山西運(yùn)城一次連陰雨天氣過程分析

山西運(yùn)城一次連陰雨天氣過程分析

關(guān)于連陰雨天氣的研究很多，方建剛等。2014年9月10~17日,華北南部的山西省晉城市出現(xiàn)了持續(xù)7d的連陰雨天氣,這次降雨是晉城市建站以來最強(qiáng)的連陰雨天氣過程。晉城市有關(guān)秋季連陰雨的研究還很少,本文就這次罕見連陰雨過程進(jìn)行較細(xì)致的分析,以期提高對此類天氣過程的預(yù)報能力。1u3000連陰雨天氣1.1u3000降水特征2014年9月10-17日,華北南部的山西省晉城市出現(xiàn)了持續(xù)7d的連陰雨天氣。這次降雨是晉城市建站以來最強(qiáng)的連陰雨天氣過程,其特點(diǎn)是過程雨量大、降雨強(qiáng)度大,持續(xù)時間長。全市過程降雨量達(dá)147.8~202.9mm,比歷史同期偏多603%~753%,有4個自動雨量站雨量超過200mm,最大雨量出現(xiàn)在沁水縣的中木亭村,過程雨量為232.9mm(見圖1)。連陰雨期間,逐日平均雨量為25.0mm,強(qiáng)降水主要集中時段為14~16日,期間日平均降水量達(dá)40.5mm。9月16日是降水最為強(qiáng)盛的時候,晉城全市普降大到暴雨,最大雨量出現(xiàn)在陵川縣的浙水村,24h雨量為85.0mm。從浙水村24h逐小時降水量圖(圖2)看出:16日的大部分時段降水量分布比較均勻,小時最大雨量為8.1mm,降雨時間持續(xù)了23h。根據(jù)晉城市降水實(shí)況,將9月10~17日的連陰雨過程分為三個階段:第一階段為9月10~11日,這期間的降水屬于副高南退、西風(fēng)槽東移,副高外圍的陣性降水,降水分布不均勻。第二階段為9月12日白天~13日白天,由于副熱帶高壓北抬,584線(指5u3000840gpm高度線,可表示副熱帶高壓外圍)隆起,晉城轉(zhuǎn)受弱脊控制,全市出現(xiàn)零星降水;第三階段為9月13日夜間~17日白天,為連陰雨持續(xù)期,副熱帶高壓再次南退東縮,晉城處于584線外圍、西風(fēng)槽前,且穩(wěn)定少動,13日夜間降水開始,14日白天~16日夜間降水量級明顯加大,尤其是15日夜間~16日夜間,西風(fēng)槽明顯加深,今年第15號臺風(fēng)“海鷗”受到強(qiáng)盛副高擠壓向西北方向移動,在“海鷗”和副高之間形成了一條狹長的水汽輸送帶,將南海的豐沛水汽向華北南部輸送,晉城全市出現(xiàn)大到暴雨,17日白天,副高快速西進(jìn)北抬,584線北跳到臨汾-長治一帶,華北轉(zhuǎn)受西北氣流控制,降水逐漸停止。1.2平均氣溫加標(biāo)回2014年9月10~17日,晉城市氣溫異常偏低,7d的平均氣溫僅為14.3℃,比常年同期偏低2.8℃。陰雨期間,除陵川縣10日白天有4.9h日照時數(shù)外,其他縣市7d內(nèi)均沒有日照。1.3u3000地表分析由上述分析可知,2014年9月10-17日晉城市連陰雨天氣過程具有持續(xù)低溫、幾乎無光照、降水持續(xù)時間長及累計(jì)降水量大等特點(diǎn)。連續(xù)不斷的強(qiáng)降水致使土壤含水量飽和,晉城市部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)窯房倒塌,房屋裂縫、漏水,道路、涵洞、堤壩被沖毀,農(nóng)作物受災(zāi),耕地被毀壞等災(zāi)情,其中陽城縣北留、白桑、西河、駕嶺等地受災(zāi)嚴(yán)重,有97個行政村2.7萬余人受災(zāi),直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2176萬元。9月份是山西省秋收作物成熟并開始收獲的時節(jié),9月中旬晉城市春玉米已進(jìn)入成熟期,這場罕見的連陰雨天氣導(dǎo)致全市玉米籽粒含水量大,出現(xiàn)貪青晚熟現(xiàn)象;由于土壤過濕,也導(dǎo)致晉城市冬小麥播種比往年略有推遲。2u3000的主要循環(huán)特征2.1區(qū)域環(huán)流特征2014年9月10~17日連陰雨期間,500hPa位勢高度上(圖3),亞歐地區(qū)中高緯度呈現(xiàn)兩槽兩脊型,鄂畢灣-巴爾喀什湖之間為寬廣的低槽區(qū),黑龍江以北-朝鮮半島為西北東南向的東亞低壓,貝加爾湖和鄂霍次克海地區(qū)分別為東北西南向和西北東南向的高壓脊。