青藏高原東北部一次暴雨過(guò)程分析

曹曉敏 金凱 馬海超 尤桑杰

摘 要：本文利用NCAR/NCEP資料，對(duì)發(fā)生在青海東部農(nóng)業(yè)區(qū)的一次區(qū)域性大到暴雨過(guò)程進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明，本次暴雨天氣過(guò)程主要受西伸到青藏高原東部的副熱帶高壓及500 hPa風(fēng)場(chǎng)上冷空氣入侵青藏高原北部的影響。熱低壓中的上升氣流與冷鋒后的下沉氣流構(gòu)成緯向閉合環(huán)流，青藏高原熱低壓中的上升氣流與副熱帶高壓中的下沉氣流形成徑向閉合環(huán)流，垂直閉合環(huán)流的形成提供了源源不斷的暖濕氣流和穩(wěn)定的上升氣流，持續(xù)的降水造成了暴雨天氣。副熱帶高壓外圍強(qiáng)盛的西南氣流的穩(wěn)定維持使得充足的水汽輸送到青藏高原東部暴雨地區(qū)。

關(guān)鍵詞：暴雨;等熵位渦;不穩(wěn)定能量;垂直運(yùn)動(dòng)

Abstract： This paper used NCAR / NCEP data to conduct a diagnostic analysis of a regional heavy rainstorm process that occurred in the agricultural area of eastern Qinghai. The results showed that the rainstorm process was mainly affected by the subtropical high extending to the east of the Qinghai-Tibet Plateau and the cold air invading the northern Qinghai-Tibet Plateau on the 500 hPa wind field. The rising air flow in the hot low pressure and the sinking air flow after the cold front formed a closed loop in the weft direction， the ascending air current in the thermal depression of the Qinghai-Tibet Plateau and the subsidence air current in the subtropical high pressure formed a radial closed loop， the formation of a vertically closed circulation provided a continuous flow of warm and humid air and a steady upward airflow， and continuous precipitation caused heavy rain. The steady maintenance of the strong southwest airflow around the subtropical high allowed sufficient water vapor to be transported to the rainstorm area in the eastern Qinghai-Tibet Plateau.

Keywords： rainstorm;isentropic potential vortex;unstable energy;vertical motion

在青藏高原東部地區(qū)，受地理位置、海拔、水汽輸送等因素的影響，發(fā)生暴雨的概率并不大，極端大暴雨事件出現(xiàn)的可能性非常小，但近幾年來(lái)，青藏高原東側(cè)地區(qū)的極端暴雨事件頻繁發(fā)生[1]。為此，任余龍[2]等研究了西北區(qū)東部大暴雨過(guò)程的濕位渦診斷及數(shù)值模擬;井喜[3]等研究了青藏高原東北側(cè)突發(fā)性大暴雨的綜合環(huán)流場(chǎng)。為了更好地了解青藏高原東部地區(qū)暴雨的形成機(jī)理，本文對(duì)2010年9月20日青海東部的一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 資料與方法

本文所用資料是NCAR/NCEP（美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國(guó)大氣科學(xué)研究中心）多要素逐6 h客觀分析資料（Final Operational Global Analysis，以下簡(jiǎn)稱為FNL資料）。本文主要利用FNL資料對(duì)此次個(gè)例做環(huán)流背景、等熵位渦、垂直環(huán)流（緯向風(fēng)[u]和經(jīng)向風(fēng)[v]的垂直環(huán)流、經(jīng)向和緯向垂直環(huán)流）、穩(wěn)定度、水汽等方面的分析，研究并總結(jié)出青海暴雨發(fā)生的物理機(jī)制。

2 天氣過(guò)程概況及500 hPa環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 天氣過(guò)程概況

2010年9月20日至21日，青海省東部出現(xiàn)了一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程，有10個(gè)站點(diǎn)達(dá)到大雨量級(jí)，同仁縣為全省降水中心，過(guò)程降水總量達(dá)79.2 mm。強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段集中在20日20：00—22：00，降雨量達(dá)57.7 mm。

2.2 500 hPa環(huán)流形勢(shì)分析

由500 hPa環(huán)流形勢(shì)分析得出，受短波槽影響，南下的冷空氣在青海東部地區(qū)與西太平洋副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流和孟加拉灣暖濕氣流交匯，加之500 hPa風(fēng)場(chǎng)上有明顯的風(fēng)向切變，共同形成此次強(qiáng)降水過(guò)程的環(huán)流背景。

3 等熵位渦

在暴雨發(fā)生當(dāng)日9月20日00：00，在93°E上空500 hPa處有一中心值大于1.1 PVU的位渦大值中心，但其高層300 hPa附近則為一個(gè)小于0.1 PVU的低位渦中心，而并沒(méi)有高位渦的下傳。到06：00，暴雨區(qū)上空的低層、高層兩個(gè)高位渦中心均向東移動(dòng)，到達(dá)105°E附近，且高層的高位渦中心向低層發(fā)展，低層的高位渦中心強(qiáng)度較前一時(shí)次有所減弱。到12：00，原本位于105°E的高位渦中心消失，而102°E低層的位渦突然增大至1.1 PVU。到18：00，在100°E東西兩側(cè)高低空均有位渦高值區(qū)存在，西側(cè)大于0.7 PVU的高位渦中心位于450 hPa處，東側(cè)的高位渦中心則位于500 hPa左右，中心值為1.2 PVU。到21日00：00，100°E西側(cè)的高位渦中心東移合并到東部的高位渦中心，使其中心值超過(guò)1.5 PVU。位渦中心高度為500～450 hPa。到21日06：00，暴雨區(qū)從低層到高層[ξIpv]高值區(qū)域進(jìn)一步東移到105°E以東，暴雨區(qū)處在高位渦中心后部，此時(shí)降水結(jié)束。

