近海臺(tái)風(fēng)影響下陜北兩次區(qū)域性暴雨對(duì)比分析

馬曉華,梁生俊,井 宇,胡 皓,衛(wèi) 瑋

(陜西省氣象臺(tái),西安 710014)

近海臺(tái)風(fēng)影響下陜北兩次區(qū)域性暴雨對(duì)比分析

馬曉華,梁生俊,井 宇,胡 皓,衛(wèi) 瑋

(陜西省氣象臺(tái),西安 710014)

利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP 1°×1°再分析資料、衛(wèi)星云圖及雷達(dá)資料,對(duì)近海臺(tái)風(fēng)影響下,發(fā)生時(shí)段及降水落區(qū)均相似的陜北兩次區(qū)域性暴雨個(gè)例(2014年7月8—9日(簡(jiǎn)稱“7· 8”過程)及2013年7月11—12日(簡(jiǎn)稱“7·11”過程))進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:“7·8”過程是東北路冷空氣、高原槽和臺(tái)風(fēng) “浣熊”外圍偏東氣流共同作用產(chǎn)生,“7·11”過程是高原槽引導(dǎo)西路冷空氣與西南暖濕氣流共同作用產(chǎn)生;近海臺(tái)風(fēng)為 “7·8”過程提供了水汽和能量,對(duì) “7·11”過程無直接作用;“7·8”過程降水云團(tuán)為冷鋒云系中的5～6個(gè)β尺度的對(duì)流云團(tuán),而 “7·11”過程為副高外圍中-β尺度的對(duì)流云團(tuán);兩次強(qiáng)降水時(shí)段雷達(dá)回波均呈現(xiàn)以積狀云為主的混合型降水回波;暴雨發(fā)生時(shí),兩次過程低層冷平流均減弱,850 h Pa東北風(fēng)起到了冷墊作用,暖濕氣流被弱冷空氣強(qiáng)迫抬升,相對(duì)濕度大于90%的區(qū)域由中層迅速增加到對(duì)流層整層;濕涵密集帶對(duì)暴雨落區(qū)有較好的指示意義。

近海臺(tái)風(fēng);陜北;區(qū)域性暴雨;濕涵場(chǎng)

近年來,學(xué)者們對(duì)臺(tái)風(fēng)外圍偏東氣流影響下的暴雨做了較為深入的研究[1-4],有關(guān)研究表明,陜西夏季區(qū)域性暴雨與近海臺(tái)風(fēng)相關(guān)率較高,可達(dá)70%以上[5]。臺(tái)風(fēng)可為青藏高原東北側(cè)暴雨的發(fā)生提供水汽和能量,為冷鋒暴雨型降水量起增幅作用[6-8]。對(duì)黃土高原α中尺度暴雨研究表明,450 hPa附近垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱對(duì)未來6小時(shí)內(nèi)該區(qū)能否發(fā)生暴雨有良好的指示作用[9]。陜北地處黃土高原東部,由于缺乏充足的水汽供應(yīng),區(qū)域性暴雨較為少見,水汽因素成為能否產(chǎn)生區(qū)域性暴雨的首要條件。研究表明,有臺(tái)風(fēng)影響的背景下,臺(tái)風(fēng)外圍偏東急流與西風(fēng)帶低值系統(tǒng)及地面冷鋒動(dòng)力抬升作用是造成陜北暴雨的主要原因[10]。降水云團(tuán)在衛(wèi)星云圖上主要表現(xiàn)為中-β尺度對(duì)流系統(tǒng)[11]。渦度收支的正負(fù)值可用來解釋造成黃土高原地區(qū)β中尺度暴雨的對(duì)流云團(tuán)發(fā)展和消散原因[12]。當(dāng)副熱帶高壓控制黃土高原時(shí),西風(fēng)帶弱冷空氣與副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流交匯可觸發(fā)陜北暴雨[13]。

