中国天气5.doc

中国气候异常及其成因分析 西南低涡对暴雨过程的影响 07气科（2）班 王宗辰 20071301053摘要：本文是在阅读了五篇关于南方暴雨的相关文献（其中关于华南前汛期暴雨分析三篇，江淮梅雨分析两篇）后，摘抄了其中的相关部分内容，加上自己的一些认识，进而形成的自己关于中国南方暴雨成因的一些理解和认识。其中关于个例的分析，大部分都是采用的美国NCEP1*1的再分析资料，再配合卫星、雷达资料；个别文献还引用了TBB资料、日常观测资料和加密的探空资料，其中一篇还引用了我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX) 加密资料。关键词：暴雨 西南涡 切变线 西太平洋副高引言： 我国的暴雨季节主要集中在每年夏季风爆发和盛行时期, 在夏季风的影响下, 我国东部先后会出现三个最主要的雨带，它们分别位于华南地区、长江流域和华北地区, 很多学者做了研究(孙淑清和杜长萱,1996 ; 高守亭等, 2003 ; 方宗义等, 2005 ; 周玉淑等, 2005) 。过去的研究表明, 华南前汛期降水是每年我国雨季开始出现最早的阶段,其降水强度常居我国三条雨带之首, 降水量约占全年的4060 % , 华南前汛期中的暴雨降水量又占同期降水量的50 %。总体而言, 华南前汛期的降水具有时间上的持续性、突发性 , 正是由于华南前汛期暴雨的这些特点, 加之地形的复杂, 使得华南地区易在前汛期阶段发生洪涝灾害, 造成国家经济建设和人民生命财产的重大损失。不少学者对华南前汛期暴雨作了研究 。为了弄清华南前汛期暴雨的问题, 我国曾于19771979 年开展华南暴雨试验, 大体弄清了华南暴雨的大尺度特征。而后, 又于1998 年5 月6 月开展了“海峡两岸及其临近地区的暴雨试验”( HUAMEX) , 对其中的中尺度特征及影响系统有了进一步的揭示(周秀骥和薛纪善, 2003) 。上述研究表明, 华南前汛期暴雨多数为锋前暖区暴雨,由于华南暴雨受中、低纬系统及海陆分布等的影响, 其前汛期暴雨的特征是复杂的。 有学者对西南低涡对我国暴雨的影响做出这样的评论: “西南低涡是我国最强烈的暴雨系统之一，就它所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言，可以说是仅次于台风及残余低压，重要性位居第2的暴雨系统”. 因此，对于西南低涡的形成与发展及其造成的洪涝灾害等，一直是气象学家和预报员分析研究的重点. 20 世纪很多学者指出西南涡的产生是地形作用的结果，或是由于500 hPa 上东移短波槽的强迫动力作用下形成的，而凝结潜热则是西南涡维持和发展的机制， 卢敬华和李国平从流场、温湿场、温压场3 个方面总结了西南低涡的结构. 彭新东等认为西南低涡具有暖湿中心结构.韦统健等利用合成分析方法对西南涡过程的流场、温湿场和涡度场等结构进行了分析，指出西南低涡的温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布，低涡是一个显著的斜压系统. 王晓芳等的研究得出了同样的结论.一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究资料和研究方法:本文采用6 小时一次1*1的NCEP/ NCAR再分析资料、逐小时地面加密观测资料、加密探空资料, FY22C 卫星TBB 资料以及常规台站观测资料进行研究。主要研究方法如下: 利用NCEP/ NCAR 资料和常规观测资料分析形势场和流场的演变过程, 并计算一些诊断量作进一步的深入分析。利用逐小时地面加密观测资料研究降水以及地面风场、气压场的演变过程。利用FY22C 卫星TBB 资料分析对流活动, 及其与降水和影响系统的关系。