2008年8月11日渤海西岸区的抚宁县牛头崖镇(05—06时)、唐海站(12—13时)分别出现小时雨量超100mm的突发性中γ、β尺度大暴雨天气过程。利用秦皇岛和天津CINRAD/SA雷达资料、中尺度天气学物理量诊断、河北MM5预报结果、山海关探空及自动站加密分钟资料同步分析,结合中β尺度回波带与降水峰值对应分析。初步得出:在同一“母体”中尺度回波带背景下,不同时刻中γ、β尺度降水系统互相扰动导致大暴雨发生,前者为普通多单体风暴,距“母体”回波带100km、300km空间剖面呈波动形态传播,与上游重力波激发有关;后者为减弱的母体回波带底部新生强多单体风暴,与海岸弱切变扰动和热力因子有关;尺度界定基于雷达GPS回波质心定位与加密站雨区面积GIS信息校对;探讨了0~1小时海岸带地区致灾暴雨的中小尺度系统可预报性因子,为临近预警时效“后延”的研究,提供一些新的预报依据。
A meso-γ scale and meso-β scale downpour took place at Niutouya town of Funing County that located in the western bank of Bohai Sea from 5:00 to 6:00, on 11 August, 2008. The same thing also happened in Tanghai County, and their precipitations all exceed 100 mm per hour. Using CINRAD/SA radar data in Qinhuangdao and in Tianjin, the physical quantity field of the mesoscale meteorology, MM5 model output, in Shanhaiguan, the synchronous data of the dense observations recorded once per minute, the relationship between meso-β scale echo band and the peak value of the precipitation was analyzed. The tentative result shows that the downpour is resulted from the mutual perturbation between the meso-β scale system and the meso-γ scale system under the background of the mesoscale echo band in the same matrix at different time. The former is the common multi-cell storm with the distance of 100km away from the matrix of echo band. It can spread in wave form on the space profile of 300km, and is related to stirring of gravity wave. The latter is the strong multi-cell storm, which would emerge later on the bottom of the matrix of a weakening echo band, involved in the perturbation of weak shear and the thermodynamic factor. The scale-defined is found on radar GPS positioning of the centroid and GIS information proofing in the dense observational network. The predictable factors of meso-small scale system on disastrous downpour have been explored 0—1 hour before its occurring in the coastal zone, so that they can provide some prediction basis for early warning.
2008年8月11日05—06时和11—13时(北京时)在渤海西岸区的河北省抚宁县牛头崖镇、唐海站分别出现1小时雨量超100mm单站大暴雨天气,多单体风暴水平尺度分别为15km×25km和25km×45km,垂直高度为9~13km,3~4小时累积雨量达170~220mm。由于降雨强度大,降雨时段集中,牛头崖镇、唐海县城大范围积水,积水深度普遍60~70cm,部分低洼地区房屋水深1.5m,3万人受灾,经济损失惨重。次天气尺度系统背景下,时间间隔4小时,海岸带地区先后出现中γ、β尺度两起大暴雨天气,比较罕见。目前,中尺度数值产品参差不齐[
中
2008年8月11日08时(北京时)500hPa高度场、风场(m·s-1)中γ、β尺度降水落区
2008年8月11日中γ、β尺度大暴雨影响系统与秦皇岛、天津雷达监测实况
