（气象学专业论文）“1008”甘肃省暴雨过程干侵入的模拟与诊断研究.pdf

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t e r mt o r r e n t i a lr a i np r o c e s so c c u r r e di ng a n s up r o v i n c eo na u g u s t 7 1 1 圮r e s u l t ss h o wt h a tt h es u b t r o p i c a lh i g hi n t e g r a t e sw i 也m a i n l a n dh i g h a n d m a i n t a i n sa tm i d - l a t i t u d ea f t e ri tm o v e dn o r t h w a r d t h ec l o c k w i s ea i ra r o u n di tb r i n g w a r m - w e tm o i s t u r ef r o mt h ep a c i f i co c e a nt os o u t h e r no f s h a n x ia n dm i d d l ep a r to f g a n s u , a l o n gs i c h u a n ，c h o n g q i n g , g u i z h o up r o v i n c e b e f o r et h er a i n f a l lh a p p e n s ， t h es u b t r o p i c a lh i g hb r o k ef r o mm a i n l a n dh i g h , s og a n s up r o v i n c el o e a t e sb e t w e e n t h e s et w oh i g hc i r c u l a t i o n s t h ed o m i n a n ta i rf o r mi ss o u t h e r na i rs l a m o n l o o h p a , s o u t ha s i a nh i g hl a s tf o rm a n yd a y si nt h ew e s to f 9 0 0 e ，a n do n7 0 0 h p a , t h e m a i ni m p a c ts y s t e ma r el o ws h e a rl i n e ，e a s t e r l yw a v e ，t r o p i c a ll o wa n dw e s tw i n d t r o u g h , w h i c hc a u s et h i sh e a v yr a i nt o g e t h e r c o m b i n i n gt h es a t e l l i t ei n f o r m a t i o na n dr a d a rd a t a , w ef u l t h e rd i a g n o s es e v e r p h y s i c a lq u a n t i t y w _ ef i n dt h a tt h em o i s t u r ec o n d i t i o ni nt h eh u a n g h er i v e l v a l l e yi s b e n e f i tt op r e c i p r a t i o ng e n e s i s ，n l el o w e rl a y e ru p o nr a i n a r e ai sm a i n t a i n i n g i n s t a b i l i t y t h ec o n d i t i o no fh i g he n e r g y , s a t u r a t i o n , p o t e n t i a li n s t a b i l i t yb e n e f i tf o r t h ef o r m a t i o na n dm a i n t e n a n c eo ft h i s r a i n f a l l b ya n a l y z i n gm o i s te n t h a l p y a d v e e t i