一次高低空急流脉动与短时强降雨的关系

2013-09-02 12:19李路长
中低纬山地气象 2013年6期
关键词:急流黔东南低空

白 慧,李路长,周 艳,杨 帆

(1.贵州省黔东南自治州气象台,贵州 凯里 556000;2.贵州省黔东南自治州雷达站,贵州 凯里 556000)

1 引言

随着我国新一代天气雷达网的建立和完善,雷达在暴雨、雷雨大风、冰雹等灾害性天气过程的监测和预警工作中发挥了重要作用,用雷达资料来分析、揭示灾害性天气的发生、发展机理已经成为气象工作者的一种有效手段。贵州省黔东南CD 型新一代天气雷达投入业务使用两年以来,在雷雨大风、冰雹、暴雨等强对流天气的监测、预警和服务工作中发挥了重要作用,为防灾减灾做出了重大贡献。但由于新一代天气雷达投入业务使用时间较短,目前用雷达资料总结黔东南灾害性天气的个例少,当地灾害性天气雷达的预警阈值和预警指标还有待进一步的探索、研究和总结。李路长[1]利用黔东南新一代天气雷达资料,对2012年4月10日黔东南大冰雹天气回波特征作了详细分析,总结出当地大冰雹预警的雷达回波特征,对当地冰雹灾害短时临近预警具有指导作用。刘淑媛[2]、曹春燕[3]、张京英[4]、金巍[5]利用雷达风廓线资料分析了平原和沿海地区低空急流的脉动和低空急流指数I 与降水强度的关系。但地处低纬高原的黔东南暴雨天气过程的风场演变特征是否与平原和沿海地区的一致呢?为揭示黔东南伴有低空急流暴雨天气过程的风场演变特征,本文利用黔东南新一代多普勒天气雷达风廓线资料,时间分辨率为6 min,空间分辨率为300 m,垂直方向有30 层,最高达到15.2 km和地面七要素自动站、区域自动站逐10 min、逐1 h降雨量资料,详细地分析了2013年5月25日夜间—26日早晨发生在黔东南的暴雨到大暴雨天气过程中高、低空急流演变特征以及急流脉动与强降水的关系,为今后更好地利用雷达资料监测和预警暴雨天气提供参考。

2 暴雨天气过程概况

2.1 雨情概况

5月25日夜间—26日早晨,黔东南州16 县市405 站有194 站出现暴雨,6 站大暴雨,162 站大雨,以雷山县城107.7 mm 为最大。此次强降雨天气过程属对流性暴雨天气过程,时间短、局地雨强大,大暴雨站点强降雨集中时段平均降雨强度达55 mm·h-1,以麻江碧波02—03 时1 h 降水量达75.2 mm 为最强。强降雨造成黔东南州大部地区中小河流水位不同程度上涨,部分地区出现山洪、滑坡、塌方和城镇积涝等灾害。据黔东南州民政局统计,此次暴雨到大暴雨天气过程,造成6.129 万人受灾,紧急转移安置0.052 万人,农作物受灾面积984.77 hm2,绝收面积50.5 hm2,倒塌房屋28 间,直接经济损失1 098.9 万元。

图1 2013年5月25日08 时实况资料中尺度分析

2.2 天气背景分析

5月25日08 时,500 hPa 图上(图1),亚洲东部中高纬地区气流平直多波动形势,60°N、90°E 和鄂霍次克海附近分别有一冷涡,青海北部有低槽东移,甘肃南部至川南低涡槽较24日08 时明显加深,温度槽落后于高度槽,90°E 附近南支低槽加深,副高南撤至南海后稳定维持,其西北侧西南气流与南支槽前西南气流合并加强,贵阳西南风由24日08时6 m·s-1增至14 m·s-1;对应700 hPa 图上,25日08 时滇西及川中切变维持少动,长江以南地区为12~14 m·s-1的西南气流控制,四川南部至湖北西南部存在16 m·s-1急流,贵州比湿达9 g·kg-1;850 hPa,川东南有低涡切变生成,贵州为西南气流控制,桂中低空西南风急流建立,风速为12 m·s-1,长江以南地区比湿在12 g·kg-1以上,贵阳比湿达15 g·kg-1;地面图上,黔北有东北-西南向辐合线生成。25日20 时(图略),500 hPa 低涡槽南段东移南压至川黔交界,温度槽仍落后于高度槽,槽后西北气流和槽前西南气流明显增强,贵阳西南风达20 m·s-1;在500 hPa 高空低槽后西北气流引导和槽前正涡度平流作用下,700 hPa 上的川中切变东移,并在切变北段甘肃东南部形成低涡,贵州大部位于切变南侧西南气流控制,桂中西南风达16 m·s-1,贵阳比湿上升至12 g.kg-1;850 hPa 低涡切变东移至重庆中部,贵州北部受切变南段影响,低空西南风急流东移至桂东至湘南,核区风速达18 m·s-1,贵阳比湿增大到17 g·kg-1;此时地面辐合线南压至贵州中部略偏北一线,辐合线两侧温度差明显增大,辐合锋生增强。