利用代表站的加密探空资料来进一步分析暴雨过程中各物理量的演变特征。综合各种资料的分析结果, 给出本类暴雨的概念模型。综合分析:对流云团活动可知, 暴雨过程中, 对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 对流云团多属于中尺度和中尺度的系统, 这十分有利于暴雨的产生。云团C2 C5 与广西暴雨紧密联系, 其TBB 均在- 52 以下, - 72 以下的强对流中心也时有出现, 其对应最强的1 小时降水量为90 mm ,对流云团的最长持续时间为17 小时左右, 对流云团的最大覆盖面积约为400 km 500 km。对流云团亦自西向东移动, 与西南涡移速相当; 就影响系统而言, 500 hPa 的短波槽、700 hPa 的低空切变线、西南涡以及地面的低压区和风场辐合(图略)均是产生强对流的有利因素。下面着重看下西南涡对暴雨的影响：这里第一次给出西南涡的定义（后面不再赘述）：西南低涡是指在一定的环流形势下形成于我国西南地区700 或850 hPa 上的中尺度涡旋系统，地面气压场有时可能但不一定是每次过程都出现闭合中心，其水平尺度一般为200 500 km！ 10 日18 时, 在700 hPa 上四川南部出现低空切变线 , 此处对应着强降水; 11 日00 时,西南涡初生于700 hPa 四川南部, 这与700hPa 常规探空图上西南涡出现的时间较一致, 强降水主要集中在西南涡的南部、东南部。11日06 时, 受500 hPa 低槽槽线转竖影响, 西南涡向南移动, 强降水也随西南涡南压, 主要位于西南涡东南部。11 日12 时, 西南涡稳定少动, 由于水汽输送减弱, 对应降水减弱, 降水主要位于西南涡东南部, 由于降水凝结潜热释放减小,此时西南涡有所减弱。11 日18 时, 受500 hPa 低槽东移影响, 西南涡东南向移动, 降水再次加强,降水主要位于西南涡东南部。12 日0006 时, 西南涡向东南移动, 强度加大, 强降水主要集中在西南涡东部, 此时850 hPa 流场上出现很强的切变。西南涡从四川东移时有一个减弱过程, 进入广西后, 由于与季风槽的相互作用, 而再度加强, 从而使暴雨加强。12 日12 时, 随着高原槽的东移, 西南涡开始向东北方移动, 此时西南涡已经向下伸展到850 hPa , 这也许是由于凝结潜热的释放, 而出现正反馈所致。12 日18 时, 降水区开始移出广西; 13 日00 时, 700 hPa 上原西南涡消亡, 850 hPa 上西南涡依然维持 , 广西境内降水过程基本结束, 此时江西境内另有一低涡B新生, 低涡B 初生后很快向下发展到850 hPa ,引发了一系列暴雨。整个暴雨过程中, 并不是仅有一个低涡, 前期为西南涡, 后期为新生涡。西南涡是广西暴雨过程的直接触发系统, 本次西南涡维持了54 小时左右, 空间上属于中尺度系统。在500 hPa 高原槽的影响下, 西南涡先向东南方移动后转向东北方移动, 高原槽东移是西南涡移动和转向的根本原因。由逐小时地面加密观测资料可知, 11日12 时12 日12 时, 四川南部维持低压中心L ,该低压中心向东南方向伸展出广阔的低压区, 并向东扩展, 这与500 hPa 短波槽以及西南涡的东移过程一致, 低压区内维持一条准“东-西”走向的地面风场辐合线, 在地面风场辐合线的附近(尤其是辐合线中部和东部) 有降水发生。12日18 时, 四川南部的低压中心L 消亡, 地面辐合线维持在广西北部, 强降水中心位于广西东北部,6 小时后500 hPa 短波槽移出广西 , 低压区显著减弱, 地面风场辐合线消亡 , 广西暴雨过程结束。综合上述, 地面低压区以及地面风场辐合是广西暴雨的有利条件, 当上述两者维持时, 暴雨维持, 消失时, 暴雨过程随之结束。