论文部分内容阅读
摘 要：该文利用NCEP/NCAR再分析资料和安徽省气象自动观测网资料对北京时间2009年7月22日发生在阜阳市沿淮地区强降水过程的环流形势、地面流场、散度及水汽通量散度进行了空间上与时间上的综合分析。结果表明：副高势力较强，其在南北位置上较为稳定少移，有利于西南暖湿气流吹向淮河流域，与之前的西北干冷空气汇合，促使降水开始增大；低空辐合引起垂直运动，随之出现强烈的辐合辐散，引发垂直对流产生，是此次暴雨过程产生的启动机制；在整个降水过程中，散度与强降水有很好的对应关系，降水最大时刻，对应低层强辐合，高层强辐散，散度作为强迫项激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成，同时水汽的大量辐合为强降水提供了丰富的水汽条件，使得此次暴雨得以发展与维持。
关键词：淮河流域；暴雨；诊断分析
中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）13-0143-04
近年来，我国许多地方都出现了极端天气气候事件[1]，引发了干旱、洪涝、水土流失、滑坡、泥石流等自然灾害，给我国国民经济造成了严重的损失，对人民生活产生了很大的影响。这些极端天气事件中，暴雨的大范围发生，影响尤其重大。
淮河位于我国南北方过渡带[2-3]，历年来就容易发生暴雨洪涝灾害，近几年更是频繁发生。这类极端天气的发生，首先与淮河流域自然地理条件复杂、气候多变有很大的关系，同时也是大气的外部强迫因子和内部动力过程的异常共同作用的结果。暴雨的发生发展是由不同天气尺度的系统造成的，在稳定的形势下，气旋等天气系统或会造成短期的暴雨，在一定的天气系统影响下，中、小尺度对流系统的发生发展也会造成短时期的暴雨[4-11]。
本文通过对2009年7月22日阜阳市沿淮流域的一次暴雨过程进行综合分析，从环流形势、动力和水汽等方面探讨分析此次过程的发生发展，以期得到一些有益的结果。
1 资料及方法
本文使用安徽省气象自动观测网资料，以及NCEP/NCAR推出的逐6h等压面再分析资料集（每日4次平均，水平格距为1°×1°），位势高度（h），温度（t），纬向风（u）和经向风（v）为26层，相对湿度（rh）为（1 000～300hPa） 21层，垂直速度（ω）为（1 000～100hPa） 21层。通过实况降水量、500hPa高度场及温度场、地面流场、散度场剖面图和700hPa水汽通量散度对2009年7月22日影响安徽省阜阳市的一次暴雨天气过程做出综合分析。
2 天气实况
2009年7月21—23日，受冷空气影响，阜阳地区自北向南先后出现了一次明显降水天气过程，7月21日16时到22日16时，除太和县外，阜阳地区其它县、市大部分乡镇雨量都达到50mm以上。阜阳、阜南、临泉、颍上部分乡镇共9个雨量站点雨量达100mm以上，其中临泉宋集193mm、老集139mm，阜南王店111mm，阜阳老庙114mm，颍上中东部大部分乡镇雨量超过100mm，其中谢桥175mm、汤店123mm。7月22日19时到22时，阜阳市城区再次出现大于90mm的强降水，主要城区发生严重内涝。在此次强降水过程中，阜南县降水量达252.9mm，受灾人口达156 000人，全县受灾面积1万hm2，倒塌房屋28间，直接经济损失80万元，其中洪河桥镇、王化镇、中岗镇、田集镇等乡镇受灾严重，王家坝镇水位逼近设防水位。安徽省2009年7月22日20时到7月23日02时降水量实况见图1，6h累积降水量阜阳71.6mm、颍上90.6mm、阜南则达到了212.4mm。
3 天气形势特征分析
3.1 环流形势分析 从500hPa高度场和温度场看，如图2所示，环流形势主要是两槽一脊型，分别在贝加尔湖的东部和西部，在贝湖附近有持续稳定的高压在控制，高压脊的位置出现在东经100°E左右，形势较为稳定，为这次暴雨的持续时间提供了稳定的大尺度环境场。从巴湖到我国东部地区，经向环流明显，受东经100°E低压影响，副高主体断为两部分，大陆副高受东亚低槽影响，分裂成几个高压，巴湖处不断有冷空气分裂南下，受其影响，大陆高压明显减弱。综合看，副高势力较强，虽然受冷空气和热带低压影响副高断裂，而副高在南北位置上较为稳定少移，有助于西南暖湿气流沿西南方向吹向淮河流域，与之前的西北干冷空气汇合，促使降水开始增大。
