临夏“8·23”暴雨过程分析

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  摘要 利用数值预报产品和常规气象资料,对发生在2013年8月23—24日甘肃省临夏地区的大暴雨过程进行分析,结果表明:300 hPa西风带急流轴南压,为这次暴雨的形成和维持提供了有效位能;临夏特殊的地理环境、暴雨发生前大气热力不稳定为暴雨的发生提供了热力条件;中、低层西南、偏南气流的水汽输送,一方面为这次暴雨形成和维持提供了源源不断的水汽,另一方面有利于降水落区不稳定能量的增大,为暴雨的产生提供了动能;水汽通量散度、垂直风切变、总温度平流和差动平流场等物理量对此次暴雨有很好的指示意义。
  关键词 大暴雨;环流分析;能量分析
  中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)20-0203-03
  Analysis of the 23th August 2013 Rainstorm Process in Linxia
  ZHANG Jin-quan 1,2 SUN Yu-lian 2 WANG Qi 2 CHEN Si-yu 2
  (1 Gansu Meteorology Bureau,Lanzhou Gansu 730020; 2 Linxia Meteorology Bureau)
  Abstract Using numerical forecast products and conventional meteorological observation to analyze the 23th August 2013 rainstorm process in Linxia area.The results showed that 300 hPa westerly trough axis of jet stream moved to the south,it provided the effective potential energy and maintain the rainstorm;the special geographical environment of Linxia and the occurrence of heavy rainfall in the former atmospheric thermal instability provided the thermal conditions for the occurrence of heavy rain;the middle and lower layer of water vapor transported in south by southwest airflow,On one hand,it provided a steady stream of water vapor for the heavy rain formation,on the other hand it was conducive to the instability energy increase of the precipitation area,which provided the kinetic energy for the generation of heavy rainfall;The physical quantities of water vapor flux divergence,vertical wind shear,total temperature advection and differential advection flow field had a good indication for the heavy rainfall.
  Key words heavy rain;circulation analysis;energy analysis
  暴雨是一种复杂的天气现象,是各种天气尺度系统相互作用的产物,临夏州地处甘肃省东南部,青藏高原东北侧边缘地带,当地大到暴雨天气常造成山洪、泥石流等灾害,因此,对当地暴雨的研究显得十分重要[1-6]。该文对2013年8月23—24日发生在临夏的大暴雨过程从水汽动力条件、垂直风切变、水汽通量散度、垂直速度等方面进行分析,以揭示这次大(暴)雨的发生发展机制及物理量场和降水落区之间的关系。
  1 天气实况
  2013年8月23日傍晚至夜间临夏州南部出现大暴雨,过程实况为23日傍晚开始,临夏州大部分出现强雷阵雨天气,局地达大暴雨,最大降水中心出现在康乐县八松那尼头,为112.4 mm。全州降水分布从西南至东北依次递减(图1)。
  康乐县八松乡那尼头村1h降水量达72.8 mm(图2);灾害造成康乐县八松、虎关、康丰、附城、八丹、上湾、胭脂、苏集等8个乡镇2 599人受灾,农作物受灾面积304 hm2、成灾面积167 hm2,倒塌房屋81户222间,严重损坏房屋60户156间,倒塌围墙20 m,八松乡段二级公路多处泥石流阻断交通,上湾乡1台变压器爆炸,直接经济损失1 000万元以上。
