不同性质降水天气在V-3θ图上的表现特征

不同性质降水天气在V-3θ图上的表现特征
田霄
【摘要】文章根据欧阳首承的演化溃变理论和信息数字化方法,对区域性暴雨与局地强降水、雷暴天气进行对比分析.利用各地探空资料,通过大气探测特性层的非规则信息,发现不同性质的降水天气在V-3θ上明显的结构性差别.即一般性降水或大面积的灾害性暴雨的对流强度,比强对流天气弱得多.并提取各类降水天气的可预报性信息,为灾害天气的预报预警提供一定参考.
【期刊名称】《内蒙古气象》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】4页(P20-22,35)
【关键词】降水;演化溃变;V-3θ图
【作者】田霄
【作者单位】民航湖北空管分局,湖北武汉430302
【正文语种】中文
【中图分类】P458.121
引言
区域性暴雨与局地强降水、雷暴等灾害性天气，往往造成洪涝灾害和严重的水土流失，导致工程失事、堤防溃决和农作物被淹等重大的经济损失。

因此，众多气象工作者十分关注此问题，并运用不同的方法开展研究取得了不少成就，也有不少气象
工作者利用V-3θ图研究这方面问题，并取得成果。

如蒋丽娟等[1]利用V-3θ图对桂林站1998年6月份的暴雨过程作了一次综合分析，结果证实广西的几次特强的降水都在V-3θ图上有较好的反映；汤强等[2]运用溃变理论的V-3θ图结构分析方法和溃变图分析了汕头的一场暴雨天气，说明怎样运用溃变理论对汕头暴雨天气进行预测分析。

结果表明：V-3θ图对暴雨天气预测有着较好的指示特征，溃变图对天气形势的演变有较好的指示意义，溃变理论在暴雨天气预测中有参考价值。

1 分析方法
本文根据欧阳首承的理论[3-11]，从演化观念出发，采用信息数字化分析方法，应用大气探测特性层的变化信息或非规则信息，对区域性大暴雨、局地强降水及雷雨等降水天气的数字化特征规则进行分析。

V-3θ图的方法体系立足于对流层内垂直方向上气流所引发的天气发生、发展、维持和消亡问题，V指的是采用探空资料中的风向、风速等直接观测的数据，不做人为或初始化的任何处理，而3θ分别是指θ、θsed和θ*，并在P-T （其中T以绝对温标K表示）坐标图上构成3条曲线，作为每一个测站的V-3θ图。

其中将传统的以凝结高度计算的假相当位温θse改为露点温度计算的θsed，意义在于水汽凝结已经临近降水，故分析凝结之前的大气湿度对于预测更有针对性。

而且为了便于掌握大气中水汽分布的对比性，又给出了假定为当时气温的纯饱和位温θ*。

另外在V-3θ图中引进了“滚流”概念的信息。

目前天气图或数值模式所计算出的高低压常用的是水平的垂直方向的涡度（即? 涡度），而? 涡度是气流上升和下沉的产物，为了使预测问题使用超前信息，遂用溃变理论的数字化方法改为水平方向的涡度（即ξ，η涡度）。

这样就比现行的气压系统超前运用了大气的上升和下沉信息，而采用了“滚流”概念，即顺滚流上升和逆滚流下沉的信息。

对于北半球而言，其上层为西北风，下层为东南风，则为最明显的晴天转为大风或阴雨天气的标志，也是北半球常见的转折性天气变化。

如低空为东风、高空为西风，或低空
南风、高空为北风是顺滚流图；低空为西风、高空为东风或低空为北风、高空南风是逆滚流；一致西风随高度加大为顺滚流，一致东风随高度加大为逆滚流。

顺滚流将预示大风、行云或播雨等由晴天转换为坏天气的转折性变化的标志；逆滚流则反之，即为坏天气转换为晴天的特征。

其中矢量风矢可以按其分量分解之，再整体分析对比后以分量大者决定。

还引入了大气“超低温”，形象地说就是流体的“扭结”，并在多种天气云图中可以验证看到。

“超低温”的发生区，正是大气运行中发生扭曲变化，或称为曲率变化的“扭结”，涉及数学的非线性式的三阶导数。

“超低温层”一般集中于
250～150hPa，极端情况可以出现于400～300hPa或200～100hPa。

对流层上层的温度降低会引发大气对流的活跃，也就会有天气变化的发生。

灾害天气前的
V-3θ图中也还可以看到，300～100hPa附近会出现陡然左倾，或准垂直于T轴
或右倾中有拐角者，则表示附近有“超低温”存在。

“超低温”导致了大气垂直结构的极度不均匀，与暴雨、冰雹、大风、龙卷、沙尘暴等灾害天气有密切关系。

2 区域性暴雨
2008年7月22日，襄樊出现罕见的特大暴雨，为襄樊市有气象记录以来最强的
一次大暴雨过程。

据全市自动气象站降水量资料，2008年7月22日02—20时(北京时，下同)的18 h内襄樊市98个自动气象站，有93站降水量超过50 mm，50站降水量超100 mm，6站降水量超200 mm，3站降水量超250 mm。

