一次西南渦暴雨過程中尺度特征分析

聶 云，周繼先，楊勝海

(1.貴州省三穗縣氣象局，貴州三穗 556500；2.貴州省思南縣氣象局，貴州思南 565100；3.貴州省天柱縣氣象局，貴州天柱 556600)

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一次西南渦暴雨過程中尺度特征分析

聶 云1，周繼先2，楊勝海3

(1.貴州省三穗縣氣象局，貴州三穗 556500；2.貴州省思南縣氣象局，貴州思南 565100；3.貴州省天柱縣氣象局，貴州天柱 556600)

運(yùn)用2008年7月20～24日fnl資料和全國723站降水資料對我國2008年7月一次西南渦暴雨過程進(jìn)行大尺度環(huán)流分析和降水運(yùn)動的中尺度診斷分析。結(jié)果表明，此次西南渦暴雨過程500 hPa呈兩槽兩脊型，水汽來源于孟加拉灣，24日西南渦經(jīng)山東半島出海暴雨過程結(jié)束；中尺度診斷分析表明，暴雨發(fā)生在輻合上升運(yùn)動區(qū)且具有一定的滯后性，LI<-2 K區(qū)域不穩(wěn)定能量釋放觸發(fā)區(qū)域強(qiáng)降水，高濕區(qū)隨暴雨系統(tǒng)向下游移動為其提供充足的水汽，進(jìn)而導(dǎo)致此次西南渦暴雨的產(chǎn)生并維持較長時間。

西南渦；暴雨；中尺度特征

西南渦是在青藏高原特殊地形影響下以及在一定環(huán)流條件下，發(fā)生在我國西南地區(qū)700 hPa或850 hPa等壓面上的氣旋性環(huán)流或有閉合等高線的低渦，是一個尺度約為300～500 km的中尺度系統(tǒng)，是造成我國夏半年暴雨的重要天氣系統(tǒng)之一。有關(guān)西南渦已有大量的研究[1-3]，如楊明等在探討一次西南渦造成的暴雨過程中指出，西南渦造成的暴雨多數(shù)受河套、華北低槽東南移共同影響[2]；龔旭贊等在一次西南渦特大暴雨的中尺度診斷分析中指出，西南渦暴雨出現(xiàn)在系統(tǒng)的輻合上升運(yùn)動區(qū)[3]。關(guān)于西南渦的研究主要集中于對西南渦發(fā)生發(fā)展的影響因素及其移動路徑、結(jié)構(gòu)特征等，而對西南渦暴雨中尺度特征的研究較少。筆者運(yùn)用2008年7月20～24日fnl資料和全國723站降水資料對2008年7月一次西南渦暴雨過程進(jìn)行診斷分析，探尋西南渦暴雨發(fā)生發(fā)展有利的中尺度特征，為西南渦暴雨的預(yù)測提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 降水特征

受西南渦系統(tǒng)影響，7月20日西南渦暴雨主要發(fā)生在川西高原和盆地的交界地帶，雨帶呈東北-西南走向，暴雨帶上存在2個暴雨中心(圖1)。21日24 h降水雨區(qū)范圍加大，暴雨帶東移至四川盆地東部，從川西高原以南地區(qū)到重慶東南部到貴州大部連在一起呈現(xiàn)出一個“V”型降雨帶(圖1b)；22日暴雨帶東北移移出四川盆地，暴雨區(qū)落在湖北、河南境內(nèi)呈東北-西南向；到24日，暴雨系統(tǒng)經(jīng)山東半島出海，標(biāo)志著此次暴雨過程結(jié)束。此次暴雨過程降水特征分析與屠妮妮等對此次降水特征的分析相同[4]。

2 大尺度環(huán)流場形勢分析

7月20日08：00，500 hPa大尺度環(huán)流形勢呈兩槽兩脊型(圖2a)；在高原中東部地區(qū)(35°N、95°E)存在一個高原渦，高原渦處于正渦度區(qū)，并有冷空氣沿低壓槽前偏西氣流輸入高原渦，使其不斷發(fā)展加深東移；四川盆地受弱高脊控制，盆地上空有弱西南暖濕氣流。700 hPa面上高原中東部地區(qū)為低壓環(huán)流，有西南渦發(fā)展；850 hPa等壓面上存在低值系統(tǒng)，盆地受低壓環(huán)流控制，并有20 m/s西南暖濕氣流輸送到四川盆地，為暴雨的發(fā)生提供充足的水汽。21日08：00，500 hPa面上加深發(fā)展的高原渦移至陜甘交界地帶，低槽經(jīng)盆地中部向南伸至滇桂交界地區(qū)(圖2b)；850 hPa面上西南低渦已存在，并有強(qiáng)大的西南暖濕氣流輸送至西南渦系統(tǒng)，與南下的冷空氣交匯于盆地上空，暴雨產(chǎn)生于川西高原和盆地的交界地帶。從高低空配置來看，500 hPa高原槽槽前正渦度平流，使得川西高原和四川盆地的渦度平流隨高度增加，輻合上升運(yùn)動有利于西南渦的形成。到24日，西南渦系統(tǒng)經(jīng)山東半島出海，此次暴雨過程結(jié)束。

