2013-05-25陜西中南部區域性暴雨天氣解析

2014-06-09 14:24:48牛樂田崔鉅勝李祥林

陜西氣象 2014年1期

牛樂田,崔鉅勝,胡偉,巨菲,李祥林

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

牛樂田,崔鉅勝,胡偉,巨菲,李祥林

(咸陽市氣象局,陜西咸陽 712000)

利用常規氣象觀測資料、NCEP1°×1°分析資料,對2013年5月25日陜西出現的區域性暴雨天氣進行分析,總結預報偏差的原因。結果表明:區域性暴雨發生在中緯度高空環流形勢由緯向型向經向型調整階段,東移低槽北部的低渦北抬加深維持是引起此次區域性暴雨的主要原因;低層輻合切變和東路回流冷空氣為暴雨提供了有利的抬升條件;高層輻散和低層輻合的有利配置將低層高溫、高濕的水汽抽吸到暴雨區上空,造成強降水的對流云團具有明顯的中尺度特征。

區域性暴雨;低渦;中尺度對流系統;風暴相對螺旋度

1 降水實況

2013年5月24日08時—26日08時陜西省出現當年入汛以來最強降水天氣過程,主要降水時段出現在24日20時—25日20時,大降水主要位于關中和陜南大部,關中地區有17個國家氣象觀測站日雨量突破5月極值。全省有31個縣區降雨量超過50mm,其中4個縣區超過100 mm,分別是楊凌101.3mm、周至107.7mm、興平104.9mm、武功130.5mm。

此次區域性暴雨天氣主要是由于高原低槽東移加強,低槽北部生成的低渦東移過程中北抬并維持所致。分析影響系統演變可以發現,暴雨發生前(23日20時—24日20時),在95°E～105° E中緯度范圍內高原槽穩定少動,西風槽快速東移南壓影響陜西,陜西西部地區出現小到中雨,環流形勢不具備陜西初夏暴雨的 “大槽大脊”形勢[1],令預報員對一直在高原中部存在的低槽認識不足,導致短期預報出現失誤。因此,探索此次區域性暴雨形成的機理,總結此類過程的預報經驗具有積極的意義。

2 天氣形勢分析

2.1 500hPa

5月23日20時,500hPa歐亞大陸環流形勢以緯向為主,副熱帶高壓588dagpm線位于20°N附近且比較穩定,中緯度為平直氣流,多短波槽活動,在內蒙古臨河—巴彥諾爾公—甘肅民勤—張掖之間有西風槽,槽線南北長度大于5個緯距,呈東北—西南走向,青海南部、四川北部與西藏東部之間有南北向風切變存在。24日08時,上述西風槽東移到陜西中北部與甘肅東南部之間,90°E～95°E、28°N～33°N范圍內有高原槽生成,呈東北—西南走向,長度大于5個緯距。24日20時(圖1a),西風槽移出陜西,高原槽東移約50km,25日08時(圖略),中緯度環流指數下降,環流形勢由緯向型迅速向徑向型轉變,高原槽加深約10個緯距,槽北部出現的輻合進一步增強。25日14時(圖1b),低槽繼續維持,低渦輻合區東移北抬,直徑約4個緯距,位于陜西中部地區,北渦南槽形勢[2]在上述地區產生區域性暴雨天氣。26日08時 (圖略),中低緯度環流轉為經向環流,低槽東移出陜西,南北約跨20個緯距,影響陜西的降水天氣結束。

高原東部生成的低渦沿青藏高壓和日本海高壓之間的低壓帶北上,是穩定的經向型大暴雨的環流形勢[3],引起此次區域性暴雨的低渦周圍并沒有穩定的青藏高壓和日本海高壓,其北抬發展容易被預報員忽視。

圖1 2013-05-24T20(a)、2013-05-25T14(b)500hPa高度場(單位:dagpm)(虛線為槽線)

圖2 2013-05-25T14850hPa水汽通量散度(單位:10-7g/(cm2·hPa·s))和700hPa風場

2.2 700hPa、850hPa

700hPa暴雨發生前,24日20時,陜西西部與甘肅東南部之間存在弱切變線,偏南風與東北風在陜西南部與四川北部之間形成輻合區,25日08時,強降水開始后,偏南風迅速加強,從云南—貴州—四川北部有大于12m/s偏南風急流,大范圍低空水汽通道快速形成,源源不斷的水汽經上述地區輸送至四川北部—陜南南部。陜西西南部與甘肅東南部及四川北部之間在風場上有中尺度輻合中心存在(圖2),此輻合中心維持時間超過12h。850hPa在降水出現后,陜西中南部始終處于偏東氣流中。

2.3 地面

分析25日08時、14時地面圖(圖略),冷鋒主體位于貝加爾湖至南疆地區,且移動較慢,河套到高原中部地區有熱低壓存在,陜西西部處于熱低壓前部氣壓密集區,日本海附近有高壓中心,陜西中南部處于高壓后部,從冷高壓中心不斷有冷空氣擴散,冷暖空氣在陜西中南部交匯。

綜上可知,高空低槽和低空急流是此次暴雨的主要影響系統,低層輻合切變和地面東路回流冷空氣是暴雨的觸發機制。

3 熱力動力條件分析

3.1 能量及水汽條件

3.1.1 能量從850hPaθse場上可以看到(圖略),暴雨區上空對應有Ω型的次天氣尺度系統。25日08時,在甘肅南部與四川北部之間有大于85℃的高能區;河套到陜北為θse的低值區,對應干冷空氣中心。高能軸呈南北向,東側低能比軸是來自東路冷空氣,其緩慢向西流動,阻擋暖濕氣流向東擴散,使低層輻合加強。隨著該股干冷氣流的消失,暴雨區也隨之消失。