由此可见,此次暴雨到大暴雨天气过程,高空到地面系统配置清晰,动力条件较好。同时,南支低槽、副高稳定维持以及低空西南风急流的建立、增强和维持,为暴雨和大暴雨提供了充足的水汽和能量条件。

3 高低空西南风急流脉动与强降雨关系分析

3.1 高低空西南风急流演变与短时强降雨的关系

分析黔东南新一代天气雷达每隔6 min 一次的风廓线产品(VWP)风场演变和地面自动站逐小时最大降雨强度变化可知,21 时37分以后风速≥12 m·s-1的西南风由1.5 km 向下扩展到1.2 km,急流核区风速由14 m·s-1增大到16 m·s-1,20 m·s-1风速由5.2 km 向下扩展到4.6 km;22 时15分20 m·s-1的西南风向下扩展到4.3 km,且西南风厚度明显增大,急流核区风速由20 m·s-1增大到22 m·s-1,说明中低层暖湿气流增强,水汽和不稳定能量增大,高低空急流向下扩展,动量下传,使低层扰动和水汽辐合增强,触发强降雨发生,黄平七里坝21—22 时1 h 降水量由3.6 mm 增大到14.5 mm。23 时15分风速≥20 m·s-1的西南风向下扩展4.0 km,此时降雨强度明显增大,黄平县纸房乡23 时—26日00 时强降雨强度达到42.9 mm.h-1。00 时20分风速≥12 m·s-1的西南风和风速≥20 m·s-1的西南风向下分别扩展到0.9 km 和1.5 km,高低空西南风急流下传到最低位置,高空急流核区风速增大到26 m·s-1,近地层超低空西南风急流建立。01 时03分急流核由5.8 km 下传至4.9 km,风速达到28 m·s-1,西南风急流达到最强时段,降雨强度进一步增大,黄平茅坪01—02 时降雨强度达69.5 mm.h-1。02 时36分西北风向上扩展到3.0 km,冷平流增强,风速≥20 m·s-1的西南风由5.8 km 再次向下扩展到4.0 km,表明中层冷暖气流交汇再次增强,低层辐合上升运动加剧,对应的降雨强度达到高峰值,麻江碧波02—03 时1 h 降水量达75.2 mm,达到本次暴雨天气过程中的最大雨强。03 时31分风速≥20 m·s-1的西南风向上收缩到4.6 km,低层西北风向上扩展到4.0 km,表明中层干冷空气厚度增大,0.9 km 西南风再次增强为12 m·s-1,低层辐合再次增强,此期间雷山西江03-04时降水量达68.0 mm·h-1。随着0.9 km 西南风减小、西北风增厚和中高层西南风急流的减弱向上收缩,降雨强度逐渐减弱,04 时03分以后近地层西南风减弱为10 m·s-1,风速≥20 m·s-1的西南风逐渐向上收缩,04—05 时最大降雨强度为榕江朗洞55.5 mm·h-1。6 时14分(图略)以后0.9 km 西南风转偏西风,超低空西南风急流消失,低层辐合逐渐减弱消失,西北风向上扩展到4.3 km,西南风向上收缩到5.5 km 以上,对流层中层到近地层风随高度逆转,为一致冷平流控制,此时降雨强度明显减弱,06—07 时最大降雨强度减弱为36.2 m·h-1。可见,西南风急流增强和向近地面扩展与降雨强度密切相关,这对强降雨的临近预报预警有一定预示作用。

3.2 超低空西南风急流脉动与短时强降雨的关系

分析逐10 min 最大降雨强度与0.9 km 超低空西南风急流演变关系(图2)可知,在此次暴雨天气过程中超低空西南风急流出现6 次跳跃式增大现象,有5 次与降雨强度明显增大相对应。25日23时21分—23 时50分之间,0.9 km 高度西南风风速由8 m·s-1增大到10 m·s-1,降雨强度由1.0 mm增大到15.3 mm;23 时50分以后风速由10 m·s-1增大到12 m·s-1并维持到26日0 时58分,此期间出现一个强降雨集中时段,最大降雨量达18.3 mm;01—02 时40分之间,超低空急流发展到最强阶段,风速出现3 次跃增,并在12 m·s-1~14 m·s-1之间变化,对应的降雨强度达到最大时段,出现2 个峰值,分别为20.9 mm 和21.9 mm;03 时20分—04 时之间,风速又从10 m·s-1增大到12 m·s-1并维持,此时段最大降雨量达20.9 mm。04 时后风速减小并长时间维持在10 m·s-1,这时降雨强度减弱,最大降雨量均<15 mm。可见,10 min 最大降雨量超过15 mm的短时强降雨多出现在西南风风速≥12 m·s-1时段,说明此次暴雨到大暴雨天气过程降雨强度变化与超低空西南风急流的加强、维持和减弱密切相关,超低空西南风急流使低层大气层结不稳定状态和水汽输送得以长时间维持,是暴雨产生的重要原因。

