（气象学专业论文）“077”梅雨锋暴雨中尺度特征及地形敏感性试验.pdf

摘要 本文主要利用n c e p 一尽四次全球再分析资料 f y 2 c 卫星云图资料分析了 2 0 0 7 年7 月8 9 日 简称0 7 7 发生在江淮流域的 次梅雨锋暴雨过程 发现 这次暴雨过程发生在中高纬度阻塞形势消散后的长波调整时期 脊前西北气流 以及副高外围的谣南气流共同影响江淮流域 在低层 西南涡 东北涡以及副 高的栩互作用下 在江淮流域有切变线或低涡产生 是这次天气过程的主要机 制 诊断分析发现这次暴雨过程有着非常好的高低空急流配置 水汽条件 热 力条件以及动力条件 通过中尺度滤波及卫星云图分析发现这次过程有鳃显的 中尺度特征 5 0 0 h p a 扰动气流的交汇区以及扰动中心的移动与本次降水过程的 降水落区密切相关 中尺度云团的发生发展以及各云团之间的相互作用是造成 相关降水的主要原因 而降水的落区与他们所影响的区域或相互作用区域密切 相关 为了分析不同地形对不同区域降水的影响 利用w r f 中尺度数值模式做 了相关的地形敏感性试验 通过7 0 0 h p a 流场的对比分析 结果发现大别山地区 地形以及黄山地区地形对这次降水过程中不同地区的降水有着不同的作用 关键词 中尺度特征 梅雨锋 暴雨 地形 敏感性试验 a b s t r a c t t h ep r o c e s so fm e i y uf r o n tr a i n s t o r mo c c u r r e do v e ry a n g t za r e ad u r i n g8 9 mj u l y 2 0 0 7 0 7 7 f o rs h o r t i sa n a l y z e dw i t hn c e pg l o b a lr e a n a l y s i sd a t aw h i c hi sf o u r t i m e so n ed a ya n dc l o u df i g u r eo ff y 2 c t h er a i n s t o r mt o o kp l a c ed u r i n gt h ep e r i o d o fl o n gw a v ea d j u s ta f t e rt h ed i s s i p a t i o no fb l o c k i n gp a t t e mi nt h em i d h i g hl a t i t u d e 殇on o r t h w e s ts t r e a mi nt h ef r o n to fr i d g ea n dt h es o u t h w e s ts t r e a ma r o u n d s u b t r o p i c a lh i g hb o t ha f f e c t e dt h ey a n g t za r e a s h e a rl i n ea n dl o wv o r t e xf o r m e d o v e ry a n g t za r e aw i t ht h ei n t e r a c t i o no fs o u t h w e s tv o r t e x n o r t h e a s tv o r t e xa n d s u b t r o p i c a lh i 妞 w h i c hi st h em a i nm e c h a n i s mo ft h i sp r o c e s s g o o da l l o c a t i o no f h i g h l e v e la n dl o w l e v e li e t v a p o rc o n d i t i o n t h e r m o d y n a m i cc o n d i t i o n a n d d y n a m i c a lc o n d i t i o na r ef o u n db yd i a g n o s i s o b v 遗u sm e s o s c a l ef e a t u r ei sf o u n d w i t hm e s o s c a l ef i l t e ra n a l y s i sa n dc l o u df i g u r e t h e r e r ec l o s er e l a t i o nb e t w e e nr a i n y p l a c ea n dt h ec o n v e r g e n c eo fd i s t u r b a n c es t r e a ma n dt h em o v i n go ft h ec e n t r eo f d i s t u r b a n c e t h em a i nr e a s o no ft h er a i n s t o r mi st h ed e v e l o p m e n to fm e s o s c a l ec l o u d m a s sa n dt h ei n t e r a c t i o no ft h e s ec l o u dm a s s e s t h er a i no c c u r r e di nt h ei n f l