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一次强对流暴雨天气的卫星云图特征分析
作者：杨爱琴 姜燕敏 李敏 来源：《科技资讯》2011年第34期
摘 要:强对流暴雨天气是在一定的大尺度环流背景中产生的,是各种物理条件相互作用形成的中、小尺度天气现象。这种现象有它自己明显的特征,即生命史短,空间范围小,天气变化剧烈。本文对武汉地区1998年7月21日所遭受的百年罕见特大暴雨的环流背景、红外云图、水汽云图,地面、高空各高度场的天气图,以及降水量进行分析,结果表明:MCS,MCC所造成的大范围暴雨可以长时间维持在同一地区。
关键词:强对流 暴雨 切变线 中尺度对流云系
中图分类号:P46 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(a)-0249-02
不少学者对强对流天气进行了相关研究,如章名立[1]从西太平洋云量的变化着手研究副高与我国东部降雨的关系,发现我国东部的旱期出现在西太平洋副热带地区云量偏多的时期,也即副高偏南、偏弱的时期,涝期则相反。还有,旱涝气候演变[2～4]、暴雨洪涝[5～6]以及热带气旋对降水的影响[7]等方面的研究。
武汉地区1998年7月21日所遭受的百年罕见特大暴雨,从21日凌晨5时至16时,武汉市普降暴雨,降水量达280多毫米,其中汉阳地区降水量达438毫米。降水强度为有历史记录以来最大的一次。全市各区县出现不同程度的渍水。这场罕见的连续两天的特大暴雨,暴雨中心的48小时累计雨量值高达546.3mm。本文将通过卫星云图资料、天气图观测资料对该次特大暴雨过程进行分析。
1 资料和方法
强对流暴雨天气是华南地区降水的主要类型之一。由于其产生的累积降水量、小时降水量均较大,所以是气象业务的主要研究问题之一。强对流暴雨天气与中小尺度系统相联系,因中小尺度天气系统的生命史短,空间尺度小,用常规天气图资料分析其活动存在一定困难,而GMS气象卫星可对同一地区进行短时间隔的连续观测,通过分析云图资料,可以监视中小尺度系统的发生发展演变,进而分析和预报强对流暴雨的天气活动。
本研究主要通过以下几方面,对这次强对流暴雨天气进行研究。(1)对影响、产生强对流暴雨天气的大尺度环流背景和主导系统进行分析;(2)分析强对流暴雨天气过程以及相应的卫星云
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图的主要表现;(3)分析其外形,结构,尺度,强度,环境场,云型等特征及其与降水量的关系;(4)为利用卫星云图预报该类型暴雨发生发展提供一定的依据。
2 结果与分析
2.1 锋面切变线暴雨的环流背景
西太平洋副热带高压位置异常偏南,强度偏强,造成多雨带持续维持在江南南部到华南地区。欧亚地区中高纬度维持两槽一脊的环流形势,西部乌拉尔山附近维持着一个较稳定的高压脊,而其东部贝加尔湖至蒙古国和我国内蒙古至东北地区存在着一个宽阔的槽区,从而在该地区不断有冷空气从高纬度移来,由于上层温度较低,而下层温度偏暖,形成热力的不稳定条件,造成这一时段我国北方、特别是东北地区持续受到因此形成的高空冷涡的影响,出现强对流活动,局地暴雨不断,华南地区多强降水天气,灾害严重。印度季风比正常年份偏迟,除了东部地区稍落后外,西部地区已经比常年位置偏北。 2.2 双切变线阶段
图1中可以看出,长江南北有两条灰色的云带。在云带中还镶嵌着若干大小不等的白色对流云团,它们分别与低空的切变线相联系。从500hPa天气图上可以看出在福建的东部海上有一较强对流云团,同时在700hPa图上也有一很明显的强对流云团由西北向东南方向移动,在四川盆地发展的比较旺盛,并且有向东北偏东方向移动的趋势。
