开封市一次区域暴雨天气过程的综合诊断分析

开封市一次区域暴雨天气过程的综合诊断分析
王其英;李姝霞;张宇星;梁钰;王珏
【摘要】利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料等,对2010年8月14日开封市一次区域暴雨天气过程进行综合分析,结果表明:此次过程是在贝加尔湖附近高空冷低压东移南下,伴随高空横槽转竖,引起华北切变线加强,地面倒槽北侧冷空气南下,饱和暖湿气流被迫抬升凝结而致暴雨.暴雨的水汽供应主要来自对流层中低层,强水汽辐合出现在华北切变线附近和强降水前,与暴雨区相对应.地面倒槽附近的上升气流与切变线附近的上升气流叠加,与副热带高压中心内部的下沉气流构成了经向闭合环流圈,为暴雨天气的出现提供了强上升气流.高层辐散、低层辐合的大气垂直结构增强了大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展.%In this paper,using NCEP l°× 1° 6 h reanalysis data in Kaifeng City on August 14,2010, the appearance of a regional rainstorm process was analyzed. The results show that the high-altitude of the vicinity of Lake Baikal cold low moved southeast, with the upper transversal trough to vertical, leading to shear line strengthening in North China, cold air of the north side of the surface trough moving southward, saturation of warm air being forced to uplift and condense, and then due to rainstorm. Rain water supply was mainly from middle and low troposphere water vapor convergence in North China, near shear line and before strong precipitation, and corresponding to heavy rain area. The updraft superposition near sufrace and shear line, and the closed circulation constituted by the subtropical high internal downdraft,offered the strorg rising air currents for heavy rain. Atmospheric vertical structure
of high level divergence, low level convergence enhances the air suction effect, and promotes the development of vertical movement.
【期刊名称】《河南科学》
【年(卷),期】2012(030)008
【总页数】4页(P1142-1145)
【关键词】暴雨;切变线;经向环流圈;垂直螺旋度
【作者】王其英;李姝霞;张宇星;梁钰;王珏
【作者单位】开封市气象局,河南开封475004;开封市气象局,河南开封475004;河南省气象局,郑州450003;河南省气象局,郑州450003;南阳市气象局,河南南阳473000
【正文语种】中文
【中图分类】P458.1+22
目前对当地暴雨发生的环流背景及直接造成暴雨的中尺度系统有比较多的研究成果[1-5]，为了进一步探讨开封市暴雨的形成机理，本文利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料，对2010年8月14日开封市区域暴雨过程的环流背景及主要影响系统等进行了综合诊断分析，探讨暴雨过程形成的物理机制，以提高对暴雨的预测能力. 2010年8月13日19时—14日5时，开封市所辖区域出现了一次区域暴雨天气过程，并伴有强雷电.各站降水量如下：开封 72．4 mm，兰考 50．2 mm，杞县60．0 mm，通许 45．2 mm，尉氏 39．2 mm. 在乡镇雨量监测站中，开封市土柏岗站降水量最大，达到121 mm.降水主要集中在13日19—23时，开封县3
个乡镇雨量监测站1 h雨量达50 mm，雨量之大在开封气象资料中罕见.
2．1 高空天气形势
2010年8月12日20时500 hPa图上，贝加尔湖附近有冷低压，低压后部配合有温度槽，我国东北地区有弱低压，而副热带高压中心在东海及浙江、安徽呈纬向带状分布，与大陆高压打通，588 dgpm线控制了我国北纬35°以南大部分地区.13日20时贝加尔湖附近的冷低压在新鲜冷空气的补充下发展东移南下，其后部的横槽稍有南调，副热带高压略有南退，其经向度增加，开封位于588 dgpm 线边缘的西南气流中.14日8时副热带高压继续东退，低压中心移至内蒙古自治区的东北部，横槽转竖，20时低槽收缩东移，对开封的影响逐渐减小.冷低压的东移南下和由它伸出的高空横槽，不但带来了冷空气，也使大气层结构不稳定，而且引导低层辐合系统的发生和发展.
12日20时700 hPa图上，副热带高压呈东西向带状，312 dgpm线的西边界在威宁、达川、汉中、郑州、济南一线；贝加尔湖南侧为冷低压，其后部有温度槽，开封位于弱辐合区内.此后得到新鲜冷空气补充的低压发展并东移南下，副热带高压东退，其经向度增加.13日20时副热带高压略有东退，其西边界的西南气流增强，位于豫北的切变线加强，850 hPa高空图上形成一偏南强风速带，14日8时切变明显减弱.切变线附近的冷暖空气交汇，增加了大气的不稳定性，副热带高压中心西边界的偏南大风速带不断地将水汽向暴雨区输送.
2．2 地面天气形势
地面天气图上，8月13日14时四川有一低压，向东北伸至山东西南部，西南倒槽位于菏泽、开封、宝丰、达川、峨眉一线，河套地区有弱冷空气.温差沿黄河分布很明显，黄河以北为30～33℃，而南侧大部为34～37℃.17时河套东部有冷高压中心生成，20时冷高压中心向东南压，倒槽附近大片区域有对流天气出现.白天气温高和地面倒槽附近的不稳定能量为暴雨天气提供了能量基础（图1）.