图2 2013年5月25日23 时10分—26日6 时10分逐10 min 最大降雨量与超低空急流风速演变的关系

3.3 高低空西南风急流指数与短时强降水的关系

为进一步分析高、低空急流演变与短时强降雨的关系,根据刘淑媛[2]定义的低空急流指数如下:

式中D 为某小时12 m·s-1的风速在该小时中的最低位置。

再根据张京英[4]定义的高空急流指数如下:

式中H 为某小时20 m·s-1的风速在该小时中的最低位置。

由(1)式和(2)式计算出5月25日21 时—26日07 时高低空西南风急流指数,用它们定量描述高、低空急流向扩展的程度和风速脉动的强度,并分析其变化与短时强降雨的关系。由定义可知,I、T值越大,说明12 m·s-1和20 m·s-1高低空西南风急流向下扩展的高度越低,对降水越有利[2、5]。

图3 2013年5月25日21 时—26日9 时逐小时最大降雨强度与高低空西南风急流指数的关系

由图3 可知,25日21 时以后,高、低空急流指数T、I 逐渐增大,降雨强度也随之增大。26日01时低空急流指数I 增大到本次过程的最大值,并维持到04 时,降雨强度最大时段在低空急流指数I 极值出现1 h 后才发生。04 时之后低空急流指数I 减小,对应降雨强度也减弱,而高空急流指数T 比低空急流指数I 达到最大值的时间提前近1 h,最大值出现在26日00—01 时,但降雨强度最大值比高空急流下传到最低点滞后1~2 h,这与刘淑媛[2]、曹春燕[2]、张京英[3]研究分析的最大降雨强度与I 指数增大同步有所不同,与金巍[5]研究分析的较一致,这种对应关系对强降雨的临近预报预警有一定指示意义。但降雨强度随着高、低空急流指数的同步减小而逐渐减弱是一致的。

4 小结

①高、低空急流的建立和耦合作用,为暴雨和大暴雨天气的发生提供了充足的水汽、能量和动力触发条件。

②高、低空急流脉动和向近地面扩展程度与强降雨强度变化密切相关,动量下传使低层扰动、水汽辐合增强,触发不稳定能量强烈释放,是产生对流性暴雨的重要条件。

③0.9 km 超低空西南风急流在暴雨期间的建立和维持,使低层大气层结不稳定和水汽输送得以长时间维持,是产生暴雨的重要原因;降雨强度变化与超低空西南风急流的强度变化有关,10 min 降雨量超过15 mm的短时强降雨均出现在超低空西南风急流风速≥12 m·s-1时段内。

④降雨强度变化与高、低空急流指数T、I 变化有关,降雨强度随高、低空急流指数的增大而增大,随着高低空急流指数的同步减小而逐渐减弱;短时强降雨发生在12 m·s-1和20 m·s-1高低空急流加强并向下扩展到最低点1~2 h 后才发生,对暴雨的临近预报预警有一定的指示意义。

[1]李路长,白慧,曹凯明.黔东南2012年4月10日大冰雹天气过程雷达回波特征分析[J].贵州气象,2012,36(5):23-26.

[2]刘淑媛,郑永光,陶祖钰.利用风廓线雷达资料分析低空急流的脉动与暴雨关系.热带所气象学报,2003,19(3):285-290.

[3]曹春燕,江崟,孙向东.一次大暴雨过程低空急流脉动与强降水的关系分析.气象,2006,32(6):102-106.

[4]张京英,漆梁波等.用雷达风廓线产品分析一次大暴雨与高低空急流的关系[J].气象,2005,31(12):41-44.

[5]金巍,曲岩,等.一次大暴雨过程中低空急流演变与强降水的关系[J].气象,2007,33(12):31-38.

猜你喜欢
急流黔东南低空
智海急流
智海急流
智海急流
智海急流
遇见黔东南
“低空猎手”HQ-17AE防空导弹系统倍受关注
诗书画苑
寻味贵州——黔东南
低空自由飞行短期冲突探测算法
无题(2)