这一次区域性暴雨天气具有典型性，故选此进行分析。

从2008年7月21日08时的100hPa高空图（图略）上看，青藏高压很稳定。

我国南方高层为较一致的东风，中高纬为西风带控制。

长江和黄河之间的中下游区域是东西风急流的交界处。

在东西风带的转折处往往是天气发生剧变的区域，而实况也如此，在这几天中我国中部是降水带。

这时运用溃变理论，配合V-3θ图，分析垂直滚流形式和超低温等的表现，能更加细致地对这次暴雨进行预测。

由于襄樊
没有探空站，为了用V-3θ图说明这次特大暴雨的演变过程，特选用在它周围的安康、南阳、宜昌三站来预测襄樊的天气变化。

7月21日08时，安康站（见图1）低层为偏南风、中高层是偏西风、甚至上层风向转为偏北风，构成了整体顺滚流。

较20日，低层风速加大，滚流加强，并在200～400hPa出现超低温。

显示了大气垂直结构极不稳定，其蕴含不稳定能量。

θsed和θ*曲线呈现基本一致的曲拐的方向，预示将有降水天气出现。

图1 2008年7月21日08时安康站
同一时刻的宜昌站（见图2）显现了暴雨趋势的基本特征：V-3θ图中的θsed和θ*曲线不仅相距小于3～5K，而且几乎呈现准平行状态垂直于T轴。

这不同于强对流天气的冰雹、强降水的结构特征。

150～250hPa的超低温明显。

既有θsed 和θ*曲线准垂直而显示了持续性灾害性暴雨的对流程度小于强对流天气，更有可以超过强对流天气的水汽辐合层厚度。

南风水汽辐合层已经达到400hPa以上，可预测出其降水量至少可以达到暴雨。

位于襄樊站南偏西侧的宜昌站显示了暴雨的征兆，预示着随着东移的雨区，襄樊站也会有大暴雨。

图2 2008年7月21日08时宜昌站
到了21日20时，安康站（见图3）的超低温更加明显，显示区域范围内会有天气的剧变。

θ*-θsed≤3-5K，虽然当地水汽较充分，但是水汽来源不充足，其西侧的几个站（如达川等）低层不是西南风的水汽辐合，而是偏东风，故本地降水量较小。

但是其θ*、θsed曲线呈现准平行的垂直于T轴，显示会有区域性降水。

21日20时位于襄樊南侧的宜昌站和鄂西站低层为南风气流，且形成了风速达8m·s-1的水汽通道；东北侧的南阳站低层为8m·s-1的东北气流，于襄樊形成低层水汽辐合，具备暴雨中心区域特征。

图3 2008年7月21日20时安康站
22日08时位于襄樊站东北方向的南阳站的信息（见图4）看，低层东北风，中层
偏南风、西南风，高层逐渐转为西北风，有顺滚流态势。

θ*、θsed曲线呈现准平行的垂直于T轴，其θ曲线非规则曲拐，显示大气状态的不稳定。

θ*、θsed曲线疏密相间且中低层不是偏南风的一致辐合，揭示水汽没有强降水充分。

显示南阳本地不会有太大的降水，但伴有雷暴天气。

非规则的曲拐是雷暴天气的重要信息。

从南阳站的V-3θ图表明大范围的降水将停止，不会再向东转移。

图4 2008年7月22日08时南阳站
3 局地强降水
在2008年7月19日08时的安康站（见图5）可以看出，低层偏东风，中高层
是偏西风，构成顺滚流，这就显示未来12～24h会有阴雨天气维持。

超低温厚
度较薄并表现为简单的折拐。

但是θsed、θ*曲线的左倾很明显，与T轴成钝角的程度（其原因是低空大气因地面加热和水汽的作用，所引起的微弱的对流不稳定），而没有与T轴准垂直，显示局地性降水。

低层风速较小，水汽的输送不充分，也
能看出是局地性降水。

从实况上显示，确实是局地降水。

图5 2008年7月19日08时安康站
4 雷雨天气
从2008年7月19日08时宜昌站的V-3θ图（见图6）上看，宜昌高空处于副热带高压的北侧。

出现多处折拐，θ曲线在多层均出现波折，显现大气的极度不稳定。

θsed与θ*曲线不是准平行结构有左倾趋势，在850～925 hPa之间的一层，
θsed与θ*曲线相对来说比较靠近,构成“蜂腰”状,形成中间偏湿,上、下偏干的结构，且呈现疏密相间，揭示水汽没有强降水充分；另外，θsed、θ*曲线与T轴没
有构成真正意义的钝角，揭示相应大气状态的不稳定程度相对于强降水而言显得较小。

再配合弱的超低温和顺滚流，是雷雨天气的标志。

图6 2008年7月19日08时宜昌站
5 结论
在演化的溃变思想[8-9]下，综合利用V-3θ图证实了区域性暴雨、局地降水和雷
暴天气三者结构明显不同。

即一般性降水或大面积的灾害性暴雨的对流强度，比强对流天气的对流弱得多。

得出以下结论：
（1）区域性的大暴雨不同于局地强降水。

局地强降水的V-3θ图中，θsed、θ*曲线的左倾趋势很明显，与T轴成钝角，而没有与T轴准垂直。

（2）区域性的大暴雨不同于雷暴天气。

二者的θsed、θ*曲线还是有结构性差别的。

在雷阵雨中，θsed、θ*曲线没有近似平行，而是疏密相间；且θsed、θ*曲
线与T轴多准垂直；上干下湿，或者中层偏湿,上、下偏干。

有时雷阵雨的θsed
与θ*曲线也会呈现“蜂腰状”。

（3）构成暴雨及以上级别的区域降水，其θsed、θ*曲线近似平行与T轴准垂直，表明其对流没有局地强降水强烈。

故其由顺滚流调整为逆滚流需要较长时间，就造成了持续性的、大面积的灾害降水。

θ曲线呈现左弓状，并伴有非规则折拐。

【相关文献】
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