3.2 地面流场分析 由图3可以看出，2009年7月22日20：00的10m流场，在阜阳地区西南方向有一个明显辐合中心，到了23日02：00这个辐合中心向东北方向移动到阜阳以北地区。在此过程中，辐合中心横穿整个阜阳地区，给阜阳大部分地区带来了大到暴雨，说明在这次暴雨过程中，地面辐合的存在是一个可能的启动机制，暴雨一直发生在辐合中心附近，最大雨量发生的位置处于辐合中心的后方。
3.3 物理量分析 物理量诊断分析是近代天气学中用以定量分析天气过程物理机制的一种研究方法。它应用气象要素场资料，对描述支配各种天气现象和天气系统的物理和动力过程的热力学和动力学方程各项进行定量计算和分析。下文主要从散度场和水汽通量散度这两个诊断量对此次降水过程进行较详细分析。
3.3.1 散度及三维风矢纬向剖面图 散度是衡量速度场辐散、辐合强度的物理量，辐散时为正，辐合时为负[8-11]，如图4取降水带所在的纬度大约32.5°N，经度范围为110～122°E，计算了1 000h～100hPa的散度场垂直剖面分布情况，粗黑线部分对应为强降水区域。
观察降水前后散度和三维风矢的纬向剖面图，由图4a可以看出，在强降水发生前6h，负散度最大中心在114°E；图4b和4c分别显示了22日20：00和23日02：00的散度剖面情况，随着负散度中心东移，地面辐合不断加强，范围加大，上升气流也发展强盛，在此时间段内降水大大加强，暴雨区的上空出现了很强的上升运动，一直持续到高层，并且在低层伴随着风的气旋性切变，暴雨区两侧则是反气旋性切变，激发了地面中尺度系统的发展；图4d显示强降水时刻之后的6h，辐合中心东移并减弱，而强降水中心的辐合全面减弱。 3.3.2 水汽通量散度 水汽通量散度是单位时间、单位体积内汇合近来或者辐散出去的水汽质量，通常用来定量地判断水汽在某些地区的汇聚与辐合，是诊断降水条件中比较常用的一个物理量[12-17]。本文根据降水带的位置，计算了纬度28°～37°N，经度110～122°E，700hPa等压面上水汽通量散度。图5a显示了7月22日14时即强降水发生前6h，700hPa水汽通量散度负值最大中心在阜阳以北地区，此时阜阳地区北部已发生了较强降水；图5b和5c分别显示了22日20时和23日02时的700hPa水汽通量散度分布情况，随着负散度中心的加强东移，水汽通量散度负值带变为东北西南向，且西南风明显加大，表现为一个强水汽辐合区，为这个时段的强降水提供了大量的水汽；图5d显示强降水时刻之后的6h，700hPa水汽辐合中心东移，而此时强降水区域为西北气流，水汽由辐合变为辐散。
4 结论与讨论
本文通过对此次强降水过程的环流形势、地面流场、散度及水汽通量散度进行了空间上与时间上的综合分析，得出：
（1）副高势力较强，其在南北位置上较为稳定少移，有助于西南暖湿气流沿西南方向吹向淮河流域，与之前的西北干冷空气汇合，促使降水开始增大，同时稳定的环流形势，为这次暴雨的发生提供了稳定的大尺度环境场。
（2）低空辐合引起垂直运动，随之出现强烈的辐合辐散，引发垂直对流产生，是此次暴雨过程产生的启动机制。
（3）在整个降水过程中，散度与强降水有很好的对应关系，降水最大时刻，对应低层强辐合，高层强辐散，散度作为强迫项激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成，同时水汽的大量辐合为强降水提供了丰富的水汽条件，使得此次暴雨得以发展与维持。
参考文献
[1]狄靖月.2007年7月淮河流域一次大暴雨的中尺度观测分析和数值模拟[D].南京：南京气象学院，2008.
[2]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1979.
[3]寿绍文，励申申，姚秀萍.中尺度气象学[M].北京：气象出版社，2003.
[4]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2000.
[5]寿绍文，励申申，王善华，等.天气学分析[M].北京：气象出版社，2002.
[6]丁一汇.天气动力学中的诊断分析方法[M].北京：科学出版社，1989.
[7]寿绍文，励申申，林开平，等.一次江淮暴雨过程的中尺度分析[J].应用气象学报，1994，5（3）：257-265.
