一次川渝大暴雨过程的天气学分析
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一次川渝大暴雨过程的天气学分析
本文主要利用常规观测资料、云图观测资料以及利用MICAPS系统对气象资料的分析,对2014年8月31日-2日川渝地区的大暴雨过程(后面统称“8.31”川渝大暴雨过程)进行探讨和研究。
本文就这次暴雨的降水特点、环流形势、主要影响系统进行了分析。
应用了天气学原理和天气学分析方法,对这次暴雨天气过程的主要触发机制和对暴雨发生起重要作用的天气系统进行了分析。
主要内容是西南涡发展演变与此次暴雨形成的关系,大尺度环流特征及影响系统为暴雨的发生和持续提供的有利条件。
超低空南风急流促使川渝地区水汽陡增,对流不稳定性迅速增强,为强降雨的发生提供了重要的水汽条件和层结不稳定条件,研究了“8.31”川渝大暴雨过程发生的物理特征、发展机制和维持机制。
关键词:大暴雨,天气形势,西南涡,天气系统,高低空急流
第一章引言
第一节研究暴雨目的及意义
暴雨是中国主要气象灾害之一,其危害主要包括洪灾和涝渍灾。
长时间的暴雨容易产生积水或径流淹没低洼地段,造成洪涝灾害。
暴雨是一种影响严重的灾害性天气。
某一地区连降暴雨或出现大暴雨、特大暴雨,常导致次生灾害,如山洪、泥石流,从而造成房屋倒塌,公路冲毁,农田淹没,在城市里容易造成城市内涝,严重威胁人们的生命安全,造成巨大的经济损失。
渍灾会使地下水位过高,土壤水长时间处于饱和状态,导致作物根系活动层水分过多,不利于作物生长,使农作物减收。
涝灾一般只影响农作物,造成农作物的减产。
涝灾和渍灾在大多数地区是相互共存的,涝渍灾害如水网圩区、沼泽地带、平原洼地等。
许多气象工作者对暴雨天气过程进行了重点的关注和研究,他们主要是对暴雨的形成机制和维持原因进行了许多的研究。
暴雨的预报难度很大,经过对已发生的暴雨天气过程的分析和研究,对今后的暴雨预报和灾害预警提供重要的参考资料,可以有效地提高暴雨的预报水平和预报的准确率,更大的减少暴雨带来的自然危害,更好的保障人们的生命财产安全。
第二节国内外的研究进展
许多国内外的气象工作者对暴雨天气过程进行了深入的研究,并取得了许多的研究成果,对暴雨预报工作提供了重要的参考价值。
有研究表明,特殊的地形对暴雨的形成机制有很大的帮助,如刘新伟等[1]在研究甘肃暴雨天气气候特征及成因时,发现特殊的地形在降水发生前后的时候作用明显,但在降水发生后的作用不再显著,抬高地形加强了地形迎风坡处的动力抬升作用,加大了此处的垂直速度和低层辐合,加强了暴雨强度;马晓华等[2]在对一次陕西暴雨天气过程的分析中发现,秦岭山脉的存在使得关中降水出现增幅,降水落区的变化和山脉的高低存在一定的关系,秦岭山脉在关中暴雨中起了重要作用。
孙椒清等[3]在分析1972年7月2日到3日一次长江流域低空急流的过程中,发现低空急流的不稳定性,不仅在暴雨生成中起了传送热量和水汽的作用,而且提供了重要的动力作用,它能触发中尺度系统的形成,产生暴雨。
有许多研究表明,不稳定能量的集聚和释放,能为暴雨的产生提供条件[4-5],在合适的大尺度环流条件下,不稳定能量从产生、积聚到爆发式释放的过程,也就是暴雨过程。
台风外围的气流将南海和孟加拉湾大量的暖湿气,向北输送,是形成暴雨的有利机制[6-7]。
国外气象工作者也一直将暴雨天气过程的研究作为关注和研究的重点。
朱福康等[8]对国外暴雨研究的一些结果的收集归纳中,介绍了日本对梅雨锋中小尺度系统的一些研究的结果,中小尺度系统是产生强降水的根本原因。
第三节本文研究目的及主要内容
西南地区由于其独特的地理环境等影响,是暴雨的多发地区。
川渝地区位于青藏高原、云贵高原和黄土高原的交汇地带,地处长江上游,且有四川盆地的特殊地理环境,区域地形复杂,气象灾害比较多并且比较复杂,降水比较频繁而且强度较大,每年都有由于暴雨天气引发的灾害而造成的巨大损失。
所以,本文通
