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    哈密地區一次罕見的秋季大降水天氣過程分析 全國天氣預報

    來源:六七范文網 時間:2019-05-22 04:47:07 點擊:

      摘要 對2010年9月4—5日哈密地區一次大降水天氣過程的成因進行了分析,表明高低空環流形勢的配合、對流層低層強烈輻合與高層強烈輻散、垂直上升運動以及“三股氣流”的存在是其形成的重要機制,同時在哈密地區大降水天氣短期預報著眼點方面獲得了一些有益的啟示:充分利用數值預報模式產品,對環流形勢演變、各物理量場,尤其是產生降水的水汽、動力、不穩定能量3個宏觀條件的物理量場充分細致分析,對降水預報有非常重要的指示意義。
      關鍵詞 大降水;成因;數值預報;預報著眼點;新疆哈密
      中圖分類號 P458.121.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2011)12-0011-03
      2010年9月4—5日哈密地區出現了一次降水量大、降水強度強的區域性降水天氣過程,其中7個站日降水量在10 mm以上,4個站在20 mm以上。該文就這次天氣過程從環流形勢、本站要素、物理量場、數值預報等方面對其大降水成因進行綜合分析,總結了此類天氣的預報著眼點。
      1 資料采集及天氣實況
      1.1 資料采集及方法
      天氣現象及要素等實況數據采用哈密地區6個人工氣象站和16個無人觀測的自動站資料(個別為氣溫、氣壓兩要素站),運用天氣學原理,從多方面因素對這場天氣進行綜合分析。自動站只能測得液態降水量,當山區為固態降水時無法測得降水量。
      1.2 天氣實況
      2010年9月4—5日哈密地區出現了一次降水量大、降水強度強的區域性降水天氣過程,大部分地區的降水形態為液態,北部部分山區為固態,其中巴里坤、天山鄉、德外里克鄉和沁城鄉的日降水量均在20 mm以上,而巴里坤4日降水量為24.7 mm,居近40年歷史同期第三。過程降水量為哈密市8.0 mm、巴里坤24.7 mm、伊吾7.0 mm、紅柳河8.6 mm、十三間房11.0 mm、淖毛湖4.7 mm;天山鄉、德外里克鄉和沁城鄉等山區過程降水量分別為36.3、20.7、24.0 mm。主要降水日為9月4日。具體實況如表1所示。
      2 實況分析
      2.1 500 hPa形勢分析
      9月1日8:00至9月3日8:00,歐亞范圍內由緯向環流轉為經向環流,里、咸海長脊與北支脊疊加,形成烏拉爾山長波脊并繼續向北發展且東擴,同時貝加爾湖脊向北發展,但其勢力明顯弱于烏拉爾山脊;南支上的新疆弱脊受到北方冷空氣的沖擊后向南衰退。
      9月4日8:00,烏拉爾山脊主體向東北方向發展,伸向西西伯利亞,位于新西伯利亞建立較強的北風帶,引導北方冷空氣南下;而貝加爾湖脊在東移過程中繼續向北發展,其勢力略弱于烏拉爾山脊。在兩脊夾攻的形勢下,使南下的冷空氣在新疆的阿勒泰地區切斷成低渦,冷空氣在此堆積,該低渦分裂低槽位于新疆的東部,哈密處于該槽前的西南氣流控制,且風速達到24 m/s,同時副熱帶鋒區迅速加強,最大西南風速達20 m/s,有利于水汽輸送。阿勒泰低渦東南下造成地區大部產生強度較大的降水天氣(圖1)。
      由此可以看出,此次天氣過程的主導系統是烏拉爾山脊發展東擴,引導北方冷空氣南下;影響系統是阿勒泰的切斷成低渦東南下造成大降水天氣;下游的貝加爾湖長脊起到了阻擋作用,給冷空氣南下堆積創造了非常有利的時機。
      2.2 100 hPa形勢分析
      9月3日8:00伊朗副高向北猛烈發展,使伊朗至烏拉爾山為很強的高壓脊區,南亞高壓分裂成2個中心呈雙體型(圖2),一個位于伊朗至里海,另一個位于青藏高原西南部。副熱帶低槽呈兩段,分別位于在薩彥嶺至巴爾喀什湖、巴爾喀什湖至阿富汗東北部的喀布爾。9月4日8:00烏拉爾山脊頂東北向伸展,南亞高壓位于青藏高原西南部的中心西移與里、咸海脊合并,使得印度—伊朗—里、咸海處于寬大的閉合高壓區域中,中心位于里咸海。
      由此演變可見,南亞高壓呈雙體型為大降水提供了環流背景。但是9月初季節轉化時節,南亞高壓隨季節變化應該逐漸東撤到90°E附近,而這次天氣的表現是位置偏西,主要在80°E附近,而且南亞高壓只是西伸,并沒有產生“東西振蕩”,副熱帶大槽也沒有完全形成。因此,入秋時的大降水環流背景有別于夏季。
      2.3 700~850 hPa低空急流分析
