青藏高原的一次冷鋒降水分析

旦增冉珍 索朗卓嘎 余燕群 格桑次旺

摘 要：本文利用降水分布圖，天氣形勢圖，結(jié)合衛(wèi)星云圖和氣象資料，對(duì)青藏高原一次由冷鋒引起的一次降水過程進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明：冷鋒可以到達(dá)高原，并引起較大的降水。地面有冷鋒，而高層表現(xiàn)為一南亞高壓;衛(wèi)星云圖上有一片與冷鋒相聯(lián)的云區(qū)，卷云特征明顯，冷鋒入侵時(shí)，后界向南凹，并有對(duì)流性云系發(fā)生，給高原帶來離散分布的降水;高原降水是在各種有利物理?xiàng)l件下形成的，低層輻合、高層輻散、大氣不穩(wěn)定等。

關(guān)鍵詞：青藏高原;冷鋒;降水

中圖分類號(hào)：S162

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190815060

引言

冷鋒對(duì)我國而言是最主要的天氣系統(tǒng)之一，它幾乎在全國范圍內(nèi)活動(dòng)。在冷鋒天氣過程中，常常伴有大范圍的陰雨天氣，或者寒潮、冰雹、沙塵暴、大風(fēng)和暴雨等災(zāi)害性天氣。冷鋒在我國一年四季比較常見，青藏高原的地形以及氣候具有獨(dú)特性，冷鋒降水也在青藏高原常見。國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)冷鋒降水的過程以及物理機(jī)制等方面做了許多研究，也得到了一些有意義的結(jié)論。Kesslerand Wexler通過觀測指出，在大片冷鋒云系中，有一強(qiáng)度極大的條狀回波帶，在該回波帶處能產(chǎn)生比周圍更強(qiáng)的降水[1]。Herzegh指出，鋒面云系的暖區(qū)雨帶降水的重要機(jī)制是“播撒—供水”機(jī)制，即高空形成一定數(shù)量但質(zhì)量不大的降水胚胎下落“播種”到低層增長條件較好的“供水”云區(qū)，在那里降水粒子長大但數(shù)濃度基本未增加[2]。樓小鳳等利用非靜力平衡二維中β-γ 尺度模式，對(duì)歐洲一次冷鋒過程進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，采用5km的水平格距能夠模擬出鋒面上多個(gè)中β[3]。

青藏高原是世界平均海拔最高的高原。平均海拔高度在4000m以上，由于青藏高原環(huán)境獨(dú)特，天氣現(xiàn)象惡劣，加上地形復(fù)雜，在我國形成了一個(gè)獨(dú)特的氣候區(qū)域。青藏高原的天氣狀況、環(huán)流條件與我國大部分地區(qū)不同，所以降水特征較為顯著。

對(duì)于冷鋒降水過程的數(shù)值模擬方面而言，許多學(xué)者曾經(jīng)應(yīng)用CAMS、MM5、WRF等中尺度模式來討論研究冷鋒的降水特征。鋒面云系具有較高的增雨潛力。目前冷鋒天氣系統(tǒng)主要研究是針對(duì)中高緯度冷鋒的雨帶結(jié)構(gòu)、降水特征、演變過程的。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)青藏高原冷鋒降水的物理機(jī)制，本文利用降水分布圖，天氣形勢圖，衛(wèi)星云圖分析了青藏高原冷鋒降水，探討了天氣的演變過程、鋒面的生消過程以及云系的演變過程。對(duì)了解青藏高原氣候特征具有非常重要的意義。

1 降水過程概況

2015年7月11日21：00—12：02（世界時(shí)），青藏高原受冷鋒影響，出現(xiàn)大范圍小到中雨天氣。其中11日21：00—22：00，雨帶主要位于新疆北部至青藏高原南部區(qū)域。11日23：00—00：00，雨帶從西北方向移到青藏高原西南區(qū)域。青藏高原逐漸產(chǎn)生降水。12日01：00—02：00，青藏高原全境均有降雨過程，新疆北部區(qū)域也伴隨降水過程。新疆北部至青藏高原中部為降水中心。

1.1 24h降水分布

圖1是2015年7月11日08：00至7月12日06：00的全國降水量實(shí)況圖，從圖中可以看到全國大部分的降水處于青藏高原，青藏高原大部分地區(qū)降水量為0～10mm，青藏高原西部和東部少部分地區(qū)降水量為10～25mm。

1.2 1h降水分布分析

圖2a是2015年7月11日21：00，1h地面降水，圖中新疆烏魯木齊東部降水較強(qiáng)，烏魯木齊南部、青海西寧西部以及西藏以南區(qū)域降水程度較小;圖2b是2015年7月11日22：00，1h地面降水分布圖，圖中新疆烏魯木齊東部降水略有減少并呈現(xiàn)向青藏高原移動(dòng)的過程，青藏高原全境有較小的降水;圖2c是2015年7月11日23：00，1h地面降水分布圖，圖中烏魯木齊東部降水明顯減少，降水移至青藏高原，青藏高原有明顯的降水，尤其是青藏高原西部降水較強(qiáng);