o n , w ec a nm a k ea12 h o u re a r l yf o r e c a s to ne n e r g ya c c u m u l a t i o na n d r a i n - a r e a s t r o n g m o i s te n t h a l p ya d v e c t i o na r e 愿i sw h e r ei n s t a b i l i t y e n e r g y a c c u m u l a t e s a l s ow es h o u l d n to v e r l o o kt h er o l eo fu p p e ri e ts t r e a m h e a v y p r e c i p i t a t i o no f t e no c c u r sa ts o u t h e mo fj e te x p o r t , w h e r ei ti sa l s oc o n v e r g e n c ea i r 啊舱d e s c e n dw i n di nt h en o r t h e r no fu p p e rj e ts t r e a mb r i n gc o l d - d r ya i rd o w n w a r d , w h i l et h er i s i n gw i n di nt h es o u t h e r no fu p p e rj e ts t r e a mb r i n gw a r m - w e ta i ru p w a r d t h u s ，t h e r ep r o d u c et h es e c o n d a r yc i r c u l a t i o n , w h i c hi sb e n e f i tf o rh e a 主e x c h a n g e b e t w e e nl o w e ra n du p p e rl o v e r q i n g l 1 a i 一面b e tp l a t e a um e s o s c a l et e r r a i nh a s i m p o r t a n te f f e c to nt h i sm i n s t o r me v e n t u s i n gt h em e s o s e a l cm o d e l ，i 疆) ，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ni sc a r r i e do u t 1 1 1 e r e s u l t ss h o wt h a tt h e 哏fm o d e lc a l ls u c c e s s f u l l ys i m u l a t et h ep r o c e s so f h e a v yr a i n a n dt h em e s o s c a l es y s t e mr e l a t e dt ot h ep r o c e s s 。瞄t h eh i g hr e s o l u t i o nd a t a b a s e 。 w er e s e a r c ha g e o s t r o p h i c a n d - w e t - q v , 口va n dz h e l i c i t yh a v eg o o di n d i c a t i o n s t os y n c h r o n o u sr a i n f a l l b ya n a l y z i n ga g e o s t r o p h i c - a n d - w e t - q v , w ef i n dt h e d e s c e n dw i n da l t e r a t e sw i t hr i s i n gw i n d ，f o r m i n gal a t i t u d i n a ls e c o n d a r yc i r c u l a t i o n t h er a i nh a p p e n sb e l o wr i s i n gw i n da r e a b y 锄a l y 殖唱m p vw ef i n dm p v 2p l a y s a ni m p o r t a n tr o l ei nr a i n s t o r m b e f o r et h e 均i nt h e r ee x i s t sb o t hc o n v e c t i v ea n d s y m m e t r yi n s t a b i l i t i e s ，w h i c hp r o v i d es u f f i c i e n ti n s t a b l ee n e r g y b u tm p v 2 ，5 0 m 的暴雨绝大多数都是小范围或局地的。