日每日 4次分辨率為 1° ×1°的NCEP/NCAR再分析資料、常規地面觀測資料、逐時鄉鎮兩要素資料和 FY-2C氣象衛星資料對此次天氣過程進行天氣分析。

2 環流演變和主要影響系統

500 hPa環流形勢如圖 1所示:6月上旬中高緯度環流經向度較大,流場逐漸由兩槽一脊型轉為一槽一脊型。隨著烏拉爾山低槽東南壓至蒙古,使蒙古低壓得到發展。蒙古低壓不斷分裂出小槽沿中緯度西風帶東移,經四川影響遵義市。緩慢移動的西風帶小槽對西南低渦有十分重要的影響[5]。6月上旬孟加拉灣低槽發展,槽前西南氣流促發低空急流的生成和發展,為黔北地區輸送充足的水汽。

7日 08時川東南 700 hPa出現西南低渦 (圖略),遵義市為切變線前部西南氣流控制;到 8日08時低渦中心南壓至重慶北部。850 hPa在 6日20時川東部就出現西南低渦,重慶以南由西南氣流轉為偏南氣流;7日 08時低渦位置維持少變,貴州省東部偏南氣流加強,黔東北部到湖南北部一帶有明顯的風向、風速輻合;7日夜間西南渦加強并東移,低空急流突然加強為強降水提供充足的水汽和輻合上升運動條件。7日 08時 -8日 08時在川東南—黔北—湖南西北部出現降水帶 (圖 1),對應低渦中心移動來看,降水主要與低空流場的切變線相對應。

3 物理量分析

上升運動觸發能量的釋放,有利于暴雨的發生和發展。圖 4是 2009年6月8日 02時各物理量沿107.5°E經向剖面圖。8日 02時暴雨強盛階段,在27～30°N附近 900 hPa以上存在強烈的上升運動,中心位于 750 hPa附近,為 -6×10-3hPa/s(圖2a),強烈的上升運動將水汽向上輸送形成深厚的暖濕層,造成遵義上空大氣位勢極不穩定。到 8日08時,上升運動加強,整層為強上升區,中心位置北移至 29°N左右。從渦度場上看,在 26～29°N有正渦度柱上升至 600 hPa(圖 2b),最大中心值為 6× 10-5s-1,位于 850 hPa附近;8日 08時在 26.5～30° N正渦度區加強,在 300 hPa以下為輻合區,中心在800 hPa附近,強度為 10×10-5s-1,200 hPa以上為輻散區。在此傾斜度很小的正渦度區的上空是負渦度區,形成低層輻合高層輻散,動力條件表明黔北地區已經具備中尺度系統維持發展的條件。從比濕分布圖可見 (圖 2c),濕度層厚度達到 400 hPa以上,有弱濕舌向北傾斜。水汽條件(圖 2d)分析表明 8日 02時廣西到貴州省北部存在較強的水汽通量輻合,強烈的上升運動將濕空氣抬升到對流層中層,容易發生不穩定能量的釋放造成強對流天氣。

4 急流的作用

4.1 高空急流和輻散場的演變特征

暴雨發生前,對流層 200 hPa上,在東北—日本—臺灣以東附近有一長波槽,槽后新疆至我國東海有西風急流,急流核在 37°N附近。8日 02時(雨強時)隨著蒙古低渦東移南壓,高空急流隨之東移加強并南壓,風速達 55 m/s,遵義地區上空為輻散區;8日 08時急流繼續東移,遵義地區上空高空輻散區減弱消失。在急流北側產生高空輻合,急流的南側產生高空輻散,進而北側出現下沉氣流,南側出現上升氣流,相對應的低層大氣會隨之發生質量調整,產生與高層相反的輻散輻合區,從而形成垂直環流[6]。槽后急流出口右側在貴州北部到湖南北部有 5×10-5s-1的輻散中心。有文獻[7]指出要有強而持續的上升運動,單有低層的輻合流場是不夠的,還必須在高層有一個輻散的流場;可見高層輻散是維持和加強低層輻合上升運動中不可缺少的條件。在本次暴雨中這種持續的環流配置保證了低層的水汽不斷上升被轉化為降水。從 6月6日開始南亞高壓增強并東移到遵義南部邊緣。本次暴雨出現在高空急流出口右側的強輻散區內,低空急流左側的強輻合區內,以及南亞高壓東北側的輻散氣流中。這與斯公望[8]指出的長江流域大暴雨是發生在 200 hPa南亞高壓北緣的輻散氣流中的結論相一致。可見,高空急流出口區右側的強輻散對暴雨起著促發作用。