雖然氣象工作者對(duì)近海臺(tái)風(fēng)影響下的陜北黃土高原地區(qū)區(qū)域性暴雨做了一些理論研究,但仍需從不同的角度研究半干旱地區(qū)區(qū)域性暴雨的成因。本文選取兩次相似的暴雨個(gè)例,其共同點(diǎn)為:時(shí)間上兩次強(qiáng)降水均發(fā)生在凌晨,歷時(shí)短、強(qiáng)度大;空間分布上,兩次強(qiáng)降水雨帶均呈帶狀分布,位置偏北,位于陜北黃土高原地區(qū)。通過對(duì)這兩次過程進(jìn)行診斷對(duì)比分析,進(jìn)一步揭示陜北高原區(qū)域性暴雨成因,以期為此類天氣過程的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 過程簡(jiǎn)介

2014年7月8—9日陜西北部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣過程(圖1a,北京時(shí),下同;下簡(jiǎn)稱“7 ·8”過程),強(qiáng)降水主要發(fā)生在9日00—05時(shí),暴雨落區(qū)主要集中在延安北部和榆林南部,其中最大降水量在榆林清澗為98.5 mm,該次過程為2014年入汛以來陜北范圍最大、小時(shí)雨強(qiáng)最強(qiáng)、受災(zāi)最嚴(yán)重的一次暴雨災(zāi)害過程。

2013年7月11—12日陜西北部出現(xiàn)一次大范圍強(qiáng)降水過程(圖1b,北京時(shí),下同;下簡(jiǎn)稱“7·11”過程),強(qiáng)降水主要發(fā)生在12日02—05時(shí),其中暴雨落區(qū)集中出現(xiàn)在延安北部地區(qū),92個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雨量超過50 mm,降水量最大在延安市延川縣為154.9 mm,降水落區(qū)橫跨2個(gè)緯度、4個(gè)經(jīng)度。大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水導(dǎo)致延安市13個(gè)縣(區(qū))受災(zāi),因?yàn)?zāi)死亡42人。

2 環(huán)流形勢(shì)和主要影響系統(tǒng)

2014年7月8日20時(shí)(圖2a),200 hPa天氣圖上新疆—東北地區(qū)有一東—西向分布的高空急流帶,急流軸位于45°N附近,其中心風(fēng)速達(dá)58 m/S以上,高空急流南側(cè),位于青藏高原東側(cè)的南亞高壓也呈東—西向帶狀分布,陜北地區(qū)位于高空急流帶偏西氣流與南亞高壓東北側(cè)偏西北氣流之間的強(qiáng)輻散區(qū)。500 hPa歐亞中高緯度為兩槽一脊型,貝加爾湖北部為一高脊區(qū),巴爾喀什湖及我國東北地區(qū)維持一冷槽,河套西部到青海湖附近有一短波槽,副熱帶高壓 (下簡(jiǎn)稱“副高”)主體位于海上,584 dagpm線控制延安以南地區(qū),臺(tái)風(fēng) “浣熊”北上到浙江東部海域。700 hPa上,四川、陜西、甘肅交界處風(fēng)場(chǎng)上可以分析出一低渦環(huán)流,延安上空為偏西南氣流,風(fēng)速為6 m/S。850 hPa上,東北冷渦底部回流的偏東北氣流影響陜北,延安風(fēng)速達(dá)10 m/S,臺(tái)風(fēng) “浣熊”北部的偏東氣流一直向西伸展到陜西地區(qū)。地面上青海湖以東有一中心氣壓為1 010 hPa的冷高壓系統(tǒng),冷鋒前沿已到達(dá)關(guān)中地區(qū)。9日08時(shí)(圖略),200 hPa高空急流加強(qiáng)且位置少動(dòng),500 hPa東北冷渦略有東移,陜西仍處于強(qiáng)西南氣流中,低層700 hPa偏南氣流加強(qiáng),西北渦有所發(fā)展,延安上空盛行西南氣流,風(fēng)速增大到16 m/S,850 hPa臺(tái)風(fēng)北上到浙江沿海附近,偏東氣流向內(nèi)陸輸送水汽,使強(qiáng)降水維持。