过对2014年8月31日的川渝大暴雨过程的天气学分析,研究该地区暴雨形成的机制和维持原因,为今后该地区的暴雨预报和灾害预警提供参考价值。
本文主要利用常规观测资料、云图观测资料以及利用MICAPS系统对气象资料的分析,对2014年8月31日-2日川渝地区的大暴雨进行探讨和研究。
本文主要从以下几个方面着手研究:
(1)通过对常规观测资料的分析和研究,对”8.31”川渝暴雨过程的降水分布及特点进行了探讨;
(2)利用200hpa、500hpa及925hpa的高度场和流场的分析,对”8.31”川渝暴雨过程的天气形势及影响系统进行了分析,研究此次暴雨过程形成的机制和维持的原因,分别从西南涡、西太平洋副热带高压和所处的特殊地理环境进行探讨;
(3)西南涡发展演变与降水的关系、分析了大尺度环流特征及影响系统。
偏南风低空急流促使川渝地区水汽陡增,对流不稳定性迅速增强,为强降雨的发生提供了重要的水汽条件和层结不稳定条件。
第二章“8.31”川渝大暴雨过程天气学分析
第一节“8.31”川渝暴雨过程的降雨特点
2014年08月31日20时-03日,四川重庆地区出现了区域性的中到大雨,部分地区出现暴雨。
其中,四川东北部和重庆北部等地局地有大暴雨并伴有短时雷雨大风等强对流天气。
9日雨水遍布整个盆地,而川西北和川东北部分地方雨势强劲,局部还有暴雨,白天到晚上,盆地各市小到中雨,其中广元、绵阳、巴中、南充4市部分地方有大雨,局部暴雨。
12日至13日,上述地区还出现了一次较强降雨过程。
17日之后,上述地区持续阴雨天气,但降雨强度有所减弱。
本轮降雨中,涉及的区域宽广,持续的时间长,其中,四川、重庆地区持续时间很长、强度很大,嘉陵江、涪江、渠江、汉江流域以及上游中小河流域面雨量大。
此次区域暴雨天气过程降水强度大,持续时间长,影响范围广。
图2.1
第二节天气形势及影响系统分析
9月1日08时(图2.2、2.4、2.6),对流层高层200hpa川渝地区北部出现了高空西风急流,风速约40m/s,而且四川省东部、重庆位于高空急流出口的南侧,有利于高层空气辐散促使底层空气气流的辐合抬升。
川渝地区东部正位于高空急流的南下侧,既有强的西风垂直切变(0
u),又有西风随纬度的
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增加(0
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u),形成了一对称不稳定区,对称不稳定使中尺度上升运动加∂
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强。
500hpa的高纬地区,贝加尔湖以东有南北向的大槽,乌拉尔山以西有一东北西南向的大槽,巴尔喀什湖以西有南北向的槽,槽会东移影响我国地区的天气。
贝加尔湖以西地区有一个阻塞高压,东亚大槽呈南北向位于朝鲜半岛南部。
副高脊线位于29°N~33°N之间,将华中大部分地区都包括在内,西南低空急流活动比较频繁。
西太平洋副热带高压588线的西侧位于102°E附近,到2日8时,移动到了80°E附近。
亚洲东岸的槽向南伸,到2日8时伸到了30°N附近,槽后冷空气南下。
而西西伯利亚地区的槽,不断分裂出短波槽,向中纬度地区移动,到2日8时短波槽槽线位于80°E附近。
在浙江一带西北气流较强,在广东一带东南气流较强,两支气流在台湾北部的副高脊线交汇成偏西气流。
青藏高原上有低压中心。
四川以及重庆有着低压中心,小槽东移。
在我国新疆地区有新的短波
小槽生成,青藏高原上空由暖中心控制。
在对流层低层925hpa,在川渝地区有一比较稳定的暖式切变,它的存在不仅有利于副热带高压外围来的暖湿空气在这个地区聚集,而且有利于西北气流和南风气流在这里交汇,形成了气流辐合,并且促使了垂直运动的发展。
2日08时(图2.3、2.5、2.7),在200hpa的图上可以清楚地看到,高空急流向东移动并且强度逐渐减弱。