東亞低壓槽后冷空氣在朝鮮半島上空堆積,向西南擴(kuò)散,造成過程期間不斷有冷空氣從東路影響華北南部。中緯度地區(qū)環(huán)流比較平直,鄂畢灣-巴爾喀什湖深厚的槽區(qū)內(nèi)不斷有短波槽東移。低緯度副高呈東西帶狀分布,強(qiáng)大且穩(wěn)定,588線控制中國淮河以南大部分地區(qū),脊線穩(wěn)定在23°~30°N之間,西伸脊點(diǎn)達(dá)到110°E以西,比常年同期明顯偏西偏強(qiáng)。副高穩(wěn)定且位置偏西、偏北是連陰雨期間大氣環(huán)流的主要特征之一。副高脊線位置在23°~30°N之間徘徊有利于山西南部降水天氣的形成2.2東北部設(shè)剛標(biāo)準(zhǔn)在晉城連陰雨期間,200hPa高空西風(fēng)急流中心頻繁出現(xiàn)在東亞100°~130°E、北緯38°~45°N的范圍內(nèi),并有大于50m·s方建剛等2.3u3000主要影響系統(tǒng)本次連陰雨過程是強(qiáng)盛、穩(wěn)定的副高和第15號臺風(fēng)“海鷗”、中低空切變、850hPa偏東氣流、地面冷高壓等天氣系統(tǒng)共同影響造成的。2.3.1氣侵及臺風(fēng)“海鷗”南移在整個連陰雨過程期間,低緯度副高呈東西帶狀分布,強(qiáng)大且穩(wěn)定,588線控制中國淮河以南大部地區(qū),脊線穩(wěn)定在23°~30°N之間,西伸脊點(diǎn)達(dá)到110°E以西,比常年同期明顯偏西偏強(qiáng)。副高不僅使巴爾喀什湖低槽分裂的冷空氣在經(jīng)高原東移南下的過程中受阻于山西東部的太行山脈,也使得西南暖濕氣流不斷向華北南部輸送。同時,青藏高原到孟加拉灣地區(qū)處于伊朗高壓與副高之間的相對低值區(qū),使西南暖濕氣流沿西伸的副高西北側(cè)584線外圍源源不斷地輸送到華北南部(圖3)。降水過程后期,從15日20時開始(圖5),今年第15號臺風(fēng)“海鷗”在海南省登陸。由于強(qiáng)大的副高位置偏西偏北,臺風(fēng)“海鷗”被迫沿著副高外圍繼續(xù)向西北前進(jìn),在臺風(fēng)“海鷗”和副高之間形成狹窄的東南風(fēng)急流,將臺風(fēng)攜帶的水汽和能量沿著副高外圍向華北南部輸送,與584線外圍孟加拉灣西南暖濕氣流匯合,保證了降雨區(qū)的充分水汽供應(yīng),對這次降水過程起到了增幅作用,使15日夜間-16日夜間晉城市降水量級明顯加大,出現(xiàn)多站暴雨。2.3.2切變線和冷槽線在晉城市降水強(qiáng)的時段,其中低空上游或低空急流前端都有切變線出現(xiàn)。第一個降水強(qiáng)的時段在9月11日。9月11日08時700hPa圖上(圖6a),在河套西部有閉合的低渦切變形成,其后的12h低渦切變東移,于11日20時移至山西省西部(圖略),受其影響,晉城市普降大雨,西部的沁水縣降了暴雨。第二個降水強(qiáng)的時段在9月14日。9月14日08時700hPa(圖6b),從孟加拉灣到河南省北部為西南低空急流,在河套中部為東北風(fēng)的風(fēng)速輻合,在兩者之間形成了一條西南東北向的切變線,在山西南部為氣旋性環(huán)流,切變線和氣旋性環(huán)流都有利于氣流的上升,加強(qiáng)垂直運(yùn)動,受其影響,14日晉城普降大到暴雨;9月16日08時700hPa(圖6c),316線脊點(diǎn)西伸至116°E附近,臺風(fēng)“海鷗”的中心位于海南島,在316線西側(cè)為東南急流,從南海到華北有強(qiáng)的風(fēng)速輻合。在河西走廊以西存在312線的弱高環(huán)流,高環(huán)流前部的偏北氣流與副高外圍西南暖濕氣流在河套形成一條東北西南向的冷式切變線;同時,從山西南部-山東南部有一條暖式切變。受暖式切變影響,晉城市16日白天降水明顯增大。16日20時(圖略),在河西走廊以西存在的312線的弱高環(huán)流減弱為高壓脊,脊前的冷切變加強(qiáng)為冷槽,晉城處于冷槽前,受其東移影響,16日夜間晉城普降中到大雨。整個連陰雨過程,在晉城上游或低空急流前端都有切變線出現(xiàn),造成本次連陰雨天氣中一個個強(qiáng)的降水時段。