圖2d是2015年7月12日00：00，1h地面降水分布圖，圖中青藏高原的降水持續(xù)且西部降水以及青藏高原東部地區(qū)降水加強(qiáng);圖2e是2015年7月12日01：00，1h地面降水分布圖，此圖可以看出青藏高原全境仍在降雨但降雨有所緩解;圖2f是2015年7月12日02：00，1h地面降水分布圖，圖中由新疆烏魯木齊移過來的降水仍在持續(xù)，烏魯木齊東部降水加強(qiáng)，青藏高原區(qū)域的降水仍然持續(xù)，且西部地區(qū)有所加強(qiáng)。

2 高原上冷鋒降水的天氣形勢分析

2.1 地面圖分析

圖3a是2015年7月10日18：00的地面天氣圖，從地面天氣形勢可以看出，新疆地區(qū)有一低壓，中心氣壓在995hpa以下，東北地區(qū)西部有一低壓，蒙古地區(qū)有一高壓維持和從西太平洋經(jīng)華南向西伸到青藏高原南部，為一高壓脊區(qū)，在青藏高原的西南側(cè)有一低壓維持。

圖3b是2015年7月10日21：00的地面天氣圖，圖上華南地區(qū)的高壓消失，新疆地區(qū)有一低壓略有東伸，蒙古地區(qū)的高壓向南邊移動(dòng)，其它變化不大。

圖3c是2015年7月12日00：00的地面天氣圖，圖中新疆地區(qū)北部有一冷高壓向東南延伸至青藏高原北部附近，高壓前方有一冷鋒，蒙古地區(qū)存在一個(gè)低氣旋，西南地區(qū)有一低壓向北縮進(jìn)，華南地區(qū)出現(xiàn)一個(gè)高壓。

圖3d是2015年7月12日03：00的地面天氣 圖，圖中冷鋒繼續(xù)東移并消失，秦嶺以南地區(qū)維持一個(gè)高壓，在我國東北地區(qū)有一個(gè)高壓存在。

圖3e是2015年7月12日06：00的地面天氣圖，圖中新疆北部的冷高壓逐漸減小冷鋒繼續(xù)向東部移動(dòng)，暖鋒轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳弊呦颍滗h尾部的前端有一低壓維持，低壓的東側(cè)，我國的東南沿海地區(qū)維持一個(gè)高壓，我國東北地區(qū)高壓維持，華北有一低壓。

圖3f是2015年7月12日09：00的地面天氣圖，圖中有冷低壓發(fā)展并東移，鋒面消失，在青藏高原和新疆接壤處有一低壓，華北的低壓消失，我國東部的地面氣壓場自北向南均呈高壓分布，云貴高原有一低壓。

3 高空天氣形勢分析

3.1 100hpa形勢分析

圖4是2015年7月12日100hpa的高空?qǐng)D，圖中從東部到青藏高原以西地區(qū)為一南亞高壓控制，西藏處在南亞高壓的中部，高原上空是反氣旋環(huán)流所控制。

3.2 200hpa形勢分析

圖5是2015年7月12日200hpa的高空?qǐng)D，從圖中可以看出處在西藏上空的南亞高壓逐漸減小，北部出現(xiàn)槽，東部出現(xiàn)一個(gè)小的高壓，反氣旋仍然存在于上空。在我國黃海出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)風(fēng)。

3.3 500hpa形勢分析

圖6是2015年7月12日500hpa的高空?qǐng)D，圖中槽仍處于青藏高原北部，青藏高原上的高壓強(qiáng)度不斷減弱，青藏高原的西南側(cè)有一低壓，四川盆地出現(xiàn)一個(gè)暖中心，東部沿海地區(qū)有一個(gè)深厚的槽生成，臺(tái)灣北部有一暖中心，在河套-內(nèi)蒙地區(qū)有一高壓暖脊。

3.4 700hpa形勢分析

圖7是2015年7月12日700hpa高空?qǐng)D，圖中暖高壓中心位于青藏高原西部，槽線向東移動(dòng)，高壓范圍逐漸擴(kuò)大。臺(tái)風(fēng)范圍和強(qiáng)度加強(qiáng)，出現(xiàn)暖心結(jié)構(gòu)，華南地區(qū)有一冷中心。

