昌吉地区一次低涡大降水诊断分析

资源与环境科学现代农业科技2014年第19期
新疆地处欧亚大陆中心,远离海洋,属于干旱、半干旱地区。

新疆暴雨标准与其出现频次,从数量上来说,虽不如我国的东部和南部,但暴雨落点分散、历时短、强度大、局地性强[1],危害程度十分严重。

新疆暴雨天气过程既是山洪、滑坡、泥石流等自然灾害的主要引发因素,又是农牧业生产的重要水源。

多年来,新疆气象工作者们进行了大量研究,得出了许多对暴雨预报有一定指示意义的结论[2-5]。

然而,新疆暴雨天气是小概率事件,其成因尚未彻底弄清,其预报准确率较低(不到20%),仍是夏季降水预报中的难题,仍需要进行大量的个例分析和深入细致的研究。

2013年6月19日12:00至21日8:00,昌吉地区大部
分地区出现了一次大范围的大降水天气过程。

过程降水量平原地区平均为15.9mm ,降雨量最大的滋泥泉子镇为23.7mm ;山区平均为36.5mm ,降水量最大的三工河为46.7mm 。

根据新疆降水评定标准,平原地区普遍达到中到大量、山区达大
到暴量,个别山区为大暴雨。

此次暴雨具有分布广、降水时间长、平原地区降水大等特点。

本文利用常规气象资料、风云2C 红外云图、区域自动站资料、ECMWF 细网格数值预报产品,分析研究此次暴雨过程的天气形势、卫星云图与自动站资料叠加演变特征和ECMWF 细网格数值要素预报检验,为今后此类暴雨的预报和服务提供参考依据。

1大尺度环流分析
1.1100尧500hPa 环流背景2013年6月19日8:00,100hPa 南亚高压呈双体型,高
压中心分别位于伊朗高原和青藏高原上空,且东部的高压强于西部,高压脊线维持在北纬30°附近。

副热带长波槽较强,槽线位于东经80°附近,槽底南伸到北纬38°附近,中亚地区处在槽前较强的西南气流带中。

北疆地区易出现大降水。

500hPa 欧亚中纬度地区为两槽两脊径向环流,里咸海与贝加尔湖附近为脊区,中亚与我国东北地区为槽区。

乌拉尔脊与中亚低涡分别为此次大降水天气过程的主导系统和影响系统。

1.2影响系统特征
此次大降水过程的环流经向度大,影响系统中亚低涡在850、700、500hPa 3层上均呈南北向,对应的低槽也分为南、北2段(图1)。

位于北段的低槽对本次大降水过程基本无影响,位于南段的低槽才是本次大降水过程的影响系统。

此次大降水过程的影响系统较强,主要体现在以下几个方
面:①500hPa 槽前有一致的西南气流(10~16m/s )输送水汽,槽后有较强的冷平流。

②700hPa 的偏东风与偏西风在北疆盆地及中天山一带形成较强的辐合。

③850hPa 在哈密、敦煌一带存在一支10m/s 的偏东气流,为大降水的形成提供了低层水汽输送。

④巴湖南部到北疆盆地的上游关键区中,850、700、500hPa 3层均存在大范围的准饱和区,温度露点差多在1~3℃,这是昌吉地区大降水的典型特征之一。

1.3地面系统特征
2013年6月19日14:00地面天气图上,蒙古国西部到
南疆东部为大陆热低压控制,冷性高压主体位于巴湖西北部,其前部冷空气已在巴湖南部堆积,部分冷空气进入北疆西部、北部,形成小到中量降水,局部山区达到大量(巴音布鲁克6h 降水量为15mm ),冷锋位于蒙古国西部、乌市到巴音布鲁克一带。

冷锋前后气压梯度、3h 变压梯度小,致使冷锋附近的降水以层状云为主、锋面移速慢、较长时间在昌吉州停留,是此次大降水过程中地面天气系统的主要特征。

2云图与自动站降水量分析
用FY2D 红外云图与自动站降水量叠加进行分析发现,这次大降水过程是由冷锋附近层状云系缓慢、旋转移动进入昌吉地区上空,昌吉地区自西向东依次出现降水。