高度场变化有利于西南气流迅速加强。以850hPa为例,7月20日08时,由于受到副高的阻挡,低槽东移时逐渐转为东西向切变线,由于切变北侧的小高压逐渐东移,西段转为暖式切变。20日20时～21日08时,四川附近24ｈ负变高为－3～－4位势什米,而华东一带为＋3～＋4位势什米的24ｈ正变高,形成了东高西低的形势。21日20时四川附近高度继续下降,24ｈ负变高达－7位势什米。这种高度场的变化使西南气流快速加强到10～16m/s,并迅速向北推进,10日08时江南上空西南风达12～20m/s,急流轴向北移动。850hPa形成的“人”字型切变有利于武汉地区区域性暴雨天气出现。随着西南气流的快速加强,西南地区形成了强温度锋区(10个纬度温差达10℃以上),高度场与温度场交角达60°以上。强暖平流使切变迅速北抬,造成21日20时～22日08时12ｈ内武汉地区普降中到大雨。22日08时,与500hPa低槽相对应,四川附近也生成了1个明显的低槽,与江南暖式切变形成了“人”字型切变,即出现了武汉地区典型的暴雨天气形势。在随后24ｈ,武汉出现了大范围的大雨到暴雨天气。
21日四川低槽东移北收,低层切变南压且辐合力量有所减弱,武汉市大部分地区的西南风从21日08时的20、18、12、8m/s减弱到21日20时的8、6、8、12m/s,武汉的东部、南部下了中到大雨。
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北方较强冷空气侵入引发了剧烈的强对流和暴雨天气。21日20时850hPa青藏高原东部到西南地区变高再次达到－2～－4位势什米,而江西及以东地区变高为＋1～－1位势什米,出现了武汉大暴雨的1种信号—— “贵阳扰动”,东西高度差达到6位势什米,使西南暖湿气流再度加强北上,22日０2江南西南风在16m/s以上;随着北方冷空气的南下入侵黄准地区由弱西南风转为4～12m/s的偏北风,我省北部处强烈的冷暖空气辐合区中,引发１次较大范围的强对流和暴雨天气。21日20时～22日08时,辐合区南移到我省南部,也造成了中南部地区的局地大暴雨天气。 7月20日在长江南北各有一条暗灰色的切变线云带,长江以南的切变线云带中有几块对流云,对流云团中出现一些色调比较白的亮点,这是因为早晨太阳高度角太低,投到云面的太阳光只有在高耸的云顶才比较多,显示出亮点,而云顶比较低的地方,尽管云层比较厚,但由于入射的可见光光量太少,在可见光云图上的色调仍然是深灰色的,长江以南的西南气流中局地对流云产生局地雷阵雨天气,而长江以北的锋面切变线云系虽不及南方,但它代表经河套南下的一股新的冷空气。必须指出从青藏高原东移的一股冷空气与从印度过来的西南季风交汇形成一个比较密实的中间尺度大云团,云团的东北方有一西南涡,其南边四川达县出现31mm/h的强降水。武汉目前位于这两条切变线之间相对下沉的无云区中。 2.3 新老切变线合并阶段
由于强对流天气的出现要求低空暖湿,从下面的水汽图像(图2)中可以看出这个时候武汉500hPa以上的气层中水汽含量比周围地区相对少,其色调是黑色,因此,此时的武汉地区尚无降水。
但后来,由于北方的冷空气缓慢南压,深灰色的冷锋云带逐渐移到长江中下游地区,并且东段移动比较快已经过了长江。西段由于西南季风比较强,冷锋仍然处于长江以北秦岭以南地区。原先位于长江以南的老切变线由于西南季风北退而分散。两条新老切变线之间的晴空区现在基本上消失了。长江以北冷空气继续南下,长江以南西南季风加强并北上,两条云带在长江流域相汇,气旋性切变加大,在切变中段汉口的附近出现一个中尺度的小低涡环流,在对流层上部200hPa上,武汉处在南亚高压前沿辐散区中,而在对流层中部500hPa上副热带高压很弱,南海有一个高压中心,武汉处在偏西气流中。
2.4 切变线,低涡与西南季风三者交汇的对流云爆发性阶段
7月21日03时在切变线,低涡与西南季风三者汇合处,武汉的西边开始出现三小块对流云,这些对流云的云顶亮温为-40.6℃,并且爆发性发展合并。当这个准圆形快要消亡时,湖南桑植六小时雨量为82mm,而大云团在发展和成熟阶段时雨量并不特别大。较大的降水反而出现在云顶塌下、云团扩大时。而MCS为其尺度比较小,特别是后续传播的MCS,大降水出现在从发展到塌下的全过程,雨强最大是出现在爆发性发展与合并。 2.5 发展过程的红外云图