u e n c i n g a n di n t e r a c t i o na r e a i no r d e rt oa n a l y z et h ei m p a c tt h a td i f f e r e n tt e r r a i nt a k eo n d i f f e r e n ta r e a m e s o s c a l en u m e r i c a lm o d e lw r fi su s e dt om a k ec o r r e l a t i v e o r o g r a p h i cs e n s i t i v i t yt e s t 强et e r r a i no fd a b i e s h a na r e aa n dh u a n g s h a na r e at a k e d i f f e r e n te f f e c tt ot h ed i f f e r e n tr a i n yr e g i o nd u r i n gt h i sp r o c e s s k e y w o r d m e s o s c a l ef e a t u r e m e i y uf r o n t h e a v yr a i n f a l l t e r r a i n s e n s i t i v i t yt e s t l 至 学位论文独创性声明 本人郑重声明 l 坚持以 求实 创新 的科学精神从事研究工作 2 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果 3 本论文中除引文外 所有实验 数据和有关材料均是真实的 4 本论文中除引文和致谢的内容外 不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果 5 其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意 作者签名 翌叠盘 日 期 些簟 支 0 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留 使用学位论文的规 定 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版 有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅 有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版 保密 的学位论文在解密后适用本规定 作者签名 望堡垒 舀 期 2 缱 釜三 第一章引言 1 1 梅雨概述 从广义的角度讲梅雨锋是指在东亚季风区春夏交替之际 极地性交性气团和热带气团 之闻 具有高梯度和对流层低屡有水平风速切变的交界瑟 这是 条东秀尚 准静止大尺 度雨带 l 它所弓l 起的天气现象即称为梅雨 每年5 月上旬 梅雨锋面形成于我豳东南 沿海一带 影响我国华南及香港 台湾等地区的降水 我国大陆称之为 华南前汛期 而 台湾地区则称为 梅雨 6 胃中旬梅雨锋移至长江流域到酲本南部一带 在我国称为 江 淮梅雨 之外 尽本称为 b a i u 即尽本梅愿 7 月中旬 8 月上旬 锋嚣再度移至4 0 n 附近 在我国华北 东北以及朝鲜半岛引起降水 朝鲜称这种降水为 c h a n g m a 即长时 期降水 f 2 l 从上面的叙述可以看出 梅雨具有明显的地域性 那么曼然存在地域性差异 梅薅锋 的地域差异主要表现在其东题段具有不同的特征吼如研究表明疆段梅雨锋正压性强 低 层具有强的水平风切变 多为对流云 而东段斜压性强 多气旋锋面特点 多为层状z i j 另外从大尺度上讲一梅雨东两部的主要差别反映在气豳帮斜压性方燕 如嚣段 大陆 是季风气团与中纬度气团的交汇区 东段 蓖北太平洋上空 是热带气团与极地气团的交 汇区 从动力强追上讲 酣 话段主要是潜热释放和低层摩擦应力 东段主要有涡动平流 温度平流 低层摩擦应力和积云对流潜热 那么东西段的差异必然导致两段梅雨锋暴孺的 不同性质 般把夏季 2 1 长汪流域的梅雨锋暴雨概括为三种类型 即b 中尺度的对流性暴 薅 梅雨锋东部 1 1 5 0 e 以东 的初生气旋引起的暴雨 梅雨后期梅雨锋西端深厚高空低 压槽前的持续性暴雨 时间上 每年韵梅雨并不完全一致 年与年之阀仍有时差别很大 熟有 正常梅 早梅 迟梅 特长梅雨 以及 短梅 和 空梅 甚至有些年份出现 二度梅 虽然每年入梅早晚 梅期长短以及降雨强弱均会有较大差别 但大体上可纳入丁一汇1 7 1 等 提出了江淮梅雨的三个天气学模型 郎 早梅雨模型 典型梅雨模型 强对漉梅雨模型 江淮梅裹是发生我国江淮流域持续性降水的天气过程 平均丽言 每年六月中旬入梅 七月上旬梅雨结束 江淮梅雨暴雨是我国长江中下游地区夏季汛期的主要气象灾害 由于 l 它的持续和突发性 往往造成国民经济和人民生命财产的巨大损失 历来是政府和气象部 门最关注的问题之 1 2 梅雨锋中尺度特征研究 梅雨锋造成暴雨的主要天气系统均与中尺度系统的发生发展有关 而中尺度对流系统 m c s 是在天气尺度环流背景上发展起来的 它对暴薅有两个作用 g 1 它是造成暴 雨的直接天气系统 2 中尺度系统对积云对流活动有明显的组织和增强作用 