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摘要 利用常规观测资料、极化雷达资料、区域加密自动站观测资料,运用天气学原理和天气学诊断方法对2020年8月中下旬秦皇岛市一次暖区暴雨与一次锋面暴雨进行对比分析。结果表明:13日过程整体比湿较大,地面有辐合中心,配合地形抬升,导致北部山区产生较强降水,南部沿海条件不利,降水较少;18日过程为锋面系统,随着冷锋扫过本地带来降水量较为均匀的暴雨。两次过程较为典型,在卫星云图和雷达上均有明显差异。
关键词 暖区暴雨;锋面暴雨;分析
中图分类号:P458 文献标识码:B 文章编号:2095–3305(2021)04–0054–03
1 灾害天气实况分析
受到副高边缘和西来系统影响,2020年8月中下旬秦皇岛在一周之内相继出现两次暴雨过程,由于两次过程的高空系统较为类似,是典型的低槽冷锋型降水,符合典型的华北暴雨模型[1-3]。通过进行对比分析,总结其中的异同之处。
2020年8月13日早晨到上午秦皇岛市出现一次暖区降雨天气,南部地区小雨,中北部地区中到大雨,局部暴雨,全市平均降雨量为13.8 mm,最大降雨量出现在青龙草碾为72.4 mm,最大小时雨强出现在青龙大巫岚为40.9 mm/h(图1)。根据青龙草碾雨量分布显示,主要降水时段集中在13日早晨05:00前后。
2020年8月18日下午,秦皇岛市再次出现一次降雨天气,大部分地区为中到大雨,局部暴雨,全市平均降雨量为32.3 mm,最大降雨量出现在昌黎新集为73.2 mm,最大小时雨强出现在昌黎新集为59.3 mm/h。共有40个站出现大风天气,极大风出现在抚宁田各庄为23.0 m/s。根据昌黎新集雨量分布显示,主要降水时段集中在18日18:00前后。
从两次形势的500 hPa高空图上看,两次过程均处于副高西侧,河套地区槽前,受偏西南风控制,两者系统有较高相似性,可做相似个例对比分析。而从落区上看,13日过程相对较大,落区偏西,18日过程相对较小,但落区偏东。
2 两次降水过程降水性质及机理分析
2.1 天气图分析
2020年8月13日08:00,200 hPa上处于急流轴右侧,500 hPa东亚中高纬呈两槽两脊形势,在蒙古地区有一低涡,槽线压在河北西部,副高中心处于东海,副高整体呈经向,冀东地区处于副高边缘,秦皇岛处于584线控制范围之内,受副高控制,影响偏东地区的降水(图2);降水最大值区的唐山承德交界处在580 hPa线上,受副高控制相对弱。700 hPa和850 hPa上切变前倾,降水大值区位于两层切变线之间。850 hPa上有明显的西南急流,降水区位于急流轴的左侧,提供丰富的水汽。地面图上冷锋呈西北-东南向,降水性质是冷锋前部的暖区暴雨,辐合线在12日20:00至13日05:00较为匀速地自西北向东南移动,05:00以后迅速沿副高外围北抬,没有对秦皇岛东南地区造成较强的降水。
2020年8月18日20:00,降水区位于200 hPa急流轴左侧,500 hPa东亚中高纬呈两槽一脊形势,低涡中心位于东北,后倾槽位于河北省上游,秦皇岛位于588与584之间,副高中心位于朝鲜半岛南部,副高整体呈纬向,700 hPa上切变线位于河北省西北部,850 hPa上则刚好处于秦皇岛唐山一带,有明显的西南急流,降水区位于急流轴的左侧,提供丰富的水汽。地面图上冷锋呈东北-西南向,自西向东移过本地,属于锋面暴雨[4-5]。由于本次过程为后倾形势,自18日下午冷锋扫激发降水后,700 hPa切变线前部的持续暖空气输送持续触发降水,形成列车效应,直到19日20:00系统完全过去,降水趋于结束。
因此,通過天气形势可以分析,尽管两次降水高空图上均处于高空槽前部,但8月13日是一次西来槽配合副高的锋前暖区降水,降水落区较小,局地性强,但降水量级大;而8月18日是一次东北冷涡后倾槽带来的地面锋面降水过程,降水落区广,降水量级比暖区降水小[6-11]。
从区域站风场和地形场分析可知,从13日01:00开始,一条明显的地面辐合线与降水落区配合较好,降水大值区自北京北部向承德唐山的交界山区移动,强烈的西南风在山前抬升,产生本次强降水。06:00左右辐合线移到青龙,在山区产生较强降水,而秦皇岛、唐山沿海地区由于没有地面辐合线与地形的强迫抬升,降水较少。
