2009-09宁夏连阴雨天气诊断分析

2009-09宁夏连阴雨天气诊断分析
沈跃琴;裴晓蓉;辛尧胜;聂晶鑫;金青
【摘要】应用NCEP/NCAR北半球逐日再分析和T213分析场资料,对宁夏2009-09-04-09连阴雨天气进行了诊断分析,并从环流特征、水汽条件及动力和热力学特征等方面,与2007-2008年连阴雨过程进行了对比分析.结果表明,3次阴雨过程均发生在有利的环流背景下；冷空气的强弱和水汽来源的不同,造成了阴雨过程持续时间的不同；水汽通量散度、垂直速度和假相当位温分布的差异导致了阴雨过程降水特征的不同.
【期刊名称】《宁夏工程技术》
【年(卷),期】2011(010)002
【总页数】5页(P101-105)
【关键词】宁夏；秋季连阴雨；天气诊断；对比分析；预报着眼点
【作者】沈跃琴;裴晓蓉;辛尧胜;聂晶鑫;金青
【作者单位】宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川，750002;宁夏气象台，宁夏银川，750002;宁夏气象台，宁夏银川，750002;宁夏气象台，宁夏银川，750002;宁夏气象台，宁夏银川，750002;宁夏气象服务中心，宁夏银川，750002
【正文语种】中文
【中图分类】P458.1+21
2009-09上旬，宁夏出现了全区低温连阴雨天气.低温阴雨天气增加了中部干旱带
和南部山区土壤底墒，有利于秋作物的正常生长，为冬小麦的播种提供了有利条件，有效增加了水库、窑窖蓄水，为来年春播奠定了良好基础，但对灌区各地水稻生长及葡萄品质、苹果着色有一定影响.
2007—2009年，宁夏连续3 a出现了秋季连阴雨天气，对2007—2008年两次
连阴雨过程笔者已进行了对比分析[1].为了更深入地了解宁夏秋季连阴雨成因机制[2-6]，本文通过对2009年连阴雨过程的诊断分析，以及与前两次（2007—2008年）阴雨过程异同的对比分析，期望找出宁夏连阴雨预报着眼点，对连阴雨预报服务起到积极作用，为防灾减灾提供科学预报依据.
1 过程概况
2009-09-04—09，宁夏全区出现了低温连阴雨天气过程.04T08：00—10T08：
00 全区累计降水量在 0.1～48.4 mm（图 1），其中，贺兰山北段、惠农县、泾
源县等地累计雨量超过40mm，而中部干旱带南部的同心县、兴仁镇及南部山区
西吉县的西部等地累计雨量不足10mm.与历史同期相比，除西吉站偏少外，其他地区偏多40%以上.伴随降水，全区气温明显下降.
2 连阴雨过程的大尺度环流背景分析
2.1 亚洲西风环流指数
从表明大气环流调整和槽脊势力增强或减弱的西风环流指数演变情况来看（图2），08-24—30，亚洲西风环流指数呈上升趋势；08-31—09-03，亚洲西风环流指数呈下降趋势；09-04—09，亚洲西风环流指数维持低指数.这表明从8月下旬到9
月上旬亚洲地区中高纬度大气环流发生了明显调整，即由纬向环流转变为经向环流，而连阴雨是发生在环流经向度最大且相对稳定时期.同时说明在09-04—09，亚洲中高纬度地区槽脊加强，冷空气活动势力较强.9月10日，亚洲西风环流指数快速
上升，大气环流经向度明显减弱，环流发生调整，连阴雨天气结束.
图 1 2009-09-04T08：00—10T08：00 宁夏各站累计降水量
图2 2009年8月下旬至9月上旬500 hPa亚洲西风环流指数变化曲线图
2.2 500 hPa环流特征
连阴雨是在一定的环流形势下发生的.在2009-09-04—09的500hPa平均高度场上(图3a)，西太平洋副热带高压脊线位于30°N以北，584 dagpm特征等值线北界位置位于38°N附近，较常年同期偏北；东欧到乌拉尔山一带为阻高，对应距平图(图3b)上伴有210 gpm的正距平中心；长波槽位于巴尔喀什湖附近，对应距平图上伴有120 gpm负距平中心.这种分布型表明：乌拉尔山高压脊较常偏强，巴
尔喀什湖低压槽较常年偏强偏深.沿乌拉尔山脊前西北气流不断有冷空气南下补充，使得巴尔喀什湖低压槽发展加深且稳定维持，并不断分裂冷空气东移南压，配合副高边缘的偏南暖湿气流共同影响，宁夏出现连阴雨天气.