3 西南渦暴雨中尺度診斷分析

3.1 中尺度垂直運(yùn)動與降水強(qiáng)烈的上升運(yùn)動是暴雨產(chǎn)生的必要條件；運(yùn)用fnl資料分析此次西南渦系統(tǒng)垂直速度場與暴雨帶的關(guān)系。在21日08:00垂直運(yùn)動剖面圖上(圖3)，西南渦暴雨系統(tǒng)降水區(qū)內(nèi)有中尺度上升運(yùn)動和下沉運(yùn)動的“正負(fù)耦合”，暴雨區(qū)內(nèi)上升氣流達(dá)到200 hPa層以上，最強(qiáng)上升氣流位于600 hPa層附近，暴雨區(qū)位于氣流上升運(yùn)動區(qū)；在22日08：00和23日08：00 600 hPa垂直速度場上(圖4)，暴雨區(qū)亦位于氣流上升運(yùn)動區(qū)。總體而言，暴雨區(qū)相對于最強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)均具有一定的滯后性。此次西南渦暴雨最大降雨量出現(xiàn)在21日，對應(yīng)21日暴雨區(qū)具有最大垂直速度，說明暴雨過程中氣流垂直上升運(yùn)動速度影響局地暴雨雨量大小，系統(tǒng)借助上升運(yùn)動使不穩(wěn)定能量連續(xù)釋放引發(fā)中尺度對流雨團(tuán)，進(jìn)而產(chǎn)生和維持對流性強(qiáng)降水。

3.2 水汽條件暴雨在大氣飽和比濕達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值時才能形成，充足的水汽供應(yīng)是暴雨產(chǎn)生的必要條件。21日08：00，川西高原東側(cè)(103°～108°E、28°～32° N)存在一高濕區(qū)，可降水量在50 kg/m2以上(圖5a)；22日08：00，氣柱可降水量圖上可降水量>50 kg/m2的區(qū)域增大(圖5b)；從圖5中分析，高濕區(qū)隨暴雨區(qū)向下游移動，暴雨期間在孟加拉灣地區(qū)一直存在一個氣柱可降水量>50 kg/m2的高濕區(qū)，水汽隨西南氣流輸送至我國南部，為此次暴雨過程提供充足的水汽。水汽條件分析表明，此次暴雨過程水汽主要來源于孟加拉灣；高濕區(qū)不斷為暴雨區(qū)輸送水汽，并隨暴雨系統(tǒng)向下游移動為暴雨產(chǎn)生提供充足的水汽。

3.3 暴雨過程中不穩(wěn)定度(地面抬升指數(shù))分析對流云的形成，必須具有不穩(wěn)定層結(jié)；而不穩(wěn)定能量的釋放，需要抬升機(jī)制，使氣塊強(qiáng)迫抬升達(dá)到自由對流高度以上，從而形成強(qiáng)大的上升氣流，把原來溫度穩(wěn)定層結(jié)變?yōu)椴环€(wěn)定層結(jié)，暴發(fā)對流性天氣。 地面抬升指數(shù)LI是決定災(zāi)害性天氣發(fā)生與否的一種穩(wěn)定度指數(shù)，LI>3 K表示為穩(wěn)定條件，LI<-2 K表示非常不穩(wěn)定條件[5]。由圖6可見，20日08：00四川盆地LI<-2 K，20日20：00，其LI<-2 K的區(qū)域加大，表明該區(qū)域非常不穩(wěn)定，有利于該區(qū)域暴發(fā)強(qiáng)對流降水。從降雨量圖(圖1)可以看出，此段時間四川盆地出現(xiàn)大于200 mm的強(qiáng)降水，證明前面的預(yù)測是對的；暴雨發(fā)生后，暴雨區(qū)內(nèi)地面抬升指數(shù)保持負(fù)值。綜上說明強(qiáng)大的對流不穩(wěn)定能量的釋放是導(dǎo)致強(qiáng)降水的關(guān)鍵。

