2007年6月宁夏石嘴山市连阴雨中暴雨天气特征分析

第7卷 第2期 2008 年 6 月 宁 夏 工 程 技 术 Ningxia Engineering Technology VolI7 No．2 Jun．2o08 文章编号：1671—7244(2008)02一o159—05 2007年 6月宁夏石嘴山市连阴雨中 暴雨天气特征分析 周翠芳 ，一， 张广平 ，一， 杨宝玲 (1．宁夏石嘴山市气象局，宁夏 石嘴山 753000；2．兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000) 摘 要：为了提高宁夏石嘴山市暴雨的预报水平，做好防汛减灾工作，利用常规气象观测资料、数值预报产品，非 静力平衡 中尺度数值预报模式 MM5的导出量，对 2007—6—15—22日宁夏石嘴山市夏季连 阴雨中暴雨天气特征 及物理量进行了分析．结果表明，暴雨发生在500hPa稳定的东高西低形势下，巴尔喀什湖低槽和副高为连阴雨 提供了有利的环流背景条件．低空急流、切变是暴雨产生的主要影响系统．该次石嘴山市连阴雨中的暴雨天 气在动力和能量场空间分布存在明显特征，尤其是螺旋度及假相当位温场大值区和连阴雨中的暴雨天气有较 好的对应关系． 关键词：暴雨；连阴雨；特征 中图分类号：P457 文献标志码：A 暴雨是在一定的环流形势条件下，伴随有中小 尺度天气系统而形成的【”，是宁夏主要灾害性天气 之一 ，对国民经济建设、人民生命财产和工农业 生产造成严重影响，因此有必要认真分析和研究其 发生、发展的规律，进而提高暴雨预报服务水平，做 好防汛减灾工作．2007—6—15—22宁夏石嘴山市出 现了人汛以来量级最大、持续时间最长的一次降水 天气过程．全市过程降水量为87．1 147．7 mm．其中， 强降水过程主要出现在16 Et夜间到 17 Et上午，12h 内 (16 Et 22：0o一17 Et 10：oo)各测站的降水量为 28．0—57．8 mm，其中有5个测站的 12 h降水总量大 于 30．0 I／I1TI，达到暴雨．该次强降水造成贺兰山 沟发生小规模山洪，石炭井沟进山公路出现落石，大 武口区、石炭井矿区出现较大面积积水和部分民房 进水． 笔者利用常规气象资料，结合数值预报产品、宁 夏中尺度产品MM5资料对宁夏石嘴山连阴雨中的 暴雨天气进行诊断分析．主要从热力、水汽、动力等 基本物理条件人手，寻找产生强降水的物理背景，旨 在从中吸取经验，为今后更好地开展该地区强降水 天气预报工作提供有益的帮助． 1 连续性降雨天气成因分析 1．1 大尺度系统的演变特征 过程前，在 14 Et 20：00 500 hPa高空图上(图 1 (a))，欧亚范围内中高纬度地区为两槽两脊型，高压 脊区分别位于乌拉尔山的东部和贝加尔湖的东部到 鄂霍次克海的西部；乌拉尔山的西部到巴尔喀什湖、 贝加尔湖的西部为宽广的低压槽区，鄂霍次克海的 西部为另一低槽区．之后，巴尔喀什湖低压槽逐渐加 深和缓慢东移，到 1 6 Et 08：00西太平洋副热带高压 西伸北抬并在高原东部断裂，高原上的西南暖湿气 流明显加强，并将水汽源源不断地向北输送到河套 附近．同时，巴尔喀什湖大低压槽主体东移到贝加 尔湖到河西的东部，使得冷暖空气在河套地区交汇， 造成石嘴山市出现强降雨天气．该系统在河套地区 维持少动，由 16__22 Et高空图(图 1(b))可知，石嘴 山市处在槽前偏南气流里，形成了连续7 d的阴雨 天气． 1．2 环流形势演变和主要影响系统分析 1．2．1 500 hPa巴尔喀什湖低槽和副高 500 hPa高 空图上，15 Et 08：00开始，巴尔喀什湖附近维持一宽 广的大低压槽，其低部不断有冷空气分股扩散东移， 此时副热带高压也开始西伸北抬，冷暖空气在河套 的西部交汇，石嘴山市开始出现降雨．之后，随着低 压槽的加深缓慢东移和高原偏南气流的加强，到16 Et 20：00，宁夏位于大低压槽前部较强的西南气流 里，同时，在河套西部形成一条西南风急流带，造成 16 Et 22：0o一17 Et 10：00的短时暴雨天气．