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12003727 大暴雨过程诊断分析 卢焕珍 余文韬 滨海新区气象预警中心天津 塘沽 摘 要 本文选取 2003 年 7 月 26 日7 月 27 日发生在塘沽的一次暴雨过程采用中 尺度 MM5 数值预报模式输出资料应用位涡理论并结合雷达回波资料进行诊断 分析结果表明湿位涡基本反射率产品对冷空气从东北南压造成的塘沽地区的 暴雨预报有一定的指示意义 关键词湿位涡 基本反射率 中尺度 MM5 数值预报模式 1 引言 2003 年 7 月 27 日受贝湖冷涡东移南下影响塘沽出现了一次117.5 毫米的大 暴雨天气过程每年 7~8 月副热带高压位置都北跳至华北中南部一带标志着已 进入天津主汛期阶段汛期阶段天津的天气与副热带高压的位置紧密相关副热 带高压每一次的移动都直接影响着天津的降水天气2003 年 7 月 27 日这场大暴 雨天气过程就是由副热带高压的南撤造成的 所以准确预测副热带高压位置对预 报天津乃至华北地区的暴雨尤为重要 从常规的2003 年 7 月 26 日的天气图和各 数值预报分析看未来 24 小时贝湖冷涡以东移为主且中纬度维持较宽的涡底 副热带高压未来 24 小时虽有南撤的趋势但副热带高压脊线呈东~西向而不是东 北~西南向不利于产生天津地区暴雨对于副热带高压西侧低值系统发生发展 产生的塘沽地区暴雨曾作过诊断分析总结出有意义的结论但对于冷空气从 东北南压造成的塘沽地区暴雨还未曾有过中小尺度系统的诊断分析本文采用 MM5 有限区域模式资料对2003 年 7 月 27 日大暴雨过程应用位涡理论结合雷达 资料进行诊断分析 试从中小尺度系统出发来研究这次暴雨过程中天气系统演变 的基本特征以及促使其发生发展的可能物理机制 从而提高冷空气从东北南压造 成的塘沽地区乃至天津地区暴雨的预报准确率 2 天气概况 2 . 1 降水过程概况 2003 年 7 月 27 日受冷涡东移南下影响河北东北部至天津一带普降暴雨 局部大暴雨最大降雨中心位于河北的滦南达 150 毫米塘沽站 26 日 20 时~27 日 20 时 24 小时过程总量为 117.5 毫米单站逐时降水量如图1 所示强降 雨主要集中在 7 月 27 日 11 时至 15 时最大雨强出现在 1150~122030 分 钟降雨 40 毫米次大雨强出现在 1328~1358 30 分钟降雨 21 毫米 22.2 环流背景 暴雨总是发生在有利的大尺度环流背景中在 7 月 26 日 20 时27 日 20 时 这场大暴雨过程中 贝湖冷涡的东移南压造成副热带高压的南撤是造成这场大暴 雨的主要原因 2.2.1 500hpa 环流特征 7 月 2 6 日 2 0 时 5 0 0 h p a 中纬度基本上呈纬向型环流贝湖有一较宽较深厚 的冷涡中纬度环流较平从冷涡中心至河套以西有一浅槽副热带高压较偏东 偏北本站处于副热带高压内一直维持高温天气2 7 日 0 8 时受河套以西浅 槽东移影响副热带高压 5 8 8 线东移使得本站处于副热带高压西侧边缘暖湿气 流充沛 2 7 日 2 0 时中纬度环流较平 副热带高压 5 8 8 线南撤至山东半岛中南部 7 月 2 6 日 2 0 时2 7 日 2 0 时 5 0 0 h p a 环流演变如图2 2.2.2 700hpa 环流特征 7月26 日20 时低空700hpa,贝湖有一冷涡与500hpa冷涡配合,本站处于冷涡 底部,海上高压西侧.河西走廊有一弱切变线,河套西部沿西南气流湿度较大 图1 26 日 21 时~27 日 18 时单站逐时降雨量单位mm 26 日 20 时 27 日 20 时 图 2 7 月 26 日 20 时27 日 20 时 500hpa 环流演变 0002 . 33 . 30000000004 . 52 92 6 . 42 8 . 71 8 . 840 . 4 0 . 1051 01 52 02 53 03 52 1 时2 3 时1 时3 时5 时7 时9 时1 1 时1 3 时1 5 时1 7 时时间降雨量33雷达回波演变 从 0 . 