2013年7月11日20時(shí)(圖2b),200 h Pa環(huán)流形勢(shì)與 “7·8”過程相似,高空急流呈東—西走向帶狀分布,陜北位于南亞高壓東北側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)。500 h Pa歐亞高緯度為兩槽一脊型,貝加爾湖以東為高壓脊,低槽分別位于西伯利亞和鄂霍次克海附近,中高緯度氣流較平直,副高呈帶狀分布,584 dagpm線控制了青藏高原以東的大部分地區(qū),陜北位于584 dagpm線北界邊緣,內(nèi)蒙中部—甘肅中部—青海東部為高原槽, 588 dagpm線位于淮河、陜西東南部、江南、華南等地,副高脊線位于30°N,同時(shí)臺(tái)灣東南有超強(qiáng)臺(tái)風(fēng) “蘇力”活動(dòng)并向西偏北方向移動(dòng)。700 hPa貝加爾湖以南低槽引導(dǎo)的冷空氣南下到河套地區(qū),與來自孟加拉灣的偏南暖濕氣流在陜北地區(qū)交匯,延安上空西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)6 m/S,距離延安最近的東勝站西北風(fēng)達(dá)8 m/S,整個(gè)陜北地區(qū)切變輻合非常明顯。850 h Pa陜北上空為偏北氣流。地面上,青藏高原東部有一中心氣壓為1 007.5 h Pa的冷高壓存在,陜北位于冷高壓東北側(cè)外圍,冷空氣勢(shì)力較弱。12日08時(shí)(圖略),200 hPa高空風(fēng)場(chǎng)輻散加強(qiáng),500 hPa高原槽東移到陜西上游,臺(tái)風(fēng) “蘇力”西行到臺(tái)灣島東部海域,副高位置有所東退,脊線仍位于30°N附近,700 h Pa偏南暖濕氣流已加強(qiáng)為一支低空急流,延安上空風(fēng)速達(dá)12 m/S,東勝站偏北風(fēng)達(dá)6 m/S,切變線較上一時(shí)次位置少動(dòng), 850 hPa與地面上以偏北風(fēng)為主,此時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水轉(zhuǎn)為穩(wěn)定性降水。

“7·8”過程,臺(tái)風(fēng) “浣熊”北側(cè)的偏東氣流攜帶的暖濕空氣與東北冷渦底部回流的東北路冷空氣相互作用造成了此次降水,強(qiáng)降水時(shí)段開始于冷鋒移動(dòng)到陜北附近時(shí),降水主要發(fā)生在冷鋒附近到冷鋒后部的地面冷空氣與高空暖濕氣流交匯區(qū)域?！?·11”過程,上下層為后傾槽結(jié)構(gòu)的天氣形勢(shì)配置,降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),臺(tái)風(fēng) “蘇力”在副高的阻擋下以西行為主。副高南北擺動(dòng)較少,是雨帶分布較為密集的原因。高原槽引導(dǎo)的西路冷空氣與副高外圍的暖濕氣流在延安交匯,強(qiáng)降水主要發(fā)生在588 dagpm線東退時(shí)段。

3 中尺度特征

3.1 衛(wèi)星云圖

“7·8”過程,暴雨發(fā)生時(shí)段主要集中在9日00—05時(shí),是東北低渦冷鋒云系尾部與高原槽云系相互疊加激發(fā)出來的中小尺度對(duì)流云團(tuán)造成的。降水云系中存在5～6個(gè)β尺度的對(duì)流云團(tuán)(見第5頁圖3a)。該云團(tuán)在陜北上空緩慢移動(dòng)是造成本次強(qiáng)降水的主要原因。由逐小時(shí)云頂亮溫(圖略)可見,01時(shí)延安和榆林地區(qū)均有云頂亮溫為-40℃的β尺度對(duì)流云團(tuán),水平尺度為100 km左右,造成子洲14.9 mm/h、安塞14.9 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。02時(shí)隨著整個(gè)鋒面云系東移,β尺度對(duì)流云團(tuán)有所東移但云頂亮溫一直維持在-40℃,水平尺度變化不大,此時(shí)吳堡出現(xiàn)了11.3 mm/h降水。03—04時(shí)云頂亮溫為-40℃的對(duì)流云團(tuán)繼續(xù)東移,富縣出現(xiàn)24.4 mm/h降水。05時(shí)隨著鋒面云系的東移,延安上空的對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)度有所減弱,結(jié)構(gòu)變松散,此時(shí)降水強(qiáng)度也明顯減弱。05時(shí)后,降水云系以系統(tǒng)性冷鋒云系為主,陜北沒有出現(xiàn)大于10 mm/h的降水。