到9月10日，乌拉尔山正距平中心和巴尔喀什湖负距平中心迅速减弱，反映在高度场上为乌拉尔山阻高崩溃，巴尔喀什湖槽明显减弱（图3c—3d），西太平洋副热带高压东退，宁夏连阴雨自北向南结束.
另外，在500 hPa平均高度距平场上，巴尔喀什湖到中亚地区为强负距平，河套
及以东地区为正距平，从新疆至河西到河套维持“东高西低”环流型，有利于宁夏产生阴雨天气.
3 连阴雨过程的水汽及动力、热力学特征分析
3.1 湿度场分析
宁夏地处中纬度内陆地区，大陆性气候明显，一年中干季时间长，湿季时间短，连阴雨天气主要发生在湿季内.因此，宁夏连阴雨的产生除了有合适的动力学条件外，还有关键的湿度条件.各等压面上T-Td值反映了各层上的干湿情况，为此可用温度露点差来衡量空气的湿度条件.对于宁夏一般T－Td≤5.0℃的区域为高湿区，T－
Td≤2.0℃的区域为饱和区[7].
图4为连阴雨期间500~850 hPa平均温度露点差分布图.由图可看出，在500 hPa上（图4a），从青藏高原东部经甘肃南部到兰州有2～5℃的湿舌伸展到宁夏银川附近，银川及以南地区处于T－Td≤5℃的高湿区内；700 hPa上（图4b），在宁夏范围内存在T－Td≤2℃的最大湿中心；850 hPa上（图 4c），宁夏处于T －Td＜5℃的高湿区内.这表明在连阴雨期间宁夏上空的整层空气湿度较大,有利于产生降水，而700 hPa层大气状况一直处于饱和状态，且湿舌与最大湿中心位置及连阴雨落区吻合.
图3 2009年9月4—10日500 hPa平均高度场和距平图
图 4 2009-09-04—09 500~850 hPa T－Td平均图（单位：℃）
3.2 连阴雨过程中的动力、热力学特征
3.2.1 涡度平流和垂直上升运动分析分析连阴雨期间850～200 hPa平均涡度平流图（图略）发现，700~200 hPa上宁夏均为正涡度平流，700 hPa正涡度平流最大，850 hPa为负涡度平流.涡度平流垂直分布为下负上正，即高层的正涡度平流和低层的负涡度平流相配合，使高层辐散，低层辐合，有利于上升运动的产生和维持[8].
由图5可看出，在连阴雨过程中，从850~400hPa为一致的上升运动，宁夏处在上升运动区中，500hPa以下的上升运动速度达到－0.1×10-1hPa/s左右；10日（图略），700 hPa和850 hPa上升运动速度明显减弱，宁夏北部处在垂直速度正值区中，南部地区处在弱负值区中，连阴雨过程自北向南结束.分析可见，涡度平流下负上正的垂直分布以及850~400 hPa的持续上升运动，为此次连阴雨过程提供了动力机制.
3.2.2 热力学特征分析 (1)500～850 hPa总能量分析.θse(假相当位温)是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量[9-11]，θse的分布反映了大气中能量的分布，其
高值区为高能区，θse场中等值线密集区又为能量锋区. 本文用Σθse=θse，
500+θse，700+θse，850 表明 500～850 hPa三层的θse之和，它的分布反映了连阴雨期间500～850 hPa总能量的分布，能量越大，产生降水的可能性越大.
本文使用T213的500，700，850 hPa三层θse分析场资料，将连阴雨期间三层对应格点的θse的平均值求和得到Σθse的分布图(图6a).
由图6看出，从青藏高原东侧到甘肃南部地区有一高能中心，从四川盆地到陕西
有一西南东北向的高能舌，银川以北地区处在能量锋区中，在银川西北侧有一个相对低能区，表明有冷空气入侵宁夏，冷空气的入侵加剧了能量锋的强度，促使了不稳定能量释放，对宁夏中北部局部地区中雨的形成起着重要作用.
图5 2009-09-04—09 400~850 hPa平均垂直速度（单位：10-1hPa/s）
(2)θse垂直分布.气层中θse随高度降低，则当该层空气升达凝结高度以上时，气层的垂直减温率大于湿绝热减温率，为对流性不稳定.为了实际应用方便，可以认
为气层的假相当位温随高度单调上升或单调下降.这样，依据气层上界和下界两个
高度上假相当位温的相对大小，即可判断气层的稳定度.为此，本文用Δθse（θse，850-θse，500，θse，700-θse，500，θse，850-θse，700）来反映位势稳定度.图6b—6d分别是850 hPa和500 hPa、700 hPa和 500 hPa、850 hPa和700 hPa位温差，差值为正值，表示大气处于位势不稳定状态.在θse，850-θse，700分布图上（图 6d），宁夏银川及以北地区、吴忠中东部及固原六盘山区处在
正值（不稳定）区中.说明此次连阴雨过程尽管高空形势相对稳定，但在低层位势
不稳定，为此宁夏中北部和固原六盘山区出现了中雨或中到大雨.