而在500hpa的图上可以看到,短波槽移动到了青海附近。
在925hpa的图上,可以看到,四川东部有低涡急流,沿148线存在大范围的风速大于等于12m/s的低空西南急流区。
在川渝地区的西面有一低涡生成(西南涡),低涡的中心位于青藏高原地区。
而切变线的位置与1日8时相比较,向北移动到了青海地区。
图2.2 2014年9月1日08时200hpa环流形势
图2.3 2014年9月2日08时200hpa环流形势
图2.4 2014年9月1日08时500hpa环流形势图2.5 2014年9月2日08时500hpa环流形势图2.6 2014年9月1日08时925hpa环流形势
图2.7 2014年9月2日08时925hpa环流形势
川渝地区周围被贝加尔湖高压、日本海高压、青藏高压和华南高压所包围,高压系统稳定。
贝加尔湖高压和青藏高压位于同一经线上,高压系统南北叠加。
日本海高压和青藏高压之间为一条南北向的低压带,其中有一条南北向的切变线,有利于西南涡沿切变线北上。
有短波槽携带冷空气沿青藏高压脊前流入低槽区。
有冷空气从贝加尔湖高压沿极地路径南下。
华南副高西部和日本海高压南部形成两支低空急流,一支为偏南气流,另一支为偏东气流,它们共同为川渝地区输送水汽。
川渝暴雨过程是在中高纬和低纬系统相互作用的形势下发生的,热带辐合带北上、海上台风与南面副高之间形成强东风急流、登陆台风与中纬度西风槽结合、南支槽与孟加拉湾风暴或南海台风相互作用、孟加拉湾风暴东北部的偏南气流向北输送大量水汽。
从上面的分析可以得出,影响川渝地区暴雨天气过程的天气系统有西南低涡、西南低空急流、高空西风急流和西太平洋副热带高压,但高空急流的影响不是很大。
一西南涡的影响
在青藏高原复杂的地理环境下所产生的西南涡,是川渝地区出现暴雨过程的主要影响系统。
它的演变过程,对暴雨的强度和落区有着重要的联系。
因为西南地区的地形比较复杂,所以经常会存在西南涡,可是并不是时时都有降水的发生。
许多气象工作者研究和分析了西南涡对川渝地区甚至全国其他地区的天气造成的影响,并得出了许多有价值的研究结论。
卢敬华[1]对西南涡的情况作了比较全面的研究和论述。
钱正安等[2]认为青藏高原特殊地形的阻挡作用和凝结潜热,
西南涡和暴雨都有很重要的影响。
程麟生等[3]对“8.17”四川暴雨分析时认为,四川盆地上空附近,高、低空气旋性涡度中心耦合时西南涡发展的一种主要物理机制。
下面结合以前各位气象工作者的研究结果,以及本次川渝大暴雨的观测资料,对本次大暴雨过程中西南涡所产生的影响简单进行分析和研究。
从925hpa的图上可以看到,在川渝地区的东面有西南涡的生成,且有向东移动的趋势。
由图2.7可以看出,造成强降水天气过程的中尺度系统主要是低空西南涡。
从图2.7中可以看出,降水区主要是在西南涡的东南侧。
从9月1日08时至9月2日08时,西南涡的位置东西向基本没有改变,稍微向南移动了一点,形成了一次强降水。
9月2日08时至9月3日08时,西南涡向东北方向移动,雨区也随着其移动,也跟着往东北方向移动,形成了一次强降水。
(a)
(b)
(c)
图2.8 700hpa环流形势及24小时降水分布
(a:9月1日8时,b:2日8时,c:3日8时;红线为等压线)
二西太平洋副热带高压的影响
由图2.4和图2.5可以看出,西太平洋副热带高压脊有向东伸进的趋势。
因为其脊线附近气压梯度较小,水平风速也较小;而其南北两侧的气压梯度较大,水平风速也较大,又因为副热带高压是随高度增强的暖性深厚系统,所以,它两侧的风速肯定会随高度而增大,在一定高度便形成了其北侧的高空西风急流(如图2.2、2.3)。
川渝地区处于西太平洋高压脊的北侧(如图2.4、2.5),和西风带副热带锋区相邻,气旋和锋面活动比较多,上升运动比较强烈,所以阴雨天气比较多。
副热带高压有向西进的过程,但脊线一直稳定在29°N~33°N。