[8]汪钟兴，孙淑清.暴雨系统中环境涡度场与散度场之间相互关系[J].气象学报，1988，46（4）：491-496
[9]张小玲，程麟生.“96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断I：涡度和涡度变率诊断[J].高原气象，2000，19（3）：285-294
[10]傅灵艳，寿绍文，黄亿.对圣帕（SEPAT）台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析[J].气象科学，2009，29（6）：727-733
[11]易军，寿绍文，高守亭，等.一次梅雨锋暴雨过程的中尺度特征分析[J].气象科学，2009，29（6）：761-767.
关键词：淮河流域；暴雨；诊断分析
中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）13-0143-04
近年来，我国许多地方都出现了极端天气气候事件[1]，引发了干旱、洪涝、水土流失、滑坡、泥石流等自然灾害，给我国国民经济造成了严重的损失，对人民生活产生了很大的影响。这些极端天气事件中，暴雨的大范围发生，影响尤其重大。
淮河位于我国南北方过渡带[2-3]，历年来就容易发生暴雨洪涝灾害，近几年更是频繁发生。这类极端天气的发生，首先与淮河流域自然地理条件复杂、气候多变有很大的关系，同时也是大气的外部强迫因子和内部动力过程的异常共同作用的结果。暴雨的发生发展是由不同天气尺度的系统造成的，在稳定的形势下，气旋等天气系统或会造成短期的暴雨，在一定的天气系统影响下，中、小尺度对流系统的发生发展也会造成短时期的暴雨[4-11]。
本文通过对2009年7月22日阜阳市沿淮流域的一次暴雨过程进行综合分析，从环流形势、动力和水汽等方面探讨分析此次过程的发生发展，以期得到一些有益的结果。
1 资料及方法
本文使用安徽省气象自动观测网资料，以及NCEP/NCAR推出的逐6h等压面再分析资料集（每日4次平均，水平格距为1°×1°），位势高度（h），温度（t），纬向风（u）和经向风（v）为26层，相对湿度（rh）为（1 000～300hPa） 21层，垂直速度（ω）为（1 000～100hPa） 21层。通过实况降水量、500hPa高度场及温度场、地面流场、散度场剖面图和700hPa水汽通量散度对2009年7月22日影响安徽省阜阳市的一次暴雨天气过程做出综合分析。
2 天气实况
2009年7月21—23日，受冷空气影响，阜阳地区自北向南先后出现了一次明显降水天气过程，7月21日16时到22日16时，除太和县外，阜阳地区其它县、市大部分乡镇雨量都达到50mm以上。阜阳、阜南、临泉、颍上部分乡镇共9个雨量站点雨量达100mm以上，其中临泉宋集193mm、老集139mm，阜南王店111mm，阜阳老庙114mm，颍上中东部大部分乡镇雨量超过100mm，其中谢桥175mm、汤店123mm。7月22日19时到22时，阜阳市城区再次出现大于90mm的强降水，主要城区发生严重内涝。在此次强降水过程中，阜南县降水量达252.9mm，受灾人口达156 000人，全县受灾面积1万hm2，倒塌房屋28间，直接经济损失80万元，其中洪河桥镇、王化镇、中岗镇、田集镇等乡镇受灾严重，王家坝镇水位逼近设防水位。安徽省2009年7月22日20时到7月23日02时降水量实况见图1，6h累积降水量阜阳71.6mm、颍上90.6mm、阜南则达到了212.4mm。
3 天气形势特征分析
3.1 环流形势分析 从500hPa高度场和温度场看，如图2所示，环流形势主要是两槽一脊型，分别在贝加尔湖的东部和西部，在贝湖附近有持续稳定的高压在控制，高压脊的位置出现在东经100°E左右，形势较为稳定，为这次暴雨的持续时间提供了稳定的大尺度环境场。从巴湖到我国东部地区，经向环流明显，受东经100°E低压影响，副高主体断为两部分，大陆副高受东亚低槽影响，分裂成几个高压，巴湖处不断有冷空气分裂南下，受其影响，大陆高压明显减弱。综合看，副高势力较强，虽然受冷空气和热带低压影响副高断裂，而副高在南北位置上较为稳定少移，有助于西南暖湿气流沿西南方向吹向淮河流域，与之前的西北干冷空气汇合，促使降水开始增大。
3.2 地面流场分析 由图3可以看出，2009年7月22日20：00的10m流场，在阜阳地区西南方向有一个明显辐合中心，到了23日02：00这个辐合中心向东北方向移动到阜阳以北地区。在此过程中，辐合中心横穿整个阜阳地区，给阜阳大部分地区带来了大到暴雨，说明在这次暴雨过程中，地面辐合的存在是一个可能的启动机制，暴雨一直发生在辐合中心附近，最大雨量发生的位置处于辐合中心的后方。