4 衛(wèi)星云圖分析

圖8是2015年7月11—12日的風(fēng)云2號(hào)衛(wèi)星的紅外云圖。圖8a是2015年7月11日08：00云圖，圖中在高原上有一與高空槽相聯(lián)的冷鋒云系，云帶呈現(xiàn)氣旋性彎曲，表明冷空氣向東南推進(jìn)，云帶主要由高云為主，表現(xiàn)為色調(diào)白亮的卷云，纖維狀特征明顯，南部卷云反氣旋彎曲十分明顯，說明高空有輻散，另外高原中部有對(duì)流云性積雨云出現(xiàn)，云帶前方為一片無云區(qū)。

圖8b是2015年7月12日11：00云圖，圖中云帶仍呈現(xiàn)氣旋性彎曲，前方仍為一片無云區(qū)，冷鋒開始逐漸形成，有大量的灰色調(diào)的云形成，為冷鋒云系的生成和發(fā)展提供充足的水汽，冷鋒云系一直向東南方向移動(dòng)，籠罩著整個(gè)青藏高原。

圖8c是2015年7月12日14：00的紅外云圖，從圖中可以看到，北面的冷鋒云系繼續(xù)東移，云帶上卷云的反氣彎曲更加明顯，高原中部有若干小的顆粒狀白色對(duì)流單體生成，小單體西北一側(cè)為灰色的云系，表示有冷平流入侵，該處位于冷鋒云系的尾部。另外華北一帶由于太陽加熱地表，溫度升高，色調(diào)變暗。

圖8d是2015年7月12日17：00的紅外衛(wèi)星云圖，這時(shí)冷鋒云系的前方云已移到華北，其后部的冷空氣進(jìn)一步入侵，灰色區(qū)域略有擴(kuò)大，青藏高原中南部的小對(duì)流單體增多發(fā)展擴(kuò)大，色調(diào)變白，并向東擴(kuò)展。

圖8e是2015年7月12日20：00的紅外衛(wèi)星云圖，圖中冷空氣入侵高原大部地區(qū)，灰色區(qū)向東擴(kuò)展，而卷云有所減小，對(duì)流云范圍更加擴(kuò)大，并向東擴(kuò)展。

圖8f是2015年7月12日23：00的紅外衛(wèi)星圖，圖中冷空氣繼續(xù)向東擴(kuò)展。云系整體的色調(diào)較白的云。

5 青藏高原冷鋒降水的物理量特征

這次冷鋒形成的高原降水，是由于多種物理因素共同作用形成的，下面作初步探索。

5.1 高原低空流線分析

圖 9 是2015年7月12日850hpa流線分布圖，圖9a中可以看到，在高原上盛行偏北氣流，流線稀疏，表示風(fēng)速較小，印度半島為一致的西南氣流;圖9b中可以看到，在高原上仍然盛行偏北氣流，流線稀、變得稠密一些，表示冷空氣加大，并且在高原南部西藏地區(qū)與由來自印度半島的西南氣流形成一輻合。

5.2 高原850hpa水汽混合比分析

圖10 是2015年7月12日850hpa水汽混合比分布圖，圖中深綠色圖區(qū)表示水汽混合比大，而淺色區(qū)表示混合比較小。從圖10 a中可以看到高原南部西藏地區(qū)水汽混合比很大，并與溫度高值區(qū)相一致，及風(fēng)的輻合相聯(lián)，在高原北部地區(qū)到新疆區(qū)水汽混合比很小，這與這次降水的分布很一致。圖10b中可以看到，基本與圖 a相似，差別表現(xiàn)為濕區(qū)南壓之勢，北部分部區(qū)范圍擴(kuò)大，這與冷空氣向南入侵有關(guān)。

5.3 高原700hpa溫度露點(diǎn)差分析

圖11 是2015年7月12日700hpa溫度露點(diǎn)差分布圖，圖11 a中可以看到，在高原的中部到南部地區(qū)溫度露點(diǎn)差較小，說明空氣中的濕度較大，另有一條南北向的溫度露點(diǎn)差小值區(qū)，這與云圖上冷鋒相聯(lián)的云系相吻合。圖11b中可以看到，溫度露點(diǎn)差加大，表示冷空氣入侵高原后，高原變得干燥，濕度大的只在高原東側(cè)的一小塊區(qū)域。

5.4 高原850hpa水汽通量分析

圖12 是2015年7月12日850hpa水汽通量分布圖，在圖上箭頭長與短表示水汽通量的大小，箭頭的方向表示水汽輸送的方向，圖12 a中可以看到，在高原的水汽能量很小，大部分地區(qū)箭頭很短小，并且方向都要是指向南，印度半島地區(qū)有較大的水汽通量;圖12 b中可以看到，來自北方的水汽通量范圍向東擴(kuò)展，由于這水汽能量伴隨冷空氣南下，冷空氣本身水汽含量就很小，因此水汽通量也很小。