      850 hPa高空,9月1日8:00新疆大部處于4~16 m/s的偏東氣流中,其中若羌為12 m/s;9月2日8:00甘肅至新疆東部有一股2~10 m/s的偏東氣流,哈密和若羌為10 m/s;9月4日8:00若羌轉為西南風,哈密地區至甘肅西部仍為偏東氣流控制,哈密風速為10 m/s,烏魯木齊為西北風,形成了明顯的風向氣旋性輻合切變。
      700 hPa高空,從9月1日8:00至9月3日8:00,北支鋒區逐日南壓到北疆沿天山一帶及哈密地區,甘肅省河西走廊至哈密地區存在著一股2~6 m/s的偏東氣流;9月4日8:00甘肅省的偏東氣流移至內蒙西部,哈密的偏東風速增加到8 m/s,這股偏東風與北塔山、烏魯木齊、庫爾勒的西北風及若羌至茫崖的西南風形成了明顯的風向氣旋性輻合切變。
      由此可以看出,低空存在一支弱的偏東急流,其厚度由850 hPa上升到700 hPa,其與偏西、偏北區域形成了明顯的風向氣旋性輻合切變,有利于上升運動、水汽的凝結和集中及不穩定能量的釋放,為產生降水提供了非常有利的條件[1]。
      2.4 200 hPa高空急流分析
      9月1日8:00至9月4日8:00的200 hPa高空,在40°N附近新疆境內存在一支偏西風速>40 m/s的高空急流,哈密地區上空的風速由16 m/s增加到26 m/s。
      從100~500 hPa的高空形勢看,薩彥嶺上空均為低渦,因而該低渦是個深厚系統。從以上高低空環流形勢演變和配置可以看出,存在“三股氣流”:低層的偏東急流,中層的西南氣流,高層的偏西急流[1]。同時南亞高壓雙體型的形成,給大降水創造了有利的環流背景。   2.5 海平面氣壓場分析
      8月31日8:00至9月2日8:00,地面冷高中心起初位于波羅的海的東側,該中心基本上沿60°N東移到烏拉爾山中部,2日8:00以后東南下,4日20:00到達阿勒泰北側的薩彥嶺;從8月31日08時至9月3日8:00,其強度由1 018.3 hPa增強到1 037.9 hPa,之后強度略有減弱,4日8:00強度為1 030.8 hPa(圖3)。
      由此可見,此次冷空氣原地為波羅的海,路徑為西北路徑[1],冷空氣在東移過程中呈加強趨勢。
      2.6 層結不穩定度分析
      根據哈密本站的高空資料,利用T-lnp圖計算哈密本站的大氣層結穩定度指數,這類指數種類較多,其側重點各有不同,這里主要用A指數和K指數,這2種指數在實際工作中有較好的指示意義。
      A指數的定義:A=T850-T500-(T-Td)850-(T-Td)700-(T-Td)500;K指數的定義:K=(T850-T500)+Td850-(T-Td)700 [2]??梢钥闯鏊鼈兙哂泄餐奶攸c:除了表示溫度垂直變化外,還包含了大氣中、低層的飽和程度和濕層厚度,是反映穩定度和濕度條件的綜合指數。指數值越大,表示大氣越不穩定、越潮濕,大氣具有較高的潛能,越有利于降水形成[2]。具體數據如表2所示。
      從表2可以看出,在9月4日8:00 A指數和K指數發生明顯的突變,迅速增大,A指數由-53 ℃增大到10 ℃,K指數-7 ℃增大到33 ℃,至9月4日20:00快速下降,這與哈密地區的強降水時段非常吻合。
      3 數值預報產品解釋應用
      目前,日常主要用歐洲中心和我國的T213數值預報模式產品,歐洲中心的預報時效為24 h,產品種類少;我國T213的預報時效是6 h,且擁有大量物理量的預報產品。歐洲中心的預報產品反映大環流背景的總體變化趨勢,T213則可反映比較細致的變化趨勢,各種物理量的變化趨勢可以比較好地反映各種天氣產生的可能性。因此,對歐洲中心和T213數值預報模式產品進行分析,可以比較好地解釋天氣產生的成因,對天氣預報有一定的指導意義。
      3.1 數值預報形勢場預報檢驗
      選用歐洲中心、T213數值預報模式產品,均用2010年9月2日20:00發布的48 h預報場與9月4日20:00實況場進行對比分析。這里主要對500 hPa高度場、海平面氣壓場和850 hPa溫度場進行對比分析,分別選用564什位勢米高度線、1 020 hPa氣壓線和12 ℃溫度線為特征線,將預報場與實況場在同一張圖上疊加??梢钥闯?,高度場和海平面氣壓場的預報場與實況場非常吻合,而850 hPa溫度場中歐洲中心的預報場與實況場比較吻合,T213的預報場比實況場略偏南(圖略),但槽脊位置還是比較吻合。因此,此次天氣過程的數值預報的形勢場預報有較好的指導意義和參考價值。