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图3中的云图表示该时段武汉附近的局部红外云图。武汉以红心标注。这些云产生在切变线与西南季风交汇的地方。在切变线与西南季风交汇处,还出现了两个低涡。西边一个是西南涡,尺度比较大。西南涡的东南方产生了尺度比较大的对流辐合体,这个辐合体的云顶亮温很低,下面用红字标出来是-81.16℃。而武汉附近的小低涡对应有三小块对流云发展,图当中用绿色的箭头表示。云顶的亮温仅仅为-40.6℃。但是这三小块对流云爆发性发展合并成尺度比较小的中β对流辐合体,当时的亮温为-79℃。它正是造成特大暴雨的云团。随着强降水发生,云顶坍塌下来,云团面积扩大,云顶的亮温也就升高了。 2.6 700hPa分析
在700hPa上20日20时低压中心位于武汉的西北方向,并有不断向东南方向移动的趋势,武汉地区的降水量开始加大。武汉处在南亚高压前沿辐散区中。就武汉市上空的上升运动情况,7月21日00时,在114°E,27°N～33°N之间的大气层为一个相当强的垂直上升区,最大值位于550hPa～400hPa之间,汉口500hpa的值达-35×10-5hpa·s-1,可见其上升运动中心最大值轴线由低层往高层向北倾斜,北部的冷空气从高层向低层运动,并在30°N附近切入到上升运动的底部,形成了南北气流的辐合点,暖湿气流沿冷空气倾斜上升,冷空气在冷区中下沉,形成了一个完整的动力垂直环流圈。在分析了常规资料,即7月20日20时850hpa和200hpa天气图上的风场,发现在32°N～36°N,114°E范围内低层吹偏北风,高层吹偏南风,高低空这种风场的配合,说明在武汉北部形成了一个完整的正环流圈,由于垂直环流圈的存在,为冷而干,暖而湿的气流在武汉上空交汇这一强大的动力作用,促使武汉上空上升运动非常强,预示着武汉将有暴雨天气发生。 3 结语
(1)本次区域性的暴雨过程主要由于长江以北冷空气继续南下,长江以南西南季风加强并北上,两条云带在长江流域相汇,气旋性切变加大,在切变线,低涡与西南季风三者交汇合处,武汉的西边开始出现三小块对流云,这三块云爆发性发展合并过程酿成了武汉地区倾盆大雨。 (2)卫星云图的使用可以弥补海上探测资料的不足,在本次暴雨过程中,通过卫星图象监测到暴雨云团的发展过程对分析暴雨的发生起到重要的作用。
(3)上升运动与下沉运动同在某站点上空交汇,使该站点形成了一个从低层往高层向北倾斜的动力性垂直环流圈,环流圈的存在是这一站点产生强降水至关重要的条件之一。
(4)通过这次过程的分析,可以发现暴雨的动力触发机制在暴雨过程中起着很重要的作用。暴雨的动力触发机制是非常复杂的,在业务中也是难以把握的,文中主要是讨论弱冷空气这么一种触发机制,至于这次过程中是否还有其他触发机制存在,如地形对这次暴雨过程是否有触发和增强作用,有待进一步研究。
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参考文献
[1] 章名立.西太平洋云量变化与中国东部的降水[J].大气科学,1993,17:576～583. [2] 吴启侠,朱建强,耿显波．江汉平原四湖流域降水特征分析[J]．中国农业气象,2008,29(2):146～150．
[3] 薛根元,周锁铨,李庆祥,等．浙江省梅汛期降水与洪涝灾害的长期变化[J]．自然灾害学报,2004,13(5):69～74．
[4] 钟元,顾骏强,滕卫平,等．浙江省汛期旱涝趋势对气候变暖的响应[J]．浙江大学学报(理学版),2007,34(1):106～114．
[5] 王晓东,潘学标,龙步菊,等．近50年来河北省降水和温度极端事件分析[J]．中国农业气象,2010,31(2):170～175．
[6] 杨羡敏,潘娅英．丽水市40年洪涝的气候特征及演变趋势预测[J]．浙江气象,2003,25(3):5～8．
[7] 周国华,孙莉莉,胡淳焓,等．影响丽水的热带气旋降水气候特征[J]．广东气象,2008,30(4):27～29．
①作者简介:杨爱琴(1982-),女,浙江丽水人,助理工程师,主要从事气象服务和气象影视等相关工作。