4.2 低空急流與水汽條件的分析

孫淑清[9]指出低空急流與西南渦的關系密切,西南渦東南象限往往有一支較強的西南低空急流維持,低空急流對西南渦的發展和暴雨的產生有重要的動力和熱力作用,為低層帶來潛在不穩定的暖濕空氣。

分析 850 hPa低空急流和渦度場可知:隨著孟灣低槽東移,7日 08時在貴州省以東形成西南風帶(沒有達到低空急流的標準),7日 20時形成低空急流(圖 2a);到 8日 02時 (雨強時)低空急流中心風力和范圍增大,在湖南北部出現最大風速值,達 20 m/s(圖 2b)。分析渦度隨時間的演變可以看出 (圖 2c～2d),隨著急流的出現和增強,其左側的輻合也隨之加強,在這里不穩定能量的釋放有利于對流活動的發展,激發強降水。分析低空急流與 850 hPa水汽通量和水汽通量散度關系可見:貴州省水汽供應充足,水汽主要來源于孟加拉灣和南海。順著急流軸的方向,在貴州省北部到湖南形成明顯的濕舌。急流軸為本次降水起著水汽輸送帶的作用。本次強降水落區主要位于急流軸的左前側的高濕區內的強輻合中。

4.3 低空急流與對流云團關系

雨團與強降水有直接的關聯,本文對暴雨過程中的雨團作分析。中尺度雨團指降水量≥10mm/h的雨區。根據定義利用貴州逐時鄉鎮降水資料對本次過程中雨團進行分析,雨團的發展和移動直接與西南低渦和低空急流有關,并且主要位于西南低渦東部的上升區。

7日 22時左右,川東南雅安附近有中尺度對流云團,該對流云團隨西南低渦移動而緩慢東南移并發展。7日夜間位于貴州省東部的低空急流增強,低空急流對西南渦的發展和強降水的產生起著重要的動力和熱力作用,同時為低層帶來潛在不穩定的暖濕空氣,使云團東南移至黔北地區時得到快速發展。西南低渦在東南移動過程中由于受到較強低空急流的阻擋,云團在緩慢東南移動后折向順著急流軸的方向東北移。受西南低空急流右側動熱力和水汽的輸送的共同作用,使云團得到發展。8日 02時對流云團發展成MCC,造成黔北大范圍強降水。

從衛星云圖看出:中尺度對流云團移動路徑與此次暴雨落區關系密切。西南低渦與低空急流的共同作用使得移入黔北地區的對流云團得到發展,低空急流對對流云團的移動起著重要的動力作用。

5 小結

①此次暴雨天氣過程的環流背景為一槽一脊型。孟加拉灣低槽、西南低渦切變與低空急流發展是暴雨的主要影響系統。

②本次暴雨出現在高空急流出口右側的強輻散區內,低空急流左側的強輻合內以及南亞高壓東北側輻散中。

③低空急流對西南渦的發展和暴雨的產生有重要的動力和熱力作用,它為低層帶來潛在不穩定的暖濕空氣。中低層深厚的氣旋性渦度東移觸發了能量的釋放。

④中尺度對流云團移動路徑與此次暴雨落區關系密切。低空急流對對流云團的移動路徑起著重要的指示作用。

[1] 許美玲,段旭,等 .與低空急流相伴的暴雨天氣診斷分析[J].云南大學學報,2004,26(4):320-324.

[2] 周治黔,喬琪,等 .2008—07—21貴州暴雨過程成因分析[J].貴州氣象,2008,5:18-20.

[3] 許炳南 .貴州夏季嚴重旱澇的環流異常特征[J].氣象, 1999,27(8):45-48.

[4] 陳貴川,沈桐立,何迪 .江南河云貴高原地形對一次西南渦暴雨影響的數值模擬[J].高原氣象,2006,25(2):277-284.

[5] 趙思雄,傅慎明.2004年9月川渝大暴雨期間低渦結構及其環境場的分析[J].大氣科學,2007.11:1059-1075.

[6] 丁一匯 .高等天氣學[M].北京:氣象出版社,1991:171 -188.

[7] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文 .天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社 .

[8] 斯公望,杜立群 .南壓高壓北緣的高空氣流輻散與梅雨鋒暴雨發展的關系[J].杭州大學報,1987,14(2):233-244.

[9] 孫淑清 .低空急流及其與暴雨的關系[A].大連暴雨會論文集[C].長春:吉林人民出版社,1980:40-46.

P443

B

2010-01-20

王紅麗(1963-),女,工程師,主要從事行政管理工作。

1003-6598(2010)05-0007-03