3.4 西南渦暴雨渦度、散度場分析在實際大氣中，實際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)存在一定的偏差，高層以縱向和橫向輻散(合)為主，在低層以變壓風(fēng)輻散(合)為主[6]。20日08：00，850 hPa等壓面雨區(qū)位于正渦度區(qū)，最大值達(dá)3×10-5s-1以上，而中低層以變壓風(fēng)輻合(散)為主，說明暴雨區(qū)內(nèi)850 hPa等壓面上有輻合上升運(yùn)動，100 hPa等壓面上對應(yīng)暴雨區(qū)上空為負(fù)渦度區(qū)(圖7)，說明在100 hPa面上為輻散，這樣低層輻合高層輻散、氣流抬升、能量釋放，有利于暴雨的形成和維持；21日08：00，對應(yīng)850、100 hPa等壓面上暴雨區(qū)的渦度加大，對流加強(qiáng)，分析21日降水量強(qiáng)于20日，這也與實況降水相符合。21日08：00 850 hPa散度場上，暴雨區(qū)負(fù)的散度很大，最大值達(dá)-9×10-5s-1以上，氣流輻合上升有利于強(qiáng)對流發(fā)展。隨暴雨系統(tǒng)的移動，輻合區(qū)也跟著向下游移動。綜合暴雨區(qū)渦度散度場配置分析，此次暴雨過程暴雨區(qū)內(nèi)低層輻合、高層輻散，最強(qiáng)時，輻合上升氣流達(dá)100 hPa等壓面上；有利的渦度、散度場配置為此次暴雨的發(fā)生和持續(xù)提供了有利的對流環(huán)境條件。

4 結(jié)論

(1)此次西南渦暴雨500 hPa呈兩槽兩脊型；西南暖濕氣流與南下的冷空氣交匯于盆地上空，在川西高原和盆地的交界地帶產(chǎn)生暴雨；24日西南渦經(jīng)山東半島出海，此次暴雨過程結(jié)束。

(2)西南渦暴雨系統(tǒng)降水區(qū)有中尺度上升運(yùn)動和下沉運(yùn)動的“正負(fù)耦合”，暴雨區(qū)位于上升運(yùn)動區(qū)且相對于最強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)有一定的滯后性。

(3)暴雨過程中水汽來源于孟加拉灣，暴雨區(qū)上游的高濕區(qū)不斷為雨區(qū)輸送水汽并隨暴雨系統(tǒng)向下游移動；充足的水汽條件是暴雨產(chǎn)生和維持的必要條件。

(4)LI<-2 K為不穩(wěn)定區(qū)域，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放導(dǎo)致區(qū)域強(qiáng)降水；強(qiáng)大的對流不穩(wěn)定能量釋放是導(dǎo)致強(qiáng)降水的關(guān)鍵。

(5)暴雨區(qū)內(nèi)低層輻合、高層輻散，最強(qiáng)時輻合上升氣流達(dá)100 hPa等壓面上；有利的渦度、散度場配置為此次西南渦暴雨的發(fā)生和維持提供有利的對流上升運(yùn)動條件。

[1] 鄭慶林，王必正，宋青麗.青藏高原背風(fēng)坡地形對西南渦過程影響的數(shù)值試驗[J].高原氣象，1997，16(3)：225-234.

[2] 楊明，陳學(xué)敏.一次由西南渦造成的暴雨過程探討[J].貴州氣象，2005，29(S1)：30-31.

[3] 龔旭贊，徐明.一次西南渦特大暴雨的中尺度診斷分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2012，28(4)：1-7.

[4] 屠妮妮，何光碧，陳靜.冷暖空氣入侵對西南低渦發(fā)生發(fā)展研究影響[J].高原山地氣象研究，2012，32(2)：10-19.

[5] 尉英華，趙敬紅，唐曉君.2010年7月海河流域一次暴雨過程成因分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2011，34(S1)：6-9.

[6] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].4版.北京：氣象出版社，2000：51-60.

Analysis of Mesoscale Characteristics of a Heavy Rain Process Induced by the Southwest Vortex

NIE Yun1, ZHOU Ji-xian2, YANG Sheng-hai3

(1. Sansui County Meteorological Bureau, Sansui, Guizhou 556500; 2. Sinan County Meteorological Bureau, Sinan, Guizhou 565100;3. Tianzhu County Meteorological Bureau, Tianzhu, Guizhou 556600)

Using fnl data from Jul.20-24, 2008 and 723 precipitation data, large-scale circulation analysis and mesoscale diagnosis analysis was conducted on a heavy rain process induced by the southwest vortex. The results showed that 500 hPa of the heavy rain process indicated two slot two ridge type, the source of water was from the bay of Bengal; mesoscale diagnosis analysis showed that rainstorm occurred in convergence ascending motion area and had a certain lag. The release of unstable energy in LI<-2K region caused regional strong rainfall, high humidity areas moved to downstream with the storm system to provide sufficient water vapor, then led to the rainstorm and maintained a longer period of time.

Southwest vortex; Rainstorm; Mesoscale characteristics

聶云(1989- )，男，貴州遵義人，助理工程師，從事綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

2014-11-20

S 161.6

A

0517-6611(2015)01-137-03