2.3.3u3000850bpa用于東氣流和地面冷卻張濤分析了2007年10月9-15日華北地區(qū)的連陰雨3u3000瑤神經(jīng)線產(chǎn)生強(qiáng)降水必須有強(qiáng)的動力條件。9月16日晉城市普降大到暴雨,圖8是2014年9月16日08時沿晉城站112.9°E渦度(a,單位:104u3000hpa上,海產(chǎn)生連陰雨天氣的必要條件是要有穩(wěn)定且持續(xù)的水汽來源和濕空氣的飽和度。整個連陰雨過程中,水汽的主要來源是中低層500hPa、700hPa穩(wěn)定且強(qiáng)盛的副高西側(cè)偏南急流的水汽輸送。相對濕度可用來衡量空氣的濕度條件,當(dāng)相對濕度≥90%時,表示空氣達(dá)到飽和狀態(tài),當(dāng)80%≤相對濕度<90%時,表示空氣濕潤。在10日20時~17日20時整個連陰雨過程中,除13日20時外,其他時間700hPa晉城市都處于濕區(qū),14日20時-17日20時,山西南部水汽均處于飽和狀態(tài)。850hPa上,15日08時-16日08時晉城市相對濕度<80%,其他時間>90%。說明在連陰雨期間,晉城市上空空氣濕潤或飽和。充足的水汽供應(yīng)是暴雨產(chǎn)生的首要條件。此次降水過程中9月16日的降水強(qiáng)度最大、范圍最廣,因此重點(diǎn)對16日的水汽輸送進(jìn)行分析。由圖9可以看出,產(chǎn)生暴雨的水汽主要來自南海,孟加拉灣也有水汽向暴雨區(qū)輸送,兩支水汽通道在陜南會合,進(jìn)入暴雨區(qū)上空;在水汽通量散度場上,暴雨區(qū)上空存在明顯的水汽輻合區(qū),輻合區(qū)與暴雨區(qū)分布基本一致。從700hPa水汽通量場的分布(圖略)可以看出,臺風(fēng)外圍的水汽通量值都在14g·cm5積狀云回波分析16日是降水強(qiáng)度最大的一天。16日7:30以后晉城西南部有回波開始發(fā)展,大片的層狀云回波中夾雜著塊狀的積狀云回波,此時的環(huán)境風(fēng)場,高層為西南風(fēng),回波主要向東偏北方向緩慢移動。11:27(圖10a),晉城上空覆蓋著層狀云和積狀云的混合回波,積狀云回波強(qiáng)度為30~40dBZ;13~16時,積狀云回波減弱,晉城上空以層狀云為主,回波強(qiáng)度在30dBZ以下。16:30以后,有小塊的積狀云回波生成,16:57(圖10b)積狀云回波面積增大,層狀云和積狀云的混合回波在晉城上空一直持續(xù)到17日02時,但最大回波強(qiáng)度均在40dBZ以下,而夏季暴雨天氣積狀云回波的強(qiáng)度可以超過55dBZ。之后晉城上空以層狀云為主,直到17日12時以后才逐漸消散。16日強(qiáng)降水時段晉城上空降雨回波的分布說明:秋季連陰雨強(qiáng)降水時段的積云發(fā)展要明顯弱于夏季。這是因?yàn)榍锛練鉁孛黠@降低,不穩(wěn)定能量減弱,不利于強(qiáng)對流的產(chǎn)生。因此,此次連陰雨主要以穩(wěn)定降水為主。6月內(nèi)月下地面和季節(jié)連陰雨一般情況分析1秋季西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定且位置偏西、偏北是華北南部產(chǎn)生連陰雨天氣的有利形勢。200hPa高度上西風(fēng)急流在40°~48°N附近建立并穩(wěn)定加強(qiáng)時,華北南部連陰雨維持,每一次急流中心加強(qiáng)都對應(yīng)著降水的加強(qiáng);當(dāng)西風(fēng)急流向北收縮,中心明顯減弱時,連陰雨出現(xiàn)減弱;而當(dāng)西風(fēng)急流由40°N向南擴(kuò)展、急流中心東移至120°E以東時,華北南部秋季連陰雨基本結(jié)束。因此,高空形勢變化可以作為華北南部秋季連陰雨維持、加強(qiáng)、減弱、結(jié)束的預(yù)報著眼點(diǎn)。高空西風(fēng)急流使華北南部上空始終處于急流入口區(qū)右前方,不僅有利于該地區(qū)對流層低層低渦或低值系統(tǒng)的生成和維持,且起到抑制副高北抬并使其穩(wěn)定的重要作用。2本次連陰雨過程是強(qiáng)盛、穩(wěn)定的副高和第15號臺風(fēng)“海鷗”、中低空切變、850hPa偏東氣流和