17 Et 15：00后副高580线略有西伸，石嘴山市位于副高 收稿日期：2008—02—15 作者简介：周翠芳(1968一)，女，工程师，主要从事短期天气预报及相关预报方法研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com 160 宁 夏 工 程 技 术 第7卷 图1 2007—06—14 20：00 500 hPa高度场(a)及 2007—06-16---22 500 hPa平均高度场(b) Fig．1 geopotential height field at 20：00 on Jun，14，2007，500 hPa(a)， and mean geopotential height fields 50o hPa from 16 to 22(b) 里，降雨天气结束．18日08：00后，副高有所东退，石 嘴山市又处在副高边缘的西南气流里，开始出现第 2次降雨．从6月 16—22日，从巴尔喀什湖低槽中 不断有冷空气分裂南下，副高呈现小幅度东退或西 进，西南气流维持，且低层在河套附近有切变线或辐 合存在，形成了稳定、有利的连阴雨形势． 从 15日08：oo一17日08：00 500 hPa巴尔喀什 湖大低压槽的移动路径图(图 2(a))可知，影响石嘴 山市的巴尔喀什湖低压槽在 15日08：00已初步形 成，但范围较大，位于从 29区到巴尔喀什湖附近．之 后，随着巴尔喀什湖大低压槽的缓慢东移和副热带 高压的西伸北抬，使得冷暖空气在高原的东部交汇． 另外，580线断开，来自孟加拉湾的西南暖湿气流沿 580线边缘源源不断的向北输送到河套地区，在宁 夏形成了有利的水汽条件．宁夏处在“东高西低”的 形势下，低压槽位于张掖附近，由 16日20：00高空 图(图2(b))可知，低压槽移到宁夏，石嘴山市位于 槽前强西南气流里，为石嘴山市短时强降雨天气过 程的出现提供了有利形势．之后，巴尔喀什湖不断 有冷空气分裂东移，有利于石嘴山市出现连续性降 雨天气． (b) 图2 2007-06-15---17 08：00 500 hpa巴尔喀什湖低槽的 移动(a)2007—06—16 20：00 500 hPa高空图(b) Fig．2 route of the upper trough in Balkash lake at 08：00 500hPa from 15 tol7 on Jun，2007(a)， high synoptic chart at 20：00 on Jun，16，500 hPa(b) 1．2．2 700 hPa切变和低空急流 700 hPa高空图上 (图3)，15日20：00贝加尔湖到张掖附近为阶梯槽， 兰州附近生成一低涡，与张掖附近槽构成北槽南涡 的形势，到 16日08：00(图 3(b))，原位于张掖附近 的短波槽东移至民勤到银川之间，石嘴山市处于低 槽前强偏南气流里，河西到宁夏上空从低层到高层 有大片的高湿区与低槽相配合．到 14：00低空急流 已经在西南到河套一线建立，14：00后石嘴山市各 测站开始陆续出现降水天气．到 16日20：00，巴音 毛道与石嘴山之间已形成一切变线，辐合上升运动 更加剧烈．之后，切变线移到石嘴山市附近，并在 东移的过程中不断加强，且稳定少动 ，造成 16日 20：00—17日10：00的短时强降水，强降水区位于 切变的暖区一侧、急流最前端和气旋性曲率大的 重叠区域．17日08：00低空急流消失，降水趋于减 弱．可见 ，急流的建立 、发展和消失直接影响暴雨 的强度、范围和持续时间，暴雨落区位于低空急流 左前方和切变附近，低空急流是暴雨产生的重要触 发机制． 图 3 2007—06—15 20：00(a)2007-06-16 08：00 (b)700 hPa高空图 Fig．3 high synoptic chart at 20：00 on Jun， 15(a)and at 08：O0 on Jun，16(b)，2007，700hPa 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 周翠芳等：2007年 6月宁夏石嘴山市连阴雨中暴雨天气特征分析 161 2 连阴雨中暴雨物理量场分析 暴雨的发生必需具备有利的大尺度环流背景条 件 ，且其强度和落区又与中尺度扰动的活动有密 切关系【7j．