此次过程是从7 日0 8 时开始，自西北 向东南方向成片地发生，6 小时累计降水量上可以看出，1 4 时以后降水出现在拉脊山脉一 带，从下午开始明显增大，6 小时中心降水达到3 3 m s 以上( 图略) ，到晚上达到最强，降 水中心位于甘肃省甘南州，6 小时降水达5 0 m m 以上，如图( 2 2 a ) 。图b 是以岷县为代表 的6 小时降水累计降水变化，图中可以看出，岷县此次降水过程有着明显的局地性，强降 水主要集中在夜间2 3 时。 加密观测资料显示m 1 ，最大降雨量出现在舟曲县城东南部l o k m 的东山镇，8 月8 日 2 0 时至8 日0 5 时的累积降雨量为9 6 3 r a m ，舟曲县西北方向上游的迭部县代古寺为9 3 8 mm 。但降雨极不均匀，除了上述两个测站外，其他地区并未观测到强降雨 2 2 2 特大暴雨的夜发性 西北各地罕见的特大暴雨，大多数发生在夜间半日 1 0 o 如图2 2 a ，舟曲县东山镇降雨 集中发生在7 日2 3 时至2 4 时7 日夜里2 3 时2 4 时的一个小时内，舟曲县降下7 7 毫米的 雨了，造成了此次特大泥石流，这也是自有记录以来舟曲发生的最强的降水过程。 2 2 3 短时强度大 舟曲县东山镇最大小时雨量达7 7 3 m m ，超过舟曲县城8 月月平均降雨量( 7 4 7 衄) ， 迭部县代古寺最大小时雨量达5 5 4 m m ，两站均超过2 4 小时的暴雨级别，如此之大的强度 实属罕见 2 3 环流背景 2 3 1 副热带高压 图2 3 为5 0 0 h p a 位势高度场分布情况。如图2 3 a ，7 日0 8 时副热带高压位于3 5 。n 处，呈带状分布，其控制的区域为：北面从四川东缘、陕南、湖北，一直到淮河以南的沿 海；西边到黔、桂东部。而陕南和甘肃中南部正处于其西北的边缘与槽的交界处影响地带， 为对流性系统发生发展提供了有利的背景场。自8 月7 日以来，太平洋副热带高压在我国 大陆北移，副高稳定维持在中纬，它周围的顺时针气流，将来自太平洋的暖湿空气沿着贵 州、重庆、四川一带，输送到陕南、甘肃中南部地区为其降水带来了相对稳定的水汽条 件。2 0 时( 图2 3 b ) 副高断裂，形成鞍形场形势，甘肃省位于两高压之间处，等温线落后 于等高线，有冷平流南压。8 日0 2 时，东边的高压迅速西退( 图略) ，到了8 日0 8 时( 图 2 3 c ) 大陆高压依然稳定维持，中纬度槽线继续东移，甘肃南部处于副高西侧，偏南气流 主导，有充足的暖湿气流向西北地区输送。 图2 35 0 0 h p a 位势高度场与温度场分布( 单位：d g p m = k ) a 7 日0 8 时b 7 日2 0 时c 8 日0 8 时 8 第二章本次过程分析 2 3 2 南亚高压 南亚高压是对流层上部、平流层下部大气环流的主要系统之一，它是夏季l o o h p a 上最 强大、最稳定的系统，是夏季副热带地区的大气活动中心。南亚高压的天气学分型有东部 型、西部型和带状型。本次过程属于明显的西部型形势。其特点为：西风槽线在9 0 。- 1 3 0 。e 之间：主要高压中心在1 0 0 。e 以西；9 0 - 1 3 0 。范围内脊线呈西北一东南向n 们，维持时 间在5 天以上。l o o h p a 南亚高压中心稳定维持在( 3 5 。n ，7 5 。e ) 上空。其高压范围有明 显的径向变化。 从l o o h p a 高度场上可以看出，4 日0 8 时开始( 图2 4 a ) ，8 5 。e 南亚地区生成了一 个高压系统，中心处于克什米尔地区上空，脊线位于3 8 。n 附近，高压控制范围一直稳定 在6 0 。e - 1 0 0 。e 之间，脊线位置也稳定存在于3 6 - 4 0 。n 之间，这种形式稳定持续到8 日 0 2 时，到了8 日0 8 时( 如图2 4 d ) ，南皿高压中心与欧洲大陆的高压连成一体，呈一条狭 长的带状结构。