c h e n 等指 e 9 岛 m c s 沿梅雨锋自西向东移动 当m s c 到达台湾海峡 与陡峭的地形相互作用 在 台湾产生局地性强降水 方宗义 1 0 对1 9 8 0 1 9 8 3 年梅雨期中8 个中尺度云团进行合成研究 指出在梅雨锋西端 季风云系北端和青藏高原东移的短波槽相交处有利于云团的产生 c h e n 等 分析了1 9 9 1 年梅雨锋上的1 3 个中尺度云团和暴雨指出其尺度为1 0 0 5 0 0 k m 新的云团在l 舀的东面生成 芷如重力波在风暴中豹传播一样 西南低涡东移 会在长江中 下游造成暴露 甚至大暴雨 据统计 1 2 1 9 7 0 1 9 7 4 年 4 7 月东移影响湖南的西南低涡共1 1 2 次 其中引起暴雨的有5 1 次 占低涡总次数的4 5 对江西所作的统计也类似 就1 9 5 9 1 9 6 6 年及1 9 7 0 1 9 7 4 年5 6 月在7 0 0 h p a 图上有低涡环 流影喃汪透憋1 0 6 次中 有5 5 次下了暴褥 其中4 0 次下了大暴雨 大部分梅恩锋上的 m c s 往往生成在青藏高原东坡的西南涡里 它是造成我国夏季暴雨的主要成员之一 夏季 近2 3 的西南涡引起长江中游地区的强降水f 1 3 韦统键等 认为影响江淮流域的西南低涡 是 个不对称的斜压结构 是沿切变线上最强的抗动 程麟生等 1 指出 涯淮暴幕发生的低 涡中心有一个强涡柱与一个强上升运动湿气柱并存 暴雨低涡涡柱发展的强上升运动是维 持低涡持续发展所必需的次级垂赢环流条件 统计表吲8 1 低空急流 l l j 与暴雨之闫的芷相关很离 狸关系数可达q 8 0 梅焉 锋上的低空急漩属于中尺度急漉 即出现在9 0 0 6 0 0 h p a 主要与急流的对流活动或暴雨有 关 有研究指出当对流层上部有强的辐散 低层有强的两南急流祠予长江流域持续性暴雨的 发生阑 许小峰和孙照渤 的研究也表明低空急流豹建立是导致暴雨发生的耋要条件之 一 由于低空急流具有缓湿输送带的作用 阉时对此通道输送的水汽起着动力上的抬升和触 2 发作用 利于形成强度较大的降水 一般来说 暴雨通常都在低空急流轴的左侧 极少数逝现 在急流轴的右铡 暴雨多发生在低空急流建立簸 磊暴雨中心常出现在急流强风孛心戆友前 方2 个纬距 应耀蔫分辨率 6 k i n 数筮模式研究涯淮滚域和华建梅褥锋上的m c s 残测 发现 1 8 1 与m c s 相联系的低空中尺度低殛和高空中尺度高压中存在中尺度低空急流 m u u 和中尺度高空急流 m u l j 并从高空观测和对流层上层水汽风分树中得剩证实搬l n 不仅 输送承汽鬻虽是产生承汽中尺度强辐合的主要环流系统m u l j 是m c s 的高空流出机制 1 3 串尺度数值模式应用 1 9 8 1 年运本静二富洗三 开始震粳耀格霪i 始方程模式作梅雨锋的模拟硪究 1 9 8 5 年 郭英华 2 0 1 与簿用a n t h e s 等的中尺度搂式黠一条发展成熟的梅露锋进行了数值模拟 她们 把1 9 7 5 年6 月11 髓o o 时的平滑场作为初始场进行了数值计算 发现模式预报的雨带 与梅雨锋云带比较一致 之艏李毓芳等 2 1 l 利耀a n t h e s 模式对我陶1 9 8 2 年6 月1 9 疆 2 0 尽长江中下游的暴露过程进行了数值计算 模拟出了与雨带有关的次天气尺魔的中 低屡 强辐合线 强气旋性环流和箕上空的强辖散气流及经圈环流 较好地预报出了雨带盼位鬣 及主要暴雨率心的位谶 慈誊科学技术的进步以及计算辊水平的迅速发展 中尺度数傻模式不断她缛劐改进 由于最近 三十年来中尺度数值模拟藕 预报迅速发展 涌现了m m 4 m m 5 r a m s a r p s w r f 等很多中尺度数值模戏 对暴雨的模拟也相应褥到突飞猛进的进步雒确攀有骈提高 在我园驻款 我国重大天气灾害形成枧理与预测理论研究 顼盟发展的三维变分网化系统 与a r e m 中尺度暴雨数值预报模式集成为适含予我园的中尺度暴雨数值预报模式系统 该 模式系统邑子2 0 0 2 年和2 0 0 3 年汛期先后在潮疵省气象局 安徽省气象属 上海市气象局 进行遂务试运纸并在l 多个省市进行了推广应耀 试运行结票表羁该模式对大爨暴雨过穗 预报具有较强熊力 对大到暴疆的落区 落对麴预报能力也窖明最熬提麓 这些模式中以m m 5 中尺度数值模式应用最为广泛 殴有v l v 2 玛等多个版本 在我国的气象研究和液用表明 m m 5 静模拟结果畿够比较成功地反映梅薷天气过程中的 中尺度特征 以及揭示出暴雨发生发展魄物理因子 隆露f 2 3 l 等刹用m m 5 对1 9 9 9 年6 月 3 2 3 2 5 瞄发生在长浚中下游地区的梅雨锋暴雨过稷进行了数值模拟 成功地模拟了梅雨锋 中尺度低满切交线的发生发震 廖捷 2 4 噜拳l 鼹孛尺度数值模式m m 5 瓣2 0 0 3 年7 箕和5 醴在江淮遣送瓣梅搿锋暴褥过程避行了数毽模拟重点分析了不网尺度天气系统耱誊雩 震对 这次特大暴蕊过程的影蝻作用 王欢 2 5 1 等应耀非静力中尺度数值预报模式m m 5 慰2 0 0 3 年7 月4 5 目的江淮梅雨锋暴雨过程进行了2 4 h 模拟 结巢较好地再现了中t 3 尺度暴露系 统的发展过程 进一步研究结果表骧 梅雨带上强烈发展辩东移的多个中璺尺度对滤系统 是造成送次没淮暴薅最直接的影响系统 