5 仰角的基本反射率产品看: 7月 2 6日 2 3 : 5 0 , 强度为 4 5 - 5 0 d b z的块 状回波从西南方向移至本站, 此后, 西南方向又有强度为 4 5 - 5 0 d b z 中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波继续向 N E 方向移动但中心偏西移过本站, 造成本站 5 . 6 毫米的雷阵雨天气2 7日 1 0 : 4 9 , 东北方向大范围强度为 4 5 d b z , 中心强度为 5 0 - 5 5 d b z的呈东北- 西南向的带状回波向东南移动, 1 1 : 3 7如图 3 其西段强 度为 4 5 - 5 0 d b z 中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波开始压上本站, 本站降雨强度 加强1 1 5 0 开始, 1 0 分钟降雨 1 8 毫米, 3 0 分钟降雨达 4 0 毫米强降雨持续到 1 2 : 1 9 此条回波压过本站, 此后其西段即本站西北方向随主体向东南移动过程 中不断有加强的强度为 4 5 - 5 0 d b z 中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波生成并向 东南移动1 3 1 3 如图 3 移近本站使本站降雨又加强1 3 2 8 1 3 5 8 3 0 分钟降雨 2 1 毫米此后西北方向不断有中心强度为 4 5 d b z 的带状回波向偏 东移动本站降雨持续但强度逐渐减小直到 1 6 2 2后随主体回波移出 本站降雨逐渐结束 4计算资料 计算资料采用天津气象局目前运行的中尺度数值预报模式 M M 5 的输出产品 取其中等压面高度分别为 1 0 0 2 0 0 3 0 0 5 0 0 7 0 0 8 5 0 1 0 0 0 h p a 共 7 层上的 温压湿风等基本要素模式输出资料 5暴雨过程中湿位涡的诊断分析 图 3 基本反射率演变 0 81 20 90 01 13 71 40 21 31 34位势涡度简称位涡是一个综合反映大气热力和动力性质的物理量近 年来被广泛用于中尺度天气的诊断分析中 位涡理论能更全面更有效的描述气旋 和暴雨的发生过程1985 年 Hoskins[1]指出如果不计非绝热加热和摩擦效应 等压面位涡及湿位涡同样具备守恒性当湿位涡为负值时有可能出现对称不稳 定 对流层上部或平流层的位涡扰动可以下传影响到对流层下部及地面的气旋发 展近年来国内外关于位涡理论的研究和应用都取得了显著的成果在解释降 水机理方面普遍的观点认为位涡场比涡度场更能表现暴雨的落区和强度的变 化可以利用对流层低层湿位涡的符号与数值来判断强降水的落区暴雨区基本 上与湿位涡的负值区相对应 等压面上湿位涡的定义为 epVpkfgPmθ∇•×∇+−=)(相应的表达式为 pvgpefgPm∂∂+∂∂+−=()(θς)ye pu xe ∂∂ ∂∂−∂∂θθ上式中的ς表示涡度f 表示科氏参数uv分别表示风的纬向经向分量eθ表示相当位温 以前卢焕珍[2]应用位涡理论对于渤海高压西侧低值系统发生发展产生暴雨 进行诊断分析 结果表明 850hpa湿位涡 MPV在整个暴雨过程中对垂直于地面的 降雨有指示意义 所以为深入分析这次贝湖冷涡东移南下影响塘沽地区大暴雨的 物理过程本文选取 850hpa 高度上的湿位涡水平分布作为分析对象 图4为26日20时27 日14 时850hpa高度上每隔6小时的湿位涡水平分布单位PVU1PVU=610−112−− gKksm 7 月 26 日 20 时,渤海至河北南部为一带状的正值区 与副热带高压位置基本 一致东北华北北部至山西有一带状的负值区本站位于负值区内湿位涡 值为-10 左右负值区内河北西南部山西有极大负值中心河北北部至东北也 有极大负值中心与此后 6 小时强降雨量中心基本对应特别是河北东北部的强 降雨量中心正好位于湿位涡为-160 的中心向南伸展的湿位涡为-120 的附近极 