井喜,主要从事短期天气预报工作.Email:
利用MICAPS资料、多普勒气象雷达资料和NCEP资料等,对2012年7月26日20:00至27日20:00黄土高原发生的一次β中尺度致洪暴雨过程的特征及成因做了分析。结果表明:近地层能量比低值舌的活动是两次强降水产生的触发机制之一;暴雨过程两个强降水时段都对应邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层大于20 m·s-1偏东风相对风暴气流的建立,而邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层大于15 m·s-1偏东风相对风暴气流减弱消失、或范围大幅度缩小,则对应强降水的减弱或停止;涡度收支分析表明,第一次强降水前,由于水平平流项的作用在300 hPa附近形成很强的负涡度收支;第二次强降水前,主要是扭转项和垂直输送项的作用,同时在450~300 hPa形成很强的正涡度收支;视热源与视水汽汇分析表明:第一次强降水前,视热源在300 hPa附近出现比较强的冷却层;第二次强降水前,800~500 hPa视水汽汇远大于视热源,形成正的加热层;500~200 hPa视热源远大于视水汽汇,形成峰值接近11 K·(6 h)-1的很强的加热层;而在200~130 hPa由于视热源的作用,形成冷却层。
MICAPS data, Doppler radar data, NCEP data, etc. are used to analyze the characteristics and causes of a meso-β scale flood-causing rainstorm on Loess Plateau from 20:00 BT 26 to 20:00 BT 27 July 2012. The results show that the activity of low energy ratio tongue in the surface layer is one of the trigger mechanisms for the two severe raifalls. The two periods of torrential rains both correspond to the establishment of easterly winds relative to storm airflow faster than 20 m·s-1 that is adjacent to the north of the storm zone within 1 km of the boundary layer, while easterly winds relative to storm airflow within 1 km of the boundary layer close to the north of the storm zone get weakened and vanished, or the range drastically reduces, causing the severe precipitation to lesson or stop correspondingly. Analysis on vorticity revenue and expenditure shows that before the first rainstorm the dominant factor is horizontal advection item in the formation of strong negative vorticity revenue and expenditure near 300 hPa. Before the second rainstorm, the dominant factors are twisting item and vertical transportation item in the formation of strong positive vorticity revenue and expenditure in the 450-300 hPa at the same time. Analysis on apparent heat source and apparent moisture sink shows that before the first rainstorm, the appearance of apparent heat source near 300 hPa is quite strong cooling layer. Before the second rainstorm, positive heating layer is formed for the apparent moisture sink is much larger than the apparent heat source in the 800-500 hPa. The formation of strong heating layer whose peak is close to 11 K·(6 h)-1 for the heat source is much larger than apparent moisture sink in the 500-200 hPa. Due to the role of the apparent heat source, cooling layer is formed in 200-130 hPa.
有关黄土高原的暴雨,我国气象工作者做了一些研究工作:
2012年7月26日20:00至27日20:00(
2012年7月26日20:00至27日20:00黄土高原降水量分布(单位:mm)