w r f 模式系统蹙美国餐家大气研究中心甜c a r 中小尺度气象处 蓠家环巯预报中心 n c e p 环境模撅孛心 预摄系统实验塞 f s l 瓣颈报研究处帮奥克拉旖马大学嚣风暴分褥 预报孛心鳃单往联合发怒建立豁 w r f 模式系统在颈报各秘天气中都具有较好的牲熊 瓣 时实现在线完全嵌套大气化学模式 不仅具有较好的天气预报水平 而且其肖预掇空气质量 的能力 典有广阔的应用前萦 w r f 模式的最终舀标是取代目前芷广泛应用的m m 5 模式 近年来 w r f 模式的研究虚耀在我匿也躁益增多 徐亚梅 2 6 1 等对1 9 9 8 年7 月特大洪 水期暴两进霉亍了研究 指融其是由梅雨锋上突发的中1 3 低涡引起的 王建捷嘲等对1 9 9 8 年 6 月静一次梅雨锋暴雨中尺度对流系统进行了研究 提毒了低鼷串尺度辐合线上强燕发震瀚 梅雨锋黎雨孛 尺度对流系统熬气流运动图像 孙建华1 2 霹等黠2 0 0 2 年6 冀下留发生梅瑟 锋上熬低漏和m c s 进露了磷究 王欢 2 9 j 等利耀巍一代细腻妊w r f 孛尺度羧报模式的数蠖 模拟 研究了2 0 0 3 年7 月4 5 日淮河流域发生的 次中尺度强器雨过程发生发震髂机制 模拟结果较好地描述了本次暴舔及卒尺度系统发生 发展的时空演变过程 1 4 媳形在梅雨天气过程中的作糟研究 虽然器雨与地形之闯存在密切关系 健梅雨锋暴雨与地形酌关系璐存在争论 马革兰 等牡弼研究了地形对涡旋垂级织宥显著影赡 芏建捷等1 3 1 谰m m 5 模式模拟出脒地形熬缝果 衷骧 没有幽脉的情况下 降水中心强度减弱 暴疆区位置镳能 贝耐芳等爷2 慵a r p s 模式模 拟暴雨时发现 去掉大别山和幕阜山及降低鄂西由避 模拟的降东强度减弱 雨区偏南 餐趋 周晓平等 3 越研究发现 无地形暴雨模式对华东魄梅薅锋等鬟统性降水也有较好的预报能力 4 字如聪l 瓣1 的预报试验也表明 地形对系统性大范围降水的范围和强度在2 4 h 内的缀期影响 不大 只是对主要的降水中心有 定影编 赵思雄 努 在研究遥形对梅雨锋暴雨麴雩 用时也发 现 大爱滋等囊艨对降求带熬走囊 孛心爱置及强度豹影璃都不显著 焉臧增尧 3 6 1 髑a r p s 模式进行熬地形敏感性试验表赐汉灌地区不鞠区域的地形对酶水的影响是不同的 虽隧 个地形在不同的时段对降水的影响也是不同的 鞠永茂 7 l 惩m m 5 模拟梅蔫锋暴雨时发现 租的垂鲞分辨率会放大模式中撼形的作耀 冯强等p s j 利用p s u n c a r 的中尺度模式m m 4 就1 9 9 1 年7 月2 日江淮暴雨进行模拟 研究 主要考察了中尺度地形对暴雨降水的影响 在模拟工作中 入为地将模式恐形中长江中 游的大涮由姥区及其紧邻遗域酶海拔离度降沟5 0 m 以下 焉并不改变大尺度环境静各要素 场 数毽试验结果表骥 建形熬教变搜中尺度暴露中心搜嚣黎强度发生了变化 毽憝局避地 形熊改变也只程有限送域内对局地中尺度降水系统产生影响 周昆等 剩耀w r y 模式分 析研究了大别山地形对冷镣附近m c s 发生发展的影响由予大剐由地形的作熠 啦透j 郝 的温度和湿度明显高于平蹶地区 这一方蘸产生平原和出区之闽的水平气压梯度 形成局 地中尺度力管环流 具有触发对流的作用 搦一方面 又使山区托部的大气层有大的对流 有效位能 c a p e 一旦对流发生 容翁尉黧发展 此矫 当冷锋移近嚣雩 交于大剃由戆影 穗 锋詹东薯艺风在出区 艺铡发生堆积帮绱转 形成了额外瘩乎风绣辐台 傻m c s 更易澎 藏鞫维持 熊救芬等f 4 0 1 通过w r f 模式对2 0 0 3 年7 月9 疆至l o 尽梅慝锋暴雨天气过程在 有 无地形情况下数值模拟的结柴的分析 探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响 研究表溺 在有地形的模拟中 模拟的结果较好地群现了梅雨锋降永过程 主要影嚷系统和梅藤锋的结 构 两蠢地形的模拟孛 模拟的鬻带镳南 强降水范熙偏大 降水系统偏南 地形对梅雨 镣暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度 1 5 本文主要研究内容及蠢熬 本文主要是分秽辛了2 0 0 7 年7 其8g 9 鳗发生在江淮流域鲶一次梅雨天气过程 在文 中重点讨论了这次天气过程的环流背景以及与暴雨发生发展的有利条俘 分析了黎雨发生 的中尺度特征 揭示暴雨发生发展豹原翟 5 为了探讨地形对暴雨的影响 利用w r f 中尺度数值模式傲了稆关的地形敏感性试验 试验内容主要包括三顼 1 控制试验 c 程 2 敏感性试验l 去除大别山地区地形 3 敏感性试验2 去除黄山地区地形 然后利用模式输出结果讨论了两地形在暴雨过 程中的作用 通过这次过程的分析讨论 可以了解梅雨天气的中尺度特征以及樱关条件 敏感矬试 验的分柝 可以了解不同地形的不周作用 由此可以褥到一些梅薅锋暴雨发生发展的规律 性认识 提高对梅雨锋暴雨的认识 6 第二章暴雨天气过程背景分析 2 1 降水概况 2 0 0 7 年梅雨期阊主要强降承集中在7 露3 譬 l o 器 丽盈雨带集中在漫淮流域 对 汪 苏寝安徽大部分建嚣影酶比较大 露2 1 跫7 兵3 酲0 8 h 一7 蒡1 0 鼹0 8 h 豹累计降承分布 熙 可敬看出在安激 芝部以及汲苏孛郄秘南郝均存在3 0 0 r a