  2 环流形势及影响系统分析
  2.1 高空环流形势
  此次强对流天气发生在青藏高压控制,第12号台风“潭美”登陆西进背景下。在300 hPa高空23日8:00圖上,高空急流轴南压,为对流云团发展提供了较充沛的动能,干冷空气随高空风南下。中层500 hPa 8:00图上(图3)受青藏高压控制,有冷空气下滑,
  临夏地区至青海湖有切变且临夏至定西地区存在露点锋。低层700 hPa 8:00图上临夏地区为低压外围气流控制,武都—天水—定西有暖湿气流输送。甘南州至临夏地区有温度槽存在,形成了非常有利的位势不稳定层结(图4)。
  850 hPa 8:00图上临夏有冷空气切入,且在临夏至定西一线形成辐合线。同时低层有强烈的垂直上升运动,对暴雨的发生起到了触发作用。大气稳定度用位温(θ)、假相当位温(θse)与饱和假相当位温(θe)的垂直分布表现的,它们分别可以根据公式(1)~(3)计算得到。   θ=T(100/P)R/CP(1)
  θse=θe×P(■■)(2)
  θe=θse×P(■■)(3)
  分析表明,这次大暴雨历时短,强度大,大气层处于上干冷、下暖湿的不稳定结构(图5)。
  2.2 水汽及动力条件分析
  暴雨发生前期,在23日700 hPa图上,水汽通量散度在青海东部形成明显的水汽辐合中心(图6),辐合值大为-2.5×10 g/s·cm·hPa,辐合作用强烈;同时兰州、西宁两站在中低层有强垂直风切变(图7);由高、低层散度分析可知,暴雨发生前,低层强烈辐合而高层辐散,有利于形成强垂直运动[7-9]。
  2.3 地形影响
  地形可以作为天气系统的触发和组织机制,同时也可以引起天气系统的增强、减弱以及影响天气系统的移动等。临夏州地势呈现东北低、西南高倾斜盆地状,海拔差异较大,境内高差在3 000 m以上,当地复杂的地形使其降水分布特征有明显差异,此次大暴雨的发生地就在太子山边缘沟壑迎风坡。
  2.4 能量场及差动平流特征
  23日8:00饱和总温度分布呈纬向分布,南北梯度较大,形成能量锋,能量锋位于甘肃中部,能量场的分布与实际降水区域相对应。20:00能量场有新的变化,能量锋进一步加强,锋区含能量更高,并释放能量导致降水加剧,且降水量中心区以能量锋轴线为主向两侧递减,与实际降水分布情况完全相符,可见,这次降水能量锋的贡献是十分明显的。
  对流天气多发生在下层暖平流强,向上逐渐减弱,到中上层变为冷平流的地方。温度平流(A=-■·?塄T)随高度变化为:
  ■=-■·?塄-■·■(?塄T)
  而上下层温度平流之差,可近似写为:
  ΔA=(■500-■850)·?塄T700-■700?塄(T500-T700)
  850~500 hPa的温度差动平流大的地方和未来24 h暴雨区一致,下层大风区和中上层大风 区交汇的地方容易发生大雨。
  从23日8:00各层次数据得出差动平流?驻A的分布。8:00兰州和武都的?驻A明显高于周围地区,?驻A最大值出现在兰州,形成闭合中心,?驻A分布轴线位于105°E西侧,呈南北走向。兰州的?驻A比合作的高出66 K/s,比西宁高出74 K/s。实际降水中心在105°E西侧,即东乡、和政、陇西、漳县、渭源、榆中等地出现最大降水,且?驻A分布轴线西侧降水普遍大于东面降水,降水主要出现在?驻A差值最大的左方。?驻A的分布特征与实际降水的分布对应关系非常好。23日20:00,各站的?驻A都有很大程度地增加,其大值中心从兰州东移到平凉,增幅达200 K/s,而合作和武都各增加了120、174 K/s。△A的轴线位于平凉和武都之间,呈东北、西南走向,实际降水出现在△A轴线上,两者配置极为一致[10-11]。
  3 结论
  (1)此次暴雨过程属于一次青藏高压控制下、台风登陆西进后后河套低涡底部冷空气下滑造成的暴雨过程。由于急流轴南压,干冷空气随高空风南下;青藏高压控制,晴热天气利于下垫面加热;台风登陆强盛的水汽输送和在暴雨区上游强烈的水汽辐合是暴雨发生的重要原因;暴雨发生前大气热力不稳定为暴雨的发生提供了热力条件。
  (2)导致此次暴雨发生的西北冷槽在500、700 hPa上表现不是很明显;但850 hPa偏北风切入,同时,300 hPa高空急流轴南压,并引导冷空气南下,与台风携带水汽充沛的偏东风在甘肃河东与青海南部一线交汇。再加上前期近地面气温较高,有利于对流发展,促使了此次强降水过程的发生、发展。
  (3)中、低层西南、偏南气流的水汽输送,不仅可以为降水的形成提供源源不断的水汽,也可有利于降水落区不稳定能量的增大,为降水的产生提供了动能。
  (4)独特的地理环境决定临夏特殊的天气气候特征,总温度平流和差动平流对这次降水过程有重要的贡献[12-15]。
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