湖北省2002年11月13～15日秋季暴雨分析.pdf

1湖北省 2 0 0 2 年 1 1 月 1 3 1 5 日秋季暴雨分析 金琪 谌伟 武汉中心气象台 武汉 4 3 0 0 7 4 摘 要 本文对湖北省 2 0 0 2 年 1 1 月 1 3 1 5 日发生的一次秋季暴雨的主要影响系统进行了分析并从水汽条件热力条件动力条件等物理量特征对其予以剖析找出了该次过程与夏季暴雨过程的异同点 关键词:秋季暴雨水汽条件热力条件动力条件 1 雨情分析 2 0 0 2 年1 1 月1 3 1 5 日湖北省南部地区发生了一次暴雨天气过程暴雨中心稳定地停留在江汉平原鄂东南与湖南江西交界处雨区呈东西带状分布过程雨量达到1 0 0 m m 以上的有1 2 个县市就湖北省而言过程雨量超过1 0 0 m m 的有7个县市其中崇阳通城最大分别达到1 3 2 m m 1 3 4 m m 见图11 3 日0 8 时至1 4日0 8 时江汉平原鄂东南雨型编码达到4 区域暴雨有1 0 个县市2 4 h 雨量超过5 0 . 0 m m 崇阳达到9 6 . 1 m m 接近大暴雨1 4 日0 8 时至1 5 日0 8 时暴雨面积缩小强度有所减弱省内仍然有3 个县市2 4 h 雨量超过5 0 . 0 m m 这次暴雨过程出现在1 1 月中旬且降水集中强度大经普查历史资料这次降水为二十世纪9 0 年代以来湖北省发生的一次罕见的秋季暴雨天气过程 从暴雨中心逐小时降水分布可知这次降水于1 3 日0 3 时开始发生1 3 日1 8 时左右强度逐渐加强于夜间2 3 时表现最强1 h 最大降水量为1 2 . 6 m m 降水维持到1 4 日1 7 时其后逐渐减弱并结束整个降水生命史为5 4 h 这期间降水基本上可分为降水发生期加强期最强期和维持期四个阶段其降水强度随时间呈现上升顶点下降的趋势分布同时从图2 中还可以看出整个降水过程中存在着以1 小时或数小时为单位的强弱波动这说明在整个降水过程中存在着中尺度的文章发表于湖北气象2003 年第 3 期 图 1 1 3 日 0 8 - 1 5 日 0 8 时累计降水量图单位m m雨核造成了以小时或数小时为单位的降水的不均匀现象但这次秋季暴雨过程的生命史较长分不出由多场暴雨组成其对流特征也不十分明显这是与夏季强降水过程所不同的 22 环流背景及影响系统 东亚大陆 5 0 0 h P a 高空上为两槽一脊型北支两槽分别位于贝加尔湖以东和西西伯利亚以西巴尔喀什湖附近为一暖脊我国西部呈现北脊南槽型南支槽位于青藏高原上空我国四川盆地至华东为狭长的西风带在 3 0 N 附近环流平直其北部气流西偏北南部气流西偏南暴雨区正处在西南西气流之中其间可见短波槽活动高原低槽东移下高原后明显加深四川盆地至高原东部出现 8 1 0 位势十米的负变高( 1 3 日 0 8 时- 1 4 日 0 8 时使得江南的偏南气流分量加大直到暴雨结束高原槽东移在湖北省中部形成一个天气尺度的东北- 西南向低槽对这次暴雨过程发生起到了重要作用 值得指出的是在高空 2 0 0 h P a 高空图上暴雨发生前直到暴雨结束在 1 2日 0 8 时至 1 4 日 2 0 时兰州郑州至青岛一线维持一支大于 8 0 m / s 夏季暴雨过程高空急流一般为 5 0 6 0 m / s 即可的高空急流急流中心是逐日东移的1 2 日0 8 时处在郑州附近1 3 日 0 8 时到达青岛附近1 4 日 0 8 时移至鹿尔岛一带湖北省处于该急流中心入口处的右后方这段时间正好是降水刚开始至强度最大的时期高层急流的这种抽气作用非常有利于垂直运动的发展对降水的加强起到了非常有益的作用可见秋季暴雨更需要高层急流的有利配合而且急流中心更强更偏南一些 在这次暴雨过程中大气上层急流的抽气作用有利于上升运动的发展本文发表与湖北气象2 0 0 4 年 3 期 图 2 崇阳逐小时降水实况图 降水量/10-1mm 时间/ h020406080100120140061218246121824612中层槽前正涡度平流促使大气低层迅速降高和江南暖湿气流的发展形成长江流域切变线并逐渐演变成低涡造成暴雨 同时在 1 3 日地面有一股较强冷空气南下也是秋季暴雨不可缺少的条件 3 水汽条件和热力条件分析 随着季节的转换在秋季里大气环流经向度逐渐加大北方冷空气的活动不断增多并时有南侵使得各层气温与夏季相比呈现逐日下降的趋势本例暴雨出现在仲秋后期暴雨上空中低层气温仅有 4 ~ 6 , 而夏季暴雨过程要求长江流域气温达到 8 ~ 1 0盛夏则要求达到 1 0 以上[ 1 ]一般地说气柱中的气温高低可以反映空气中的水汽容量的大小气温低空气中水汽容量就相对小因此秋季的暴雨过程的水汽条件要比夏季的暴雨过程更重要 在本例暴雨过程中暴雨区上空的高空风为顺时针旋转即 5 0 0 h P a以上为西偏北气流而在 5 0 0 h P a 以下却处在偏南气流之中由此可以判断在暴雨区上空为暖平流控制有利于上升运动的发生尤其是在暴雨发生前 1 2 h 中低层南风明显加强在暴雨区南侧7 0 0 h P a 西南风风速由 1 6 m / s 上升到 2 2 m / s 8 5 0 h P a偏南风风速也一直维持在 1 6 m / s以上也就是说江南偏南风急流在暴雨发生前是加强的而且在秋季暴雨过程中低层急流的强度似乎要比夏季更强些对逐时次风场连续观察可以发现这支急流在加强的同时还是逐渐北抬和东移的图 3 给出 7 0 0 h P a 8 5 0 h P a 水汽通量和 8 5 0 h P a 风场分布 由图可知 在 7 0 0 h P a 等压面上 水汽通量轴线为东西向 水汽来自孟加拉湾而 8 5 0 h P a 水汽通量轴线为东北- 西南向 水汽来自北部湾, 两层水汽通量相汇在暴雨区上风方可见低层急流的配合对这次秋季暴雨的水汽输送起到了重要的作用形成的水汽通量中心强度 3 0 0 1 0- 1g ( h P a c m s )–17 0 0 h P a 8 5 0 h P a之图 3 7 0 0 h P a 8 5 0 h P a 水汽通量1 0-1g ( h P a c m s )–和 8 5 0 h P a 风场分布图( 注为 8 5 0 h P a 水汽通量 为 7 0 0 h P a 水汽通量) 和这次暴雨过程的水汽来自孟加拉湾和南海因此在秋季要重视低空急流的强烈发展同时也要重视较深厚的水汽输送中心的位置和强度对暴雨的作用 图 4 是沿 1 1 4 E 5 0 0 h P a以下水汽通量散度剖面图 由图可见 在暴雨区上空即 2 7 2 9 N 的 5 0 0 h P a 以下气层均存在较明显的水汽辐合 并且中心处在 7 0 0 h P a上下强度达到 - 2 0 0 1 0- 3g ( h P a c m2s )–1以上另外在暴雨区上空通城附近网格的7 0 0 h P a水汽收支图略上分析发现造成 7 0 0 h P a水汽通量辐散中心主要是西方和南方的水汽流入大 于东部和北部的水汽支出证明中低层急流除有益于孟加拉湾和南海的水汽向北输送以外其南北风速的差异还造成了较明显的风场辐合同时急流轴附近的湿度也大于急流北侧湿度平流对暴雨区的水汽辐合也起到了一定作用显然这种大气低层深厚的水汽辐合为暴雨的发生提供了有利的条件 在 T - T d ks e 水汽通量水汽通量散度等反映热力因素水平场上图略均可看出在暴雨区北侧存在一支明显的锋区等值线密集区以s e为例根据锋生函数 pyw yyv tyF∂∂ ∂∂−∂∂ ∂∂−∂∂⋅∂∂=seseseθθθ1 从上式分析可知锋区两侧的冷暖气流的加强锋区内气流的辐合以及在对流不稳定的大气中有垂直运动直接环流的维持是锋区锋生的三个重要因素在这次秋季暴雨过程中由于北方冷空气的扩散南下以及江南西南急流的加强造成锋区两侧的 T d k值对比较大锋区附近中低层风场的切变有利于锋区内气流的辐合北部冷空气的活动有下沉气流而南部暖空气中是上升运动锋区内有直接热力环流的维持因此在能量锋区中锋生是明显的而锋生又是有利于降水图 