江西北部地区一次暴雨过程分析

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  摘 要:2013年6月6-8日江西北部地区普降大到暴雨。文章利用常规观测资料、探空资料以及NCEP/NCAR再分析资料(2.5o×2.5o)对此次暴雨过程的形势背景、低空急流、物理量场、中小尺度系统和对流云团进行诊断分析,结果表明:①在有利环流条件下,α中小尺度系统(西南涡)发生、发展、移动和演变是这次暴雨产生的直接原因;②东移西南涡及低空急流为本次暴雨提供了充足的水汽和能量来源;③β中尺度强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相关。
  关键词:暴雨;西南涡;浅槽东移;低空急流;β中尺度对流云团
  1 引言
  暴雨预报作为当今世界气象科学的难题之一,也是国内气象学者攻克的主要目标。在我国天气预报中,西南涡被认为是最强烈的暴雨系统之一,就它所造成的暴雨天气强度、频数和范围而言,其重要性仅次于台风及残余低压[1]。西南涡对我国暴雨的影响已有一些分析和研究,邓雯[2]分析多年鄂南(29-31oN、114~116oE)西南涡暴雨的气候特征和环流形势认为:鄂南受西南涡影响而生成的暴雨占该地区暴雨总数的比例较高,5月为40%,6月达68%。韦统健等[3]研究发现:中低层有两支不同性质的气流流入低涡区,降水区主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。在西南涡东移诱发的低空急流是引发暴雨的重要中尺度系统,陶诗言[4]曾利用低空急流的位置作暴雨预报,指出两者有固定的配置,即暴雨通常发生在低空急流的左前侧。有学者研究发现[5-6],高低空急流耦合对长江中下游梅雨暴雨存在重要影响,高守亭等[6]指出,我国暴雨往往发生于高空西南急流右后方。近年来,卫星云图和多普勒雷达技术的进步,为暴雨预报,特别是暴雨时期的短时临近预报提供了更可靠的支撑。
  2 降水实况
  2013年6月6日开始江西出现一次强降雨,6日08时~8日08时全省平均降雨31.5毫米。降雨主要出现在赣北北部、萍乡北部和抚州南部,15个县(市、区)的121个站点累计雨量超过100毫米,其中彭泽、都昌、浮梁、鄱阳、靖安等5县的10个站点超过200毫米,以彭泽上十岭301.2毫米为最大。降雨强度大,对流性强,期间先后有57个县市出现雷暴,靖安、都昌、鄱阳等3县的8个站点3小时雨量超过100毫米。
  3 环流背景分析
  暴雨发生前,从2013年6月4日开始,500hPa上西太平洋副热带高压开始西伸北抬增强,同时有一高原槽发展东移,700-850hPa上,有一较为深厚的西南涡位于四川盆地并发展东移;6日08时,500hPa(图1a)115oE副高脊线位于20oN左右,588线呈近东北-西南向,115oE北界点位于24oN左右,西脊点位于106oE附近,江西北部地区位于588~584线之间,处高空槽前西南气流中,700-850hPa(图略)上西南涡沿长江流域东移至湖北境内,江西北部地区处西南涡东南侧西南暖湿切变线附近。6日20-7日08时,副高逐渐呈近东西向分布(图1b和图1c),脊线有所南压,西脊点位置稳定少动,江西北部地区处副高西侧、高空槽底前部西南气流中,有冷空气沿脊前部的偏北气流南下,700-850hPa西南涡逐渐东移,位于江西北部地区西南风风速明显加大。8日08时以后(图略),副高稳定少动,高空槽逐渐东移入海,江西北部地区处高压脊控制,西南涡也发展入海,江西北部地区降水过程结束。
  4 低空急流与物理量分析
  4.1低空急流分析
  低空急流是暴雨发生的重要机制,不仅可以为暴雨提供大量水汽输送,对不稳定能量的积累和对流的发展也起到加强作用。从700、850hPa风场(图2和图3)可见,从5日20时-8日08时,西南急流(图中阴影所示)强度经历了增强、减弱、再增强、再减弱的过程。
  西南急流的第一个增强阶段出现在5日20时-6日08时,低空急流到达沿江以南地区,江西北部地区处急流西北侧辐合区内,700-850hPa上西南风风速≥20m/s,该时段江西北部地区自西向东开始出现暴雨;从6日08-14时,低空西南急流位置有所偏南,江西北部地区上空西南风风速降至16m/s以下,偏西风分量加大,偏南风分量减小;6日14-20时,低空西南风急流缓慢增强东伸,江西北部地区降水强度显著增强,普降大到暴雨。7日08时以后,低空急流南压减弱,到8日08时降水结束。
  4.2物理量分析
  4.2.1不稳定能量