至此，甘肃省的局地暴雨也逐渐消失。 结果表明，此次暴雨过程中，南亚高压属于典型的西部型分布。研究指出，西部型南 亚高压过程雨带多在长江流域，而川西、甘肃等地位于长波槽后，少雨n 们，说明此次发生 在甘肃境内的暴雨具有典型的局地性和特殊性特点。 图2 4l o o h p a 位势高度分布( 单位：d g p m ) a 4 日0 8 时b 6 日0 8 时c 7 日0 8 时d 8 日0 8 时 2 3 3 影响系统 如图2 5 为7 0 0 h p a 的流场图，可以看出此次过程受多个系统共同影响。 ( 1 ) 短波槽a 5 0 0 h p a 位势图上可以看出，4 0 。_ 5 0 9n 为平直的西风带气流，在7 日0 8 时开始其上 有短波槽活动，并不断向东南方向移动。如图2 5 ，为7 日2 0 时的7 0 0 h p a 流场图。a 为中 纬度西风带长波系统上生成的一个短波槽。槽底已经到达甘肃中部地区，影响区域覆盖了 整个河套地区。这类槽波长短、移速快，有利于冷空气快速向南逼近，对中低纬度的对流 系统的发展起着重要作用。 ( 2 ) 低层切变线b 一般把出线在低空( 8 5 0 h p a 或7 0 0 h p a ) 风场上具有气旋式切变的不连续线称为切变线。 暴雨发生前1 2 小时，河套至甘肃南部出现低层切交线，7 0 0 h p a 风场图上可以看出，7 日 2 0 时在甘南地区出现一个气流辐合中心，其东侧处于副高外围西侧，为西北风控制，而其 西侧为大陆高压东侧以及西风槽的后方，为东北风控制，东西两侧的气流呈明显的气旋式 风切变，有利于高低层的热量输送，促进中小尺度系统的发生和发展。 9 地 时 风 热 流 暴 ( 已经有气旋性的风场生成，气旋北侧外围的偏东、偏南气流将西太平洋上的水汽源源不断 地向内陆输送，并开始有显著向北增强的趋势，强度不断增大，自1 4 时开始转向东北方向 发展，强度继续增强。在南海及菲律宾以东洋面上稳定维持着一个气旋性的热带低压系统， 其北侧的偏东偏南气流直达舟曲及甘肃中南部其他地区，将热带洋面上的水汽远距离不断 地输送到河套地区，为该地区强降水发生提供了丰富的水汽条件。 分析发现，此次暴雨过程中热带地区的低压系统活跃，有利于热带洋面上的水汽向内 陆输送，为暴雨的发生发展提供充足的水汽条件；低纬度的倒槽和高纬度的西风槽相互作 用，使得大陆高压与热带西太平洋副高断裂，形成鞍形场格局，为暴雨的发生提供有利的 环境条件。综上，此次暴雨是由多个系统的共同作用造成。 l 图2 57 日2 0 时7 0 0 h p a 流场分布( 单位：m s ) l 2 4 小结 ( 1 ) 本次过程的2 4h 累积降水量和1 h 降水强度均突破当地有气象记录以来的极值，具有 局地性、夜发性、短时强度大的特点，对当地的社会和自然环境造成了巨大的破坏性影响。 此次过程发6 小时累计降水中心从西北向东南方向移动，具有明显的局地性特征。 ( 2 ) 通过环流形势分析发现，此次降水发生在副热带高压与大陆高压断裂的大背景下， l o o h p a 的南亚高压稳定维持在8 0 - 9 0 。e 之间 ( 3 ) 对流层低层流场分析发现，低空受低空切变线、倒槽、热带低压以及西风带上的短波 槽等多种尺度系统的共同影响。 l o 第三章本次过程诊断分析 第三章本次过程诊断分析 形成暴雨的基本条件是有丰富的水汽、较强的上升运动和对流运动( 即需要不稳定能 量) 以及持续稳定的有利形势m 1 。中尺度暴雨的发生、发展，与大气环境中的一些大气物 理量场发生迅速变化密切相关，如涡度、散度与不稳定能量等。这些重要物理量的变化及 分布与暴雨产生的时间、位置和强度有着密切关系。特别是一些强降水的发生与低层辐合、 高空辐散及与之相伴随的垂直运动有着很好的对应关系。本章利用再分析资料来对此次暴 雨进行天气诊断分析，定量揭示暴雨过程中的主要物理量场变化，试图通过对描述动力场 变化的物理量计算，分析出与暴雨落区的一致性，并进一步分析暴雨发生的物理结构，为 掌握暴雨发生和发展成因提供可借鉴的依据。 3 1 雷达回波分析 通常某一地区的降水量r ：降水强度降水持续时间。如果降水量足够大，并达到暴 雨或大暴雨，要么降水强度大，即降水回波强度大：要么降水时间长，即该地区较长时间 有降水回波覆盖：或者两者结合。 从甘肃天水雷达回波图上看，强降水回波从西北向西南方向移动，与雨带的移动一致。 强回波在甘肃中南部停留约1 5 小时( 图3 1 ) 。