大负值中心与此时雷达回波中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 位置也对应带状强回波 走向与负大值区走向一致此后强回波基本沿极大负值中心移动此段时间是由 西南向东北方向移动因负大值区偏西所以西南方向的带状回波向东北移动过 程中路径偏西主要影响了天津西南部中部东北部和北京河北的东北部 27 日 02 时渤海至河北南部的正值区北跳至天津北部本站位于湿位涡正 值区内极大负值中心与雷达回波强回波中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波 位置也对应回波基本沿渤海至河北南部的正值区边缘等值线密集带 0 线移动 主体偏西偏北此时及此后 6 小时本站无降水 27 日 08 时本站湿位涡接近 0 值此时本站无降水渤海西部湿位涡正值 减小为小的负值区与河北东北部的湿位涡负大值区连在一起与此后 6 小时5强降雨量中心基本对应位置上偏东偏北一些河北东北部有强回波中心强度 为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波与- 1 2 0 的负大值区对应与此时北京一带-90 负大值 区对应的带状回波由于其绝对值减小回波减弱为 4 5 - 5 0 d b z 沿等值线正负变 化密集带负值侧还有中心强度为 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波此带状回波在此后仍沿 等值线密集带 0 线即由西经天津的北部向东移动 27 日 14 时湿位涡正值区南压至华北的南部且值减小本站位于湿位涡负 值区内值为-10 左右渤海至天津河北南部被负大值区取代与此时雷达回 波图上逐渐南压的东西向带状回波对应本站降雨继续且强度仍较大此前一小 时降雨 28.7 毫米之后一小时降雨 18.8 毫米此后 6 小时强降雨量中心也南压 至河北南部27 日 20 时天津至渤海又被湿位涡正值区覆盖并且有极大正值 中心分别位于天津渤海一带此时本站降雨早已结束 27 日 02 时 27 日 08 时 27 日 14 时 26 日 20 时 图 4 26 日 20 时27 日 14 时 850hpa 高度上每隔6 小时的 湿位涡水平分布 66结论 对于冷空气从东北南压造成的塘沽地区暴雨 1 850hpa 湿位涡极大负值中心基本与未来 6 小时强降雨中心对应只是位 置上偏东偏北了一些 即湿位涡负极大值中心并不一定正对着强降雨中心 往往是在负极大值的偏暖湿气流一侧在本例过程中即指西南侧这与王 建中等[3]的分析结果一致 2 850hpa 湿位涡负大值区与雷达强回波位置对应湿位涡负值绝对值达 120 时回波强度可达 5 0 - 5 5 d b z 绝对值达 90 时回波强度可达 4 5 - 5 0 d b z 带状强回波走向与负大值区走向基本一致且强回波基本沿极大负值中心 移动沿等值线正负变化密集带负值侧也会有强带状回波此带状回波沿 等值线密集带 0 线移动 3 天津至渤海海面的湿位涡值的变化基本上能反映副热带高压位置的变化 当其湿位涡值由正变负时副热带高压南撤对本站降雨有利如果河北东 北部有湿位涡负大值区向南向西伸展使得天津至渤海海面处于湿位涡较 大负值区内极大负值中心在 90 以上本站降雨强度加强且持续时间 较长有可能造成本站暴雨甚至大暴雨 4 雷达回波基本反射率产品在短时预报上具有一定的预测能力在大范围东 北- 西南向带状回波向东南移动过程中 如其西端不断有加强的中心强度达 5 0 - 5 5 d b z 的带状回波移近本站预示本站有不断加强的雷阵雨天气半小 时降雨可达 4 0 毫米左右 5 由于受资料传输条件限制 本文仅是对每隔 6 小时的湿位涡场进行的诊断 漏掉了本站降雨强度最大时湿位涡数据的分析无疑得出的结论没有论及 短时降雨强度最大时的情况 6对于台站业务预报工作来讲我们可以用最新的每隔 1 小时的 MM5 模式 输出资料进行湿位涡湿 Q 矢量的计算结合雷达回波资料进行分析从而 作出合理有效的短时天气预报 参考文献 1 . H o s k i n s , B 。