四川盆地持续性暴雨发生的一类环流特征研究资料和研究方法:为分析此类暴雨发生的环流特征及关键条件,利用NCEP 11每6h一次的高分辨率资料,包括位势高度、风场、温度场等要素共26层进行分析。综合分析:500hPa上的副高588dagpm线(或586dagpm线)西伸至盆地东部一带并维持稳定、副高南侧热带气压环流扰动的稳定维持有关,同时其水汽供应环流形势区别于西南气流输送的水汽供应,具体结论如下:此类暴雨发生的环流背景即:副高西伸稳定、雨区上空的低槽、及副高南侧的热带低压扰动的维持与500hPa上的局地涡度变化/t作用有关,在低槽和热带低压系统扰动区域, 通常/t 0,造成局地涡度增加,有利于正涡度的产生,对低槽和热带低压系统的发展起到正反馈作用,有利于其维持稳定,而在副高西伸脊的附近,通常/t0,造成正涡度元产生,有利于低槽和副高南侧的热带低压的维持,在副高控制区域内,主要为/t0或趋于零,一定程度上能造成弱的负涡度元产生,对副高的稳定、维持起到积极作用。可见,影响此类暴雨过程的降水系统相互配置作用与局地涡度的变化有密切的关系,盆地西部上空的局地涡度增加,与副高南侧的热带低压系统、中高纬度南下的扰动有关,并主要通过涡度平流的作用来完成,在四川盆地上空局地涡度增加的区域,体现为正的涡度平流和负散度(即:辐合) ,低槽的维持、发展起到正反馈作用,而地转涡度平流的作用则对盆地上空的局地涡度增加起到相反的作用。此时，我认为四川盆地上空的系统就是处于发展阶段的西南涡。2008 年6 月一次引发广西大暴雨的西南低涡的诊断分析资料和研究方法:本文使用的资料有每6 h 一次的美国NCEP再分析资料，水平分辨率为1*1，垂直为26层;1h一次的加密华南自动站降水量资料;局地分析预报系统LAPS ( Local Analysis and Prediction System) 资料，该系统最早由美国 NOAA( National Oceanicand Atmospheric Administration)所属的预报系统实验室研究开发，高分辨率的3h一次的LAPS同化资料，同化进去的资料包括:地面站常规观测资料、自动站加密观测资料、探空资料、雷达资料，区域范围为102 123E，1432N，时间为2008年6月7日00时6月14日21时，LAPS水平格距设置为5km，垂直层次设为20层.综合分析:在强降水期间500 hPa 环流主要以经向型为主，中高纬度环流维持稳定的两槽一脊，南支槽为暴雨区带来暖湿的西南气流，副热带高压比常年位置偏南，为华南地区大范围的强降水创造了有利的大尺度环流条件； 高低空急流、西南涡以及从低涡中心延伸出来的切变线是影响此次暴雨过的主要系统. 广西地区的强降水开始位于低涡的中心至底部及其从低涡中心延伸出的切变线附近，随着低涡的东移强降水中心转为低涡的底后部，广西地区的强降水一直位于高空急流的右后方，低空急流的左侧. 随着西南涡与高低空急流的东移，强降水中心也随着其东移而东移. 广西地区的降水随西南涡的加强而加强，低空急流的增强先于暴雨区的增强; 影响广西强降水过程的低涡在东移过程中已经发展到了比较成熟的阶段. 西南低涡在温度场上基本表现为，700 hPa 为暖心结构，正涡度区域垂直向上伸展，整个对流层都为正涡度，低层辐合高层辐散的配置有利于对流的发展，强降水的极值中心上空对应着较强的上升运动;涡度收支的计算表明，水平平流项和水平辐合辐散项作用相反，水平平流项在对流层中下层对总涡度基本都是负贡献，水平辐合辐散项在对流层低层对总涡度是正贡献，且对总涡度的贡献起直接作用，这可能与降水过程中凝结潜热的释放作用有关. 对流层中高层主要是垂直平流项和扭转项起主要作用，而扭转项起主要作用可能与高空急流的作用有关. 降水过程中凝结潜热的释放是否使得低涡得以增强，以及是否是因为高空急流作用而使得高层由扭转项起主要作用都有待于进一步研究.