2 0 1 0 年8 月7 日2 0 至2 l 时，雷达观测到 会宁和定西有降水回波，强度达4 5 d b z ；2 1 至2 2 时，降水回波开始向南移动，进入舟曲境 内并增强，2 2 时后达到4 5 d b z ；2 3 时后，强降水回波面积增大，强度超过5 0 d b z ( 降水强 度相当于每小时5 0 m m ) ；8 日o o 时3 0 分后，降水回波明显减弱。从移动方向上看，此次 强降水过程是从北向南迅速移动，并且降水地区较分散。从雷达回波来看，大于3 0 d b z 的 对流云团范围大约4 0 k i n 2 0 k i n ，属于y 中尺度。强降水时间主要集中在晚上2 0 时至1 时 之间。 图3 12 0 1 0 年8 月7 日夜间甘肃天水雷达观测舟曲降雨回波图( 转自文献h 3 1 ) & 2 0 ：3 2b 2 1 ：2 0c 2 2 ：2 0d 2 3 ：2 9 3 2 中尺度对流系统的发展 由每小时一次的f y - 2 e 卫星云图上可以看出，直接造成甘肃省南部暴雨的是中一尺 度对流系统。图给出了8 月7 日1 4 时至2 3 时的黑体辐射温度t b b 分布。从图可见，影响 舟曲的中尺度系统是从1 4 时开始在舟曲西面临潭、刚察和夏河地区的三个对流单体a 、b 、 c 发展而成，中心云顶温度最低为一4 0 ，而在甘肃北部和陕北开始形成弱的对流云带。见 1 1 南京信息工程大学硕士学位论文 图( 3 2 a ) ，这三个对流单体发展很迅速，达到中一系统的尺度，l 小时候后中心最低云 顶温度为- - 6 0 1 2 ，其中b 、c 的强度稍大，b 系统的移动和发展速度很快，并且逐渐向c 系 统靠拢，同时，甘肃北部的对流云带也逐渐向南压。到1 7 时( 图3 2 e ) ，b 、c 两个对流云 团外围云系已经相连，中心最低云顶温度继续降低至- 7 0 ，系统进一步加强，舟曲上空的 t b b 等值线非常密集，说明云体边缘陡直、对流非常旺盛，北边a 系统也开始发展逐渐向 东南方向移动。到1 9 时( d ) ，b c 两个系统已经完全合并，a 系统外围云系也到达甘肃西部 继续向东南方向移动从图中也可以看出，西南部一直有对流云系向甘肃省境内移入到 2 1 时，三个系统在甘肃南部打通合并，形成一个剧烈的中一口尺度对流系统，形成一条东 北一西南向的对流云带，云带上有三个中尺度对流系统，分别位于川宁交界处、甘肃中部部 以及甘肃东北部与陕西交界处，此刻，西南方的对流系统也发展成熟，为此次暴雨提供了 丰富的暖湿气流条件。到2 3 时，合并后的对流云系继续维持在舟曲县的上空，中心t b b 依然为- 7 0 随后，对流云团东移南压，强度进一步减弱，尺度也不断减小，此时的降水 也逐渐减弱。 可见，造成此次陇南局地强降水的中尺度对流系统活动可分为三个阶段，即：对流云团 发展阶段( 7 日1 4 1 6 时) 、中尺度对流系统成熟阶段( 7 日1 7 _ - 2 l 时) 以及对流系统消亡阶 段( 7 日2 2 时至8 日0 4 时) ，引发舟曲及岷县短时强降水的是一具有长生命史的中尺度对 流系统，它从启动、组织发展到减弱消失，持续约1 4 - - 1 5h ，陇南地区的短时强降水发生 在该中尺度对流系统减弱东移南压阶段，影响甘肃南部的时间仅2 3 h ，但降水强度大， 降水时段极为集中 图3 28 月7 日t b b 图像分布( 单位：) 乱1 4 时b 1 5 时c 1 7 时d 1 9 时e 9 1 时f 2 3 时 3 3 局地地形作用 地形和下垫面既能制约和改造大尺度环流系统，间接影响西北暴雨，又能改变局地环 流，直接影响暴雨过程。我国西北地区位于青藏高原的北部和北侧。青藏高原和帕米尔高 原连接在一起，横亘在3 0 4 0 。n 一带，成为世界上最大、最高的高原。它的平均高度超 过4 0 0 0 m ，把热带潮湿空气阻隔在高原南侧，把极低冷空气阻挡在高原北侧，并通过多种 动力和热力过程，影响西北各地的天气气候u 们 高原地形的动力作用在此次甘肃暴雨过程形成中起到不可忽视的作用1 。8 月7 日0 8 时( 图3 3 a ) ，甘肃省西北部有一中心最低气压为l o l 4 h p a 的地面高压系统，受其东侧外围 偏西北气流影响，冷空气逐渐东移南压。不断向甘肃省中南部移动，一地面低压系统从内 1 2 第三章本次过程诊断分析 蒙古中部向南伸至甘肃南部的舟曲上游。在青藏高原东侧有一个中心最低气压为1 0 0 7 h p a 的地面低压，而在甘肃省东部存在副热带高压以及热带低压系统，近地面受东南气流影响。 