论文部分内容阅读
摘 要：利用桃仙机场气象观测资料、1.0°×1.0°NCEP再分析资料，针对桃仙机场2016年7月下旬出现的2次暴雨天气过程，在形成原因、物理机制等方面进行对比分析。结果表明：21日暴雨过程是副高阻挡，气旋系统东移较慢，配合低层持续的水汽输送，形成的长时间稳定性降水导致的;25日暴雨过程是冷涡底部，850hPa有风场的弱波动，对流不稳定不断加强，配合以低层冷暖平流交汇形成的强上升运动和触发机制导致的短时强降水而形成的。
关键词：环流背景;稳定性降水;短时强降水;不稳定能量
中图分类号 P458.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）24-0111-2
气象上规定，24h降水量为50mm或以上的强降雨称为暴雨。从宏观物理条件来说，产生暴雨的主要物理条件是充足的源源不断的水汽、强盛而持久的气流上升运动和大气层结的不稳定。水汽、能量、抬升都在暴雨的形成过程中扮演了重要角色。气象学者们对于3者的作用也做了大量研究。孙欣等发现低空急流对水汽和能量的输送有着非常重要的作用，它一方面为暴雨的产生提供了必需的大量水汽，另一方面又使得暴雨区低层大气增湿增暖，从而引起对流不稳定加强及垂直上升运动强烈，为暴雨的發生提供大量的不稳定能量。王东海等研究表明，东北冷涡下中尺度对流系统的结构特征与暴雨密切相关。乔枫雪等发现低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、水汽输送等密切相关。孙力等[4]发现东北地区不同类型暴雨的水汽输送轨迹和不同源地的水汽输送贡献有较大区别。
1 天气实况
2016年7月21日和25日，沈阳桃仙机场连续2日出现暴雨天气过程，2日共降水208.8mm，约占桃仙机场平均历年总降水量（646.7mm）的1/3。7月21日全天共降水22h，主要为弱到中等强度降雨，降水量98.6mm;7月25日全天降水12h，以阵性降水为主，出现中到大强度降雨且伴随雷暴等强对流天气，降水量110.2mm。2次降水过程均达到暴雨量级，7月25日过程更是达到了大暴雨量级。
2 环流背景对比
从图1（a）2016年7月21日08时500hPa高空图上可以看出，副热带高压588线北伸到朝鲜半岛，588线西北侧为位于华北地区的低涡系统控制。配合低层（图略）华北气旋在西南气流的引导下向东北方向移动，850hPa有东部沿海连续的水汽输送，但风速较小，并未达到急流的强度。副高北伸至朝鲜半岛，阻挡作用导致系统东移过程中在东北地区较长时间维持。副高阻挡，气旋系统东移较慢，在东北地区影响时间较长，并配合低层连续的水汽输送，是导致本次暴雨过程的主要原因。从图1（b）2016年7月25日08时500hPa高空图上可以看出，贝加尔湖和鄂霍次克海地区均为高压脊形势，东北地区北部为切断低压形成的冷涡系统，并有4条闭合等压线。辽宁位于冷涡底部，低层配合有风场的弱波动，是极易产生突发性强对流天气的环境背景场。
3 不稳定能量对比
在辽宁地区的夏季降水过程中，对流有效位能（CAPE）对不稳定能量条件有很好的指示意义。通过对比7月21日、25日2次降水过程中的CAPE值（图2）可以看出，21日过程辽宁地区CAPE值均为0，说明21日辽宁地区天气形势稳定，不具备产生强对流天气的条件，降水为稳定性降水;25日过程辽宁除西部和北部CAPE值为0外，其他部分CAPE值均在200J/kg以上，其中中部地区CAPE值都在1600J/kg以上，大值中心达到了2400J/kg，桃仙机场正是位于大值中心区域。说明桃仙机场及其附近区域具备了产生强对流天气的必要条件，一旦配合较好的触发机制就会产生强对流天气。并且14～20时（图略）辽宁中部地区CAPE值明显减小，说明不稳定能量得到了释放，该地区出现了强对流天气，桃仙机场表现为雷暴和短时强降水。
4 水汽条件对比
在暴雨过程中，水汽通量散度表征了水汽的来源和水汽输送关系。21日和25日过程中，辽宁大部地区均为水汽辐合区，说明2次过程都有较好的外来水汽输送到辽宁地区，为降水提供必备的水汽条件，并且2次过程在辽宁中部的水汽辐合均达到0.2～0.4kg/（hPa.m2·s）。21日和25日从08～20时（图略）辽宁中部地区始终为水汽辐合区，西南和偏南暖湿气流的连续维持不仅提供了充足的水汽，更为25日过程提供了能量积蓄，说明2次暴雨过程有较连续的水汽输送，利于暴雨的发生。
