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桂北一次持续性强降雨天气过程分析

2022-06-01黄群玲,韦宏江

农业灾害研究 2022年3期
关键词:物理量

黄群玲,韦宏江

摘要 选择自动气象观测资料和NCEP分析资料等数据资料,分析2020年6月7—10日桂北一次持续强降雨天气过程。结果表明:此次持续强降雨天气的主要影响系统是中纬槽、地面冷空气、暖式切变线、低空急流,为降水的发生发展提供了有利的环流背景形势。季风爆发和副高的稳定维持,促使桂北一带产生了非常强的偏南风低空急流,形成了2支较强的水汽通道,一条源于南海,一条源于印度洋孟加拉湾,给桂北持续强降雨天气的发生带来了丰富的水汽和热量;850 hPa由南海进入降水落区,700 hPa形势场由孟加拉湾朝北边进入降水落区。高层辐散、低层辐合的结构为持续强降雨的发生发展提供了较好的动力条件,随着中低层西南暖湿气流的输送,并且不稳定能量条件好,这些均非常适宜强降雨天气的形成。

关键词 降水天气;天气形势;物理量;桂北

中图分类号:P458.121.1 文献标识码:B 文章编号:2095–3305(2022)03–0060–03

强降雨天气是我国很多地区会出现的一类天气现象,尤其是南方地区发生概率特别高。极端强降水天气的发生时常会引发洪涝、泥石流、山体滑坡等次生灾害,对国家经济和人们生命财产安全均会构成严重的威胁[1-2]。为了尽可能降低极端强降水及其引发的次生灾害造成的经济损失和减少人员伤亡事件,国内外学者都特别重视对强降水、暴雨天气过程的研究。有学者统计分析了暴雨天气过程中低空急流的出现频率、垂直结构以及时空分布等,结果显示,台湾北部区域大多数暴雨发生时,850 hPa和700 hPa等压面上均会有急流形成,同时急流的中心强度、维持时间以及垂直深度等特点均会对降水产生不同程度的影响。Davision等[3]研究指出对流与低空急流之间有正反馈过程,对流发展产生的非地转风增强并使得低空急流得以维持,而低空急流变强后又促进水汽的不断输送,从而进一步强化对流降水天气的发生。陈芳丽等[4]分析了广东省夏季的一次极端强降水过程边界层触发条件得出,季风低压的缓慢移动,强盛西南季风的脉冲和对流层低层西南风转偏南风后长时间的维持,非常有利于持续性强降水的发生和发展。杨晓霞等[5]分析山东半岛南部沿海区域的一次强降雨过程成因得出结论,强降雨是在500 hPa第一个西风槽过后第二个西风槽逼近的过程中产生的,850 hPa以下为偏南的向岸风,在向岸的超低空急流的左侧产生中小尺度的涡旋和辐合上升,海岸地形抬升作用使得上升运动加强,使得对流不稳定能量得以释放,形成强降水天气。田成娟等[6]分别分析了出现在青海、湖南、鲁南、四川等不同区域的暴雨天气,得出这些区域的暴雨天气发生过程中,主要影响系统是高空南支槽和低层切变,为暴雨天气提供充足水汽条件的是低空处的西南急流;而强烈的辐合辐散促使垂直上升运动逐渐发展增强,并且低层的水汽在不断朝上输送过程中,促使热量、动量的垂直输送逐渐增强,这些有利条件均促进暴雨天气的形成与发展。有学者也研究了局部地区强降水、暴雨天气,并取得了大量的研究成果[7]。

广西壮族自治区简称“桂”,广西地处我国华南地区,地理坐标为20°54′N~26°24′N、104°28′E~ 112°04′E之间,境内整体地势西北高、东南低,属于云贵高原东南边缘。境内气候复杂多样,强降雨天气发生比较频繁,特别是4—10月的发生概率大,并且时常会引发山体滑坡和泥石流等灾害,对交通运输、农业生产等均会造成不利影响。因此,主要以2020年6月7—10日桂北持续强降雨天气过程为例,分析了该次天气过程的环流背景形势、物理量场,以掌握强降雨天气的发生规律,为提高广西强降雨天气预报的准确性提供参考。

1 天气实况

由图1可知,2020年6月7—10 日, 桂北发生了持续强降雨天气,累积降雨量国家站暴雨以上站数有39个,大暴雨站数有21个,特大暴雨站数有6个(富川258.1 mm,兴安262.5 mm,融水335.5 mm,阳朔369.8 mm,融安394.8 mm,永福416.0 mm),国家站最大雨量值为永福416.0 mm,区域站最大雨量值为灵川九屋气象观测站503.2 mm。