“7·11”過程,暴雨發(fā)生時(shí)段主要集中在12日02—05時(shí),是東北低渦低槽云系尾部與高原槽云系在低層偏南暖濕氣流增大階段相互作用激發(fā)出來的對(duì)流云團(tuán)造成的。01時(shí) (圖略)陜北中部有中-β尺度對(duì)流云團(tuán)生成,云頂亮溫為-40℃,志丹產(chǎn)生13.8 mm/h的降水。02時(shí)(見第5頁圖3b)對(duì)流云團(tuán)東移發(fā)展,云團(tuán)結(jié)構(gòu)密實(shí),云頂亮溫低于-40℃的區(qū)域接近橢圓狀,受其影響延川縣出現(xiàn)了34 mm/h的降水。03時(shí)(圖略)對(duì)流云團(tuán)繼續(xù)東移,云頂亮溫低于-40℃的區(qū)域繼續(xù)位于黃河沿線,在其西部激發(fā)出一γ尺度小云團(tuán),延川出現(xiàn)31 mm/h的強(qiáng)降水,04時(shí)(圖略)γ尺度小云團(tuán)組織成一個(gè)帶狀的中-β尺度云團(tuán),強(qiáng)度有所加強(qiáng),之前黃河沿線的中-β尺度云團(tuán)基本移出陜北,04—05時(shí)延安、延川也出現(xiàn)了大于10 mm降水。05時(shí)后對(duì)流云團(tuán)減弱移出陜北 (圖略)。

綜合以上分析可知,造成兩次陜北短時(shí)強(qiáng)降水的云團(tuán)均屬于中-β尺度的對(duì)流云團(tuán),云頂亮溫最低為-40℃,低渦云系尾部與高原槽云系相互疊加,并在近海臺(tái)風(fēng)外圍偏東氣流或副高外圍偏南暖濕氣流的作用下激發(fā)出中尺度對(duì)流云團(tuán),對(duì)流云團(tuán)移動(dòng)方向的前側(cè),云頂亮溫梯度大的區(qū)域?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降水落區(qū)。

3.2 延安多普勒雷達(dá)回波

2014年7月8日20時(shí)左右,榆林南部到延安北部是以層狀云降水回波為主的混合型降水回波,在回波主體后部西北方向不斷有新的回波生成并東移,回波面積較大,移動(dòng)速度緩慢,并在延安西部區(qū)域不斷加強(qiáng)。9日00時(shí)對(duì)流性回波增多,發(fā)展為積狀云為主的對(duì)流性降水回波,回波主體強(qiáng)度達(dá)50 dBz左右,延安北部地區(qū)降水增強(qiáng)。02時(shí)(圖略)回波東段逐漸變寬,已經(jīng)演變成榆林橫山至延安洛川的東北—西南向片狀回波,移動(dòng)速度緩慢并不斷發(fā)展,其中對(duì)流性回波比較分散,榆林南部、延安北部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水站點(diǎn)明顯增多。03—04時(shí)偏南氣流加強(qiáng)為低空急流,中層西南風(fēng)沿低層?xùn)|北風(fēng)爬升 (見第5頁圖4a),這也是該時(shí)段延安對(duì)流性回波強(qiáng)度增強(qiáng)(見第5頁圖5a)的一個(gè)重要原因。延安東北部回波松散,強(qiáng)回波分布在以延安為中心的地區(qū),強(qiáng)降水峰值出現(xiàn)在回波梯度較大的地方。06時(shí)后回波逐漸東移減弱。

