“20070814”台州市特大暴雨过程诊断分析

唐伟民 刘汉华

(台州市气象局,浙江台州318000)

“20070814”台州市特大暴雨过程诊断分析

唐伟民 刘汉华

(台州市气象局,浙江台州318000)

通过对2007年8月14日台州市沿海特大暴雨的诊断分析,结果表明:(1)特大暴雨发生是高空西风槽、低层暖切和地面倒槽共同作用的结果;(2)东海上中β对流云团发展,并移至台州上空,是强降水发展和维持的重要原因;(3)局地的风场辐合是此次特大暴雨主要集中在台州沿海地区的关键原因;(4)暴雨过程中的物理量场变化对暴雨区有一定的指示作用。最后对3次相似过程做了对比分析,发现一些共性,对于提高暴雨预报准确率有一定的指导意义。

特大暴雨;暖式切变;水汽辐合;诊断分析;对比分析

0 引 言

2007年8月14日台州市东部沿海地区遭遇了罕见的特大暴雨,降水时间集中在14日7—17时(北京时,下同),累积雨量大于100 mm的站点有20个,其中最大降水中心在赤龙站(299.8 mm)和椒江站(295.9 mm),最大雨强达91.9 mm/h。此次降水过程雨势猛、强度大,突发性和局地性非常强,台州市有6个站点超警戒水位,部分山区出现山体滑坡。此类暴雨预报难度大,一旦出现就直接致灾。本文将运用天气图、云图、多普勒雷达图,以及NCEP 1°×1°的6 h分析资料来对此次特大暴雨进行形势、物理量等的诊断分析,并对与以往有相似特点的“20020913”、“20030914”特大暴雨过程做了对比分析,发现一些明显的特征和这类暴雨的共性。

1 环流背景分析

2007年8月12日08时起500 hPa高度场上,华北到华中有一深厚的大槽缓慢东移,温度槽明显落后于高度槽,低槽的径向度较大,槽底接近23°N,13日高空槽维持少动,槽底加宽,台州上空偏西气流控制。14日08时流场(图1)可以看出由于块状副高稳定地维持在日本上空, 500 hPa西风槽仍维持少动,且分为两段,北段槽底位于26°N,南支槽底在20°N左右,南支槽前的西南气流和副高西侧的南南东气流在浙中沿海附近交汇。700 hPa,江苏-安徽-江西为一稳定的低槽,槽后西北气流不断地输送弱冷空气到浙江沿海地区,在广东有一低涡。850 hPa,广东低涡倒槽向东北伸至浙江中南部沿海地区形成一稳定的暖切。地面图上,14日08时,浙中南沿海地区在西南-东北向倒槽顶部。分析发现,14日白天,副高有所加强西伸, 588线西伸到126°E,西风槽北段仍维持,南支发展成低压环流,台州上空中高层转由副高西南侧和低压环流之间的南南东气流控制。同时,低层地面倒槽不断向东北发展,顶部维持在浙江沿海,台州低层逐渐转受东南气流控制,水汽和能量输送非常有利于沿海地区强降水维持。通过以上分析,可见此次强降水发生是西风槽、低层暖切、地面倒槽共同作用的结果。

2 云图、雷达图分析

此次强降水发生前,赤道辐合带活动非常活跃,前期7号台风“帕布”、8号热带风暴“蝴蝶”刚走,3号热带低压于11日消亡,9号台风“圣帕”于13日凌晨在菲律宾以东洋面上生成。14日凌晨,东海上不断有中对流云团发展,并随东南引导气流,移至台州沿海地区,使强降水得以维持发展(图2a)。

组合反射率可以很直观地反映强回波的中心位置和降水回波强度。14日7时30分(图略),台州黄岩、三门东部有两块回波产生,最强强度达63 dBz,对应此时台州黄岩、三门东部、台州市区出现降水,台州市区1 h降水达54.8 mm。此后,两块回波逐渐发展合并,同时,温州地区也有局地强回波产生,并逐渐与台州地区回波连成一线,东海上有西北-东南向带状回波发展(与云图上显示有中对流云团发展一致),并有与温台回波带结合的趋势,10时34分 (图2b),两条回波带组合成“人”字状,最强强度达62 dBz,左段覆盖了宁波石浦-台州沿海地区-温州一带,右段则继续发展向西北移动。此种形态维持两个小时左右,台州沿海地区降水强度达到最强,台州市区赤龙站11时1 h累积降水达91.9 mm。12时32分(图略),右段逐渐断开并有所减弱,左段维持少动,回波中心强度为58 dBz,此后该段回波缓慢北移。16时08分(图略),回波强度减弱至30 dBz,台州地区的强降水才逐渐结束。由此可见,海上中对流云团回波对强降水发展起了重要作用,组合反射率的变化可以反映降水强度的变化。