下面着重看下西南涡对暴雨的影响：6 月11 日14 时在四川、贵州、云南交界地区的云贵高原的700 hPa 上空首先出现了闭合的流场，西南涡生成，随后西南涡逐渐东移. 影响广西6月11日20时13日20时强降水过程的西南低涡是一个东移发展的过程。6月12日00时，西南低涡中心位于贵州南部，此时广西西北部开始出现了强降水，强降水主要位于低涡中心至底部以及从低涡中心延伸出的切变线附近.随后低涡缓慢东移，12日03 时，低涡中心移至广西境内，随后在广西北部缓慢东移. 12 日18时低涡中心位于广西的东北部，此时降水开始转为低涡的底部至底后部.12日21时低涡中心已移出广西，位于湖南的南部.13日06时后低涡较快的往东北方向移动，广西的降水也开始明显的减弱.13日21时低涡中心移至( 119. 5E、31N) 附近，广西基本无降水.从广西3h累积站点降水极大值与700 hPa 上低涡中心位势高度随时间分布上可以看出，广西降水强度的变化与西南低涡强度的变化有着很好的对应关系. 6月12日00时西南低涡位于贵州与广西西北部的交界处，出现了3080 gpm 的闭合等值线，低涡已经发展到一定的强度，此时广西出现了明显的强降水，3h 的累积降水量达到了40mm以上.随后低涡缓慢东移并加强，而广西的降水强度也随低涡的加强而加强，3h的累积降水量达到了80 mm 以上，此时图6 700 hPa 位势高度场、风场和3h累积降水量(单位: mm)，广西的强降水主要位于低涡中心及其底部附近，12日09时，维持在(109E、25N)附近的低涡强度继续增强，低涡第1次出现极值. 随后低涡减弱降水强度也减弱，低涡在12日18时有了明显增强，此时广西降水极值达到第2次极值，随后降水强度又略减弱，但低涡继续加强. 12 日21 时低涡中心已移出广西，13日00时低涡发展到此次降水过程的最强，位势高度极小值达到了3 030gpm，对应的广西3h的累积降水极大值也达到此次降水过程的最强，极值为140mm，此时广西的强降水主要位于低涡的底后部( 图6b) .随后低涡明显减弱降水也明显减弱，13日06时后低涡较快的往东北方向移动，低涡强度的变化对广西降水的影响已不大，13日21时后广西基本无降水.2003 年7 月89 日江淮流域暴雨过程中涡旋的结构特征分析资料和研究方法:利用时间尺度密集的长沙、常德、合肥、连云港、南昌、南京、武汉和宜昌共8 个站的新一代天气雷达(CINRAD2SA 雷达) 观测反演资料、常规探空和地面观测资料、NCEP 分析资料与中尺度MM5 模式相结合, 以NCEP 格点资料作为大尺度背静场, 加入3h 间隔的常规地面观测资料和1h 间隔的雷达反演风廓线资料, 李柏等(2007) 对2003年7 月8 日12 时9 日12 时(协调世界时, 下同)期间发生在湖南、安徽和江苏的暴雨过程进行了全程四维同化模拟。通过对模拟降水和风场与实况的对比分析, 认为模拟结果与实况较接近, 可用模拟资料对造成暴雨的系统进行分析。本文正是利用李柏等(2007) 的模拟资料, 对此次暴雨过程中的切变线和低涡系统进行结构分析。综合分析:此次降水主要发生在由西南及偏南暖湿气流与偏北气流辐合形成的切变线上, 切变线上辐合中心处形成并发展的低涡是造成降水的直接系统。低空西南风急流形成了从孟加拉湾、南海至华东地区的强水汽输送带, 并在湖南、安徽和江苏附近形成了水汽辐合中心, 为暴雨发生创造了十分有利的水汽条件；由于切变线附近水平风矢量的强辐合与强切变, 沿切变线主要表现为上升运动, 而在低层辐合中心处有两个低涡分别生成并沿切变线移动发展, 这两个低涡也都分别是形成或发展于低空急流左前侧急流达到极值的区域,这个位置也正好处于强的正涡度中心附近；强降水出现在低涡附近,对流层中低层形成了正涡度中心和强散度中心相耦合的动力结构,并有强上升运动维持,使得低层辐合的水汽被抬升到对流层高层,在低涡附近的中低层则维持着不稳定和中性层结。