2013年7月12日,延安地區(qū)是以積狀云降水回波為主的混合型降水回波,回波整體強(qiáng)度不強(qiáng),最大回波強(qiáng)度為45～50 dBz。降水開始前,雷達(dá)徑向速度圖上低層風(fēng)場(chǎng)以東風(fēng)為主,高層以西南風(fēng)為主,隨著低層風(fēng)速增大,02時(shí)在0.5°～2.4°仰角徑向速度圖上,在延長(zhǎng)地區(qū)均出現(xiàn)氣旋式輻合流場(chǎng)(見第5頁圖4b),且02—03時(shí)對(duì)流性回波顯著增多(見第5頁圖5b),延川地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水。04—05時(shí)低空西南氣流明顯增大,氣旋式輻合流場(chǎng)特征仍然明顯,高空西風(fēng)急流維持,系統(tǒng)穩(wěn)定,降水持續(xù)。

通過對(duì)兩次過程雷達(dá)回波和徑向速度演變對(duì)比發(fā)現(xiàn),在徑向速度圖上,兩次過程的回波移動(dòng)速度均較慢?！?·11”過程,雷達(dá)回波整體范圍較小,對(duì)流性降水回波強(qiáng)度強(qiáng)且較為密集。“7· 8”過程,雷達(dá)回波整體范圍較大,對(duì)流性降水回波強(qiáng)度弱且較為松散。因此,“7·11”過程暴雨強(qiáng)度大但降雨范圍較小,而 “7·8”過程暴雨強(qiáng)度小而降雨范圍較大。

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件

“7·8”過程中,8日20時(shí),850 hPa水汽通量場(chǎng)上,來自臺(tái)風(fēng) “浣熊”北部的偏東氣流西伸至陜西地區(qū) (圖略),臺(tái)風(fēng)將東海的水汽輸送到內(nèi)陸,此時(shí)延安上空水汽通量值達(dá)8 g/(cm ·hPa·S),9日02—07時(shí)偏東風(fēng)仍然維持,08時(shí)隨著冷空氣南下,陜北上空轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。從700 hPa也可明顯看到偏東氣流的發(fā)展過程,8日20時(shí)(圖略)一支上千公里的偏東氣流非常強(qiáng)盛,延安上空小范圍內(nèi)水汽通量達(dá)到8 g/ (cm·h Pa·S),9日02時(shí)隨著臺(tái)風(fēng)北上(見第6頁圖6a),從山東經(jīng)河南、山西到達(dá)陜西北部地區(qū)的偏東氣流有所加強(qiáng),延安到榆林南部上空的水汽通量均在12 g/(cm·hPa·S)以上,黃河沿線處在中心為(-6～-4)×10-7g/(cm2·hPa·S)的水汽輻合區(qū)中,08時(shí)臺(tái)風(fēng)向東北方向移動(dòng),偏東氣流顯著減小,副熱帶高壓外圍的西南氣流有所發(fā)展,暴雨區(qū)上空水汽通量大值中心達(dá)12 g/(cm·hPa·S)。分析700～850 hPa水汽通量散度可知,本次過程強(qiáng)水汽輻合主要發(fā)生在700 h Pa,8日20時(shí)在陜北上空有中心為-5×10-7g/(cm2·h Pa·S)的水汽輻合大值中心,8日20時(shí)到9日02時(shí)水汽輻合大值中心強(qiáng)度保持不變,但中心位置移向其東北方向,與強(qiáng)降水落區(qū)對(duì)應(yīng)較好,9日08時(shí)陜北上空仍處于水汽輻合區(qū)中,但強(qiáng)度明顯減弱。上面分析表明,該次區(qū)域性暴雨發(fā)生時(shí)低層700～850 h Pa水汽條件較好,充足的水汽供應(yīng)配合強(qiáng)的水汽輻合易產(chǎn)生強(qiáng)降水。

