V-3θ圖在綏化市主汛期突發(fā)強(qiáng)降水中的應(yīng)用

王安娜 王力艷

摘 要：主要分析綏化市5種暴雨類型（鋒面暴雨、鋒面暖區(qū)暴雨、低渦暴雨、溫帶氣旋暴雨和西風(fēng)槽與副高共同作用下的暴雨）發(fā)生時(shí)，綏化市周邊探空站的V-3θ結(jié)構(gòu)圖。V-3θ圖在主汛期突發(fā)強(qiáng)降水中的應(yīng)用表明，V-3θ圖可以顯示出暴雨和強(qiáng)對(duì)流天氣的征兆。V-3θ圖的應(yīng)用有利于提高災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：V-3θ圖;暴雨

綏化市位于黑龍江省中南部，夏季降雨集中。全市年平均降水量510mm左右，北部年平均降水量在531mm左右，中部年平均降水量在513mm左右，南部年平均降水量在456mm左右，主汛期降水量約占全年總降水量的60%左右，暴雨是主汛期的主要災(zāi)害性天氣之一。短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣對(duì)生產(chǎn)生活的影響很大，有時(shí)會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出突發(fā)強(qiáng)降水天氣發(fā)生、發(fā)展的強(qiáng)度、落區(qū)以及影響的時(shí)空范圍非常重要。

1 V-3θ圖簡(jiǎn)要介紹

V-3θ中的V是指風(fēng)矢量，是探空資料中的風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，θsed是指以露點(diǎn)溫度計(jì)算的假相當(dāng)位溫。θ*是指假相當(dāng)位溫值（假定為飽和狀態(tài)下），體現(xiàn)了大氣的水汽飽和狀態(tài)。θ代表位勢(shì)溫度。

公式：θ=T（P0/P）R/Cp

公式中有5個(gè)氣象要素，P0代表為海平面氣壓，P代表任意高度的氣壓，R代表氣壓常數(shù)，CP代表定壓比熱。

2 V-3θ圖暴雨天氣的特征

主要分析綏化市5種暴雨類型發(fā)生時(shí)，綏化市周邊三個(gè)探空站（哈爾濱站、齊齊哈爾站、伊春站）V-3θ結(jié)構(gòu)圖，以期找到V-3θ結(jié)構(gòu)圖特征用來(lái)預(yù)報(bào)綏化市暴雨的特征和規(guī)律。

2.1 鋒面型暴雨

鋒面型暴雨在綏化市的暴雨類型中所占比率最大。在鋒面型暴雨中，主要的影響系統(tǒng)一般有：鋒面、冷渦、切變線、高空槽（中高緯）、低層的偏南或西南急流、偏北大風(fēng)。分析表明，當(dāng)鋒面型暴雨出現(xiàn)時(shí)以上影響系統(tǒng)不一定同時(shí)出現(xiàn)，各種影響系統(tǒng)可隨機(jī)組合，這就給暴雨預(yù)報(bào)帶來(lái)不確定性，鋒面出現(xiàn)時(shí)暴雨發(fā)生的頻率最高，與此同時(shí)在不同季節(jié)，產(chǎn)生暴雨的主要影響系統(tǒng)也不一樣。

鋒面型暴雨的V-3θ特征：

（1）存在超低溫現(xiàn)象，超低溫構(gòu)成了極度不均勻大氣垂直結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對(duì)流層滾流的發(fā)生和發(fā)展，進(jìn)而引發(fā)大暴雨的產(chǎn)生。在三條線的的抬頭處和150-300hPa折拐處，在對(duì)流層頂存在超低溫薄層，一般為大暴雨的先兆。

（2）θ曲線在各層上存在向左折拐的現(xiàn)象，特別是當(dāng)T軸與θ*和θsed成整體準(zhǔn)直角或者在對(duì)流層中下層成鈍角。夏季時(shí)在對(duì)流層中低層，常出現(xiàn)T軸與θ*和θsed成整體的鈍角，對(duì)流層高層為準(zhǔn)直角。秋季時(shí)，常出現(xiàn)T軸與θ*和θsed成銳角，并存在向右傾的現(xiàn)象，但右傾中也會(huì)有左傾的非規(guī)則情況。在容易產(chǎn)生連續(xù)性強(qiáng)降水的天氣中，經(jīng)常出現(xiàn)θ*和θsed基本重合的暖層云上，有冷暖層云交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。