图 6 2009-09-04—09 Σθse，θse，850-θse，500，θse，700-θse，500，θse，850-θse，700平均图（单位：K）
4 2009年与2007—2008年阴雨过程的对比[12-13]
(1)降水特点.分析比较3次阴雨实况发现，阴雨持续时间2009年最短，2007年
最长；从降水强度和大降水出现的范围看，2008年过程最强，2009年过程最弱；从强降水落区看，2009年过程大于30 mm降水区域主要位于宁夏南北两头，与
前两次过程相比，强降水区域位置更偏北.
(2)500 hPa平均高度、距平场及200 hPa风矢量场.3次阴雨过程持续时间、明显降水落区、降水强度不同，但500 hPa高度、距平场形势特征和副高位置及200 hPa风矢量场分布等却有相似之处，即500 hPa乌拉尔山有高压脊发展，巴尔喀
什湖附近有低压槽稳定维持，西太平洋副热带高压较常年同期偏北，亚洲中纬度地区处于“东高西低”环流型下，有利于宁夏产生连阴雨天气.200 hPa风矢量场分
析表明，2007年过程期间冷空气异常活跃，其势力较强，有利于不断分股冷空气东移南下，使阴雨天气持续时间较长，而2009年过程期间冷空气较弱，阴雨天气持续时间最短.
(3)700～850 hPa水汽通量散度场.对比分析发现，2008—2009年过程期间水汽
输送主要以低层（850 hPa）为主，而2007年过程期间中低层（850～700 hPa）均有明显水汽辐合，有利于连阴雨天气维持.
(4)热力学特征及垂直上升运动.分析表明，3次阴雨过程的850 hPa假相当位温高能舌与高湿区及水汽辐合区相对应.2009年过程高能舌从云贵高原一直伸到宁夏北部地区，高能舌65 K等值线伸至39°N附近，所以2009年与2007—2008年过程相比，强降水区域位置更偏北，最大降水主要出现在石嘴山市.3次阴雨过程的
垂直速度分布特征表明，从850~400 hPa为一致的上升运动，宁夏处在上升运动区中，但3次过程垂直上升速度最大中心位置及垂直上升速度值却有明显差异.即2008年垂直上升速度最大中心位置比2007年偏北，2009年过程垂直上升速度
最大中心位于南北两头（40°N和36°N附近）.另外，从3次过程的垂直上升速度值看，2008年过程最大，2009年过程最小.所以从降水强度和大降水出现的范围看，2008年过程最强，2009年过程最小.
总之，3次阴雨过程均发生在有利的环流背景下，冷空气强弱和水汽来源的不同，造成了阴雨过程持续时间的不同；水汽通量散度、垂直速度和假相当位温分布的差异导致了3次阴雨过程降水特征不同.
5 预报着眼点
通过对2009年连阴雨天气的诊断以及与2007—2008年阴雨过程的对比分析，
初步得出宁夏秋季连阴雨预报着眼点：
(1)200 hPa风矢量场上，在40°N附近有强盛的西风急流稳定维持.
(2)500 hPa乌拉尔山高压脊和巴尔喀什湖长波槽，以及中纬度地区“东高西低”
环流型的建立和维持，为连阴雨过程提供了大尺度环流背景.
(3)西太平洋副热带高压西伸北抬且稳定少动，脊线维持在30°N附近，584 dagpm特征等值线北界位置在38°N附近（较常年同期偏北），是宁夏产生秋季连阴雨天气的有利形势.
(4)水汽主要来源于副高西南部偏南暖湿气流的输送，降水落区位于中低层（850～500 hPa）水汽辐合区内.
(5)根据850～500 hPa θse高能舌锋区位置及强度判断位势不稳定的强弱，预报
可能出现较大量级降水.
(6)冷空气的强弱和水汽来源的不同，造成阴雨过程持续时间不同；水汽通量散度、垂直速度和假相当位温分布的差异导致阴雨过程降水特征不同.
(7)蒙新高压脊的建立，中纬度地区“东高西低”环流型的破坏，以及副高脊线南
撤至25°N附近，预示连阴雨天气结束.
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