2.2 物理要素场分析
从水汽图(图3)可以看到,两次过程的水汽条件较好,根据水汽通量散度可知,13日02:00承德唐山一带有明显的水汽辐合,秦皇岛东部则为辐散场,对应本次过程量级大小差异,而18日14:00则河北省东部沿降水落区分布的地区均为辐合场,且有明显的3个中心,与降水实际落区配合较好。
从风与散度场上看(图4),13日02:00河北省西部200 hPa上为较大的正值,925 hPa上有明显负值中心,说明在该时次有明显的抽吸作用,有利于强降水的产生;18日14:00 200 hPa上正散度区相对较大,说明整体系统更加强烈,925 hPa上可以明显判断出一条对应冷锋的分界线,冷锋以东散度为负辐合,冷锋以西散度为较大正值辐散。
从探空图上看,13日过程前后均有一定的cape值,且整层湿度较大,符合暖区降水特征;18日过程降水前有较大的cape值,整层相对较干,随着降水系统的到来,cape值有所减小,整层湿度增大,到降水结束后减弱。13日过程结束之后低层继续受西南风控制,18日过程冷锋过境后则转为较强的东北风。
2.3 卫星雷达资料分析
在葵花卫星云图上(图5),13日可见冷空气距离较远,本地有丝缕状块状对流云系,以暖云为主,而18日则明显沿着锋面的带状锋面云系,性质偏冷。
从双偏振雷达图上看(图6),13日03:00冀东地区有分散性块状回波,唐山承德交界处有较强回波中心,强度超过55 dBz,随系统向东移动,05:00在草碾站一带受地形原因抬升加强,至07:00基本移出。本次过程回波顶普遍偏低,仅03:00有小块状回波顶高达到15 km以上,速度图上呈“S”型,西南风为主,有速度模糊。双偏振kdp资料产品与回波有明显对应,表明有较强降水的条件。 从18日回波图上(图7)可以看到沿着冷锋前部有一条明显的带状云系,有锋面降水特征,回波强度较强,并产生较强的列车效应。本次过程回波顶较高,18日15:00出现17 km以上回波,速度图上低层呈反“S”型,表明锋面过有冷平流,高层呈“S”型,受切变线前部西南风影响为暖平流,双极化雷达数据可以判断,对应PPI回波区有较大的KDP大值区,说明雨滴密集,雨强较大,中心区域KDP大于3,有出现100 mm/24 h强降水的条件;ZDR较大,说明雨滴扁,降雨时有大雨滴出现;CC在降水回波区位置较大,说明降水粒子直径接近,HCL上判断降水离子为大雨滴(深绿色)和小冰雹(红色),由于夏季,融化层较高,小冰雹通过融化层后融化,因此到地面基本全部融化,没有致灾。
3 结语
通过两次过程的分析对比,可以得出以下结论:
(1)13日的过程为暖区降水,18日过程为锋面降水;
(2)13日过程整层比湿较大,地面有辐合中心,配合地形抬升,导致北部山区产生较强降水,南部沿海条件不利,降水较小;18日过程为锋面系统,随着冷锋扫过为本地带来降水量较为均匀的暴雨。
参考文献
[1] 黄士松,李真光,包澄澜,等.华南前汛期暴雨[M].广州:广东科技出版社,1986.
[2] 何立富,陈涛,孔期.华南暖区暴雨研究进展[J].应用气象学报,2016,27(5):559-569.
[3] 苏贵睦,蒙炤臻,陈向东,等.2009年7月一次锋前暖区暴雨分析[J].气象研究与应用,2010,31(2):26-29.
[4] 叶朗明,苗峻峰.华南一次典型回流暖区暴雨过程的中尺度分析[J].暴雨灾害, 2014, 33(4): 342-350.
[5] 罗建英,廖胜石,黄归兰,等.广西前汛期锋前暖区暴雨过程的模拟与分析[J].气象, 2009, 35(10): 50-57.
[6] 覃丽,寿绍文,夏冠聪,等.华南暖区一次暴雨中尺度系统的数值模拟[J].高原气象, 2009, 28(4): 906-914.
[7] 黄远盼,李骄杨,刘桂华.桂东北一次暖区暴雨向锋面暴雨演变特征分析[J].气象研究与应用, 2015, 36(3): 30-33.
[8] 徐燚,闫敬华,王谦谦,等.华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制[J].高原气象, 2013, 32(4): 1050-1061.