  5日20时-8日08时,K指数(图略)经历了一个增大、减小、再增大、再减小的演变过程,≥32℃的两个大值分布分别出现在6日02-08时和6日20时-7日02时,反映大气稳定度的变化和低空西南急流的演变基本一致。低空急流越强,大气层结越不稳定,越有利于对流的形成和发展。
  4.2.2垂直速度
  从500、700、850hPa的垂直速度分布图看出,6日08时(图略),江西北部地区为较弱的垂直上升运动区,垂直速度<1Pa·s-1,此时上升运动大值中心仍位于湖南-湖北地区,且从低空-高空向东南方向倾斜;6日20时(图2),上升运动中心向东移动至江西北部地区,中心向上、向下同时发展,使其从低空-高空倾斜度减小,近乎垂直,此时江西北部地区上升运动强劲,垂直速度≥2Pa·s-1,对流深厚,降水明显增强;7日08时(图略),上升运动有所减弱,中心东移,此时江西北部地区仍有雷雨天气,但强度明显减弱;8日08时,江西北部地区转为下沉运动区,降水随之结束。
  5 中小尺度系统分析
  5.1 中小尺度低涡
  从700-850hPa(图略)上知,有α中尺度涡旋即西南涡发展沿长江流域发展东移,850hPa上直径约400km,且在700hPa上涡旋直径有所增加,约500km。6日08时,中尺度涡位于湖北西部,江西北部地区处其东南侧正涡度区,造成了第一阶段强降水;6日20时,中尺度涡东移至湖北东部,此时700hPa与850hPa中心几乎重合,江西北部地区处涡旋中心附近大的正涡度区,造成了该地区第二阶段的强降水天气。7日08时,中尺度涡继续东移至安徽地区,江西北部地区处低涡南部,仍为正涡度区,但明显减弱,此时降水量和降水时间都有明显减弱和缩短。   5.2 中小尺度云团
  从FY-2E红外(IR1)卫星云图分析(图略)知,与α中尺度西南低涡配合,有明显呈气旋性分布的对流云团,西南低涡向西南方向伸展的切变附近有一条对流云带,在此对流云带上有多个云顶亮温<200k的β中尺度强对流云团生成并随西南低涡东移而不断发展演变。
  6日08时,西南低涡西南侧有两个β尺度对流云团开始影响江西北部地区,该地区出现强降水过程,由于位置偏离,云团1偏西,云团2偏东,降水落区也主要集中在该地区的西部和东部;6日14-20时(图略),云团1和2云团减弱,江西北部地区降水也随之减弱;6日20-18时,西南低涡东移,中心西南侧出现一较强β尺度对流云团且位于江西北部上空,该云团云顶亮温较之前两个云团更低,造成该地区雨势明显增强,大部普降大到暴雨;7日08时,主体云团东移,降水随之东移。
  6 结论
  2013年6月6-8日江西北部地区普降大到暴雨。本文利用常规观测资料、探空资料以及NCEP/NCAR再分析资料(2.5o×2.5o)对此次暴雨过程的形势背景、低空急流、物理量场、中小尺度系统和对流云团进行诊断分析,得出以下结论:
  6.1在有利环流条件下,α中小尺度系统(西南涡)发生、发展、移动和演变是这次暴雨产生的直接原因;
  6.2东移西南涡及低空急流为本次暴雨提供了充足的水汽和能量来源;
  6.3β中尺度强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相关。
  6.4K指数与垂直速度分布与演变与降水区有很好的对应。
  参考文献:
  [1]王作述.一次西南低涡暴雨的数值试验研究.85~906~O8课题组,暴雨科技、业务试验和天气动力学理论的研究.北京:气象出版社,1986,257-267.
  [2]邓雯,西南涡与鄂南暴雨的关系及其预报.河南气象,2003(1):18-19.
  [3]韦统健,薛建军.影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征.高原气象,1996,15(4):456-463.
  [4]陶诗言.中国夏季副热带天气系统若干问题的研究[M].北京:科学出版社,1965.
  [5]朱乾根,周伟灿,张海霞.高低空急流耦合对长江中游强暴雨形成的机理研究[J].南京气象学院学报,2001,24(3):308—3l4.
  [6]高守亭,陶诗言.高空急流加速和低层锋生[J].大气科学,1991,15(2):11—21.
  作者简介:
  张全(1988— ),男,江西南昌人,学士,主要从事中短期天气预报研究;
  通讯作者:张韦唯(1986— ),女,广西宜州人,讲师,硕士,主要从事城市发展研究。
  (作者单位:1.民航江西空管分局气象台
  2.广西科技大学鹿山学院)
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