陕西中西部一次区域性暴雨天气诊断分析

牛乐田,刘 帆,李春娥,王 英,朱瑞杰

(咸阳市气象局,陕西咸阳 712000)

陕西中西部一次区域性暴雨天气诊断分析

牛乐田,刘 帆,李春娥,王 英,朱瑞杰

(咸阳市气象局,陕西咸阳 712000)

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料等,对2013年7月21—22日发生在陕西中西部地区一次区域性暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:副热带高压、长波槽的稳定维持为此次区域性暴雨的形成提供了大尺度环流背景;低涡切变、低空急流是暴雨产生的主要影响系统;低层辐合、对流层顶强烈辐散是形成暴雨的主要动力因子; FY-2E卫星TBB逐时演变与强降水有很好的对应关系,造成强降水的对流云团具有明显的中尺度特征。

区域性暴雨;低空急流;中尺度对流系统

暴雨是我国主要的灾害性天气之一,每年都发生因暴雨造成的不同程度的洪涝灾害。陕西地处青藏高原东北侧,独特的地理结构导致局地性暴雨更容易产生地质灾害和洪涝灾害,陕西气象工作者对此进入深入研究。张弘等[1]研究发现青藏高原东北侧突发性暴雨必定伴有中尺度辐合系统;王川等[2]认为陕西夏季暴雨多与西太平洋副热带高压有关;沈娇娇等[3]研究发现高层辐散、低层辐合的有利配置加上旺盛深厚的垂直上升运动为暴雨发生发展提供动力抬升作用。

本文利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料及FY-2E卫星TBB资料,对2013年7月21—23日陕西中西部的一次区域性暴雨天气过程进行诊断分析,尝试找出盛夏期间陕西暴雨天气形成原因和发生机理,以加深对此类暴雨的认识,积累预报经验。

1 过程概况

2013年7月21—23日陕西中西部出现一次区域性暴雨天气。降水集中时段为21日夜间至22日,暴雨主要位于于陕北南部、关中西部和陕南西部。过程降水量陕北南部100～200 mm,延安局部达150 mm以上,其中富县151.9 mm;关中西部、陕南西部局地50～100 mm。期间共出现2站次大暴雨(富县为111.4 mm;武功为141.0 mm),18站次暴雨。此次天气过程范围广、区域性强。全省因灾死亡9人,直接经济损失5.42亿元。

2 环流形势演变和影响系统

2.1 500 h Pa环流形势

500 hPa形势场上,暴雨前后欧亚大陆高纬度基本维持两槽一脊形势,贝加尔湖至中国东北之间有一冷涡,巴尔喀什湖与北疆之间有一冷涡,该冷涡底部不断有冷空气分裂东移,两冷涡之间有一弱脊存在。中低纬度高原上空多低值系统活动,副热带高压强盛,588 dagpm线位于沿海,并稳定少动,584 dagpm线控制大陆东南部大部地区。7月21日08时,北疆附近冷涡分裂出中纬度西风槽,该槽东移到内蒙古西部,槽线呈东北—西南向,其南北长度大于5个纬距,高原东南侧33°N～40°N、98°E～100°E范围内有高原槽生成,584 dagpm线位于陕西东南部。20时,西风槽东移至内蒙古中部至银川之间,位于105°E附近,高原槽移至甘肃东南部与四川北部之间,位于100°E～105°E,陕西处于槽前西南气流之中。22日08时(图2),中纬度西风槽和高原槽叠加成长波槽,副高584 dagpm线西伸并有所南落,陕西中西部地区处于长波槽前及副高584 dagpm线之间,长波槽在陕西维持时间超过12 h,20时,长波槽移出陕西,强降水天气结束。

2.2 影响系统

700 hPa天气图上,21日20时(图略),南海—云南—四川—河套有一致的西南风发展,陕西上空西南风＞8 m/S,甘肃东南部与陕西西部之间有一东北—西南向切变线,宝鸡与咸阳西北部正处于切变左侧风速辐合区。22日08时,陕北南部与关中西部之间形成人字型切变线 (图5),切变线两侧的东北风和西南风迅速增强,冷暖空气在陕西中西部交汇,切变线的东南侧出现＞14 m/S的西南急流(图2),陕西中西部处于低空急流轴左前侧2～3个纬距,14时,低空急流开始北抬减弱,陕西中西部强降水结束,可见,700 hPa低空急流是此次区域性暴雨底层水汽及能量的输送带。

850 hPa高空图上,21日20时(图略),强降水发生前陕西处于一致的偏东气流之中,22日08时,平凉—汉中—西安之间出现风向辐合,随后,该辐合区东移北抬且范围扩大,20时东移出陕西,陕西强降水基本结束。

分析可见,副热带高压及长波槽稳定维持形成了有利于暴雨产生的大尺度环流背景,700 hPa切变线及低空急流、850 hPa中尺度辐合线等中小尺度系统接连出现造成了暴雨发生的直接影响系统。