Distribution of rainfall on Loess Plateau from 20:00 BT 26 to 20:00 BT 27 July 2012 (unit: mm)
陕西省佳县27日00:00-13:00气压、风向、风速和降水随时间变化
Temporal changes of pressure, wind direction, wind speed and precipitation during 00:00-13:00 BT 27 July 2012 at Jiaxian, Shaanxi
北京时 | 00:00 | 01:00 | 02:00 | 03:00 | 04:00 | 05:00 | 06:00 | 07:00 | 08:00 | 09:00 | 10:00 | 11:00 | 12:00 | 13:00 |
气压/hPa | 905.6 | 905.5 | 905.3 | 904.6 | 904.2 | 904.3 | 905.2 | 905.9 | 905.9 | 907.0 | 907.2 | 907.0 | 906.5 | 905.7 |
风向/° | SE | ENE | NE | WNW | SW | NNE | NE | NNW | NW | W | N | SE | NNE | W |
风速/m·s-1 | 1.3 | 1.6 | 2.4 | 2.2 | 1.4 | 2.8 | 5.0 | 5.1 | 2.4 | 1.0 | 3.0 | 2.2 | 4.9 | 1.9 |
降水/mm | 2.3 | 6.8 | 1.1 | 48.5 | 44.3 | 7.5 | 2.9 | 17.1 | 32.6 | 32.1 | 22.0 |
本文利用陕西省榆林市多普勒气象雷达获得的资料、MICAPS提供的红外卫星云图、常规探测资料和物理量场以及NCEP资料等,对上述β中尺度致洪暴雨从环流背景、生成发展条件和中尺度系统的活动等方面进行了分析研究,并着重探讨了这类暴雨的触发机制。
7月26日20:00(图略):200 hPa等压面上,青藏高压强盛,青藏高压北部从喀什-天山山脉-阴山山脉-渤海北部为一支大于30 m·s-1的急流区,河套东部为一槽区,槽前在河北形成散度大于2.8×10-5 s-1的强辐散中心,暴雨区散度为0.6×10-5 s-1;500 hPa等压面上,暴雨区处在副热带高压西侧的西南气流当中,为0.8×10-5 s-1的辐散区;850 hPa等压面上,暴雨区处在副热带高压西侧的4 m·s-1东南气流当中,为0.2×10-5 s-1的弱辐散区;高、中、低空形势的配合,看不出有下暴雨的迹象。
7月27日02:00(图略),200 hPa等压面上,暴雨区受偏西气流影响,为弱辐散;500 hPa等压面上,暴雨区受6 m·s-1西西南气流影响,并生成弱辐合;850 hPa等压面上,暴雨区仍处在4 m·s-1东南气流影响之下,同时生成弱辐合;上述影响系统的配合,27日02:00-04:00只在暴雨区造成一些小阵雨,也看不到27日04:00-06:00要下暴雨的迹象。
7月27日08:00(
2012年7月27日08:00 (a)200 hPa、(b)500 hPa和(c)850 hPa风场和散度场(单位:10-6 s-1)(★为暴雨区,粗虚线为切度线)
Divergence and wind fields at (a) 200 hPa, (b) 500 hPa and (c) 850 hPaat 08:00 BT 27 July 2012 (unit: 10-6 s-1)(★ represents heavy rain area, thick dashed line is shear line)
26日20:00,暴雨区(38°N、110.7°E,下同)水汽通量很小,没有下暴雨的迹象;27日02:00(
2012年7月27日02:00水汽通量沿38°N剖面图(a,单位:g·hPa-1·cm-1·s-1),(b)02:00和(c)08:00水汽通量散度沿38°N剖面图(单位:10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1),(d)02:00
Cross section of water vapor flux (unit: g·hPa-1·cm-1·s-1) along 38°N at 02:00 BT (a), cross sections of water vapor flux divergence (unit: 10-6g·cm-2·hPa-1·s-1) along 38°N at 02:00 BT (b) and 08:00 BT (c) and
分析水汽通量散度,26日20:00(图略),暴雨区上空800~600 hPa已有水汽通量辐合生成,800 hPa附近生成-10×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽通量辐合中心;27日02:00(
分析暴雨区大气层结状况,26日20:00,
分析对流有效位能(CAPE),26日20:00(图略),河套内(暴雨区上游)生成900 J·kg-1对流有效位能中心,暴雨区对流有效位能达到700 J·kg-1;27日02:00(
7月27日02:00,伴随暴雨区上游400~200 hPa强负涡度区向暴雨区发展(
2012年7月27日(a)02:00涡度、(c)散度(单位: 10-6 s-1)和(e)垂直速度ω(单位: 10-4 hPa·s-1)沿38°N剖面图,(b)08:00涡度、(d)散度和(f)ω沿38°N剖面图
Cross section of vorticity (a), divergence (unit: 10-6 s-1) (c) and vertical ω (e, unit: 10-4 hPa-1·s-1) along 38°N at 02:00 BT 27 July 2012; cross section of vorticity (b), divergence (d) and ω (f) along 38°N at 08:00 BT 27 July 2012