暖湿气流初步相遇，并在青藏高原大地形阻挡作用下沿高原东北侧下滑至甘南地区，形成 一条对流不稳定带，c a p e 值为2 0 0 4 0 0j k 菩1 ；7 日1 4 时( 图3 3 b ) ，来自内蒙古的低 压系统受高原东侧太阳辐射加热作用，地面气压下降，并在甘肃省的西南部形成一个中尺 度低压系统，同时甘肃南部的地面低压发展，地面冷高压外围的西北气流风速加大，冷空 气南下至甘南以北地区，与西太平副热带高压和热带低压外围的偏东、偏南暖湿气流交汇 加剧，对流不稳定明显加强，c a p e 值增至1 0 0 0 1 2 0 0j 蚵1 ，图上可以看到高于2 0 0j 蛀1 的区域向北扩大。到了2 0 时( 图3 3 c ) ，西北侧的冷高压系统继续向东南移动，甘肃省西 南部的中尺度低压系统有所减弱，但是受高原东侧地面热通量作用，在西南部激发了几个 零散的中尺度低压系统。来自东侧的偏东、偏南气流风速减小，冷暖空气交汇处的c a p e 值有所降低，这个过程为随后的暴雨储存了足够的不稳定能量和水汽条件，只要遇到有利 的形势即能发生暴雨。可见，高原地形的阻挡效应使北面冷空气沿高原东坡下滑，迫使冷 空气与来自东侧的东南暖湿气流正好在甘南地区相遇，为对流在该地区发展提供动力条件， 而且高原东坡的热力作用在对流发展和形成中也可能起重要作用。 图3 32 0 1 0 年8 月7 日0 8 时( a ) 、7 日1 4 时( b ) 和7 日2 0 时( c ) 的海平面 气压( 实线，单位：h p a ) 、c a p e 值( 阴影，单位：j k 9 1 ) 与地面1 0m 高度风场 ( 箭矢，单位：m s 1 ) 分布图 3 4 水汽条件 3 4 1 比湿 分析此次暴雨过程7 0 0 l p a 比湿场可以发现，从7 日0 8 时开始至8 日0 2 时陇南地区一 直为高湿区，q 均为大于1 2 9 i 【g ，从7 日1 4 时( 图3 4 b ) 开始舟曲县至岷县一带上空出现 等比湿线密集带，比湿最大中心位于四川省北部，到暴雨发生前的3 小时，如图3 4 c ，高 湿中心北移至舟曲县正上方，中心比湿最大值为1 3g k g ，甘肃中部的等值线密集程度加 剧，到8 日0 2 时( 图3 4 d ) ，北部的比湿密集带依然存在，但是密集程度有所减弱，此时 的舟曲至岷县一带的局地短时大暴雨过程减弱，舟曲县至岷县一带上空的比湿值有所减小， 但依然大于1 2 9 k g 。可见，当7 0 0 h p a 的比湿大于1 2 9 k g 时，有利于此次暴雨的发生，且 比湿密集带的位置与暴雨落区有很好的对应关系，暴雨发生在比湿密集带附近与偏高值一 侧的地区。 图3 47 0 0 h p a 比湿场分布( 单位：g k g ) a 7 日0 8 时b 7 日1 4 时c 7 日2 0 时d 8 日0 2 时 1 3 南京信息工程大学硕士学位论文 3 4 2 水汽通量 水汽通量，即在单位时间内流经某一单位面积的水汽质量，其物理意义为每秒钟对于 垂直于风向的、一厘米宽、一百帕高的截面所流过的水汽克数，表示水汽输送强度的物理 量，其单位为g c = - 1 h p a - 1 s 1 ，通常用来判断水汽来源，水汽的输送方向和强度以及与 环流系统的关系等一般所讲的水汽输送是指水汽的水平输送，用水平的水汽量表示其强 度，风的方向即水汽输送的方向。从风场图上可以看出，西北地区的水汽输送有两支，分 别为副高西侧以及大陆高压东侧的偏南气流，以副高的暖湿气流为主要输送通道。 7 0 0 h p a 的水汽通量场图上可以看出，从6 日0 8 时至7 日1 4 时，甘肃东部一直存在着 密集的水汽通量等值线，表明水汽充足如图3 5 a ，在6 日2 0 时，甘肃省东部的水汽通 量中心值为1 2g c m h p a 1 s d ，并持续增大，在7 日0 2 时达到水汽通量极值，为1 4 g c m - - = h p a 1 s - 1 ( 图略) 。在7 日0 8 时( 图3 5 b ) ，水汽通量值有所减小，但是中心值 依然大于1 2g c m - 2 h p a - 1 s ，到7 日2 0 时( 图3 5 c ) ，两高压断裂，东部的水汽通量 中心向西边移动，位于鞍形场上的甘肃省南部的水汽通量开始增大，舟曲县东部有一个6 g c b - - = h p a - 1 s 。