2013-05-25陕西中南部区域性暴雨天气解析

2014-06-09牛乐田崔钜胜李祥林

陕西气象 2014年1期

关键词：图略东移中尺度

牛乐田,崔钜胜,胡伟,巨菲,李祥林

(咸阳市气象局,陕西咸阳 712000)

2013-05-25陕西中南部区域性暴雨天气解析

牛乐田,崔钜胜,胡伟,巨菲,李祥林

(咸阳市气象局,陕西咸阳 712000)

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°分析资料,对2013年5月25日陕西出现的区域性暴雨天气进行分析,总结预报偏差的原因。结果表明:区域性暴雨发生在中纬度高空环流形势由纬向型向经向型调整阶段,东移低槽北部的低涡北抬加深维持是引起此次区域性暴雨的主要原因;低层辐合切变和东路回流冷空气为暴雨提供了有利的抬升条件;高层辐散和低层辐合的有利配置将低层高温、高湿的水汽抽吸到暴雨区上空,造成强降水的对流云团具有明显的中尺度特征。

区域性暴雨;低涡;中尺度对流系统;风暴相对螺旋度

1 降水实况

2013年5月24日08时—26日08时陕西省出现当年入汛以来最强降水天气过程,主要降水时段出现在24日20时—25日20时,大降水主要位于关中和陕南大部,关中地区有17个国家气象观测站日雨量突破5月极值。全省有31个县区降雨量超过50mm,其中4个县区超过100 mm,分别是杨凌101.3mm、周至107.7mm、兴平104.9mm、武功130.5mm。

此次区域性暴雨天气主要是由于高原低槽东移加强,低槽北部生成的低涡东移过程中北抬并维持所致。分析影响系统演变可以发现,暴雨发生前(23日20时—24日20时),在95°E～105° E中纬度范围内高原槽稳定少动,西风槽快速东移南压影响陕西,陕西西部地区出现小到中雨,环流形势不具备陕西初夏暴雨的 “大槽大脊”形势[1],令预报员对一直在高原中部存在的低槽认识不足,导致短期预报出现失误。因此,探索此次区域性暴雨形成的机理,总结此类过程的预报经验具有积极的意义。

2 天气形势分析

2.1 500hPa

5月23日20时,500hPa欧亚大陆环流形势以纬向为主,副热带高压588dagpm线位于20°N附近且比较稳定,中纬度为平直气流,多短波槽活动,在内蒙古临河—巴彦诺尔公—甘肃民勤—张掖之间有西风槽,槽线南北长度大于5个纬距,呈东北—西南走向,青海南部、四川北部与西藏东部之间有南北向风切变存在。24日08时,上述西风槽东移到陕西中北部与甘肃东南部之间,90°E～95°E、28°N～33°N范围内有高原槽生成,呈东北—西南走向,长度大于5个纬距。24日20时(图1a),西风槽移出陕西,高原槽东移约50km,25日08时(图略),中纬度环流指数下降,环流形势由纬向型迅速向径向型转变,高原槽加深约10个纬距,槽北部出现的辐合进一步增强。25日14时(图1b),低槽继续维持,低涡辐合区东移北抬,直径约4个纬距,位于陕西中部地区,北涡南槽形势[2]在上述地区产生区域性暴雨天气。26日08时 (图略),中低纬度环流转为经向环流,低槽东移出陕西,南北约跨20个纬距,影响陕西的降水天气结束。

高原东部生成的低涡沿青藏高压和日本海高压之间的低压带北上,是稳定的经向型大暴雨的环流形势[3],引起此次区域性暴雨的低涡周围并没有稳定的青藏高压和日本海高压,其北抬发展容易被预报员忽视。

图1 2013-05-24T20(a)、2013-05-25T14(b)500hPa高度场(单位:dagpm)(虚线为槽线)

图2 2013-05-25T14850hPa水汽通量散度(单位:10-7g/(cm2·hPa·s))和700hPa风场

2.2 700hPa、850hPa

700hPa暴雨发生前,24日20时,陕西西部与甘肃东南部之间存在弱切变线,偏南风与东北风在陕西南部与四川北部之间形成辐合区,25日08时,强降水开始后,偏南风迅速加强,从云南—贵州—四川北部有大于12m/s偏南风急流,大范围低空水汽通道快速形成,源源不断的水汽经上述地区输送至四川北部—陕南南部。陕西西南部与甘肃东南部及四川北部之间在风场上有中尺度辐合中心存在(图2),此辐合中心维持时间超过12h。850hPa在降水出现后,陕西中南部始终处于偏东气流中。

2.3 地面

分析25日08时、14时地面图(图略),冷锋主体位于贝加尔湖至南疆地区,且移动较慢,河套到高原中部地区有热低压存在,陕西西部处于热低压前部气压密集区,日本海附近有高压中心,陕西中南部处于高压后部,从冷高压中心不断有冷空气扩散,冷暖空气在陕西中南部交汇。

综上可知,高空低槽和低空急流是此次暴雨的主要影响系统,低层辐合切变和地面东路回流冷空气是暴雨的触发机制。

3 热力动力条件分析

3.1 能量及水汽条件

3.1.1 能量从850hPaθse场上可以看到(图略),暴雨区上空对应有Ω型的次天气尺度系统。25日08时,在甘肃南部与四川北部之间有大于85℃的高能区;河套到陕北为θse的低值区,对应干冷空气中心。高能轴呈南北向,东侧低能比轴是来自东路冷空气,其缓慢向西流动,阻挡暖湿气流向东扩散,使低层辐合加强。随着该股干冷气流的消失,暴雨区也随之消失。