从
式中,
分析地面能量比(
2012年7月27日02:00(a)和08:00(b)黄土高原暴雨区地面能量比(单位:℃·hPa-1)
Surface energy ratio distribution at (a) 02:00 BT and (b) 08:00 BT 27 July 2012 in the rainstorm area of Loess Plateau (unit: ℃·hPa-1)
2012年7月27日02:00(
2012年7月27日佳县暴雨过程卫星云图云系演变(a)02:00,(b)04:00,(c)06:00,(d)07:30,(e)08:30,(f)11:00(白线圈:影响佳县的云团,白色方框:影响佳县的残留云团中心,☆:佳县)
Clouds variation in satellite images during the process of rainstorm at (a) 02:00, (b) 04:00, (c) 06:00, (d) 07:30, (e) 08:30 and (f) 11:00 BT 27 July 2012 in Jiaxian (White coil is storm cloud, white box is the residual center of storm cloud)
结合
2012年7月27日佳县暴雨过程组合反射率因子演变(a)02:36,(b)05:58,(c)07:12,(d)09:57(白线圈为佳县暴雨区)
Variation of composite reflectivity images at (a) 02:36, (b) 05:58, (c) 07:12 and (d) 09:57 BT 27 July 2012 in the process of rainstorm in Jiaxian (White circle indicates the falling area of heavy rainstorm)
过影响暴雨区云团沿径向多普勒雷达做速度场剖面图,从
2012年7月27日06:11过暴雨云团沿雷达径向速度剖面图
Vertical cross section of radial velocity across storm cloud cluster at 06:11 BT 27 July 2012
04:02(图略),邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层建立起大于10 m·s-1东北风相对风暴气流,对应佳县第一次强降水的开始;此后,邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层东北风相对风暴气流继续发展,至04:57邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层东北风相对风暴气流发展至20 m·s-1以上(
2012年7月27日(a)04:57和(b)08:31风暴相对径向速度
Storm relative radial velocity at (a) 04:57 and (b) 08:31 BT 27 July 2012
从上述可见,邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层大于10 m·s-1东北风或偏东风相对风暴气流的建立、发展,对暴雨云团的生成发展起着重要作用(
根据文献(
从
012年7月27日02:00(a)和08:00(b)佳县暴雨区上空涡度收支(单位:10-9 s-2)
The budget of vorticity above the Jiaxian rainstorm area at 02:00 (a) and 08:00 (b) BT 27 July 2012 and vertical profiles of the regional averages of various terms in the vorticity equation (unit:10-9 s-2)
根据文献(
2012年7月27日02:00(a)和08:00(b)暴雨区区域平均的视热源(
Vertical distribution every 6 h regionally averaged apparent heat soure (
综合以上分析,可得出以下几点结论:
(1) 近地层能量比低值舌的活动是黄土高原两次强降水产生的触发机制之一。
(2) 邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层大于20 m·s-1偏东风相对风暴气流的建立对β中尺暴雨有警示作用;而邻近暴雨区的北方1 km以内的边界层大于15 m·s-1偏东风相对风暴气流范围的大大缩小、或减弱消失,则预示着强降水的减弱或停止。
(3) 涡度收支分析表明,两个时段的强降水对应涡度收支变化最大的地方在500 hPa以上的对流层高层。第一次强降水前,由于水平平流项的作用在300 hPa附近形成很强的负涡度收支;第二次强降水前,除了150和260 hPa附近形成弱的负涡度收支外,主要是扭转项和垂直输送项的作用,同时在450~300 hPa形成很强的正涡度收支。
(4) 视热源与视水汽汇分析表明:第一次强降水前,视热源在300 hPa附近出现比较强的冷却层;第二次强降水前,800~500 hPa视水汽汇远大于视热源,形成正的加热层;500~200 hPa视热源远大于视水汽汇,形成峰值接近11 K·(6 h)-1的很强的加热层;而在200~130 hPa由于视热源的作用,形成冷却层。
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