图1 14日08时不同高度流场图

图2 a 14日11时36分红外线云图

图2 b 14日10时34分CR

3 自动站实时资料分析

出现如此强烈的降水,除了很好的形势配置,应该有局地小系统环流的明显作用。下面我们将利用自动站实时风场资料来分析此次强降水产生过程中的中小尺度系统。

14日08时(图3a),台州市区东部沿海有明显的风向辐合,10时(图3b)地面中小尺度辐合仍维持,风速辐合变明显,东南风加大,对应此时台州市区降水强度变更强。此后,坎门到温州北部沿海局地的风场辐合变明显,对应雷达回波上温州沿海到坎门产生强降水回波。12时(图略),台州市区的风向辐合仍在,风速辐合减弱,故降水强度有所减弱。风向辐合一直贯穿了整个强降水过程中,直到16时(图略),台州沿海地区风向转为一致的偏北风,台州市区的强降水才逐渐结束。由此可见,台州沿海地区局地的风场辐合是此次强降水主要集中在台州沿海地区的关键原因。从14日08时24h变温场(图略)来看,台州沿海地区低层到地面都处于负变温中心(-2℃)区域中,说明之前低层到地面有弱冷空气渗透,这和前面环流背景分析是一致的。此次局地的中小尺度辐合正是由于有弱冷空气渗透、地面又有倒槽发展而引起的,容易产生在弱冷空气与暖湿气流交汇处,也即倒槽顶部。

图3 地面自动站两分钟平均风风场(图中黑色矩形为台州市区)

4 物理量场诊断分析

充足的水汽、垂直运动和不稳定能量的释放是暴雨产生的必要条件,下面将利用实时观测资料、NCEP 1°×1°的6 h分析资料作物理量场诊断分析,发现这些物理量对本次大暴雨的产生有一定的指示作用。

4.1 水汽条件

选用各等压面的比湿、水汽通量、水汽通量散度分析,发现水汽的输送和辐合主要发生在中低层,在低层尤其明显。水汽来源主要有两个通道(图4):一是华南低涡东部的西南气流;一是海上高压西侧的东南偏南气流。后一个水汽通道主要是出现在08时后,两条水汽通道在台州沿海汇合,使降水得以显著的发展和维持(这与上面的雷达图分析是一致的)。

根据1000 hPa水汽通量散度分析,14日02 (图略)时,浙中南处于水汽的弱辐合区,随后辐合逐渐加强,08时(图4a),中心达-7×10-5g· cm-2·hPa-1·s-1,位于台州东部海上。此后,东部海上水汽通道作用加强。14时((图4b),辐合区范围扩大,并形成两个辐合中心:一个位于江西、福建交界处;一个则位于台州沿海南部海上,中心强度增强到-8×10-5g·cm-2·hPa-1· s-1。此后,辐合区逐渐减弱,沿海的辐合中心逐渐向东北移到东部海上。低层水汽辐合加强至减弱,与强降水过程的起止时间有很好的对应关系。

图4 1000 hPa水汽通量散度场(单位:10-5g·cm-2·hPa-1·s-1)和风矢量场(单位:m/s)

4.2 垂直运动分析

分析各层的涡度、散度场(图略),可以发现,此次低层辐合比较明显,而中高层的辐散不怎么明显,这意味着地方性强降水的产生不一定要求有很深的辐合层,只要低层的辐合足够强,中高层有弱辐散,也会有利于上升运动的发生发展。此外通过分析经过强降水中心经度121.3°E的涡度剖面图(图5),可以发现,27.3°N～28.7°N低层的正涡度区跟强降水区有很好的对应关系。

图5 14日14时,沿121.3°E的涡度纬向垂直剖面图(单位:10-5s-1)