（3）在鋒面型暴雨中，對(duì)流層中下層的θ*線和θsed線成準(zhǔn)平行，并且在整體較為接近。在垂直風(fēng)向上，對(duì)流層中低層會(huì)出現(xiàn)偏東氣流轉(zhuǎn)偏西氣流的情況。

2.2 鋒面暖區(qū)型暴雨

春夏季常出現(xiàn)鋒面暖區(qū)型暴雨，這種強(qiáng)降水類型有分布不均勻的特征，多有江淮、華北、河套低壓等北上、東移形成。產(chǎn)生鋒面暖區(qū)暴雨的主要以高空槽和低空西南急流配合較為常見(jiàn)。

V-3θ結(jié)構(gòu)圖中鋒面暖區(qū)暴雨的結(jié)構(gòu)特征：

（1）對(duì)流層頂存在超低溫。大氣垂直結(jié)構(gòu)的極度不均勻就是由超低溫構(gòu)成的，這是這種結(jié)構(gòu)促成了對(duì)流層滾流的發(fā)生、發(fā)展以及大暴雨的發(fā)生。

（2）整層水汽漸趨飽和。（圖1）中，中低層飽和線距離較遠(yuǎn)，表明水汽還未達(dá)到飽和。（圖2）中，整層水汽接近飽和，此時(shí)飽和線距離非常接近，最近處距離小于3K。

（3）在θ、θsed和θ*三條曲線特征上，有在不同高度層上出現(xiàn)較多折拐的情況。在鋒面暖區(qū)暴雨中容易伴有強(qiáng)對(duì)流云的發(fā)展，此時(shí)大氣的靜力不穩(wěn)定性較大。

（4）風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)在垂直氣流為順滾流（上層是西北氣流，低層是西南氣流），非常有利水汽的上升，是形成暴雨的重要條件。對(duì)流層中底層與高層可出現(xiàn)的風(fēng)向與鋒面暴雨型基本相同。

2.3 低渦型暴雨

造成黑龍江省暴雨的主要高空系統(tǒng)是東北低渦。低渦產(chǎn)生暴雨主要在低渦的前部西南風(fēng)與東南風(fēng)的暖切變明顯處和低渦西北部偏東風(fēng)暖平流處（回流天氣造成黑龍江省東部暴雨）。由于Ω型流場(chǎng)維持時(shí)間較長(zhǎng)，易造成持續(xù)降雨，同時(shí)還會(huì)有短時(shí)強(qiáng)降水。

低渦型暴雨的V-3θ特征：

2013年6月29日-7月5日的一次東北低渦系統(tǒng)，在黑龍江中西部維持直至衰亡，造成較大范圍量級(jí)的降水。在冷渦中心西南部有干切入，偏南部的暖濕急流帶來(lái)豐沛水汽輸送，這是冷渦活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生暴雨的主要因素。冷渦西南部干冷空氣和冷渦偏南部暖濕急流交界地區(qū)降水量級(jí)較大，一般為發(fā)生暴雨的主要地區(qū)。

（1）存在明顯的超低溫現(xiàn)象。

（2）在非均勻結(jié)構(gòu)上，在不同高度上三條θ線都存在折拐。

（3）水汽條件上，低渦型暴雨的相對(duì)濕度較好，θsed與θ*之差較小。

（4）在垂直風(fēng)場(chǎng)上，對(duì)流層中低層出現(xiàn)三四象限的風(fēng)向，風(fēng)向從偏東風(fēng)到偏西風(fēng)，對(duì)流層中層為偏西風(fēng)，底層以偏南風(fēng)為主，對(duì)流層高層為西北風(fēng)，整體表現(xiàn)為風(fēng)速迅速增大，為順滾流。直到2013年7月3日-4日，此種結(jié)構(gòu)特征逐漸消失，降水過(guò)程漸趨結(jié)束。