从生成位置来看,低涡形成主要位于切变线上,并伴有低空急流的加强。因此, 未来类似的梅雨锋切变线上的暴雨预报,可以重点关注切变线附近低空急流变化相对较大的区域。在这个区域附近,低涡等对流系统生成的可能性较大,暴雨发生的几率也相应较大。此外,虽然我们从模拟资料中分析出低涡生成和发展于低空急流左前侧的极值区,但其中的机理尚不清晰,还需要进一步从动力上进行探讨。下面着重看下西南涡对暴雨的影响：由以上切变线上过两个低涡发生发展过程的剖面分析可见, 在西南低空急流输送水汽的基础上,这次的暴雨主要是由这两个沿切变线移动发展的低涡造成的。低涡发展强盛时期, 对应的都是正涡度中心与强散度中心交叠, 在对流层中低层形成了正涡度中心和强散度中心相耦合的动力结构, 并造成强烈的上升运动将低层辐合的水汽往高层输送。一次江淮梅雨锋暴雨的典型性分析资料和研究方法:利用多普勒天气雷达及卫星云图资料,对2006年7月12日发生在淮北和江淮之间北部地区的梅雨锋暴雨进行分析,阐述该次暴雨的红外卫星云图特征及雷达基本反射率和多普勒径向速度特征,如回波强度、速度场特征等,并通过这些特征分析产生此次暴雨的成因,探讨雷达与卫星资料相结合在梅雨锋暴雨预报中的作用。综合分析:梅雨锋暴雨是在有利的大尺度天气形势背景下,由中尺度系统直接产生的,因此,多普勒天气雷达和卫星资料是监测梅雨锋暴雨的有力工具。利用其较高的时间分辨率和空间分辨率可以对梅雨锋的生成、发展、演变进行详细的观测,为梅雨锋天气的分析和预报提供依据；从天气形势看,此次梅雨锋暴雨环流特征为典型的梅雨锋暴雨 ,在高空图上,高纬地区有2个稳定的阻高,是典型的双阻性。地面图上显示在江淮北部地区有静止锋发展引起降水；此次梅雨锋前期有冷锋云系在长江中下游上空形成,冷锋结束后,此云系转为切变线云系。梅雨锋成熟时期,长江上空有静止锋云系发展。梅雨锋消亡阶段,梅雨锋上游方向为大片晴空,梅雨锋云带缓慢南移减弱直至消亡出梅；梅雨锋雷达回波为典型的积层混合型降水回波,即絮状回波,基本反射率因子图上“人”字形回波显示低空有静止锋云系,在长江流域上空停滞引起暴雨。速度图有明显冷风过境特征,强度图上雷达回波带与冷锋相配合；利用天气形势及卫星云图可以准确获知梅雨锋的天气尺度特征及其演变规律,结合多普勒天气雷达资料可以得到梅雨锋中产生降雨中尺度系统的演变规律,为梅雨锋暴雨的预警提供重要依据,以提高梅雨锋预报的准确性；研究采用多普勒天气雷达及卫星云图资料,对梅雨锋进行实例分析,了解梅雨锋暴雨的成因及特征但要成熟运用该先进技术和分析方法还需积累更多资料,今后采用雷达及卫星资料再结合地面风场等资料建立梅雨锋暴雨预报系统是努力方向。下面着重看下西南涡对暴雨的影响：低空的切变线(包括沿切变线的低涡)是产生低空辐合的主要区域(系统) ,切变线是我国主要的天气降水系统。据多普勒雷达观测研究,暴雨主要出现在切变线低涡的东南气流里,当冷锋结束时,云系发生变性,冷锋云系变为切变线云系。6月30日11: 00冷锋云系变为切变线云系,20: 00有枝状云系发展, 7月1日05: 00云系变为斜压叶状云系,切变线云系消失。小结： 下面是我观察到的有暴雨天气发生的情况下，一些共同的特征：1、高空的天气形势稳定，西太平洋副高稳定在海上，脊线稳定少动。2、中高纬度一般是阻高控制下的阻塞形势，也或者是平直的西风气流，但有小槽的波动。3、低纬度，大陆一般配合有高地空急流，出现切变线和槽线，西南涡在高原东部生成，在西南暖湿气流及南支槽有波动的情况下，移出，一般沿着低空切变线东移，带来大范围的降水。讨论：1、 首先，是资料问题，每篇文献分析所用的资料不尽相同，说明我们可以从不同的角度去分析问题，不同的分