这次天气降水量与云系覆盖时间、区域相对应。

这片大面积的层状云系TBB 大部在-45~-35℃,这与雷达图层状云回波相符合,该云系组合回波在30~40dBZ ,没有出现45dBZ 以上强回波。

在层状云中出现小面积TBB 较低大值区,与自动站降水量大值区域基本一致。

这次大降水天气为稳定的大尺度降水天气。

现将降水过程大致分为3个时段进行分析。

(1)2013年6月19日14:00—20:00。

由分析可得,主要云系已进入昌吉中西部地区,同时自动站6h 累计降水在中西部地区出现降水区,最大降水量达12mm 。

北部降水量大于南部,这与TBB 较低的区域相符合,TBB 最低为-52℃、最高为-25℃。

(2)2013年6月19日20:00至20日2:00。

由图2分析可得,云系已经完全进入昌吉上空,昌吉普遍出现降水,最
摘要利用常规气象资料、风云2C 红外云图、区域自动站资料、ECMWF 细网格数值预报产品,分析研究2013年6月19日12:00至21日8:00发生在昌吉地区的暴雨过程的天气形势、卫星云图与自动站资料叠加演变特征和ECMWF 细网格数值要素预报检验,为今后此类暴雨的预报和服务提供更多的参考依据。

关键词低涡;暴雨;诊断分析;新疆昌吉中图分类号P426.62文献标识码A 文章编号1007-5739(2014)19-0268-02
昌吉地区一次低涡大降水诊断分析
徐欢刘春风
(新疆维吾尔自治区昌吉州气象局,新疆昌吉831100)
收稿日期
2014-09-03
图1500~850hPa 实况分析
268
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最高温度∥℃
最低温度∥℃
玛纳斯23.424.10.716.2呼图壁21.723.8 2.115.3蔡家湖23.124.5 1.418.2阜康22.823.9 1.117.3天池
12.08.2 3.88.6吉木萨尔23.024.3 1.316.714.5 1.714.3 1.015.1 3.114.9 2.45.7 2.916.90.2奇台24.623.70.916.716.90.2木垒
18.8
22.3 3.5
12.0
14.6 2.6
表22013年6月18日20:002m 温度预报与19日
20:00实况比较
站名最高温度∥℃
最低温度∥℃
预报实况绝对误差预报
实况绝对误差昌吉24.823.90.914.913.8 1.1玛纳斯25.024.30.714.513.0 1.5呼图壁23.924.00.114.414.10.3蔡家湖25.223.6 1.615.313.8 1.5阜康23.223.90.714.413.50.9天池
12.910.4 2.5 6.8 4.6 2.2吉木萨尔21.420.90.513.812.7 1.1奇台21.320.1 1.213.912.2 1.7木垒
15.7
15.90.2
10.7
9.90.8
表32013年6月19日2m 温度预报与20日20:00
实况比较
大降水量达21mm 。

出现降水量大值区域与云系中TBB 较低区域相符合,TBB 最低为-56℃、最高为-26℃。

(3)2013年6月20日2:00—8:00。

由图2分析可得,主要云系已移至昌吉东部地区,降水区域也逐渐移至东部地区,最大降水量达16mm 。

云系中TBB 有所上升,面积逐渐减小,TBB 最低为-45℃、最高为-23℃。

3EC 细网格预报产品检验
EC 细网格模式的预报要素有28项,水平分辨率为
0.25°,垂直分辨率为7层,时间分辨率为3h 或6h ,预报实效长达10d 。

选取累积降水量,2m 温度,10m 高度东西、南
北风等4项要素,用距离平方反比四点插值法将这4项要素的格点预报插值到玛纳斯、呼图壁、蔡家湖、阜康、天池、吉木萨尔、奇台、木垒9个预报站点,再用这9个站点的实况观测值来检验EC 细网格模式的预报性能。