3.3 物理量分析 物理量诊断分析是近代天气学中用以定量分析天气过程物理机制的一种研究方法。它应用气象要素场资料，对描述支配各种天气现象和天气系统的物理和动力过程的热力学和动力学方程各项进行定量计算和分析。下文主要从散度场和水汽通量散度这两个诊断量对此次降水过程进行较详细分析。
3.3.1 散度及三维风矢纬向剖面图 散度是衡量速度场辐散、辐合强度的物理量，辐散时为正，辐合时为负[8-11]，如图4取降水带所在的纬度大约32.5°N，经度范围为110～122°E，计算了1 000h～100hPa的散度场垂直剖面分布情况，粗黑线部分对应为强降水区域。
观察降水前后散度和三维风矢的纬向剖面图，由图4a可以看出，在强降水发生前6h，负散度最大中心在114°E；图4b和4c分别显示了22日20：00和23日02：00的散度剖面情况，随着负散度中心东移，地面辐合不断加强，范围加大，上升气流也发展强盛，在此时间段内降水大大加强，暴雨区的上空出现了很强的上升运动，一直持续到高层，并且在低层伴随着风的气旋性切变，暴雨区两侧则是反气旋性切变，激发了地面中尺度系统的发展；图4d显示强降水时刻之后的6h，辐合中心东移并减弱，而强降水中心的辐合全面减弱。 3.3.2 水汽通量散度 水汽通量散度是单位时间、单位体积内汇合近来或者辐散出去的水汽质量，通常用来定量地判断水汽在某些地区的汇聚与辐合，是诊断降水条件中比较常用的一个物理量[12-17]。本文根据降水带的位置，计算了纬度28°～37°N，经度110～122°E，700hPa等压面上水汽通量散度。图5a显示了7月22日14时即强降水发生前6h，700hPa水汽通量散度负值最大中心在阜阳以北地区，此时阜阳地区北部已发生了较强降水；图5b和5c分别显示了22日20时和23日02时的700hPa水汽通量散度分布情况，随着负散度中心的加强东移，水汽通量散度负值带变为东北西南向，且西南风明显加大，表现为一个强水汽辐合区，为这个时段的强降水提供了大量的水汽；图5d显示强降水时刻之后的6h，700hPa水汽辐合中心东移，而此时强降水区域为西北气流，水汽由辐合变为辐散。
4 结论与讨论
本文通过对此次强降水过程的环流形势、地面流场、散度及水汽通量散度进行了空间上与时间上的综合分析，得出：
（1）副高势力较强，其在南北位置上较为稳定少移，有助于西南暖湿气流沿西南方向吹向淮河流域，与之前的西北干冷空气汇合，促使降水开始增大，同时稳定的环流形势，为这次暴雨的发生提供了稳定的大尺度环境场。
（2）低空辐合引起垂直运动，随之出现强烈的辐合辐散，引发垂直对流产生，是此次暴雨过程产生的启动机制。
（3）在整个降水过程中，散度与强降水有很好的对应关系，降水最大时刻，对应低层强辐合，高层强辐散，散度作为强迫项激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成，同时水汽的大量辐合为强降水提供了丰富的水汽条件，使得此次暴雨得以发展与维持。
参考文献
[1]狄靖月.2007年7月淮河流域一次大暴雨的中尺度观测分析和数值模拟[D].南京：南京气象学院，2008.
[2]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1979.
[3]寿绍文，励申申，姚秀萍.中尺度气象学[M].北京：气象出版社，2003.
[4]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2000.
[5]寿绍文，励申申，王善华，等.天气学分析[M].北京：气象出版社，2002.
[6]丁一汇.天气动力学中的诊断分析方法[M].北京：科学出版社，1989.
[7]寿绍文，励申申，林开平，等.一次江淮暴雨过程的中尺度分析[J].应用气象学报，1994，5（3）：257-265.
[8]汪钟兴，孙淑清.暴雨系统中环境涡度场与散度场之间相互关系[J].气象学报，1988，46（4）：491-496
[9]张小玲，程麟生.“96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断I：涡度和涡度变率诊断[J].高原气象，2000，19（3）：285-294
[10]傅灵艳，寿绍文，黄亿.对圣帕（SEPAT）台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析[J].气象科学，2009，29（6）：727-733
[11]易军，寿绍文，高守亭，等.一次梅雨锋暴雨过程的中尺度特征分析[J].气象科学，2009，29（6）：761-767.