4 沿 1 1 4 E 5 0 0 h P a 以下水汽通量散度1 0-3g ( h P a c m2s )–1剖面图 高度/hPa 的发展和加强的这与夏季暴雨过程是基本一致的但是值得指出的是夏季尤其是梅雨锋暴雨的锋区斜压性并不太明显以湿度锋为主[ 2 ]但这次秋季暴雨过程北方有冷空气的南侵温度对比要比夏季明显得多 4 动力条件 降水强度的大小不仅取决于水汽条件还需要垂直运动的配合表 1 是 1 3 日0 8 时至 1 4 日 2 0 时高空涡度散度场分布( 以 1 1 4E , 3 0N 为例) 从表可见暴雨区上空附近1 3日 0 8时高层为负涡度中低层为正涡度散度分布与正负涡度值相配合出现了相应的负正散度值造成了高层辐散和低层辐合的流场形式至 2 0 时高层辐散低层辐合均有所加强这种低层辐合高层辐散的空间配置有利于垂直运动的发展而暴雨就产生在低层辐合高层辐散的上升运动区由此可以看出涡度散度的垂直结构与梅雨期强降水现象基本类似 即两者均具有低层辐合和高层辐散的特点 同时 通过 8 5 0 h P a 涡度分布 图表 1 1 3 日0 8 时至1 4 日2 0 时1 1 4E , 3 0N 散度 涡度垂直分布 散度(10- 5s- 1) 涡度(10- 5s- 1) 13 日 14 日 13 日 14 日 高度/hPa 08 时 20 时 08 时 20 时 08 时 20 时 08 时 20 时 100 7.0 - 2.8 - 6.3 - 8.3 - 36.3 - 28.0 - 22.5 - 22.8 150 - 10.0 2.5 9.0 3.8 - 64.5 - 61.8 - 44.8 - 40.8 200 3.0 10.3 7.8 7.3 - 67.5 - 57.0 - 49.3 - 40.5 250 9.3 8.0 6.8 7.5 - 58.3 - 42.3 - 33.5 - 23.8 300 6.0 3.5 14.0 5.3 - 44.0 - 28.5 - 20.5 - 12.3 400 9.8 6.3 7.5 2.0 - 11.3 - 8.8 - 12.3 4.0 500 - 4.8 2.3 - 9.0 - 1.5 - 10.8 - 3.8 - 3.8 8.3 图 5 1 3 日 2 0 时 8 5 0 h P a 涡度分布图单位1 0-5s- 15 可以发现在暴雨区上空是一条东西向的狭长正涡度带其间有多个闭合的正涡度核在偏西气流的作用下正涡度向下游传递影响着暴雨区内垂直运动的强弱变换造成了降水条件的维持及整个降水期间雨量在时间上分布的不均匀 分析 1 3 日 2 0 时 9 0 0 至 3 0 0 h P a 涡度平流和温度平流图略发现对流中上层正涡度平流大于中下层暴雨区上空正涡度平流随高度增加且中低层均处于暖平流区中由准地转近似 w方程可知[ 3 ]这种涡度与温度平流的分布时有利于暴雨区上升运动的发展的而 5 0 0 h P a 常有正涡度平流形成动力因素 使中低层低值系统维持和新生引发暴雨的发生 暴雨发生前直到暴雨结束2 0 0 h P a 高空兰州郑州至青岛一线一直维持着一支大于 8 0 m / s的高空急流其中心在暴雨开始时位于郑州附近并向青岛方向移动暴雨区正好处在高空急流中心右后方这是造成高空辐散的主要因素它与中低层低空急流左侧风向切变形成的辐合构成了暴雨发生的动力场暴雨刚好发生在高低空急流之间的地区这与已往的研究结果是一致的即暴雨发生在高空急流中心的右后方和低空急流的左侧[ 4 ]这是因为在高空急流的入口区有低空急流耦合的情况下高空急流右方出现空气的辐散起到对低层空气的抽气作用加强了暴雨区内大气的垂直上升运动的发展上述特征似乎与夏季暴雨过程相似但从过 1 1 4 E 的经向环流垂直剖面图图 6 南北风与垂直速度合成其中垂直速度放大 1 0 0倍上看出在强上升运动区暴雨区的南侧有一个非。