4.3 不稳定能量分析

根据实况探空图(图略),13日20时,椒江洪家站的沙氏指数为0.5℃,K指数为33℃, Δ θse(500hPa-850hPa)为-9.9℃;14日08时,其沙氏指数加大为-1.0℃,K指数增为38℃, Δ θse(500hPa-850hPa)减小至-2.1℃。K指数、沙氏指数为适中的数值,说明不稳定度比较适中,低层冷平流南下,激发中小尺度系统发生发展,引发强降水的产生,而不是高空冷平流南下,后者易造成很强的不稳定天气现象,反而不利于大降水持续。Δ θse(500hPa-850hPa)在暴雨产生后,急剧减小,可能与低层堆积的不稳定能量向上传输,造成整个中低层的增温增湿有关[2]。

分析各时次的地面最佳抬升指数,可以发现强降水发生时,中低层大气层结是不稳定的,地面最佳抬升指数对暴雨区有一定的指示作用(图略),14时,地面最佳抬升指数负值区正好覆盖了浙中南沿海地区。

分析假相当位温场,14日08时(图6),台州沿海地区正好处于能量锋区等θe密集带地区,接近76 K的高能中心。

图6 14日08时850 hPa等θe分布(单位:K)

5 与以往两次特大暴雨的对比分析

10 h左右的时间内,在沿海平原地区产生300 mm左右的强降水,排除热带气旋的直接影响,这种过程产生的系统和条件肯定有着特殊之处。

将近10 a发生在台州沿海地区的另两次具有相似特点的强降水过程(20020913,最大降水为368.4 mm;20030914,最大降水为319 mm)与此次过程作对比分析,发现虽然3次过程产生的大尺度背景不尽相同,但在利于强降水产生的条件上存在一些共同的特性:

(1)强暴雨发生前几天,赤道辐合带非常活跃并向北发展至东海。强暴雨发生前,东海上不断有对流云团发展并移向沿海。

(2)3次过程发生前,近地面层均有西南倒槽伸至浙江中南沿海。

(3)这3次强暴雨过程中,从华南至浙江有稳定的西南气流输送;暴雨发生前,海上副高西南侧出现很强的低层东南气流。两支气流在浙江中南部沿海地区汇合,是此类过程的一个很显著的特点。

(4)几次过程发生在副高强盛(如20020913,暴雨中心洪家站500 hPa达591位势什米)或副高增强西伸时,副高的态势是出现偏东南急流的主要原因。

(5)由于低层水汽输送强盛,沿海地区能量堆积大,其锋区非常明显,能级高(表1)。3次强降水落区均处于能量锋区密集带靠近θe≥72 K的高能中心。

(6)强降水中低层为不稳定层结,对流不稳定度较弱(表1)。表格中K、S和Δ θse(500hPa-850hPa)均取自强暴雨中心附近的洪家站的记录。由于探空时次的限制,20020913和20070814的数据为降水刚开始后,20030914取自降水发生前。分别与其前一时次的数据对比,K、S指数略增,但Δ θse(500hPa-850hPa)在降水开始后有一个明显的减小过程。这几次过程均未出现大风与雷电,这使得能量释放只能以降水形式发生,且一旦发生,降水量会比较大。

表1 3次过程不稳定参数表

(7)低层弱冷空气扩散南下,使得地面倒槽顶部能量锋区维持并加强,并且激发锋区能量密集带中小尺度的发生发展。几次过程中,地面风场辐合的开始到结束与强降水的起止时间对应很好。

6 结 论

本文通过运用实时探测资料、云图、6 min一次的多普勒雷达图、以及NCEP 1°×1°的6 h分析资料来对此次特大暴雨进行的形势和物理量诊断分析,得到以下结论:

(1)此次强降水发生是西风槽、低层暖切、地面倒槽共同作用的结果。

(2)东海上中β对流云团发展,并移至台州上空,是强降水发展和维持的重要原因。

(3)局地的风场辐合是此次特大暴雨主要集中在台州沿海地区的关键原因。

(4)暴雨过程中的物理量场变化对暴雨区有一定的指示作用,强降水区与水汽通量辐合区、低层正涡度区、最佳抬升指数负值区有很好的对应关系。此外,强降水区中低层为不稳定层结,并且位于等密集带靠高能一侧。

此外,通过以往两次特大暴雨的对比分析,发现台州沿海地区强暴雨产生时具有一些共性,我们在做预报时,要重视这些共同的特征,雨量预报要突破常规。

[1] 濮梅娟.暴雨天气动力过程及降水增幅机理的研究[D].南京信息工程大学,2005.

[2] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法.北京:气象出版社,2000:649.

[3] 寿绍文,励申申,姚秀萍.中尺度气象学.北京:气象出版社,2003:370.

2009-12-23