5.5 高原低層輻合分析

圖13 是2015年7月12日850hpa輻合分布圖，圖中深色區(qū)是輻合強(qiáng)的地區(qū)，圖 13a中可以看到，在高原中部到南部淺綠色的東西向帶狀內(nèi)出現(xiàn)不連續(xù)的較深綠色低層強(qiáng)輻合區(qū)，南北寬度在2～3 個(gè)緯距左右;圖13b中可以看到，輻合區(qū)范圍有所擴(kuò)大，布滿整個(gè)青藏高原地區(qū)。

5.6 高原700hpa垂直運(yùn)動(dòng)分析

圖14 是2015年7月12日700hpa垂直運(yùn)動(dòng)分布圖，圖 14a中可以看到，在高原上升運(yùn)動(dòng)很小，大部分地區(qū)為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，但在圖14b中可以看到，高原南部溫度線密集區(qū)有一東西向的較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，高原北部也出現(xiàn)較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。

5.7 高原500hpa渦度分析

圖15 是2015年7月12日500hpa渦度分布圖，圖15 a中可以看到，在高原中部有一深黃色的正渦度區(qū)，其兩側(cè)為負(fù)渦度區(qū)，由于偏北氣流，高原南部是一彼正渦度平流區(qū)。另在新疆東北到蒙古一帶有與渦旋云系相關(guān)的正渦度區(qū)，高原東北也有一片正渦度區(qū);圖 15b中可以看到，新疆東北到蒙古一帶有與渦旋云系相關(guān)的正渦度區(qū)東移，高原中部的正渦度區(qū)也有東移的趨勢，在正渦度前方是一彼負(fù)渦度區(qū)，這樣由于氣流的作用，出現(xiàn)一片正渦度平流區(qū)。

5.8 高原200hpa散度分析

圖16 是2015年7月12日200hpa散度分布圖，圖16 a中可以看到，在高原上空有一片輻散區(qū)，且出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)的輻散區(qū)，與強(qiáng)降水區(qū)相對(duì)應(yīng)，另外在華北有一片強(qiáng)輻散區(qū)，與高原的輻散區(qū)連接成一片;圖16b中可以看到，青藏高原上的輻散分成2片，中間部分有所減弱，最強(qiáng)的是西邊一塊，東面的向東南方向移動(dòng)。

5.9 高原K指數(shù)分析

圖17是2015年7月12日K指數(shù)分布圖，圖17a中可以看到，在高原中部、南部到東部廣大地區(qū)的K指數(shù)值較大，存有一片不穩(wěn)定區(qū)，最大的不穩(wěn)定區(qū)處在南部，中心最大值達(dá)54，新疆地區(qū)是穩(wěn)定區(qū);圖17b中可以看到，不穩(wěn)定區(qū)縮小，并分裂成兩片，東邊的不穩(wěn)定區(qū)較大，西邊小。高原北側(cè)為穩(wěn)定區(qū)，范圍擴(kuò)大。

5.10 高原抬升指數(shù)分析

圖18是2015年7月12日抬升指數(shù)分布圖，圖18a中可以看到，在整個(gè)高原抬升指數(shù)為負(fù)值，最小的為-13，新疆地區(qū)為正的抬升指數(shù)，這表明高原上空不穩(wěn)定。圖18b中可以看到，抬升指數(shù)的負(fù)值有所減小。南部區(qū)域出現(xiàn)大值中心，最小的負(fù)指數(shù)移到高原東側(cè)地區(qū)。

5.11 高原沙氏指數(shù)分析

圖19 是2015年7月12日沙氏指數(shù)分布圖，圖19a中可以看到，在高原上沙氏指數(shù)都是負(fù)值，負(fù)值最小達(dá)-10， 新疆地區(qū)都為正值，說明高原地區(qū)很不穩(wěn)定，這有利于對(duì)流的發(fā)生和發(fā)展。圖19b中可以看到，沙氏指數(shù)負(fù)值區(qū)有所減小，不穩(wěn)定區(qū)有所縮小。

6 結(jié)論

通過對(duì)2015年7 月12日高原地區(qū)一次冷鋒降水過程的綜合分析，可以得出：

冷鋒可以到達(dá)高原，并引起較大的降水。地面有冷鋒，而高層表現(xiàn)為一南亞高壓;

衛(wèi)星云圖上有一片與冷鋒相聯(lián)的云區(qū)，卷云特征明顯，冷鋒入侵時(shí)，后界向南凹，并有對(duì)流性云系發(fā)生，給高原帶來離散分布的降水;

高原降水是在各種有利物理?xiàng)l件下形成的，低層輻合，高層輻散，大氣不穩(wěn)定等。

[LL]參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

旦增冉珍（1992-），女，本科。研究方向：大氣科學(xué)。