川渝暴雨的落区在太平洋高压和伊朗高压之间的低槽区,由于太平洋高压西进之后,变动不是很大,低槽进入川渝地区之后,停滞不前的状态为天气系统的发展和维持提供了有力的环境。
川渝地区降水带,是随北界位置和副高脊线北抬而向北移动,降水偏多的地区主要出现在副高北侧边缘水汽输送带附近,而副高本体控制区域降水偏少。
盆地西部的沿山地区正好处于副热带高压的边缘,这个地区聚集了形成丰沛降水的有利条件:能量和暖湿气流、流源源不断输入热量,促进空气垂直运动,山地地形对气流起到抬升作用。
一股弱冷空气的触发,促使强对流云团不断的形成、聚集,引发了持续性的强降水。
三高低空急流的影响
在川渝地区暴雨区的上空有天气尺度辐合上升运动,又有底层对流不稳定的能量释放产生的小尺度上升运动,还有高层兑成不稳定产生的中尺度上升运动,三者都对川渝暴雨过程产生了很大的影响。
超低空急流在925hpa(图2.6、2.7)的高度上,比较接近地面,比湿较大,其南北风向相反,所以,在川渝地区形成了较强的水汽通量辐合,又有超低空的南风急流存在,风速远大于北方的分量,因而,超低南风空急流为川渝地区的暴雨过程提供了大量水汽。
超低空南风急流将大湿度的空气向川渝地区输送,这有利于建立和维持超低空对流不稳定层结。
超低空南风急流在川渝地区与北方气流辐合,产生了超低空的天气尺度上升运动,然后触发了对流不稳定能量的释放,产生了小尺度的强上升运动,对产于地区的暴雨过程提供了有利条件。
低空西风急流的对流层结不稳定的作用于超低空急流作用相似,但是它对川渝地区的水汽供应不起作用。
川渝地区位于低空西风急流的强气旋性切变区,它的上游又有西南涡逼近,所以,引发了较强的天气尺度上升气流,并进而触发了不稳定能量的释放,产生了小尺度的强上升运动。
高空西风急流对川渝地区暴雨过程的作用主要表现在其强的风速切变和水平切变。
川渝地区处于高空西风急流的南下侧,既有强的西风垂直切变
(0
∂z
u),又有强的西风随纬度的增加(0
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u),所以,在该区域上空
∂y
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∂
产生了一小于零的不稳定区,对称不稳定使中尺度上升运动加强。
通过以上的讨论分析,三种急流在这次处于大暴雨过程中都有很重要的作用,超低空急流形成的大量的水汽通量辐合是产生暴雨的根本条件。
四降水云团的影响
由于川渝地区特殊的地形条件,由于地形抬升作用,在该地区的山区形成低云,而山区上空原先就存在着对流层中部层状云,雨滴从上空的云层中落下来进入低空的云层中时,这些雨捕捉了低空中的云滴,使得川渝地区的降水强度加大。
由于这个地区底层存在很多小尺度上升运动,而且地形抬升释放了不稳定能量,在川渝地区山区产生了积雨云,对造成大量的降水有很大影响。
由于在川渝地区山区有低层的水平辐合场,在辐合场中生成了层积云。
之前形成的积雨云在水平辐合场中发展,层积云和积雨云共同作用,增强了地面的降水。
盆地内不断有中尺度的对流云层产生和发展,而且向西移动,与高原向东移动的云团合并。
川渝地区山区降水比较大的很大一部分原因时因为这种过程。
第三章结论与讨论
(1)影响“8.31”川渝地区大暴雨天气过程的天气系统有西南低涡、西南低空急流、高空西风急流和西太平洋副热带高压,但是高空急流的影响不是很大。
(2)本次川渝大暴雨的天气过程,与以往的有相似之处,超低南风空急流为川渝地区的暴雨过程提供了大量水汽,形成了大量的水汽通量辐合是本次暴雨形成的根本条件。
(3)暴雨落区主要是沿着高原的迎风坡一侧的,也就是盆地的北部,特殊的地形与低空急流相结合,更进一步的加大了此次暴雨的强度。
由于盆地内不断有中尺度的对流云层产生和发展,向西移动和高原向东移动的云团合并,使盆地西部不断有暴雨发生和持续。
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