3．1不稳定能量
从2010年8月13日K指数实况图上看，12日8时到13日20时从四川中部东北向伸向豫东有K≥35℃的高值区，河南中部地区均位于高值区内.大面积的K指数高值区说明豫北地区具备发生暴雨、强对流天气所需的不稳定能量.
3．2 水汽条件
水汽供应是暴雨形成的首要条件.分析水汽通量（图略），13日14时850 hPa湖北中东部到豫南有一中心强度为15×10－10 g·cm－1·hPa－1·s－1的大值区，20时大值区北移至豫东，中心强度加强至24×10－10 g·cm－1·hPa－1·s－1，并向高层传递，700 hPa的大值中心位于豫北，14日2时对流层中低层的大值区东北移至山东境内，豫北地区的水汽输送快速减小.在水汽通量散度图上，13日14时850 hPa以下豫西北地区已经有弱的水汽辐合，700 hPa水汽辐合比低层的偏西偏北，高层为水汽辐散.20时700 hPa水汽辐合区位于黄河以北，而850 hPa水汽辐合区位于沿黄一带，中心强度由原来的－2 ×10－10 g·cm－2·hPa－1·s－1增大到－8×10－10 g·cm－2·hPa－1·s－1，开封位于水汽辐合中心附近，而500 hPa为辐散区，14日2时水汽辐合区东移至山东境内且强度减弱.分析表明，在暴雨发生前，各层水汽向北输送，水汽输送量随高度增加而减小.暴雨发生时，700 hPa及其以下暴雨区有较强的水汽辐合，高层为辐散，水汽辐合中心位于切变线附近.
3．3 垂直螺旋度
大气中许多运动具有旋转特征，螺旋度是表征大气环境风场气流沿运动方向旋转程度和运动强弱的物理量[6].研究表明，它对强对流及暴雨天气的预报有一定的指示意义[7]，大降水中心出现的区域有低层正与高层负垂直螺旋度的配置，在低层正垂直螺旋度略高于高层负值时，更有利于大暴雨中心产生[8].
从各等压面上垂直螺旋度的水平分布特征和演变来看，中低层的垂直螺旋度的变化能预示华北切变线的生成与发展.13日14时豫北地区中低层垂直螺旋度为
500×10－9 g·hPa－2，20时500 hPa以上转为负值，中低层垂直螺旋度快速增大，正大值核区高度在700 hPa，中心垂直螺旋度达3500×10－9 g·hPa－2，中心位置与华北切变线接近.14日2时中低层切变线继续发展成低涡，并东北移至山东境内，垂直螺旋度正大值中心与低涡的位置一致，且也增强，但豫北地区处于低涡的后部，垂直螺旋度迅速减小，700 hPa转为小的负值.分析表明，中低层垂直螺旋度正的大值区的强度与位置与华北切变线的发展和位置非常一致；暴雨区上空为高层辐散、低层辐合大气垂直结构，能增强大气的抽吸作用，促进上升运动的发展.
图2是8月13日沿暴雨中心114°E的垂直经向环流剖面图.8月13日14时（图2（a）），暴雨区附近即北纬35～37°之间的上升气流开始增强，上升气流区顶部在400 hPa，南北两侧有弱的下沉气流；20时（图2（b）），暴雨区的上升气流显著增强且向高处伸展至200 hPa，南侧下沉气流也增强，在北纬32～36°形成显著的闭合环流圈.14日2时（图略）暴雨区上空闭合环流消失，34°N附近850 hPa以下仅存弱的上升气流.分析表明降水开始前西南倒槽附近的上升气流与中低层切变线附近的上升气流叠加，使得暴雨区经向上升气流加强并达到200 hPa高度，这支经向上升气流与副热带高压中心内部的下沉气流构成了显著经向闭合环流圈，为暴雨天气的出现提供了稳定的强上升气流，另一方面也使中低层的偏南风加大，将水汽源源不断向暴雨区输送.
经以上分析判断认为本次强降水过程是在贝加尔湖附近冷低压东移南下，伴随横槽转竖东移，华北切变线加强，加上地面倒槽北侧的冷空气南下，暖湿气流被迫抬升凝结而致的暴雨；西南倒槽附近的上升气流与切变线附近的上升气流叠加，使得暴雨区经向上升气流加强，这支经向上升气流与副热带高压中心内部的下沉气流构成了经向闭合环流圈，为暴雨天气的出现提供了较强上升气流，一方面较强偏南风将水汽源源不断向暴雨区输送，另一方面切变线附近产生较强的水汽辐合；水汽的供
应来自中低层，尤其是850 hPa及其以下，偏南较强风速带将丰沛的水汽向暴雨
区输送，在切变线附近有强水汽辐合，暴雨出现在中低层切变线附近；850 hPa
垂直螺旋度正值中心的位置和强度与切变线的生成与发展有很好的关系，高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气抽吸作用，促进垂直上升运动发展，对暴雨的发生和维持十分有利.
【相关文献】
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