图3 2013-05-25T14沿35°N涡度(a)和散度(b)垂直剖面图(单位:10-5s-1)

3.1.2 水汽通量散度 850hPa水汽通量散度图上,24日08时陕西中西部到甘肃东南部为水汽通量辐散区,中心值为2×10-7g/(cm2· hPa·s),四川北部到陕南有水汽辐合存在,强度较弱,中心值为-3×10-7g/(cm2·hPa·s) (图略)。强降水开始后,25日08时,整个关中、陕南到四川处于大片水汽通量辐合区,辐合中心位于四川中部,约为-6×10-7g/(cm2· hPa·s)(图略);14时(图2),上述水汽通量辐合区增强,中心约为-7×10-7g/(cm2·hPa ·s),且北抬至陕南至关中南部;20时,水汽通量辐合区继续北抬东移,影响陕西东南部地区,随后移出陕西,对应强降水结束。

分析可知,此次区域性暴雨在酝酿阶段,低层水汽条件不是非常有利,之后降水强度随水汽输送增强而迅速增强,850hPa水汽通量辐合与暴雨强度落区有很好的对应关系。

3.2 动力条件

涡度场上,25日08时,沿35°N垂直剖面上,在108°E附近300～500hPa上空有正涡度大值区,但是强度较小,500～800hPa有负涡度区,正负涡度区在垂直方向的配置不利于深厚对流发展。25日14时(图3a),800～300hPa为一致正涡度区,大值中心出现在500hPa,位于108°E～110°E之间,为10×10-5s-1,该大值区维持至25日20时后迅速减弱东移。

分析强降水发生前散度场特征,沿35°N垂直剖面上,108°E上空虽有辐合、辐散区存在,但强度较弱,分布比较散乱。25日08时(图略),暴雨区上空600hPa以下为辐合区,中心为-3×10-5s-1;600～500hPa为辐散区,大值中心出现在500hPa,为2×10-5s-1;400～300hPa为辐合区,大值中心出现在300hPa,为-3×10-5s-1;300hPa以上为辐散区。可见,暴雨区上空从对流层低层到高层散度场分布呈现辐合-辐散-辐合-辐散的双层复杂结构[4],此特征由张弘[5]对青藏高原东侧一次暴雨中尺度对流系统的研究中发现。25日14时(图3b),暴雨区低层有弱辐散存在,700～400hPa有宽广的辐合区,大值中心-6×10-5s-1,300hPa以上有强的辐散存在,大值中心超过6×10-5s-1,强烈的 “抽气作用”[6]有利于深厚对流的发展。

4 风暴相对螺旋度

总风暴相对螺旋度(SRH)是一个描述环境风场气流沿运动方向的旋转程度和运动强弱的物理参数(用HSR表示),它反映了大气的运动场特征[7]。其表达式为

其中,V是h高度的地面相对风速,C是风暴移动速度,V-C是风暴相对速度,ωh是h高度的水平涡度。SRH的单位为m2/s2。SRH反映了环境场的旋转程度、风暴相对入流强度,以及沿旋转轴方向运动的强弱程度。其值越大,表示风暴旋转性越大,风暴强度越大。从能量上, SRH反映了在0～h厚度层中,环境场为气块作螺旋运动所提供的能量,是表征对流发展加强的一个重要指标。

在实际业务中,使用实测探空资料可直接求出SRH的值。计算公式:

张建宏[8]通过分析归纳出对预报有指导意义的SRH临界值:当HSR≥150m2/s2有利于强天气的发生。利用 (2)式计算降水期间逐日螺旋度数值,N为计算SRH时取环境风的层数, N取8(1000～300hPa共取8层),C的大小取为1000～300hPa平均风V的大小,方向定为V的方向右偏40°。强降水发生前,5月24日螺旋度 (图略)大值中心位于甘肃南部与四川东北部,陕西处于螺旋度大值区东北侧,大部分地区螺旋度值在80m2/s2以下。5月25日(图4),在暴雨发生发展阶段陕西中南部螺旋度数值在量级上成倍增加。关中南部和陕南大部分出现大值中心,中心值超过270m2/s2,且大值中心与强降水落区对应较好。5月26日(图略),强降水减弱阶段,陕西中南部风暴螺旋度明显减小,下降到50m2/s2以下。由上可知,暴雨酝酿阶段螺旋度值较小,暴雨发生和维持阶段,螺旋度值快速增大,暴雨区与螺旋度大值区对应较好。

图4 2013-05-25总风暴相对螺旋度图(单位:m2/s2)

5 卫星云图特征分析

卫星云图能够非常有效地监测中尺度系统的演变、发展和移动。从逐时FY-2E卫星云图云顶亮温tBB≤-32℃演变可以清楚的看到,低层低涡云团和对流云团MCS(中尺度对流系统)[9]的发生、发展。这次区域性暴雨伴有多个中尺度对流云团的活动。

25日08时(图5a),陕西南部与四川北部沿西南气流方向有若干对流云团生成,最强云团位于安康南部和秦岭之间,其中心值小于-50℃,这些对流云团沿西南气流向东北移动,并逐渐结合在一起。25日10时(图5b),上述对流云团东移北抬到关中东部,最强云团位于渭南与商洛之间,在汉中佛坪附近出现小于-40℃对流云团,云团随西南气流北抬并加强。25日12时(图5c),在宝鸡东部、咸阳南部出现大块对流云团,云顶亮温小于-40℃,陕西东南部存在大块对流云团。25日14时(图5d),位于陕西中南部的对流云团主体已经北抬至关中北部、陕北南部,对应陕西中南部的强降水逐渐减弱。