5 抬升条件及触发机制对比
从图4（a、b）2次过程的850hPa涡度对比中可以看出，21日和25日过程辽宁中部地区850hPa均为正涡度，说明2次过程低层均有辐合抬升条件。21日大值中心为3×10-5m/s，25日大值中心为15×10-5m/s，可见25日过程比21日过程低层有更剧烈的辐合和抬升运动，说明21日过程上升较弱利于形成稳定性降水，25日过程上升较强利于提供强对流的触发机制。
从图5（a、b）2次过程的850hPa温度平流对比中可以看出，21日过程中，辽宁大部地区主要为暖平流，并且强度较弱，强冷平流中心位于内蒙古中部偏东，辽宁地区位于弱暖平流影响下的暖区中，因此降水较为稳定;25日过程中，辽宁和吉林西部为冷平流，并且势力较强，辽宁和吉林中西部为暖平流，冷暖平流交汇于辽宁中部，提供了强对流天气爆发必备的抬升和触发机制，尤其25日辽宁中部还积聚了较好的不稳定能量条件。因此，可以说25日过程是具备了强对流天气发生的所有必要条件。
6 结论
2次暴雨过程，21日是副高阻挡，气旋系统东移较慢，配合低层连续的水汽输送导致;25日是冷涡底部，低层850hPa配合有风场的弱波动，造成短时强降水。不稳定能量方面，21日天气形势稳定;25日桃仙机场位于CAPE大值区中，对流不稳定，并且午后雷暴和强降水使能量得到有效释放。水汽条件，桃仙机场附近区域在2次暴雨过程中均有水汽辐合和连续的水汽输送。抬升条件，21日过程上升较弱，利于形成稳定性降水;25日过程上升较强，利于提供强对流的触发机制。
参考文献
[1]孙欣，陈传雷，赵明，等.辽宁2008年3场暴雨对比分析[J].气象科学，2010，30（6）：881-888.
[2]王东海，刘英，胡开喜，等.东北暴雨的研究[J].地球科学进展，2007，22（6）：549-560.
[3]乔枫雪，赵思雄，孙建华.一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析[J].气候与环境研究，2007， 12（3）：397-412.
[4]孙力，马梁臣，沈柏竹，等.2010年7-8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析[J].大气科学，2016，40（3）：630-646.
（责编：徐世红）
关键词：环流背景;稳定性降水;短时强降水;不稳定能量
中图分类号 P458.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）24-0111-2
气象上规定，24h降水量为50mm或以上的强降雨称为暴雨。从宏观物理条件来说，产生暴雨的主要物理条件是充足的源源不断的水汽、强盛而持久的气流上升运动和大气层结的不稳定。水汽、能量、抬升都在暴雨的形成过程中扮演了重要角色。气象学者们对于3者的作用也做了大量研究。孙欣等发现低空急流对水汽和能量的输送有着非常重要的作用，它一方面为暴雨的产生提供了必需的大量水汽，另一方面又使得暴雨区低层大气增湿增暖，从而引起对流不稳定加强及垂直上升运动强烈，为暴雨的發生提供大量的不稳定能量。王东海等研究表明，东北冷涡下中尺度对流系统的结构特征与暴雨密切相关。乔枫雪等发现低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、水汽输送等密切相关。孙力等[4]发现东北地区不同类型暴雨的水汽输送轨迹和不同源地的水汽输送贡献有较大区别。
1 天气实况
2016年7月21日和25日，沈阳桃仙机场连续2日出现暴雨天气过程，2日共降水208.8mm，约占桃仙机场平均历年总降水量（646.7mm）的1/3。7月21日全天共降水22h，主要为弱到中等强度降雨，降水量98.6mm;7月25日全天降水12h，以阵性降水为主，出现中到大强度降雨且伴随雷暴等强对流天气，降水量110.2mm。2次降水过程均达到暴雨量级，7月25日过程更是达到了大暴雨量级。
2 环流背景对比