3.1过程降水量
EC 细网格模式的累积降水量预报及降水量实况观测
见表1。

分析表1可知,EC 细网格模式对昌吉州中西地区
(天池以西)的降水预报较为准确,虽然在降水毫米数上存在一定的差距,但在降水级别上完全正确;对东部地区的降水预报相对较差,在降水毫米数上预报值明显大于实况值,在降水级别上预报比实况大1~2个级别。

从总体上看EC 细网格模式对降水级别的预报比较准确,预报准确率在67%左右,具有重要的参考价值,但在降水量的预报上还存在一定的偏差,有待于在今后的检验中加以订正。

3.22m 温度
EC 细网格模式的两米温度预报及实况观测见表2、
表3。

分析表2、表3可知,EC 细网格模式对昌吉州的温度预报绝对误差山区高于平原,准确率平原地区高于山区;
2m 温度2d 均小于或等于2℃的最高温度预报准确率约为78%,最低温度预报准确率约为67%,远远高出中央指导预报。

3.310m 高度风速
在城镇精细化天气预报规范中,风速预报可跨量级,如
3~4级、4~5级等,
因此在本次检验中风速预报与实况相差一个量级认定为预报正确。

EC 细网格模式的10m 高度风
速预报及实况观测见表4。

分析表4可知,EC 细网格模式的风速预报准确率较高,约为89%,对风速预报具有指导作用。

相比之下平原地区风速预报明显比山区准确。

4结语
此次昌吉大降水天气是在夏季非常有利于大降水产生的大气环流背景下发生的,500hPa 西南气流、700hPa 东西风辐合、850hPa 偏东气流,并且这3层存在大范围准饱和区域,为此次大降水过程水汽的输送与供给提供了非常有利的条件,是昌吉大降水典型特征之一。

从地面图分析可知,在冷锋前后气压梯度较小,冷平流较弱,致使此次大降水天气锋面移速慢、较长时间停留在昌吉上空,是此次大降水过程中地面天气系统的主要特征。

选取EC 细网格预报中4项要素产品对此次大降水天气过程进行检验可知:累积降水量预报对降水级别的预报比较准确,预报准确率约为67%,具有重要的参考价值,但在降水量的预报上还存在一定的偏差。

2m 温度2d 均小于
(下转第273页)
图22013年6月20日1:30云图与自动站6h
累计降水叠加
站名预报∥mm 预报级别实况∥mm 实况级别昌吉15.4大22.6大玛纳斯 6.7中9.1中呼图壁9.5中到大16.9中到大蔡家湖16.9大14.5大阜康24.4大到暴21.3大到暴天池31.4大到暴19.2大到暴吉木萨尔34.1大到暴11.2中到大奇台30.9大到暴15.4大木垒
38.4
暴雨
20.1
大到暴
表12013年6月19日8:00过程降水量预报与21日
8:00实况比较
站名东西风m/s 南北风m/s 合成风m/s 实况风m/s 合成风级实况风级昌吉 3.4-2.2 4.1 6.334玛纳斯 4.1-1.8 4.5 3.933呼图壁 3.7-2.1 4.3 4.933蔡家湖 4.5-1.0 4.6 6.334阜康 4.6-0.1 4.6 6.534天池 2.7-0.9 2.88.625吉木萨尔 4.4-0.8 4.5 5.534奇台 5.3-1.6 5.5 5.944木垒
4.8
-1.3
5.0
7.9
3
4
表42013年6月19日8:0010m 高度风速预报与21日
8:00实况比较
徐欢等:昌吉地区一次低涡大降水诊断分析
269
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(上接第269页)
或等于2℃的最高温度预报准确率约为78%,最低温度预报准确率约为67%,远远高出中央指导预报。

10m 高度风速预报准确率约为89%,对风速预报具有指导作用。

EC 细网格预报插值到预报站点这项工作是具有很高研究价值。

用FY2D 云图与自动站资料叠加进行分析,结果发现此次大降水天气过程中云图与自动站降水资料有很好的对应关系,并且在层状云系中TBB 较低区域内降水量相对会增大[6-7]。