      3.2 T213數值預報物理量場的解釋應用
      3.2.1 水汽條件——相對濕度。從9月4日2:00—14:00演變趨勢看,500~700 hPa高濕飽和中心區自西向東經過哈密地區各地,其值均在90%以上,20:00移出哈密地區。9月4日8:00另一高濕中心位于青藏高原,將通過西南氣流輸送水汽到哈密地區。從其移動路徑看,與降水路徑比較吻合,水汽來源主要為系統本身及阿拉伯海,從低層到中層的水汽十分充沛,為降水提供了豐富的水汽條件。
      3.2.2 動力條件。包括散度分析和垂直速度分析2個內容。具體分析如下。
     ?。?)散度分析。從9月4日8:00 700 hPa散度預告圖上可以看出,哈密地區東部處于負值中心區,為強烈的輻合區[2-3],其最大值在七角井附近為-149×10-6/s,哈密與巴里坤地區間為-118×10-6/s(圖4)。
      從9月4日8:00 200 hPa散度預告圖上可以看出,哈密地區東部處于正值區中,8:00七角井為32×10-6/s,哈密與巴里坤地區間為11×10-6/s。正值中心東南移,自西向東,哈密地區先后處于高層較強輻散區中[2-3],14:00進入哈密地區,位于巴里坤和伊吾之間,其值為62×10-6/s,哈密與巴里坤地區間為59×10-6/s(圖4)。
      從以上哈密地區高低空散度場的配置來看,低層具有強烈的輻合區,高層具有強烈的輻散區,尤其是8:00高低層散度差值最大,達到181×10-6/s,起到非常強的抽氣作用,具有強垂直上升運動,為水汽的垂直輸送及凝結創造了有利條件[3]。
     ?。?)垂直速度分析。9月4日8:00,500~700 hPa高空哈密地區處于上升運動區,其值分別為-56×10-4、-196×10-4 hPa/s(圖5);14:00 500 hPa高空垂直速度高值區中心東移到蒙古,哈密地區偏東區域仍處于上升運動區,其值在 -100×10-4 hpa/s左右,哈密大部分區域處于下沉運動區。哈密地區大部降水集中在8:00—14:00,紅柳河降水集中20:00以后。
      由此可見,在大降雨前及暴雨中,從低層到中層都表現為強輻合上升運動,中層輻合上升運動相對較強,有利于大降雨所需不穩定能量的儲存,并在暴雨中激發大量不穩定能量的釋放,有利于水汽抬升冷卻凝結、輸送和集中,為暴雨形成創造了有利條件。暴雨總是發生在大范圍的上升運動區內,如此大的垂直運動,只有在不穩定能量釋放時才能形成,是由中小天氣系統所造成的[3]。因此,此次暴雨是在長波槽脊穩定的情況下,低渦天氣尺度系統中攜帶者中小尺度系統形成的。
      3.2.3 不穩定條件——K指數。9月4日8:00哈密地區大部處于高值區域,其值在14~37 ℃,高值中心位于哈密西南部邊境;14:00高值其中心移至哈密地區與甘肅交界處以及北塔山和蒙古中部;20:00高值區移出哈密地區進入甘肅區域。由此可見,K指數>30 ℃,非常有利于降水形成,中心值與實況也比較吻合,有較好的預報指導意義。但與實際產生降水的路徑看,此次預報中位置有些偏南。
      從以上數值預報的各物理量場分析看,各要素配置滿足了大降水的形成基本條件。對于這次天氣過程,這些天氣(下轉第16頁)
     ?。ㄉ辖拥?3頁)
      形勢場及物理量場的預報具有非常好的預報指導意義[4-7]。
      4 預報著眼點
     ?。?)此次天氣過程的主導系統是烏拉爾山脊發展東擴,引導北方冷空氣南下;影響系統是阿勒泰切斷低渦東南下造成大降水天氣;控制系統是貝加爾湖長脊起到了阻擋作用,給冷空氣南下堆積創造了有利時機。
     ?。?)各物理量場及要素變化分析對降水預報有著重要貢獻,尤其是水汽條件、動力條件和不穩定能量條件。這次大降水過程是在長波槽脊穩定的天氣尺度環流背景下,低渦這個天氣尺度系統中攜帶著中小尺度系統形成的。其物理機制是對流層低層強烈輻合與高層強烈輻散、垂直上升運動以及“三股氣流”的存在。
     ?。?)數值預報產品為這次降水預報提供了重要依據,尤其是產生降水的三要素條件。在日常預報工作中,降水的三要素中的水汽條件和動力條件均有較多的物理量來體現,不穩定能量可以充分利用K指數來體現。
     ?。?)秋季發生大降水,一定要特別關注烏拉爾山脊的維持、發展和衰退,它是引導北方冷空氣的關鍵;同時要關注副熱帶急流鋒區的位置,其對水汽輸送具有重要的意義。
      5 參考文獻
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