其中,6月7日,國家站暴雨以上站数有15个,大暴雨站数有4个(贺州115.3 mm,平乐176.3 mm,恭城193.8 mm,富川237.0 mm),特大暴雨站数有2个(永福326.4 mm,阳朔327.5 mm),国家站最大雨量值为阳朔327.5 mm,区域站最大雨量值为永福罗锦金鸡河水库气象观测站401.3 mm;6月9日,国家站暴雨以上站数有13个,大暴雨站数有2个(融水112.5 mm,鹿寨142.2 mm),国家站最大雨量值为鹿寨142.2 mm,区域站最大雨量值为灵川九屋气象观测站249.6 mm;6月10日,国家站暴雨以上站数有8个,大暴雨站数有2个(兴安107.2 mm,融水149.0 mm),特大暴雨站数有1个(融安257.1 mm),国家站最大雨量值为融安257.1 mm,区域站最大雨量值为融安长安气象观测站279.4 mm。

2 天气形势分析

通过对200 hPa高度场进行分析发现,2020年6月7日08:00 200 hPa 南亚高压稳定少动(图2);6月9日08:00,200 hPa 南亚高压始终处于青藏高原至印度区域,稳定少动,中心强度最大值为1 255 dagpm;6月9日08:00~10日08:00,南亚高压不断增强东移,中心强度最大值时1 262 dagpm,高压脊向东延伸至广西、广东一带。在强降雨天气发生期间,南亚高压稳定少动,在反气旋外围环流的作用下,广西长时间受偏北流场的影响,同时存在显著的辐散特征,为持续强降雨天气的发生提供了较好的辐散条件。

在本次强降雨出现期间分析500 hPa形势场发现(图2),副高位置偏西、强度偏强,588 gpdm线处于我国华南地区,桂北地处副热带高压西北边。季风爆发和副高的稳定维持, 促使桂北一带产生了非常强的偏南风低空急流,形成2条较强的水汽通道,一条源于南海,一条源于印度洋孟加拉湾,给桂北持续强降雨天气的发生带来丰富的水汽和热量。亚欧中高纬度区域环流形势非常稳定,主要大气环流形势为“2脊1槽”型,乌拉尔山到西欧一带属于西部脊区,西伯利亚到亚洲北部沿岸区域为东部脊区,贝加尔湖区域分布着长波槽,南北经向度比较大,西风槽持续从中高纬区域不断下滑,促使冷空气持续南下。西风槽推动冷空气同太平洋副热带高压西北边区域的暖空气流在桂中、桂北一带持续交汇,促使强降水天气的持续发生。低纬度环流较平直,南支槽波动频繁移出与西风槽同位叠加作用,促进强降水天气的出现。此外,南亚高压从孟加拉湾至中南半岛区域朝北边移至青藏高原,并且不断增强东延,华南中东部高空存在分流,高空属于较强的辐散区,在高低空急流耦合的影响下,桂中、桂北一带属于上升运动区,为暴雨天气的发生提供了较好的动力条件[1]。此次持续强降雨天气的主要影响系统是中纬槽、地面冷空气、暖式切变线、低空急流,为降水的发生发展提供了有利的环流背景形势。

3 物理量场分析

3.1 水汽条件

强降雨天气的发生需要丰富的水汽条件。本次桂北强降雨天气的水汽主要源于南海与孟加拉湾从海上携带的丰富水汽。850 hPa由南海进入降水落区,700 hPa形势场由孟加拉湾朝北部进入降水落区。在6月7—10日,西南气流不断增强,达到急流标准,为本次持续强降雨天气的发生发展提供了足够的水汽供应条件。由分析桂北比湿配置了解到,6月7—10日,700 hPa形势场桂北大部分区域比湿值达到12 g/kg以上,850 hPa形势场桂北比湿值达15 g/kg以上;伴随着西南气流的持续增强,水汽通量辐合区逐渐向北推进,为本次桂北持续强降雨天气的形成提供了充沛的水汽条件。

3.2 动力条件

由图3可知,通过分析桂北持续强降水天氣垂直速度场发现,2020年6月7日08:00,中低层存在很强的上升运动,中心处于600 hPa,强度是-30×

10-2 Pa/s,散度场上,900 hPa处存在强辐合中心,强度为-5.9×10-5 Pa/s。6月7日20:00,桂北上空受整层下沉运动的影响,然后逐渐转为上升气流,中心在700 hPa处,强度达-58×10-2 Pa/s。在散度场上,900 hPa风场辐合越来越强,强度达-7.8×10-5 Pa/s,伴随着时间的推移,上升运动越来越强,6月7日,整层上空主要受较强的上升气流的影响,6月7日20:00上升气流达到最强状态,有2个负速度中心分别处于550 hPa和350 hPa,中心强度分别是-150×10-a Pa/s和-130×10-2 Pa/s,这意味着暖空气被冷空气抬升,促进了低层辐合运动的形成,由对应时刻的散度场上,6月7日20:00辐合中心处于700 hPa,强度越来越弱,中心为-2.9×10-5 Pa/s,然而在150 hPa处仍然分布着较强的辐散中心,如此高层辐散、低层辐合的抽吸作用,对上升运动的维持和发展比较有益。由此可见,上升运动的强烈发展,高层辐散、低层辐合的结构为持续强降雨的发生发展提供了较好的动力条件。