从图1（a）2016年7月21日08时500hPa高空图上可以看出，副热带高压588线北伸到朝鲜半岛，588线西北侧为位于华北地区的低涡系统控制。配合低层（图略）华北气旋在西南气流的引导下向东北方向移动，850hPa有东部沿海连续的水汽输送，但风速较小，并未达到急流的强度。副高北伸至朝鲜半岛，阻挡作用导致系统东移过程中在东北地区较长时间维持。副高阻挡，气旋系统东移较慢，在东北地区影响时间较长，并配合低层连续的水汽输送，是导致本次暴雨过程的主要原因。从图1（b）2016年7月25日08时500hPa高空图上可以看出，贝加尔湖和鄂霍次克海地区均为高压脊形势，东北地区北部为切断低压形成的冷涡系统，并有4条闭合等压线。辽宁位于冷涡底部，低层配合有风场的弱波动，是极易产生突发性强对流天气的环境背景场。
3 不稳定能量对比
在辽宁地区的夏季降水过程中，对流有效位能（CAPE）对不稳定能量条件有很好的指示意义。通过对比7月21日、25日2次降水过程中的CAPE值（图2）可以看出，21日过程辽宁地区CAPE值均为0，说明21日辽宁地区天气形势稳定，不具备产生强对流天气的条件，降水为稳定性降水;25日过程辽宁除西部和北部CAPE值为0外，其他部分CAPE值均在200J/kg以上，其中中部地区CAPE值都在1600J/kg以上，大值中心达到了2400J/kg，桃仙机场正是位于大值中心区域。说明桃仙机场及其附近区域具备了产生强对流天气的必要条件，一旦配合较好的触发机制就会产生强对流天气。并且14～20时（图略）辽宁中部地区CAPE值明显减小，说明不稳定能量得到了释放，该地区出现了强对流天气，桃仙机场表现为雷暴和短时强降水。
4 水汽条件对比
在暴雨过程中，水汽通量散度表征了水汽的来源和水汽输送关系。21日和25日过程中，辽宁大部地区均为水汽辐合区，说明2次过程都有较好的外来水汽输送到辽宁地区，为降水提供必备的水汽条件，并且2次过程在辽宁中部的水汽辐合均达到0.2～0.4kg/（hPa.m2·s）。21日和25日从08～20时（图略）辽宁中部地区始终为水汽辐合区，西南和偏南暖湿气流的连续维持不仅提供了充足的水汽，更为25日过程提供了能量积蓄，说明2次暴雨过程有较连续的水汽输送，利于暴雨的发生。
5 抬升条件及触发机制对比
从图4（a、b）2次过程的850hPa涡度对比中可以看出，21日和25日过程辽宁中部地区850hPa均为正涡度，说明2次过程低层均有辐合抬升条件。21日大值中心为3×10-5m/s，25日大值中心为15×10-5m/s，可见25日过程比21日过程低层有更剧烈的辐合和抬升运动，说明21日过程上升较弱利于形成稳定性降水，25日过程上升较强利于提供强对流的触发机制。
从图5（a、b）2次过程的850hPa温度平流对比中可以看出，21日过程中，辽宁大部地区主要为暖平流，并且强度较弱，强冷平流中心位于内蒙古中部偏东，辽宁地区位于弱暖平流影响下的暖区中，因此降水较为稳定;25日过程中，辽宁和吉林西部为冷平流，并且势力较强，辽宁和吉林中西部为暖平流，冷暖平流交汇于辽宁中部，提供了强对流天气爆发必备的抬升和触发机制，尤其25日辽宁中部还积聚了较好的不稳定能量条件。因此，可以说25日过程是具备了强对流天气发生的所有必要条件。
6 结论
2次暴雨过程，21日是副高阻挡，气旋系统东移较慢，配合低层连续的水汽输送导致;25日是冷涡底部，低层850hPa配合有风场的弱波动，造成短时强降水。不稳定能量方面，21日天气形势稳定;25日桃仙机场位于CAPE大值区中，对流不稳定，并且午后雷暴和强降水使能量得到有效释放。水汽条件，桃仙机场附近区域在2次暴雨过程中均有水汽辐合和连续的水汽输送。抬升条件，21日过程上升较弱，利于形成稳定性降水;25日过程上升较强，利于提供强对流的触发机制。
参考文献
[1]孙欣，陈传雷，赵明，等.辽宁2008年3场暴雨对比分析[J].气象科学，2010，30（6）：881-888.
[2]王东海，刘英，胡开喜，等.东北暴雨的研究[J].地球科学进展，2007，22（6）：549-560.
[3]乔枫雪，赵思雄，孙建华.一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析[J].气候与环境研究，2007， 12（3）：397-412.
[4]孙力，马梁臣，沈柏竹，等.2010年7-8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析[J].大气科学，2016，40（3）：630-646.
（责编：徐世红）