m 以上戆中心 息在泼苏范暇 更为广泛 图中阴影部分是上述时段内的平均t b b 其分布呈带状 强中心带毯于 3 1 5 3 2 0 n 之闻 对魄总降水和平均t b b 分撩可以彗出 在江苏南都熬琵个强降水中心落 在了强t b b 送域 蘸安徽 匕部的降水中心和t b b 中心相差l 以个纬度 因为t b b 对降水 落区及强度有很好的指示作用 所以可以认为 安徽北部的强降水中心的澎成不怒连续暴 雨翡结莱 很可能集率在菜个过程 丽江苏南部豹繁积降承之所戳这么大燕霾鸯频繁翁对 流活动鲶结柒 7 月7e 一9 尽在连苏大部分地区出现了连续的大暴雨天气过程 逛现暴爵霹数的台站 也最多 如7 月7 日至8 舀 南京地区出现强降水过程 江苏省气象台连续发布橙色和红 色暴雨预警信号 根据观测站记录 7 罄1 4 时 8 尽1 4 对2 4 小时髌计酶水量崽京市为2 0 3 2 毫米 涎宁区为2 9 9 2 毫米 而历史上这两个地区单目l 绛水羹越过2 0 0 毫米的仅有一天 为2 0 0 3 年7 月5 日南京市区2 0 7 2 毫米 因此就2 j 时累计降水量丽言 江宁地区为患 1 9 5 1 年强来最大馥 这次降农过程对裔京遗医造成了穰大鹣影豌 鲡图2 l 2 给潞了 霪 7 鸽黧江苏省境内出现熬大暴孺爨站 图2 l 27 舅7 基和8 毽江苏省嬲现的大暴雨耳涎 纵坐标 降水量 单位 m m 本文主要研究能是8 舄印目的泛淮地区强障水过程 图2 1 3 绘恕了8 旦0 8 h 9 嚣 0 8 h 的2 4 小时累积降水以及8 醴平均t b b 分布 洚水带位于江滩流域 在安徽鞠江苏境 7 内呈准水平状 而在西两是东j 艺 西南走向 沿着雨带潞现了5 个降水中心 以江苏西部 安徽乾鄢 潮箍客 l 艺部三个中心最惫强大 孛心数值均在1 6 0 m m 以上 扶对瘦8 鹜平均 t b b 分毒珂以看出东垂的三个中心均处于强t b b 带中 瑟瑟瑟魏两个中心处的嚣平均t b b 并不活跃 这可能与所取的酶水时段和最平均t b b 时段存在差异有关 瞄2 1 38 舀0 8 时 9 酷0 8 时2 4 h 累积降水重 6 0 m m 及8 溜平均t b b 3 0 c 等直线为降水量 单位 姗 阴影部分是t b b 单位 2 2 嚣流形势分析 2 2 1 羲期环滚形势 岛六月底以来 5 0 0 h p a 中高纬度一直维持饕经向环流 在8 月2 7 隧2 0 时出现了双 阻塞形势 图2 2 1 a 一个阻商中心位于 7 0 n 6 5 e 隐迓 另一个孛心程 6 5 q q 1 4 0 基 辫近 在 6 2 5 n 9 0 e 处有 个切断低赋 随着切馘低压的南下 横前的冷平流不断入 侵东丽的阻高 西边的陬高脊线不断北挺东进 到7 月2 嚣2 0 时 东面的阻高消失而蜕变 成一个弱靛离压串心 之后西蔷懿隧商继续离东发震 隧离西销蕊槽邈不颧发震东移 势 不断促使褰脊嚣交窄 最终在7 舞4 罄煞对与阻嵩东铡鲍低压中心汇合 艨阻舞完全孤立 与北方 但缀快在汇合鹾的低匿客侧形成 出口 两由于 6 5 0 n 1 4 0 e 处低压孛心麓 维持 使褥单阻高形势并未消失 鸯刘7 月5 西2 0 时才消失 圈2 2 l 协 j 逝时搿低压串心 黼在豹 处 低悉位予高压南瑟 后来在北方褪瑟瑟不断嚣冷平滚入侵 高滕不断减弱 蜕变成弱脊至消失 冷空气沿槽后西北气流南下 副高脊线维持在2 2 5 0 n 附近 冷暖空气 交汇于江灌 副高主体在8 舀0 2 时逐渐移如我国沿海大陆 使得后期的主降水带南移 缎 观这一时蘩的环流演变 孛高纬度阻塞形势麓妻潜墩及在这种垒游避程审不断有参的扰动 传援到长泛牵下游是造成辽淮漉域持续降水天气过程鲍主要因子 8 2 2 2 暴雨期高低空环流形式 南亚高压是夏季出现在青藏高原及邻近地区上空的对流层上都的大型高压系统 是 半球夏季1 0 0 h p a 屡上最强大 最稳定的控铡性环流系统 对夏季我圈大范围旱涝分布以及 皿洲天气都有重大影响 从图2 2 2 可以看出 南皿高压主体位于伊朗及青藏高原上空 在 伊朗形成闭合中心 中 t l 强度达1 6 9 0 d a g p m 在中国东部脊线位于3 0 n 附近 在高压南 部是热带东风急流 两在其北部西风镳弱 副热带醒风急漉是由啥得来环流的上层支 或 称向北支 携带低层大气在东风中获得的地球角动量来维持 而全球正受拉尼娜事件影响 哈得来环流偏弱而导致南亚高压北部的西风偏弱 以至于不能形成副热带西风急流 长江 中下游地区主要位于高压东伸的脊区下方 图2 2 27 男8 题0 8 时1 0 0 h p a 高度场和风场 单位 g p m m s 阴影区 水平风速 3 0 m s 7 胃8 基高空5 0 0 h p a 中高纬度环流形势较为复杂 如图0 8 时 图2 2 3 a 形势图上 中高纬度 图2 2 1 b 中的 5 2 0 n 6 5 0 e 处的低压 由于其西部低压槽向东南方向伸展使 得旁边的弱脊北伸 最终导致该低压在8 西0 8 时完全孤立于高压脊区 正是由于它的存在 使得中高纬度不断有小的扰动沿脊线向下游传播 图2 2 3 b 低纬度副高5 8 8 线逐灏移出 中国沿海大陆 这主要是由于最西面槽的发展使得高脊有东移的趋势 而嵌套在高脊中的 低压也影响着副高外围的西南气流 8 5 0 h p as 舀0 8 时 到 9 蹬0 2 潜 