圖3 2013-05-25T14沿35°N渦度(a)和散度(b)垂直剖面圖(單位:10-5s-1)

3.1.2 水汽通量散度 850hPa水汽通量散度圖上,24日08時陜西中西部到甘肅東南部為水汽通量輻散區,中心值為2×10-7g/(cm2· hPa·s),四川北部到陜南有水汽輻合存在,強度較弱,中心值為-3×10-7g/(cm2·hPa·s) (圖略)。強降水開始后,25日08時,整個關中、陜南到四川處于大片水汽通量輻合區,輻合中心位于四川中部,約為-6×10-7g/(cm2· hPa·s)(圖略);14時(圖2),上述水汽通量輻合區增強,中心約為-7×10-7g/(cm2·hPa ·s),且北抬至陜南至關中南部;20時,水汽通量輻合區繼續北抬東移,影響陜西東南部地區,隨后移出陜西,對應強降水結束。

分析可知,此次區域性暴雨在醞釀階段,低層水汽條件不是非常有利,之后降水強度隨水汽輸送增強而迅速增強,850hPa水汽通量輻合與暴雨強度落區有很好的對應關系。

3.2 動力條件

渦度場上,25日08時,沿35°N垂直剖面上,在108°E附近300～500hPa上空有正渦度大值區,但是強度較小,500～800hPa有負渦度區,正負渦度區在垂直方向的配置不利于深厚對流發展。25日14時(圖3a),800～300hPa為一致正渦度區,大值中心出現在500hPa,位于108°E～110°E之間,為10×10-5s-1,該大值區維持至25日20時后迅速減弱東移。

分析強降水發生前散度場特征,沿35°N垂直剖面上,108°E上空雖有輻合、輻散區存在,但強度較弱,分布比較散亂。25日08時(圖略),暴雨區上空600hPa以下為輻合區,中心為-3×10-5s-1;600～500hPa為輻散區,大值中心出現在500hPa,為2×10-5s-1;400～300hPa為輻合區,大值中心出現在300hPa,為-3×10-5s-1;300hPa以上為輻散區。可見,暴雨區上空從對流層低層到高層散度場分布呈現輻合-輻散-輻合-輻散的雙層復雜結構[4],此特征由張弘[5]對青藏高原東側一次暴雨中尺度對流系統的研究中發現。25日14時(圖3b),暴雨區低層有弱輻散存在,700～400hPa有寬廣的輻合區,大值中心-6×10-5s-1,300hPa以上有強的輻散存在,大值中心超過6×10-5s-1,強烈的 “抽氣作用”[6]有利于深厚對流的發展。

4 風暴相對螺旋度

總風暴相對螺旋度(SRH)是一個描述環境風場氣流沿運動方向的旋轉程度和運動強弱的物理參數(用HSR表示),它反映了大氣的運動場特征[7]。其表達式為

其中,V是h高度的地面相對風速,C是風暴移動速度,V-C是風暴相對速度,ωh是h高度的水平渦度。SRH的單位為m2/s2。SRH反映了環境場的旋轉程度、風暴相對入流強度,以及沿旋轉軸方向運動的強弱程度。其值越大,表示風暴旋轉性越大,風暴強度越大。從能量上, SRH反映了在0～h厚度層中,環境場為氣塊作螺旋運動所提供的能量,是表征對流發展加強的一個重要指標。

在實際業務中,使用實測探空資料可直接求出SRH的值。計算公式:

張建宏[8]通過分析歸納出對預報有指導意義的SRH臨界值:當HSR≥150m2/s2有利于強天氣的發生。利用 (2)式計算降水期間逐日螺旋度數值,N為計算SRH時取環境風的層數, N取8(1000～300hPa共取8層),C的大小取為1000～300hPa平均風V的大小,方向定為V的方向右偏40°。強降水發生前,5月24日螺旋度 (圖略)大值中心位于甘肅南部與四川東北部,陜西處于螺旋度大值區東北側,大部分地區螺旋度值在80m2/s2以下。5月25日(圖4),在暴雨發生發展階段陜西中南部螺旋度數值在量級上成倍增加。關中南部和陜南大部分出現大值中心,中心值超過270m2/s2,且大值中心與強降水落區對應較好。5月26日(圖略),強降水減弱階段,陜西中南部風暴螺旋度明顯減小,下降到50m2/s2以下。由上可知,暴雨醞釀階段螺旋度值較小,暴雨發生和維持階段,螺旋度值快速增大,暴雨區與螺旋度大值區對應較好。

圖4 2013-05-25總風暴相對螺旋度圖(單位:m2/s2)

5 衛星云圖特征分析

衛星云圖能夠非常有效地監測中尺度系統的演變、發展和移動。從逐時FY-2E衛星云圖云頂亮溫tBB≤-32℃演變可以清楚的看到,低層低渦云團和對流云團MCS(中尺度對流系統)[9]的發生、發展。這次區域性暴雨伴有多個中尺度對流云團的活動。

25日08時(圖5a),陜西南部與四川北部沿西南氣流方向有若干對流云團生成,最強云團位于安康南部和秦嶺之間,其中心值小于-50℃,這些對流云團沿西南氣流向東北移動,并逐漸結合在一起。25日10時(圖5b),上述對流云團東移北抬到關中東部,最強云團位于渭南與商洛之間,在漢中佛坪附近出現小于-40℃對流云團,云團隨西南氣流北抬并加強。25日12時(圖5c),在寶雞東部、咸陽南部出現大塊對流云團,云頂亮溫小于-40℃,陜西東南部存在大塊對流云團。25日14時(圖5d),位于陜西中南部的對流云團主體已經北抬至關中北部、陜北南部,對應陜西中南部的強降水逐漸減弱。