该次连阴雨中暴雨的环流特征与连阴雨期 间的环流非常相似，但暴雨发生前的动力学和热力 学特征更明显．针对暴雨形成的基本条件 f水汽条 件、不稳定能量条件、上升运动和有利的流场等)的 诊断分析，有助于判断暴雨发生的可能性[81． 2．1 水汽条件 低空急流是暖湿空气的主要输送者，是一种动 量、热量和水汽的高度集中带，其为该次连阴雨中 暴雨天气提供了动力和热力条件 ，对不稳定能量 的积累、输送和释放起到了关键作用．16—17日 高空各层风场和流场表明，对流层中低层存在低空 急流，700 hPa平均分速达 12 m／s，极大值达24 m／s． 从水汽通量演变看 ，6月 15日20：00 500 hPa水汽通 量≤4O g／(em·hPa·S)，6月 16日08：00---17日08：00 700 hPa和850 hPa水汽通量的高值区在甘肃的南 部到河套一带，最大值为 120 160 g／(em·hPa·s)，中 低层的水汽通量的轴为南北向，说明沿副高的边缘 低层有偏南气流向北输送到宁夏，移出石嘴山市， 随之石嘴山市的降雨减小．以雨量较集中的 17 Ft 02：00资料为例(图4)，水汽输送带的轴线和西南急 流轴线非常一致，水汽通量中心值达到280 g，(s· em·hPa)．由图4可知，强水汽输送轴线随着西南 急流向北输送到石嘴山市，水汽通量值为 8O一 120 g／(em·hPa·S)．据历史资料，宁夏石嘴山市暴 雨水汽通量通常为40—120 g／(em·hPa·S)，该次暴雨 落区与水汽通量指标相吻合，且暴雨区位于低空西 南急流的左侧，使石嘴山地区上空水汽输送充沛，为 强降水提供了十分有利的条件． 2．2 动力条件 分析各高低层散度场发现，2007—06—16—17 500 hPa以下石嘴山市均为辐合场，辐合中心位于北 部贺兰山沿山至大武口地区，而 500 hPa以上都是 辐散场，这种强烈的抽吸作用有利于上升气流的发 展，产生剧烈的强对流天气．连阴雨中其他时间的 散度场分布基本上都是850 hPa以下有弱的辐合， 850 hPa及以上各层是辐散场，表明气流的辐合抬升 较 16—17日弱，上升气流主要在低层． 由700 hPa垂直速度场(图 5)可知 ，6月 16日 2O：OO石嘴山北部存在一个上升运动中心区，最大 中心值为一120~10 hPa／s，石嘴山市垂直速度场值为 (一56—88)xl0 hPa／s，石嘴山市位于最大垂直速度 场的左前方，与前面分析的低空急流位置相吻合． 700 hPa上垂直速度最小值出现在 17日02：00 (一1 12~10-3 hPa／s)，说明这时垂直上升运动最强，而 且高层垂直速度大于低层，使对流运动继续维持上 升的趋势，从而进一步加强了低层的辐合．到 18日 08：00，石嘴山市上空转为下沉运动区，降水逐渐减 小．垂直速度场的日变化与散度场的日变化相似，6 月 16—17日达到最大，其他时间相对较小． 图4 2007一O6_17 02：00 700 hPa风场及水汽通图 (阴影部分为暴雨落区) Fig．4 chart of wind field and water vapor content at 02：00 on Jun，17。2007， 700 hPa(The shadow pare is heavy rainfall area J 图5 2007—06-16 20：00 700 hPa垂直速度场 (阴影部分为暴雨落区) Fig．5 vertical velocity at 20：00 on Jun。16， 2007。700 hPa(The shadow pare is heavy rainfall area) 螺旋度为风矢量与涡度点积的体积分数： = 川 ‘(VxV)dr， 气压坐标系下的局地螺旋度 ： v(7 _( 一等)ui+( Ou一 ／aⅡ aⅡ＼ I 一 』 · 式中：右端 3项分别为 ，，k螺旋度，本文只讨论 k 螺旋度． 宁夏精细化预报系统物理量产品中，螺旋度计 算时垂直速度取 ，重新定义局地垂直螺旋度： Hk=( Ou一 )IV=wE． 式中： 为涡度．由于在暴雨区上空有深厚的上升运 动( >O)，所以若有正涡度( O)，则有正螺旋度；若 有负涡度(