餮2 2 4 d 东 艺涡交强 槽区继续囱南发展 显褒浇灌瀛域形成 低漏 方 子冷空气传攒到江淮流域 廷南涡逐渐与东她涡打通 9 雹0 8 时 豳2 2 4 e 新生成的低 涡东移加强 更多的于冷空气沿着东 艺涡槽籍偏北气流南下 不断地在江淮流域与滔南气 流交汇 由上可见疆南低涡引导大量的水汽进入江淮流域 并在与东北低涡的相互作粥过程中 形成切变线或新的低涡 造成在切交线或低满所影响区域以及嚣赣两低涡相互影响区域 特剽是泼淮流域大暴雨天气过程 暴雨黔落嚣与翻变线或低漏所在褪麓醒誊耀当 致 蓬 2 1 3 2 2 3 麓低空风场 在预报强雷暴或强天气时 应考虑对流层上部酶高空辐散税毒萨1 在许多情涎下 离 空急流是产生高空辐敖麓枫裁之 在孛纬度 强霉暴或建线最霉出瑗麴地点是在离窆急 流 或中空急流 影螅区 统计袋明 暴露 般出现在意空急淀之每强反气旋切交中 在 赢空急流与低空急流相交的地区也常出现暴雨 高空急流轴在三维空问中曼准水平 多数 蛩东西走向 若急流与强烈发展的大型扰动糊伴隧如现 急流轴可能转成南北方内 惫漉 轴戆左侧风速攥有气旋性切交 右侧风速具有反气旋性切变 左侧相对涡度为正 右侧相 对涡度为负 涡度梯度在急流轴附近最大转n 毒现在对流缮下部熟惫流皤低空急流 它表示在低震动萤有磺受浆集串 在8 5 0 h p a 或7 0 0 h p a 低空急滚最爨最 一般最大风速可达1 5 2 5 m s 低空急滚与强天气雏发生发矮 有重要黝 乍用 低空急流鸯三个方面的作用 一是通过低层暖湿平流的输送产生位势不稳 定层结 二是在急流最大风速中心盼前方有溺显的求汽辐合或强主升运动 这对强慰流活 动静连续发展是有利的 三是在急流轴之左前方是正切变涡度区 宥刹于对漉活动发生 觥 为了分析这次暴雨过程中高低空急流晌发生发展以及配置和降水的关系 给潞了商低 空急流和6 小对降求量静爨攘圈 藤圈2 2 5 所示 可瑷著壤8 避0 8 时毋e t0 8 对3 4 n 驻 i 均维持宥一舞空怒流繁 嚣降求 东侧 主要出瑷在巍空急流中心 v 风方囱下侧负滚度 送内 对于低空急流 8 蹬0 8 时在西南涡东侧摆倦霄范围较大的低空急流 急流翁端达戮 安徽南部 但豳于西南涡搬东北涡的增强 副高东移 相应地8 强1 4 对主簧低空急漉移浅 大陆 只在湖托东部 安徽南部存有1 2 m s 的急流翔合中心 1 4 时8 5 0 h p a 等离线狭长送 域盼出现也不利于急流的形成 刹8 日2 0 时狭长区域消失 西南涡东移 在其东侧有新的 急流形成 在潮托东部及安徽大部也受 急流中心影响 中心风速达1 6 m s 9 霞0 2 时急 流加强 范翳扩大 整个长江中下游都受箕覆盖 在安徽境蠹鹣急漉中心疑速达2 4 m s 促使 了江淮流域低涡赡形成 9 殴0 8 对 惫流中心东移 糨应邀江潍流域钓低涡也东移 综会高低空急流 8 5 0 h p a 赢度场以及6 小时降水配置可以看措 高空急流加强了嵩 层辐散 有利予对流运动的发展 低涡静形成和发展移动强及降水强度和落区与低空急流 关系密切 盟6 小对降水与低涡活动以及切变线有关 降水落赋位于它们的活动中心附近 以及低空急流和高空急流装同影响区域之内 2 2 4 小结 遥过上面的分析 可以发瑷5 0 0 h p a 复杂酶环流形势的发震畜科子波动不新内下游传 播 低空嚣南涡帮东 芝涡数及副离驰樱量作用 在滋淮流域形成切交袋低涡是这次降窳过 程的主要机制 高低空急流的配置有利于对流的发展 且低空急流的发展增强有葶 j 予低游 的生成和移动 也促使了降水的发生和降水落区的移动 第三章暴雨发生发展条件的诊断分析 第二章主簧分析了这次暴雨过程的降水实况 大的环流背景 高低空环流 风场配置 以及降求发生发展的机铡 本章将重点讨论该过程中主要物理鬟场酶变纯以及暴雨发生发 震豹条襻 诊断新掰戆资糕是n e c p 一嚣遁次l 1 豹全球客溪分析瓷藉 3 王湿热条搏 3 1 1 水汽条件 水汽通量表示水汽输送强度的物理鳖 w 以指示出水汽黪来源 分橱8 5 0 h p a 水汽邋 藿场 发现这次过程孛水汽主要来源是 来魍孟加控湾的 支水汽经越南北部与来自南海 的水汽混合 然后受西南低涡引导进入江淮流域 另一支较弱 经云南 然后也混合入上 述气流 如圈3 1 1 绘出了8 舀裙时 9e l0 2 孵求汽透量黻及低空惫流 霹以香懑充淬瓣 求汽殴瑟强熬低层风输送 为这次暴甭过程提供了非掌好鳇水汽条件 只有好的水汽条件还不足以对降水过程形成强的俘用 还必须有强的辐合上升运动引 起鳃水汽辐合 如图3 1 2 给出了这次过程中盼水汽辐合情况 0 8 时在辛图东部存在一个 蘧 艺 东南走商缒镳合带 谣部也霄一明显熬水汽辐会中心 到1 4 时两孛 打逐连在一起 形成了表露淘缒强中心长达十几个纬度熬辐合带 必梅霹锋麴发聂以及降水提供了强宥攀l 的环境 之后寒部的水汽带j 艺抬东移 褥西部的向南压嚣移 到9e t0 8 酎 圈略 水汽带 崩溃 长江流域水汽条件交差 对比8 5 0 h p a 低空环流及风场的变化可以看爨 上述水汽辖 合带的移动与其有很大的荧系 图3 1 3 给出了8 弱2 0 时棚对湿度的分糍 9 0 的大值中心涛暴雨区域包括在内 霹 1 2 以看出江淮流域有非常好的澄环境 3 1 2 热力条件 在干缝热过程中 位湿不变 剃娟位湿的保守性可以跟踪未饱和空气的运动 识别运 动过程中的气块 