3.3 不稳定能量条件

本次持续降水天气集中在广西北部,分析了广西北部的桂林站探空资料,从而掌握整个降雨天气过程对流不稳定条件的变化。由桂林站资料可知,从2020年6月7日15:00开始,700 hPa 以下相对湿度都非常大,趋于饱和状态,400 hPa 以上存在干空气进入,温湿层结曲线呈喇叭状,开口朝上,“上层干冷、下层暖湿”的特征十分显著。此外,6月7日08:00~10日20:00,CAPE值出现了2个峰值,CAPE值峰值都超过了2 800 J/kg,各指数出现峰值的时间较一致,且与主要降水时段存在很好的对应关系 ,K指数始终达到35℃以上,SI指数小于0,能量条件非常好,大气呈不稳定状态,为持续强降雨天气的发生提供了有利的不稳定能量条件。

4 结论

(1)在强降雨天气发生期间,南亚高压稳定少动,在反气旋外围环流的作用下,广西长时间受偏北流场的影响,同时存在显著的辐散特征,为持续强降雨天气的发生提供了较好的辐散条件;此次持续强降雨天气的主要影响系统是中纬槽、地面冷空气、暖式切变线、低空急流,为降水的发生发展提供了有利的环流背景形势。

(2)季风暴发和副高的稳定维持,促使桂北一带产生了非常强的偏南风低空急流,形成了两条较强的水汽通道,一条源于南海,一条源于印度洋孟加拉湾,为桂北持续强降雨天气的发生带来丰富的水汽和热量;850 hPa由南海进入降水落区,700 hPa形势场由孟加拉湾朝北部进入降水落区。

(3)高层辐散、低层辐合的结构为持续强降雨的发生发展提供了较好的动力条件;在降水过程中,CAPE 值峰值超过2 800 J/kg,K指数始终达到35℃以上,SI指数小于0,能量条件非常好,大气呈不稳定状态,为持续强降雨天气的发生提供了有利的不稳定能量条件。

参考文献

[1] 刘国忠,周云霞,覃月凤,等.2020年广西暴雨灾害天气综述与分析[J].气象研究与应用,2021,42(1):101-106.

[2] 刘国忠,黄嘉宏,曾小团,等.引发广西两次严重山洪地质灾害的暴雨过程分析[J].气象,2013,39(11):1402-1412.

[3] Davidson N E , Kurihara K , Kato T, et al. Dynamics and prediction of a mesoscale extreme rain event in the Baiu Front over Kyushu, Japan[J]. Monthly Weather Review, 1998, 126(6): 1608-1629.

[4] 陈芳丽,李明华,曾丹丹,等.“8·31”广东极端强降水过程边界层触发条件分析[J].广东气象,2018,40(5):1-5.

[5] 杨晓霞,王金东,姜鹏,等.山东半岛南部一次沿海强降雨成因分析[J].气象科技,2015,43(3):512-521.

[6] 田成娟,王致远,张吉农,等.2010年8月2~4日青海省区域性大到暴雨成因分析[J].青海科技,2011,18(5):62-65.

[7] 张剑明,章新平,蔡秀峰,等.湖南湘中地区一次暴雨及大暴雨过程分析[J].干旱气象,2013,31(1):117-125.

责任编辑:黄艳飞

Analysis of a Weather Process of Continuous Heavy Rain in Northern Guangxi

HUANG Qunling et al(Meteorological Bureau of Hechi City, Guangxi Zhuang Autonomous Region, Hechi, Guangxi 547000)

Abstract The automatic meteorological observation data and NCEP analysis data were selected to analyze a continuous heavy rainfall process in north Guangxi from June 7 to 10, 2020. The results showed that the main influencing systems of this continuous heavy rainfall were mid-latitude trough, cold air on the ground, warm shear line and low level jet, which provided a favorable circulation background for the occurrence and development of precipitation. The onset of monsoon and the stable maintenance of subtropical high caused a very strong southerly low-level jet over northern Guangxi, and formed two strong water vapor channels, one from the South China Sea and the other from the Bay of Bengal, which brought abundant water vapor and heat to the occurrence of continuous heavy rainfall in Northern Guangxi. 850 hPa from the South China Sea into the precipitation area, 700 hPa from the Bay of Bengal to the north into the precipitation area. The structure of divergence at the upper level and convergence at the lower level provided better dynamic conditions for the occurrence and development of continuous heavy rainfall. With the transport of warm and wet air from southwest in the middle and lower level and good unstable energy conditions, these were very suitable for the formation of heavy rainfall weather.

Key words Precipitation weather; Weat-her situation; Physical quantity; Northern Guangxi

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