[9] 陈艳真,刘爱鸣,邓以勤,等.2016年4月23日福建省暖区暴雨过程成因分析[J].气象研究与应用, 2016, 37(3): 79-83.
[10] 谌芸,孙军,徐珺,等.北京721特大暴雨极端性分析及思考(一)观测分析及思考[J].气象, 2012, 38(10): 1255-1266.
[11] 孙军,谌芸,杨舒楠,等.北京721特大暴雨极端性分析及思考(二)極端性降水成因初探及思考[J].气象, 2012, 38(10): 1267-1277.
责任编辑:黄艳飞
关键词 暖区暴雨;锋面暴雨;分析
中图分类号:P458 文献标识码:B 文章编号:2095–3305(2021)04–0054–03
1 灾害天气实况分析
受到副高边缘和西来系统影响,2020年8月中下旬秦皇岛在一周之内相继出现两次暴雨过程,由于两次过程的高空系统较为类似,是典型的低槽冷锋型降水,符合典型的华北暴雨模型[1-3]。通过进行对比分析,总结其中的异同之处。
2020年8月13日早晨到上午秦皇岛市出现一次暖区降雨天气,南部地区小雨,中北部地区中到大雨,局部暴雨,全市平均降雨量为13.8 mm,最大降雨量出现在青龙草碾为72.4 mm,最大小时雨强出现在青龙大巫岚为40.9 mm/h(图1)。根据青龙草碾雨量分布显示,主要降水时段集中在13日早晨05:00前后。
2020年8月18日下午,秦皇岛市再次出现一次降雨天气,大部分地区为中到大雨,局部暴雨,全市平均降雨量为32.3 mm,最大降雨量出现在昌黎新集为73.2 mm,最大小时雨强出现在昌黎新集为59.3 mm/h。共有40个站出现大风天气,极大风出现在抚宁田各庄为23.0 m/s。根据昌黎新集雨量分布显示,主要降水时段集中在18日18:00前后。
从两次形势的500 hPa高空图上看,两次过程均处于副高西侧,河套地区槽前,受偏西南风控制,两者系统有较高相似性,可做相似个例对比分析。而从落区上看,13日过程相对较大,落区偏西,18日过程相对较小,但落区偏东。
2 两次降水过程降水性质及机理分析
2.1 天气图分析
2020年8月13日08:00,200 hPa上处于急流轴右侧,500 hPa东亚中高纬呈两槽两脊形势,在蒙古地区有一低涡,槽线压在河北西部,副高中心处于东海,副高整体呈经向,冀东地区处于副高边缘,秦皇岛处于584线控制范围之内,受副高控制,影响偏东地区的降水(图2);降水最大值区的唐山承德交界处在580 hPa线上,受副高控制相对弱。700 hPa和850 hPa上切变前倾,降水大值区位于两层切变线之间。850 hPa上有明显的西南急流,降水区位于急流轴的左侧,提供丰富的水汽。地面图上冷锋呈西北-东南向,降水性质是冷锋前部的暖区暴雨,辐合线在12日20:00至13日05:00较为匀速地自西北向东南移动,05:00以后迅速沿副高外围北抬,没有对秦皇岛东南地区造成较强的降水。
2020年8月18日20:00,降水区位于200 hPa急流轴左侧,500 hPa东亚中高纬呈两槽一脊形势,低涡中心位于东北,后倾槽位于河北省上游,秦皇岛位于588与584之间,副高中心位于朝鲜半岛南部,副高整体呈纬向,700 hPa上切变线位于河北省西北部,850 hPa上则刚好处于秦皇岛唐山一带,有明显的西南急流,降水区位于急流轴的左侧,提供丰富的水汽。地面图上冷锋呈东北-西南向,自西向东移过本地,属于锋面暴雨[4-5]。由于本次过程为后倾形势,自18日下午冷锋扫激发降水后,700 hPa切变线前部的持续暖空气输送持续触发降水,形成列车效应,直到19日20:00系统完全过去,降水趋于结束。
因此,通過天气形势可以分析,尽管两次降水高空图上均处于高空槽前部,但8月13日是一次西来槽配合副高的锋前暖区降水,降水落区较小,局地性强,但降水量级大;而8月18日是一次东北冷涡后倾槽带来的地面锋面降水过程,降水落区广,降水量级比暖区降水小[6-11]。
从区域站风场和地形场分析可知,从13日01:00开始,一条明显的地面辐合线与降水落区配合较好,降水大值区自北京北部向承德唐山的交界山区移动,强烈的西南风在山前抬升,产生本次强降水。06:00左右辐合线移到青龙,在山区产生较强降水,而秦皇岛、唐山沿海地区由于没有地面辐合线与地形的强迫抬升,降水较少。
2.2 物理要素场分析