但在凝结高度以上的湿绝热过程中 由于凝结和凝结物的降落 位温不 蒋守恒 不能用来表 芷饱和湿空气的热力性质 所以弓l 入假相当位温 0 辩 的概念 其 在干绝热和滠绝热中都是守恒的 能用来分辑既包含干绝热又包含湿绝热过程的状态变化 4 2 1 假相当位温随高度的变化可以用于分析大气位势稳定度 旦丝 0 对流不稳定 国 娑 0 中性 昭 昱竺 强降水中心就在1 1 4 0 e 处 9 尽0 2 时强委涡度中心东移到1 1 7 0 e 上空 影嚷区域为l1 5 l1 9 e 强度加大到数值为1 2 向上更是伸展到4 0 0 h p a 8 目2 0 时 9 日0 2 时 图3 2 i c l 降水中心位于1 1 6 1 2 0 0 e 9 日0 8 时强芷涡度中心移到了1 2 0 0 e 处 强度达1 5 个单位 两强降水中心 图3 2 i d l 也移到了1 2 0 e 处 有上分辑可见 深厚的正涡度中心对应的是其影响区域内的强降水 随着中心的东移 1 6 加强 降水中心也东移 强度也偏大 1 7 4 1b a r n e s 滤波 4 1 1b a r n e s 滤波简介 第四章中尺度特征分析 大尺度系统可以提供中尺度天气系统形成的条件和环境场 中尺度系统才是直接造成 暴雨的天气系统 而由于实际气象要素场包含着各种尺度的运动 为了研究中尺度 须将 英与大尺度背景场分离开来 这就是尺度分掰4 翔 1 9 6 4 年b a r n e s 提出了一种低通客观分析方法 其基本思想是 在分析区内每个网格 点上的气象要素值都是由分析区内或某个影响半径内所有测站实测气象要素傅加权平均来 确定的 加权平均的权重值为测站到格点间距离的高斯函数值 为了得到与实际值更接近 的计算值 1 9 7 3 年b a r n e s 又给出了上述方法的订正方案 1 9 8 0 年m a d d o x 把这种方法应 用于风场的客观分析 构造了易于确定频率响应的低通和带通滤波 从而完善了这一方法 在实际客观分析中的应用 这一方法已在暴雨研究中取得了较好的效果 陈忠明 甜j 在 b e m e s 滤波原理的基础上 设计了一种计算量小 不需要对观测资料作网格他处理的提取 中尺度气象信息的简便方案 极大地方便业务单接的应耀 设f o 谚 为分析区内网格点的要素值 搿 为格点行列序号 f 强 为测站实测要 素值 七为测站序号 剐插值公式为 f k r r 姒露 f o i 歹 麒百 一 e 珏露 k l 其中 4 1 w 0 炉e x p 3 么 4 2 r i j k 为格点f 影 到测站k 之阁的距离 趸为分橇区内秘影晌区半径内的测站总数 毋 是常数 设y o 倍 为用网格点上的插出值f of 搿 反算出来的铡站要索估计值 受 j 用下式确 定撬值误差殇袋j f 4 k f k f o k 4 1 3 1 8 h 4 m 4 4 4 f 殳 w i 歹 k f f j w i 歹 七 4 4 i 1 1 i t l 其中 f 露 1 一 4 5 i 二 毒 m r l 力靠近测站k 最近的格点序号 设格点上修正要素篷为 硒 f 歹 燹 j 硒 f 歹 毛歹 老 如 是 1 胁 式歹 意 4 6 f 露 k t 女 l 其中w d i 五露 e 冲 一i 女 4 a s 4 7 s 为小于1 的芷数 4 1 式的波长响应函数为 r o x a e x p 一4 2 2 以2 r 4 8 4 6 式的波长响应函数为 尼 a 口 s e x p 4 2 2 a 允2 r 4 9 最后 经订正后的格点要素值 p 为 f i j f o i 歹 凡 i j 4 1 0 4 1 0 式的波长响应弱数力 r o x a s r o 霹 r o r 4 1 1 其中a 的取篷决定波长响应宽度 s 的取值影响计算值向实际擅的收敛速度 尺度分离方法是通过给定a l s l 得到r 1 在给定a 2 s 2 得到r 2 构造两个低通滤波场f l f 2 两个低通滤波之羞为带通滤波 则带通滤波场丑f 为 b f i 歹 d a i j f 2 i 叫 4 1 2 上式的响应函数为 b r a r r a 一震2 a 4 1 3 1 9 4 1 2 滤波结栗分析 在b a r n e s 滤波方案 敢c 1 3 0 0 0 0 k m 2 g l 固 3 c 2 1 5 0 0 0 0 k m 2 g 2 o 3 所得繁运滤波器主 要是提取4 0 0 k m 炭右麴中一a 尺度波动 最大响应波长和最大响应函数分别为8 0 0 k m 帮 0 8 5 滤波对象是5 0 0 h p a 流场 图4 1 1 是8 醋0 8 黠5 0 0 h p a 大尺度漉场 图4 1 2 是分离得到的嚣时次中尺度流场 及掇关对段降水 对比图4 l 1 和图4 1 2 a 可以器出滤波络聚成功地反映出了大尺度流场 所不能反映的中尺度扰动流场 从中高纬不断分裂出来的和从副高外萄流出的扰动气流在 安徽j 艺部和涯苏串帮交汇 所褥形势形辩 马鞍 魏黧4 1 2 a 新示 气流菠龠带在东莲 两测备形成了一个气麓性中心 一个位予黄海海域 一个链于滏 芝秘陕西交界处 在安皴 北部积河南交赛处有一汇合强 薅安徽中部和江苏争都交爨处也出现一个汇含弱 阕时在 潮南北部存在一个弱的气流交汇 之后6 小时降水 0 8 1 4 h 落区主要就位子这个 马鞍 影响区域之内 也郎西南秘东 l 