“7·11”過程中水汽主要來自700 hPa,暴雨發(fā)生前12 h,來自孟加拉灣的水汽沿著副高588 dagpm線外圍向西南地區(qū)、青藏高原東部地區(qū)及華北地區(qū)輸送 (圖略),延安地區(qū)處于水汽通道北界,水汽通量為4 g/(cm·hPa·S),12日02時(shí)暴雨發(fā)生時(shí)(圖6b),關(guān)中西部水汽通量迅速增大到12 g/(cm·hPa·S),延安仍然處于水汽通道的北界,此時(shí)水汽通量迅速增大到8 g/(cm·h Pa·S),此刻黃河沿線也出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為(-6～-4)×10-7g/(cm2·hPa·S)的輻合中心。08時(shí)低空暖濕氣流加強(qiáng),陜北上空水汽通量為8 g/(cm·h Pa·S)的范圍有所擴(kuò)大,14時(shí)后水汽通量迅速減小。從整個(gè)暴雨發(fā)生前后的水汽通量剖面圖 (圖略)上也可看出,水汽供應(yīng)主要來自700～600 hPa,暴雨發(fā)生前6 h,600 h Pa有中心值為10 g/(cm·hPa ·S)的水汽通量大值區(qū),14時(shí)后基本減小到4 g/(cm·hPa·S)以下。從水汽通量散度時(shí)間剖面圖(圖略)上也可看到,從11日20時(shí)開始暴雨區(qū)上空700 hPa就出現(xiàn)了輻合區(qū),12日02時(shí)達(dá)到了最強(qiáng),輻合一直維持到08時(shí),08時(shí)后逐漸轉(zhuǎn)為輻散區(qū)。

4.2 溫度平流

“7·8”過程,8日20時(shí)500 hPa青海湖附近的短波槽東移到隴東地區(qū),此時(shí)陜北西部上空是中心強(qiáng)度為20×10-5℃/S的暖平流區(qū),700 hPa陜北上空暖平流中心強(qiáng)度達(dá)15×10-5℃/S,但 850 hPa東北地區(qū)有一支強(qiáng)冷平流輸送帶伸展至陜北 (圖略),延安上空出現(xiàn)中心強(qiáng)度為-25×10-5℃/S的冷平流中心,此時(shí)垂直速度場(chǎng)上延安上空為弱上升區(qū),這可能是由于冷空氣勢(shì)力較強(qiáng),強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拖曳作用導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)減弱。9日02時(shí)850 hPa冷平流中心減弱為-5×10-5℃/S,強(qiáng)冷空氣從東北方向直接強(qiáng)迫抬升來自臺(tái)風(fēng) “浣熊”外圍的偏東氣流,產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng),觸發(fā)了低層不穩(wěn)定能量的爆發(fā)。從整個(gè)暴雨區(qū)垂直速度的區(qū)域平均場(chǎng)(圖略)上也可看到,8日20時(shí)整個(gè)700 hPa以下沉運(yùn)動(dòng)為主,9日02時(shí)隨著濕層的增加和低層冷空氣的入侵,暴雨區(qū)上空出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為-0.5 Pa/S的濕空氣(相對(duì)濕度≥95%)上升運(yùn)動(dòng)區(qū),低層冷空氣的入侵迫使暖濕空氣上升,產(chǎn)生了本次暴雨過程。08時(shí)后850 hPa上冷平流減弱消失,整層大氣的相對(duì)濕度也明顯減弱,降水逐漸停止。

“7·11”過程,11日20時(shí)500 hPa冷空氣位置偏北,陜北上空為暖平流區(qū),700 hPa陜北處于弱的暖平流區(qū),850 hPa由高原槽引導(dǎo)的高空冷空氣有所擴(kuò)散,河套西部存在中心強(qiáng)度為-30× 10-5℃/S的冷平流中心(圖7a),700 hPa以下干冷空氣以下沉為主,12日02時(shí)850 hPa冷平流減小到-5×10-5℃/S。在相對(duì)濕度和垂直速度區(qū)域平均場(chǎng) (圖略)上也可看出,此時(shí)濕層已增厚至200 hPa以上,400 hPa出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為-0.5 Pa/S的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)(圖7b)。08時(shí)低層冷平流輸送更弱,暖濕空氣沿著干冷空氣爬升, 500 hPa仍然存在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng),但由于01—05時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水,大氣中水汽含量有所減少,濕層厚度明顯減小,08時(shí)后強(qiáng)降水逐漸結(jié)束。