从水汽图(图3)可以看到,两次过程的水汽条件较好,根据水汽通量散度可知,13日02:00承德唐山一带有明显的水汽辐合,秦皇岛东部则为辐散场,对应本次过程量级大小差异,而18日14:00则河北省东部沿降水落区分布的地区均为辐合场,且有明显的3个中心,与降水实际落区配合较好。
从风与散度场上看(图4),13日02:00河北省西部200 hPa上为较大的正值,925 hPa上有明显负值中心,说明在该时次有明显的抽吸作用,有利于强降水的产生;18日14:00 200 hPa上正散度区相对较大,说明整体系统更加强烈,925 hPa上可以明显判断出一条对应冷锋的分界线,冷锋以东散度为负辐合,冷锋以西散度为较大正值辐散。
从探空图上看,13日过程前后均有一定的cape值,且整层湿度较大,符合暖区降水特征;18日过程降水前有较大的cape值,整层相对较干,随着降水系统的到来,cape值有所减小,整层湿度增大,到降水结束后减弱。13日过程结束之后低层继续受西南风控制,18日过程冷锋过境后则转为较强的东北风。
2.3 卫星雷达资料分析
在葵花卫星云图上(图5),13日可见冷空气距离较远,本地有丝缕状块状对流云系,以暖云为主,而18日则明显沿着锋面的带状锋面云系,性质偏冷。
从双偏振雷达图上看(图6),13日03:00冀东地区有分散性块状回波,唐山承德交界处有较强回波中心,强度超过55 dBz,随系统向东移动,05:00在草碾站一带受地形原因抬升加强,至07:00基本移出。本次过程回波顶普遍偏低,仅03:00有小块状回波顶高达到15 km以上,速度图上呈“S”型,西南风为主,有速度模糊。双偏振kdp资料产品与回波有明显对应,表明有较强降水的条件。 从18日回波图上(图7)可以看到沿着冷锋前部有一条明显的带状云系,有锋面降水特征,回波强度较强,并产生较强的列车效应。本次过程回波顶较高,18日15:00出现17 km以上回波,速度图上低层呈反“S”型,表明锋面过有冷平流,高层呈“S”型,受切变线前部西南风影响为暖平流,双极化雷达数据可以判断,对应PPI回波区有较大的KDP大值区,说明雨滴密集,雨强较大,中心区域KDP大于3,有出现100 mm/24 h强降水的条件;ZDR较大,说明雨滴扁,降雨时有大雨滴出现;CC在降水回波区位置较大,说明降水粒子直径接近,HCL上判断降水离子为大雨滴(深绿色)和小冰雹(红色),由于夏季,融化层较高,小冰雹通过融化层后融化,因此到地面基本全部融化,没有致灾。
3 结语
通过两次过程的分析对比,可以得出以下结论:
(1)13日的过程为暖区降水,18日过程为锋面降水;
(2)13日过程整层比湿较大,地面有辐合中心,配合地形抬升,导致北部山区产生较强降水,南部沿海条件不利,降水较小;18日过程为锋面系统,随着冷锋扫过为本地带来降水量较为均匀的暴雨。
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[4] 叶朗明,苗峻峰.华南一次典型回流暖区暴雨过程的中尺度分析[J].暴雨灾害, 2014, 33(4): 342-350.
[5] 罗建英,廖胜石,黄归兰,等.广西前汛期锋前暖区暴雨过程的模拟与分析[J].气象, 2009, 35(10): 50-57.
[6] 覃丽,寿绍文,夏冠聪,等.华南暖区一次暴雨中尺度系统的数值模拟[J].高原气象, 2009, 28(4): 906-914.
[7] 黄远盼,李骄杨,刘桂华.桂东北一次暖区暴雨向锋面暴雨演变特征分析[J].气象研究与应用, 2015, 36(3): 30-33.
[8] 徐燚,闫敬华,王谦谦,等.华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制[J].高原气象, 2013, 32(4): 1050-1061.
[9] 陈艳真,刘爱鸣,邓以勤,等.2016年4月23日福建省暖区暴雨过程成因分析[J].气象研究与应用, 2016, 37(3): 79-83.
[10] 谌芸,孙军,徐珺,等.北京721特大暴雨极端性分析及思考(一)观测分析及思考[J].气象, 2012, 38(10): 1255-1266.
[11] 孙军,谌芸,杨舒楠,等.北京721特大暴雨极端性分析及思考(二)極端性降水成因初探及思考[J].气象, 2012, 38(10): 1267-1277.
责任编辑:黄艳飞