2.4 溫帶氣旋型暴雨

臺(tái)風(fēng)一般不直接影響我省，而是在北上的過(guò)程中變性成溫帶氣旋進(jìn)入我省，給我市帶來(lái)暴雨天氣。這種類型強(qiáng)降水主要分布在氣旋中心，并與其移動(dòng)路徑和強(qiáng)度有關(guān)。一般情況下：變性臺(tái)風(fēng)在副熱帶高壓西側(cè)沿偏南氣流北上時(shí)，冷空氣的補(bǔ)充，促使變性臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)，蒙古國(guó)西風(fēng)槽和變性臺(tái)風(fēng)的結(jié)合，導(dǎo)致降水進(jìn)一步加強(qiáng)，暴雨去主要位于變性臺(tái)風(fēng)中心和北部的東南與東北風(fēng)輻合區(qū)內(nèi)。東北與西北輻合區(qū)也有較大暴雨。

溫帶氣旋型暴雨的V-3θ結(jié)構(gòu)特征：

（1）在V-3θ結(jié)構(gòu)圖中，有弱的逆溫層存在，在925hPa層以上，T軸與θ*和θsed夾角大約為90°，θ線有明顯向左折的趨勢(shì)并存在拐點(diǎn)，θ*和θsed的距離小于10K，表明上空濕度大即水汽非常充沛。

（2）存在超低溫結(jié)構(gòu)，順滾流呈西北式，高空存在東北氣流，可據(jù)此判斷為臺(tái)風(fēng)外圍地區(qū)的暴雨。除了垂直風(fēng)的出現(xiàn)不利于暴雨的形成，其余的條件均有利于暴雨的發(fā)生。

2.5 副熱帶高壓與西風(fēng)帶低槽共同作用下形成的暴雨

夏季，若西太平洋副熱帶高壓處于穩(wěn)定或加強(qiáng)的狀態(tài)，就會(huì)對(duì)東移或靠近的西風(fēng)帶低槽產(chǎn)生阻擋，使得副熱帶高壓西北側(cè)的暖濕空氣與冷空氣相遇，形成穩(wěn)定的輻合流場(chǎng)，產(chǎn)生強(qiáng)降水。西南氣流提供大量水汽和能量來(lái)源，西風(fēng)帶冷空氣則是潛熱釋放的觸發(fā)機(jī)制。西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定且位置偏北，脊線在30-35°N附近，副熱帶高壓主體成帶狀（或塊狀）。歐洲存在穩(wěn)定的阻塞高壓，隨著西風(fēng)帶低槽的東移，烏拉爾山東部的主體冷空氣分裂出一部分隨著西風(fēng)帶到達(dá)東亞，與副熱帶高壓西側(cè)的暖濕空氣相遇，在交綏處產(chǎn)生暴雨。

溫帶氣旋型暴雨的V-3θ結(jié)構(gòu)特征：

（1）在V-3θ結(jié)構(gòu)中，有超低溫的現(xiàn)象存在。

（2）在V-3θ的非均勻結(jié)構(gòu)上，T軸與θ*和θsed成準(zhǔn)直角或鈍角，θ隨高度的增加有左拐現(xiàn)象出現(xiàn)。

（3）在垂直方向上，相對(duì)濕度分布是上干下濕或這在中間的某一層濕度值較大，由此造成了暴雨分布的不均勻現(xiàn)象。垂直風(fēng)向上，底層一般是偏南氣流，高層一般為偏北氣流，整體呈現(xiàn)為順滾流。

3 小結(jié)

（1）V-3θ結(jié)構(gòu)圖分析方法在綏化市的5種主汛期突發(fā)性強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)中有實(shí)際應(yīng)用意義。

（2）綏化市主汛期突發(fā)性強(qiáng)降水的各種暴雨類型，均有各自的V-3θ結(jié)構(gòu)的基本特征，在此基礎(chǔ)上，還體現(xiàn)在不同季節(jié)、不同影響系統(tǒng)下，水汽條件和風(fēng)的垂直分布、V-3θ結(jié)構(gòu)圖上的非均勻結(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)。

（3）利用V-3θ結(jié)構(gòu)圖可提前6h-24h在大氣能量結(jié)構(gòu)、上層的超低溫、風(fēng)矢、水汽及不穩(wěn)定能量的垂直分布上揭示災(zāi)害性天氣的轉(zhuǎn)折性變化。

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