分析兩次過程延安探空資料,暴雨發(fā)生前6 h(圖略),溫度廓線和層結(jié)曲線非常接近,大氣處于飽和狀態(tài)。低層850 h Pa以下有強(qiáng)的冷空氣入侵低層大氣,由于較強(qiáng)冷空氣的下沉拖曳作用,往往不會(huì)造成強(qiáng)降水。兩個(gè)過程的垂直風(fēng)分布基本一致,850 hPa均為東北風(fēng),冷墊作用非常明顯?！?·11”大氣低層風(fēng)切變率較大,中高層風(fēng)速切變率較小,這種風(fēng)速分布有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,同時(shí)這種上升運(yùn)動(dòng)對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展也非常有利。而 “7·8”過程,低層大氣切變率小,中高層較大,較“7·11”過程暴雨區(qū)上升速度弱。

兩次過程發(fā)生前6 h,由于冷暖空氣交匯時(shí)溫度梯度較大,低層大氣冷平流輸送較強(qiáng),造成大氣低層以下沉運(yùn)動(dòng)或弱上升運(yùn)動(dòng)為主。暴雨發(fā)生時(shí),冷空氣已經(jīng)入侵低層大氣,低層冷平流明顯減弱,溫度梯度減小,此時(shí)暖濕氣流被弱冷空氣強(qiáng)迫抬升,大氣相對(duì)濕度大于90%的區(qū)域由中層迅速增加到整層,同時(shí)低層風(fēng)速切變?cè)龃?中高層風(fēng)速切變減小,有利于暴雨區(qū)上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,為中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生、發(fā)展提供有利的環(huán)境場(chǎng)。

5 能量場(chǎng)分析

通常把潛熱能和顯熱能稱之為濕空氣的涵,濕涵即指單位空氣的溫濕能,表達(dá)式為EI= CPT+Lq,其中T、q、CP和L分別為溫度、比濕、定壓比熱和凝結(jié)潛熱系數(shù),為了方便分析計(jì)算了EI/CP,將單位統(tǒng)一為℃,溫濕能與水汽和熱量有關(guān),可很好地反應(yīng)空氣熱能的累積狀況。

“7·8”過程850 hPa濕涵場(chǎng)上,8日08時(shí)整個(gè)陜西上空是中心強(qiáng)度為22℃的高濕涵場(chǎng),甘肅中部有中心強(qiáng)度為17℃的低濕涵場(chǎng),14時(shí)(圖8a),隨著偏東氣流的加強(qiáng),山西、河南一帶濕涵迅速增大,出現(xiàn)了濕涵密集帶,偏東氣流攜帶的高濕空氣向陜西輸送高溫、高濕能量,陜西上空的濕涵場(chǎng)增大到27℃,同時(shí)低濕涵區(qū)域東移到寧夏上空,高低濕涵場(chǎng)在陜北地區(qū)交匯,出現(xiàn)了等濕涵線密集帶,實(shí)際上這條濕涵密集帶就是鋒區(qū)所在位置,累積了大量的不穩(wěn)定能量, 20時(shí)密集帶東移南壓,陜北上空處于低濕涵帶前端,直到強(qiáng)降水結(jié)束。

“7·11”過程,850 hPa有同樣的濕涵場(chǎng)分布,11日08時(shí),來自南海及孟加拉灣的偏南氣流非常強(qiáng)盛,陜北上空是強(qiáng)度為19℃的高濕涵場(chǎng),14時(shí)在陜西南部地區(qū)出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為24℃的高濕涵中心(圖8b),偏南氣流繼續(xù)向陜北輸送高溫、高濕水汽,此時(shí)陜北上空的濕涵強(qiáng)度增加到22～23℃,同時(shí)在華北和河西地區(qū)各有中心為17℃、20℃的低濕涵區(qū),陜北處于兩低濕涵場(chǎng)中的高值區(qū)。20時(shí)河西地區(qū)的低濕涵場(chǎng)向東移動(dòng)到陜北上空,陜北上空出現(xiàn)了中心強(qiáng)度為19℃的低能、低溫區(qū)。11日20時(shí)—12日08時(shí)陜北上空一直處于18℃的低濕涵場(chǎng)中。