在本次预报过程中,对于前期中γ尺度大暴雨预报,主观外推03时的中β尺度雷达回波带可能在10点影响本站为中雷阵雨,结果在05时回波带前部出现大暴雨,后期08时的回波带减弱,预报下午一般雷阵雨,结果12时在回波带底部又出现大暴雨。初步分析该区域0~6小时突发性暴雨空、漏报的技术原因为:对中γ、β尺度生消机理认识不足,忽略减弱回波带“死灰复燃”的一些强对流因子,但中尺度物理量场分析的垂直速度、饱和比湿及中尺度监测网实时资料对0~3小时预报订正尚有指示作用。
应用北京大学中尺度物理量诊断模式(60km×60km)格点资料对11日08时(北京时,下同)105°E为中心, 沿39°N纬向比湿剖面(
2008年8月11日08时39°N比湿纬向剖面
2008年8月11日08时垂直速度剖面
天气雷达是探测降水系统的主要手段[
2008年8月11日03:00时秦皇岛雷达组合反射率因子(CR38)图
2008年8月11日04:56时秦皇岛雷达组合反射率因子与中γ尺度剖面组合图
2008年8月11日05—06时秦皇岛雷达VWP
目前,对于中β、γ尺度降水系统研究以小时雨量为单位较多[
2008年8月11日05-06时VCS/RCS垂直剖面与同步强降水峰值分钟雨量分析
大气重力波的研究[
11日02时54分在北京一线中β尺度混合云30~45dBz回波带(66km×280km)缓慢东移,相对γ尺度强对流天气区域,可以视为理论重力波点源,并引起重力波能量呈扇形频散,其前部1.5度仰角反射率因子有多个大于55dBz次中β尺度(25km×45km)的带状回波(
2008年8月11日03:55雷达反射率因子纬向300km空间双剖面切线图
2008年8月11日02:54雷达反射率因子纬向300km空间剖面与地面1小时变压
2008年8月11日03:55雷达反射率因子纬向300km空间剖面与地面3小时变压
10日20时北京探空渤海西岸区大暴雨落区上空700hPa的
重力波发展的基本条件为
秦皇岛与抚宁站8小时2分钟平均气压变化
秦皇岛与抚宁站8小时2分钟平均风速变化
从11日05时在北京一线中β尺度混合云35dBz回波带(66km×280km)减弱东北移动,5小时后在中β尺度低层弱切变扰动加之中午热力条件下,使得位能、水汽潜热大量释放得到动能迅速激活减弱混合云30dBz回波带,其底部在10时30分距秦皇岛雷达站160°、98km处重新加强,生成55dBz强回波区(25km×45km),即单站B强烈双单体风暴(12—13时大暴雨),移向东南,为弱回波带新生型(
2008年8月11日12:30天津雷达组合射率因子
2008年8月11日12—13时天津雷达VWP
暴雨B(39.16.40 °N、118.27.12°E,H3m)VCS/RCS3个时次垂直剖面与同步分钟雨量资料具有一致性(
2008年8月11日12-13时VCS/RCS垂直剖面与同步单站B降水峰值分钟雨量组合
两次大暴雨在同一次中尺度尺度背景下,均与上游“母体”中β尺度混合云35dBz回波带(6 6km×280km)移动有关;地理条件相似,为河北海岸带地区,降水强度与海区偏东风水汽短期输送呈正比,小时雨量均大于100mm;均为双质心对流风暴,强降水时相对引导风静止,能量释放后,沿引导风运动,没有冰雹天气。
触发机制、尺度及出现时间不同,中γ尺度暴雨与重力波相关联,为普通多单体风暴,地面无辐合线扰动,而暴雨B是弱回波新生型与低层辐合线及热力因子有关,为强多单体风暴;水平与垂直尺度不同,VWP有明显区别,复合多单体两者径向速度风场垂直剖面结构差异较大;准静止状态前期移向不同,持续时间不同。
(1) 在次天气尺度低值系统背景下,950hPa上,维持8~12小时东风暖湿气流,中尺度物理量场的动力及水汽因子有利于强降水,为后期单站大暴雨天气发生,提供了必要的条件;预报区上游存在“母体”中β尺度混合云45dBz回波带缓慢东移,以重力波能量频散方式激发出多个新的中γ尺度55dBz复合单体风暴,造成下游海岸带秦皇岛一线中γ尺度大暴雨天气;随着主体回波带减弱东移,在弱切变扰动和热力因子作用下,其底部重新生成强双单体风暴,导致唐海一线新中β尺度大暴雨发生;而中β尺度界定基于雷达GPS与加密站GIS质心定位及RAD基数据时空剖面。
(2) 中γ尺度多单体风暴发展过程,地面加密自动站暴雨前3小时无辐合线且均压场凌晨无海风摩擦辐合,上游中β尺度相互作用,是间接影响,由重力波造成的辐合和辐散传播到10 0km以外位势不稳定区域时引发中γ尺度对流天气,预报区
(3) 处于准静止状态中γ、β尺度55dBz多单体风暴,中心位置距离海岸线6~12km, 海区持续偏东风作用与高层引导气流相反,影响小尺度系统移速移向且提供充沛水汽;反射率因子局部放大后中高层均有“双核”小尺度质心,两个小γ尺度强对流复合体互相拖带或原地旋转,偏离引导气流,故短时相对静止,相对延长局地降水时间。
(4) VCS/RCS垂直剖面与同步强降水峰值分钟雨量分析,中γ、β尺度双单体风暴小时雨量达到100mm分钟雨量分布为:2mm分钟雨量大于30分钟且有两个峰值,大于3mm分钟雨量大于1 0分钟且有两个峰值。经4个预报个例回放试报,不明显系统突发性中γ、β尺度暴雨可预报时效为30~40分钟。
(5) 天津与秦皇岛同步资料校对,CR值差5dBz,间距大于75km,唐海个例径向速度0.5°较一致,1.5°、2.4°差异较大,给双雷达风场资料反演带来困难。重力波研究仅限于雷达和地面加密资料特征分析,但是重力波激发中γ、β尺度强对流天气的发展取决于
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