直观云图资料与分布密集自动站资料叠加分析是非常有必要的。

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(上接第271页)
预报准确率较高。

对T6392m 温度按站点分季节建立回归方程,然后在影响因子分析的基础上进行综合订正,这种方式对最高、最低气温预报有较好的可操作性,同时预报准确率均有不同程度的提高。

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项目
温度预报∥℃
原始线性订正后风向订正后湿度订正后
连山春季最高气温
59.561.063.675.9建昌春季最低气温
63.1
68.769.769.7
表3温度预报订正结果
内织网、产卵、尸体或尘埃聚集引起雨量计堵塞,尤其在雨后,极易导致杂物聚集,引起堵塞。

经过6个月的试验对比观测,发现润滑脂具有粘稠性,伴有刺激性气味且不易挥发,可以避免虫类从出水口处进入雨量计,取得了良好效果。

选取6个易堵塞的区域站翻斗雨量计进行验证,2个雨量计内放入樟脑丸,2个雨量计将润滑脂涂于混凝土基座靠近雨量计出水口处、出水处旁边和雨量筒内壁,2个雨量计不采用任何措施,经过跟踪观察,放入樟脑丸的雨量计和不采取任何措施的雨量计都发生了2起堵塞故障,而涂抹润滑脂的雨量计没有堵塞故障发生。

但是由于降雨和高温,有少量润滑脂被冲走和挥发,为了达到最佳效果,涂抹频率宜为6个月1次。

2.3其他故障排除
在排除其他故障时,熟练掌握工作原理和硬件系统配置,并利用他人经验,如胡珀等[2]提出了利用数字万用表较为便捷的检测出SL3-1型雨量传感器干簧管损坏;刘竞雄等[3]研究了风向风速部分故障的原因和解决办法。

及时做好维护维修的记录,不断总结经验,进行定期巡查,才能高效地完成区域站的维护维修工作。

同时加强宣传教育,在区域站设备上张贴“气象探测设备,受法律保护”的警示标语防止人为破坏气象设备的行为。

2.4区域站保障措施
县级气象部门在人员经费有限的情况下,应该寻求高效、易实施的区域站保障措施,同时努力争取县政府对区域
站建设的重视和资金投入。

就现有政策,气象信息员已遍布
全县各个村委会,建在当地政府大院、学校、果林厂、茶厂、药材和农作物种植基地等地的区域站应与所在地的气象信息员或者政府人员、教师、农户等进行合作,组织简单的维护区域站的培训,让他们进行不定期地巡视和上报并进行简单的维护,气象部门则为其提供免费的天气预报服务。

如2013年3月10日在清水河药材基地建立四要素区域站,并与药材基地负责人达成协议,药材基地负责人对区域站进行不定期巡视和雨量计的清洁工作,气象局利用“三农”服务项目为其争取电子显示屏和大喇叭提供气象服务。

该区域站全年未出现雨量计堵塞故障,出现1起人为剪断数据线故障,当天进行上报,维修人员当天及时解决,确保了区域站的安全和数据的完整性。

3结语
综上所述,区域自动气象站的分布应该均匀、合理,代表当地地区气候特点[4-5]。

翻斗式雨量计堵塞是区域站最主要的故障,采用涂抹润滑脂法可有效防止堵塞。

设备维护需在区域站维护手册的基础上积累经验,准确及时地发现和解决问题[6]。

区域站建在当地政府部门大院、学校、果林厂、茶厂、药材和农作物种植基地等地,并进行合作,实现互赢。

区域站的建设和维护工作是繁重而富有挑战性的,县级气象部门在人员、经费有限的情况下应熟练掌握工作原理,不断总结经验技术并建立起切合实际、运转高效的区域站技术保障体系,确保区域站资料准确、及时地收集和传输,这样才能发挥区域站在防灾减灾和为农服务中的重要作用。

4参考文献
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刘军:区域自动气象站故障分析与排除
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