通過上面分析可以看出,“7·8”過程的濕涵密集帶對(duì)12 h后該區(qū)發(fā)生的暴雨有較好的指示意義,該次過程的濕涵密集帶與鋒區(qū)位置對(duì)應(yīng),在暴雨發(fā)生前12 h隨著臺(tái)風(fēng)外圍偏東氣流的加強(qiáng),陜北暖濕空氣與冷干空氣出現(xiàn)了交匯,暴雨區(qū)上空積累了大量的不穩(wěn)定能量。“7·11”過程,暴雨高濕涵場(chǎng)主要來自于南海和孟加拉灣偏南氣流,偏南氣流攜帶陜南上空的高濕涵大氣向陜北輸送,本次過程的高濕涵場(chǎng)對(duì)應(yīng)的是低空急流,臺(tái)風(fēng)對(duì)本次暴雨的能量場(chǎng)沒有直接的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)論

(1)“7·8”過程是在東北冷渦穩(wěn)定維持情況下發(fā)生的,高原槽后冷空氣與臺(tái)風(fēng) “浣熊”外圍偏東氣流在陜北交匯造成本次暴雨,“7· 11”過程是500 hPa高原槽后冷空氣與副高外圍西南氣流在陜北交匯產(chǎn)生的,臺(tái)風(fēng) “蘇力”在西行過程中與副高相互作用下副高東退,暴雨結(jié)束?！?·8”地面為東北路冷空氣,“7· 11”為西路冷空氣。兩次過程850 hPa東北氣流均起了冷墊作用,陜北暴雨落區(qū)基本位于584 dagpm線附近。

(2)“7·8”過程是東北低渦冷鋒云系后部與高原槽云系相互疊加激發(fā)出來的中小尺度對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生的,而 “7·11”過程是東北低渦低槽云系后部與高原槽云系在低層偏南暖濕氣流增大階段相互作用激發(fā)出來的對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生的,兩次強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)間均與云頂亮溫強(qiáng)度低于-40℃的時(shí)刻對(duì)應(yīng)良好,強(qiáng)降水發(fā)生時(shí),雷達(dá)回波呈現(xiàn)出以積狀云為主的混合型降水回波。

(3)兩次過程發(fā)生前6 h,低層大氣冷平流輸送較強(qiáng),暴雨發(fā)生時(shí),低層冷平流明顯減弱,上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)使大氣濕層增加,同時(shí)大氣中高層風(fēng)速切變?cè)叫?越有利于暴雨區(qū)上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,為中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生、發(fā)展提供有利的環(huán)境場(chǎng)。

(4)濕涵密集帶對(duì)未來該區(qū)發(fā)生暴雨有較好的指示意義,“7·8”過程中濕涵密集帶與鋒區(qū)位置對(duì)應(yīng),在暴雨發(fā)生前12 h隨著臺(tái)風(fēng) “浣熊”外圍偏東氣流的加強(qiáng)暖濕空氣與冷干空氣在陜北交匯,暴雨區(qū)上空積累了大量不穩(wěn)定能量?！?· 11”過程中暴雨高濕涵場(chǎng)主要來自于南海和孟加拉灣偏南氣流,高濕涵場(chǎng)對(duì)應(yīng)的是低空急流,臺(tái)風(fēng) “蘇力”對(duì)本次暴雨的水汽和能量沒有直接的貢獻(xiàn)。

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2015-04-02

馬曉華(1986—),女,陜西寶雞人,碩士,工程師,主要從事天氣預(yù)報(bào)理論及方法研究。

中國氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(CMAYBY2014-069)、陜西省預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(2014Y-11)共同資助