1 的水汽通量中心，定西市附近也有一个大小为8g c m - h p a - 1 s - 1 的 水汽通量中心，为暴雨落区提供了充足的水汽条件 从风场上发现，5 日2 0 时河套地区开始受大陆变形高压与热带低压外围气流影响，河 套地区处于偏东、偏南气流控制，将热带洋面上的水汽源源不断地向甘肃省中南部输送， 在8 日0 8 时，风场迅速减弱，此时暴雨亦减弱( 图略) 可见，中低空的偏东偏南气流将 热带太平洋洋面上的水汽提供给甘肃地区，太平洋为此次暴雨过程的主要水汽来源。 图3 57 0 0 h p a 水汽通量场( 实线；单位：g c = - 1 h p a - 1 s - i ) 和风矢量 场分布( 风矢；单位：皿s ) & 6 日2 0 时b 7 日0 8 时c 7 日2 0 时 3 4 3 水汽通量散度 水汽通量的数值和方向只表示了该地区的水汽量的大小和水汽来源。在做降水成因分 析时，还要进一步考虑从各个方向输送来的水汽能否在某地集中起来，那么则要分析水汽 通量散度。它的物理意义是：在单位时间里，单位体积( 底面积1 厘米2 ，高1 百帕) 内汇 合进来或者输送出去的水汽质量，其单位为g c m - = h p a 1 s - 1 ，通常用来定量地判断水汽 在某一地区的辐合和辐散情况，是诊断降水的条件之一 7 日0 8 时( 图3 6 a ) ，陇南地区上空为水汽通量散度正值区，为弱的水汽通量辐散， 在其东北侧和西北侧分别有一个水汽通量散度负值中心，中心值为- 2x i o t g c m - 2 h p a 1 s - 1 ，到了1 4 时( 图3 6 b ) ，西北侧的水汽通量散度中心向东南方向移 1 4 一 第三章本次过程诊断分析 动，甘肃西南部迅速转为水汽通量辐散，中心最大值为_ 4 l o g 一h p a - 1 s ，这与 暴雨落区的变化方向一致。到7 日2 0 时( 图3 6 c ) ，水汽辐合程度加强，并且在甘南和定 西两市出现了很强的水汽通量辐合中心，与暴雨的形态很相似到8 日0 2 时( 图3 6 d ) ， 定西和陇南舟曲上空的水汽通量转为辐散，强降水减弱。以上分析表明，水汽通量散度的 移动变化与暴雨落区的变化一致，且暴雨发生前1 2 小时水汽迅速辐合，并且在暴雨过后迅 速辐散，预示着此次暴雨的短时局地性。 图3 67 0 0 h p a 水汽通量场散度( 实线：单位：1 0 - 7 9 e m - 2 h p a - 。s - i ) 和风矢量场分布( 单位：m s ) 乱7 日0 8 时b 7 日1 4 时c 7 日2 0 时d 8 日0 2 时 3 5 涡度与散度分析 涡旋运动是大气运动的基本特征，实践证明，涡度场可以很好的描述大气运动的本质。 从沿1 0 4 。e 的涡度剖面图上可以看出，6 日0 8 时，3 9 。n 以南的低层处于正涡度区， 正涡度中心位于3 8 。n 上空8 0 0 h p a 处，高层为负涡度区，暴雨落区上空的涡度值为1 1 0 弋q 左右( 图略) 。随后，暴雨区上空的正涡度不断增大，北侧的正涡度中心逐渐南移， 正值中心消失，强度减弱，到了7 日1 4 时( 图3 7 a ) ，3 8 。n 上空8 0 0 h p a 处有一个- 6 1 0 弋1 的负值中心，暴雨区上空低层的涡度增大至4 x1 0 气，有正涡度平流。高层则持续处于负 涡度区，可以看到，在暴雨落区上空的高层3 5 0 h p a 附近生成了一个弱的正涡度区域。随后 的7 日2 0 时( 图3 7 b ) ，3 5 0 h p a 处的弱正涡度区发展成一个较强的正涡度中心，中心值为 4 x1 0 - * s ，6 0 0 h p a 以下为正涡度区，往上直到5 5 0 h p a 为负涡度，2 5 0 h p a 至5 5 0 h p a 为正 涡度，对流层顶为负涡度控制，且强度达到- l o x1 0 - 5 s 一，这样，垂直方向的涡度构成了一 个。+ - + - ”的格局，暴雨中心北侧3 6 。n _ 3 9 。n 整层均为负涡度，这种结构有利于暴雨区 上空垂直运动的发展，且7 0 0 h p a 以下在正涡度平流作用下，低层减压有利于低层强辐合产 生。 图3 7 涡度沿1 0 4 。e 的垂直分布( 单位：l o - s s 。1 ) a 7 日1 4 时b 7 日2 0 时 散度场亦能很好地表征大气的辐合辐散状况。 从散度场的垂直剖面图可以看出，7 日1 4 时( 图3 8 a ) ，暴雨落区上空低层7 0 0 h p a 以下和3 5 0 h p a 有弱的负散度区，气流辐合，在6 0 0 h p a 和1 5 0 h p a 附近为正散度辐合区，气 流辐散，这样在暴雨区上空就呈现一个“_