4 垂直環(huán)流

對(duì)降水區(qū)的垂直徑向環(huán)流做剖面（見(jiàn)圖1（a）），可以看到暴雨發(fā)生前，由于冷空氣尚未推進(jìn)至降水區(qū)附近，該處的上升氣流并不明顯，降水區(qū)北側(cè)有較明顯的垂直環(huán)流;當(dāng)冷鋒逐漸南壓（見(jiàn)圖1（b））時(shí)，高層強(qiáng)偏南急流與青藏高原上空偏北氣流在降水區(qū)上空形成較強(qiáng)的輻散中心，降水區(qū)附近有明顯的上升氣流，對(duì)暴雨的產(chǎn)生有較大影響。另外，在暴雨發(fā)生前后，緯向垂直環(huán)流也發(fā)生了顯著的變化。

5 穩(wěn)定度條件

沿暴雨中心102°E作等[θse]和垂直速度剖面圖顯示，暴雨發(fā)生前，20日00：00，暴雨區(qū)上空的位渦中心高度為650～450 hPa，[-θse?p<0]，大氣層結(jié)存在潛在的不穩(wěn)定條件，但被弱的下沉氣流控制，36°N附近600 hPa高空有等[θse]線密集的鋒區(qū)，且呈近乎垂直分布;06：00，等[θse]線密集的鋒區(qū)加強(qiáng)且仍然穩(wěn)定在36°N附近地區(qū)，而且在暴雨區(qū)上空[-θse?p<0]，表明中低層存在不穩(wěn)定條件，同時(shí)500 hPa以下的暴雨區(qū)近地面有明顯的上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)，此時(shí)最大上升速度為-0.8×10-4hPa/s，而在40°N附近500 hPa層以上也有明顯的上升運(yùn)動(dòng)中心，中心值達(dá)到-1.8×10-4hPa/s。上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和范圍不斷增大。到暴雨出現(xiàn)時(shí)的20日12：00，低層等[θse]線密集的鋒區(qū)已翻越祁連山南移到36°～38°N的暴雨區(qū)，在近地面近乎垂直，表示假相當(dāng)位溫梯度大，鋒區(qū)強(qiáng)，其上空是強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，400 hPa上升運(yùn)動(dòng)的中心值達(dá)到-1.2×10-4hPa/s。

6 水汽分析

從20日06：00水汽通量場(chǎng)上分析，在臺(tái)風(fēng)登陸后，青海省南部到四川盆地一線來(lái)自南部的水汽通量強(qiáng)度開(kāi)始增大，該水汽通量大值區(qū)維持時(shí)間較長(zhǎng)，至12：00降水中心西側(cè)為明顯的水汽輻合區(qū)，高原南側(cè)的水汽被偏南氣流持續(xù)輸送至降水區(qū)，并配合該處流場(chǎng)輻合，使暴雨發(fā)生的條件得以滿足。此次過(guò)程從9月20日00：00—18：00水汽通量散度分布來(lái)加以分析，從降水的出現(xiàn)到停止，水汽通量散度負(fù)值區(qū)分布從北向南依次壓過(guò)。水汽通量散度為負(fù)值區(qū)，即為水汽的輻合區(qū)。

7 結(jié)論

此次降水過(guò)程主要受西伸至高原的副熱帶高壓、高原上的熱低壓、低空風(fēng)切變及高原北部入侵的冷空氣等系統(tǒng)共同作用。等熵面上的位渦演變反映了暴雨的落區(qū)即西風(fēng)急流的發(fā)展，等熵面上正位渦大值中心的異常出現(xiàn)對(duì)于暴雨的發(fā)生有很好的對(duì)應(yīng)。高原北側(cè)冷空氣南壓，楔形嵌入西南暖濕氣流的下部導(dǎo)致高低層風(fēng)切變與強(qiáng)上升氣流的產(chǎn)生，為暴雨發(fā)生提供了極好的條件。

高原熱低壓的上升與下沉氣流分別與副高中的下沉氣流、冷鋒后的上升氣流形成閉合環(huán)流，為此次降水過(guò)程提供充沛的暖濕氣流及穩(wěn)定的上升運(yùn)動(dòng)條件。[θse]的等密集線鋒區(qū)進(jìn)入暴雨區(qū)，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)的大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定是暴雨發(fā)生的穩(wěn)定度條件。副熱帶高壓外圍西南風(fēng)穩(wěn)定維持為此次過(guò)程提供了充足的水汽條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文龍，崔曉鵬.近50 a華北暴雨研究主要進(jìn)展[J].暴雨災(zāi)害，2012（4）：384-391.

[2]任余龍，壽紹文，李耀輝.西北區(qū)東部一次大暴雨過(guò)程的濕位渦診斷與數(shù)值模擬[J].高原氣象，2007（2）：344-352.

[3]井喜，李棟梁，李明娟，等.青藏高原東北側(cè)一次突發(fā)性大暴雨環(huán)境場(chǎng)綜合分析[J].高原氣象，2008（1）：46-57.