3 物理量诊断分析

3.1 能量条件

从850 hPaθSe场可以发现(图略),21日08时,云南—四川—河套有一东北—西南向高能舌存在,此区域正好位于副高外围的暖湿气流中,从高原及华北分别有两路干冷空气向南扩散,在四川北部—陕西西南部交汇,陕西中南部位于高能舌右侧的能量锋区中,此时θSe大值中心位于云南与四川交界处,陕西处于大值区外围等值线稀疏区,其θSe值为75～80℃。20时,随副热带高压缓慢东退,上述大值中心略有东移,陕西中西部θSe增强为85～90℃。从108°EθSe剖面图上可以看出,22日02时(图3),500 hPa暴雨区(33°N～35°N)上空南北两侧有θSe低值中心,说明有干冷气团存在,两侧冷气团之间暴雨区上空为高能轴,200～600 hPa有能量下传,ΔθSe(500-850)＜-5℃,陕西中西部处于不稳定区域,有利于强降水的发生、维持。中层冷空气由北向南逐渐向暴雨区上空入侵。14时,暴雨区上空600 hPa以下θSe＜60℃,随着θSe值迅速降低,不稳定能量释放,强降水趋于结束。

3.2 动力条件

3.2.1 垂直速度场 21日20时(图略),强降水发生阶段,陕西西部与甘肃南部106°E～108° E上空有上升速度,700 hPa至对流层顶有上升运动发展,强上升运动中心位于500 hPa,中心值为-8×10-3h Pa/S。22日02时(图4a),强上升运动中心主要位于108°E～110°E。上升运动高度有所降低,但强度迅速增大到-14×10-3hPa/S。随着上升运动减弱东移,陕西中西部地区强降水逐渐结束。

3.2.2 散度场 21日20时,108°E～110°E对流层顶200 hPa有大于6×10-5S-1的辐散中心存在,对流层中下层分别有弱的辐合、辐散中心。22日02时(图4 b),位于对流层顶的强辐散中心仍然存在,且中心增强为8×10-5S-1, 400 h Pa以下106°E～110°E范围内出现辐合区。对流层顶强辐散中心较长时间维持,强烈的 “抽吸作用”[4]有利于深对流的发展。

3.3 水汽条件

21日20时,850 hPa水汽通量散度图上,在宝鸡东北部与咸阳西北部之间有弱的水汽辐合区存在,陕西中东部处于水汽通量辐散区中,随着西南气流进一步发展,上述水汽通量辐合区增强并有所东移,22日08时(图5),700 hPa风场辐合区与水汽输送带有很好的对应关系,陕西中南部处于大范围水汽通量辐合区中,呈西南—东北走向。辐合中心值超过-7×10-7g/(cm2·hPa·S)。辐合中心的南北两侧分别有水汽通量辐合区存在。随着低层切变东移北抬,22日14时,水汽通量散度辐合区移至陕西东部与山西交界处,陕西中西部强降水结束。

4 卫星云图特征分析

分析FY-2E红外云图云顶亮温可以发现,此次暴雨天气的发生发展伴有多个中尺度雷暴雨团的活动。利用每小时一次的FY-2E卫星云图资料,取云顶亮温tBB≤-32℃云团为MCSS (中尺度对流系统)[5]。可以发现,21日夜间陕西西部局地出现的短时强降水是由小尺度对流云团引起,22日陕西中部地区强降水是由东移生成的低涡云团维持造成。

21日23时(图6),对应于低层东—西向切变线,在宝鸡西部,咸阳北部局地有小块对流云团生成,云体范围较小,强度较弱。22日03时,小块对流云团维持在上述地区,该地区对应时段出现短时强降水,同时甘肃东南部生成大块对流云团,云团主体已接近陕西边界。08时,随着副高东退南落,低层低涡辐合东移加强,陕西中西部出现多块对流云团,其中心云团云顶亮温＜-50℃,云罩面积约4×104km2。11时,位于关中中西部的对流云团已东移北抬至铜川附近,云团范围有所减小,云团强度有所减弱,降水也相应减弱。

可见,暴雨是在MCSS形成发展的过程中产生的,强降水出现在云顶亮温TBB低值中心,最强降水出现在MCSS成熟期。

5 小结

(1)副热带高压、长波槽等大尺度天气系统的稳定维持是造成区域性暴雨的必要前提,低层人字型切变、低涡辐合等天气尺度系统在稳定的长波型控制下较长时间维持,是此次暴雨的主要影响系统,低空急流则为暴雨发生、发展提供充足的水汽和能量,暴雨区雨带走向与切变线走向基本一致、位于低空急流轴的左前方。

(2)低层辐合、高层辐散的垂直结构及位势不稳定特征为暴雨区附近强烈上升运动的发展和维持提供了有利的结构和动力条件。

(3)此次暴雨在酝酿、发展阶段,有弱的水汽通量辐合,随着水汽输送迅速增强,降水也随之增强,850 h Pa水汽通量辐合与暴雨落区有很好的对应关系。

(4)FY-2E TBB逐时资料以其高时空分辨率能够清楚的揭示引起区域性暴雨的中尺度对流系统的发生、发展。

[1] 杜继稳.青藏高原东北侧突发性暴雨分析研究与应用[M].北京:气象出版社,2005:59-63.

[2] 王川,李萍云.2010年陕西两次区域性暴雨过程对比分析[J].陕西气象,2011(4):12-16.

[3] 沈娇娇,徐虹,李建科,等.渭河流域2011年9月16—19日致洪暴雨诊断分析[J].陕西气象, 2012(5):12-17.

[4] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,2000:330-331.

[5] 寿绍文,励申申,姚秀萍.中尺度天气学[M].北京:气象出版社,2003:121.

P458

:A

牛乐田,刘帆,李春娥,等.陕西中西部一次区域性暴雨天气诊断分析[J].陕西气象,2015(5):33-37.

1006-4354(2015)05-0033-05

2015-01-15

牛乐田(1980—),男,汉族,陕西户县人,工程师,从事短期天气预报研究。