艺两支扰动气流交 汇区域 由于中篱纬抗动的东移以及副离东移 圈2 2 3 b 1 4 时 图4 1 2 b 两侧的扰动 气旋性中心东移至安徽北部和河南交界楚 虽强度加大 使褥鞍形形势东移出海 褥时毽 馒褥湖南能部来窦戮离扰动孛心外霞扮东南气流分裂蕊两支 2 0 对 图4 1 2 c 蘸图上霹 以看出 在1 4 2 0 鼬之阉 副离拨动中心增强西 睾 奄潮 芝瑙南部造成一个 马鞍 形势 场 而1 4 2 0 时的降水使置与此 马鞍 形势场有关 因诧可阻猜想1 4 2 0 对的降水生要 发生在该时段中后期湖南 乞部戏湖j 宅觜郝翡扰动褶翌作用之下 丽8 嚣2 0 9 日0 2 时憋降 水落隧位于安徽爿芝部和海南交界处的扰动气旋性中心寒侧 一个降水中心位于 3 3 n 1 1 7 4 e 还有一个位于江苏境内 3 3 0 n 1 1 9 e 处 而到9 舀0 2 时 雷4 1 2 d 气旋 性扰动中心移戮了安徽窬汪苏中北部交笄缝 因就不德8 匿2 0 9 遵0 2 时静降承落区与皖 发展有关 薅羹9 鐾 2 孕罄8 薅静簿求也函她露主要发生在江苏中部 气旋窭妻孛 东倒 9 毽0 8 对 图4 l 2 e 气旋性中心东移出海 扰渤气流交汇裁嗣扩展型安皴寓郝 丽对瘦 的6 小时后降水主要发生在安徽中南部 融上可箍 5 婚a 扰动气流觞交汇区以及找韵中心的移动与本次降水过程的降水落区 密切相关 盥予降农资料悬6 小时一次的 无法更为确切地分析扰动的变化对降水落区的 2 0 影响 4 2 慰流蠢团演变特惩 为了研究分析方便起见 分别就第二章的四个6 小时降水过程相关的红外云图进行分 析 所褥卫羼资料蹩f y 2 c 每小时 次酶筑外云胬 过程一 8 瓣0 8 1 4 黠 从图4 2 l 孛8 墨l o 时澳南上空有 云霞a 羔 1 2 时该云团东移 其外嚣云系开始与 东面云带接触 且在长江下游出现b l c l 两个小云团 1 3 时a l b l c l 菇团均东移加强 矗l 云潮已逐渐融入东面云带 1 4 时矗l 完垒融入殷 8 l c l 继续发展衮移 对比过程一降 水分布可知a l 的东移发展以及与梅两锋强侧云系的棚豆作用是造成安徽中北部降水中心 的主要原因 b l 云团的发展东移鲻笼江苏境内降水的主要因子 而e 1 所产生韵降水偏少 过程二 8 爨i 4 2 对 8 跫l s 时鲩鄂豫霪域有矗l 矗2 髓云带或兹霾活动 1 6 嚣重忿 塞2 囊彖南移且发震壮 大 1 7 时a l a 2 b 2 联系加大 且在1 8 时 图略 混为一体 形成更加强大的梅褥锋云 系 而过程二雨带与该云系走向一至 虽降水中心与1 6 时a 2 b 2 及8 2 与a l 耜联系的区域 位置一致 可以认魏a 2 b 2 熬发生发展以及与a l 之闼的摆甄作用是此过程降水的主要原 因 过程三 8 滔2 秘9 西0 2 时 8 鑫2 l 酵 安徽帮泛苏牵托豁宥矗3 潞 c 3 三个泛透 列9 翟o g 馘 矗3 器3 发震为 骢 显出现对后顽天气影嘀比较大熟e 3 f 3 g 3 9 基0 2 时瓣 f 3 翳均发鬟东移壮大 2 l 两图中出现的h 3 以及g 3 对下一过程降水影响比较大 综上可知这一时段的降水主要是由 于安徽和江苏中北部小尺度的云团频生并不断发展且相互作用有关 强降水中心的位置与 这些小云团发展壮大时所处的位置糨豢 过程四 9 日0 2 0 8 时 9 口0 2 时 g 3 尾部有3 个排列整齐的小云团 到0 3 时 这些小云翮与g 3 合并成新的 云带b 4 e 3 f 3 合并为懿 且a 4 与d 3 大部分已融合 髂盼位置与b 4 比较接近 0 奎时 d 3 和a 4 完全合并成c 4 b 4 进一步发展 云豢变宽 且下风方良与c 4 已有接触 珏3 前端 出现类似 探头 的云系出现 后来借助此 探头 与b 4 取得联系 且不断融入b 4 如 0 5 时的图上所示 此时b 4 c 4 有进一步的混合 列最后h 3 b 4 c 4 完全融为一体 形成 延伸至黄海或更运的梅雨锋云带 该过程串降水区域一个位予安徽孛部与海南交界处 还 有一个强的雨带横贯江苏中部至黄海 可以看出前 个区域降水的发生与h 3 的发展移动以 及与b 4 的相互作用有关 降水落区与0 5 0 6 时h 3 和b 4 交接处一致 而后一个与b 4 和 c 4 盼接舷以及楣互混合有关 降水落医起始于b 4 帮c 4 开始接触的地方 而后隧着8 4 的 挺进以及与c 4 的相互作崩 降水不断发生在沿b 4 和c 4 形成的云带走向的地方 综合上述四个过程可以知道中尺度云团的发生发展以及各云团之间的相互作用是造成 相关降水的主要原因 雨降水的落区与他们所影嗡的区域或褶互作用区域密切相关 第五章地形敏感性试验 她形与强霹流系统有密锑关系 茏箕与暴鬻熬关系更热密锈 宙奎脉产生麴出脉波在 鸯剩条件下可驭造成碉最麴垂童运动 使低空的漫层捻囊 从蓠触发对流发生 另外塞予 中小尺度地形的糖糙度的变化 如平滑水露或平原与森栋 离原地区黠避 也可以使漫层 垂赢移速增加 因而有入把地形看作是强对流发生的一个触发条件 地形对暴雨的作丽主 要有三个方藤 1 地形黠过山气滤有动力抬井霹辐合作用 2 地形焱 定的气溅或条 馋下会生成中小尺度涡旋或切变 当这种系统移出或加强时 可以造成暴雨 另外在山区 在一定气流条件下常常产生静止的中尺度辐合隧 当有中