低纬高原两高辐合形势下暴雨和非暴雨对比分析

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1、低纬高原两高辐合形势下暴雨和非暴雨对比分析 张秀年1段旭2许美玲1 ( 1 云南省气象台，昆明6 5 0 0 3 4 ；2 云南省气象科学研究所，昆明6 5 0 0 3 4 ) 提要 通过对云南两高辐合形势下暴雨和非暴雨过程的对比分析，发现其在环流背景、水平和垂直 环流结构等方面存在明显的不同。在同时有辐合区存在的情况下，其位置的差异及有无低槽、冷 涡或热低压等系统的配合活动，决定了有无暴雨的发生。另外通过对暴雨过程中湿位涡的研究， 发现其对强对流区或暴雨区有比较好的指示意义。对流层低层M P V I ( 0 和M P V 2 0 有利于暴 雨的发生，中尺度辐合线与暴雨具有密切的联系。 关键词

2、：两高辐合暴雨环流结构湿位涡 1 引言 在一定的大形势背景下，冷暖空气不断地在某个地区交绥，使得引起暴雨的天气尺度系统 或中尺度系统发展，从而使某地出现强而持续的垂直运动和水汽输送，导致了暴雨的发生。陶 诗言 1 1 曾归纳出影响我国暴雨的大尺度环流系统主要有西风带系统、副热带系统和热带系统， 暴雨常常是低纬和中高纬环流相互作用的产物。在东亚地区，正是西太平洋副高和青藏高压 这两个大尺度天气系统在热带大气和中高纬大气的热量和动量交换中起到了桥梁作用。而西 太平洋副高和青藏高压之问的辐合区正是这种热量和动量交换的通道，是大气活动最为激烈 的地区，也是我国暴雨最易发生的地区。鲁亚斌、王恒康等口3

3、的研究就指出，5 0 0h P a 青藏高 压的活动与云南的暴雨具有密切的联系。本文即对5 0 0h P a 青藏高压和滇缅高压与副高之间 的辐合区与云南暴雨的关系进行研究。所用资料有中国国家气象中心的T 1 0 6 数值预报产品 和G M S - 5 云顶亮温( T B B ) 等资料。 2 环流形势分析 根据青藏高压和副高的位置的不同，其问的辐合区位置变化较大。该辐合区可以出现在 华北、华中和西南地区。当辐合区位于川滇之间时，可造成云南的暴雨天气过程，在此称之为 第一类两高辐合形势。如2 0 0 1 年6 月2 9 、3 0 日的大到暴雨过程即是在青藏高压一副高辐合区 的影响下发生的。在这

4、两天中，云南出现了4 4 站的大雨、1 5 站的暴雨。图1 a 为2 0 0 1 年6 月 2 9 日2 0 时的5 0 0h P a 高度形势和流场。由图可以看出，在5 0 0h P a 高度上，川、滇位于青藏高 压和副高的辐合区之中。在四川的东北部，有深槽伸入辐合区，在云南南部有热带低压活动。 图1 b 为2 0 0 1 年7 月1 1 日2 0 时的环流形势，其流场与高度场特征与图1 a 非常类似，也为青 藏高压一副高的两高辐合形势。但是，这次过程在云南未造成暴雨天气，只在1 1 日和1 2 日各 出现一个站的大雨。为何在如此相似的形势下，所造成的天气却有如此大的区别? 仔细比较 6 9

5、 图1 中a 、b 两图可以发现有如下不同： ( 1 ) 副高在图1 b 中比图1 a 中的略强、略偏北，青藏高压图1 b 中比图1 a 中的略偏北，因 而在图1 b 中，两高辐合的中心区不在川滇之间，而移到四川北部。 ( 2 ) 两次过程虽都受到西风带低槽的影响，但两槽南伸位置不同，图1 a 中槽南伸到2 9 。N 附近，图1 b 中槽南只伸到3 3 。N 附近，比较偏北j ( 3 ) 图1 a 中在滇越之间有一中尺度低压活动，而在图1 b 中，云南受较一致的南风控制，缺 乏扰动系统。 图1 第一类两高辐合形势( 5 0 0h P a 高度场和流场) ( a ) 2 0 0 1 年6 月2

6、9 日2 0 时；( b ) 2 0 0 1 年7 月1 1E l2 0 时 、 根据以上分析可以得出，当青藏高压和副高的辐合区位于川滇之间时，易对云南产生影 响，同时若在辐合区北部有低槽影响，南部有热带低压活动时，易出现暴雨过程。 当青藏高压分裂南下或由副高西进断裂时，在滇缅之间常会出现滇缅高压。在滇缅高压 和副高主体之间也会存在一个辐合区，该辐合区通常位于云南上空或滇黔之间，在此定义为第 二类两高辐合形势。图2 a 为1 9 9 8 年8 月7 日2 0 时高度场和流场图，图中滇缅高压位于缅甸 北部，7 日和8 日两天云南出现了2 0 个站的大雨和6 个站的暴雨。图2 b 为2 0 0 1

7、 年9 月1 3 日 2 0 时高度场和流场图，也表现为第二类两高辐合的形势，但该次过程1 3 日和1 4 日两天只出 现了一个站次的大雨。比较图2 中两图可以发现有两点明显的不同：一是图2 b 中的滇缅高压 实为整个副高中的一部分，在云南上空虽然出现了两高辐合的形势，但云南及其周边地区均为 气团性质单一的副高所控制；二是图2 b 中中纬度为高压脊控制，没有冷空气活动，图2 a 中在 中纬度有槽活动，槽后偏北气流引导冷空气南下，并促使副高断裂。所以当在云南出现滇缅高 压和副高主体之间两高辐合的形势时，若北方出现低槽，有冷空气活动时，易出现较强降水，反 之则无明显降水过程。 当滇缅高压和副高较偏

8、南时，其间辐合区将位于滇越之间或中南半岛上，称为第三类两高 辐合形势。1 9 9 8 年6 月1 7 日和1 8 日为这种形势( 图略) ，两天共出现1 5 个大雨和5 个暴雨。 但这5 个暴雨均是出现在滇东北，而不是在靠近辐合区的滇南。实际上造成暴雨的直接影响 系统并不是两高辐合区，而是中纬度低槽下部的截断低涡。2 0 0 0 年9 月2 1 日和2 2 日也为这 一形势( 图略) ，但由于没有截断低涡的影响，未出现明显降水，只各出现一个站的大雨天气。 7 0 所以，当两高辐合区位于中南半岛时，云南的南部实为一高压带控制，其隔断了水汽的向北输 送，实际上不利于降水的形成。 3 4 。N 3

9、2 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 4 0 。N 3 8 3 6 3 4 3 2 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 9 09 49 81 0 21 0 61 1 01 1 4 。E9 09 49 81 0 21 0 61 1 01 1 4 。E 图2 第二类两高辐合形势( 5 0 0h P a 高度场和流场) ( a ) 1 9 9 8 年8 月7 日2 0 ；( b ) 2 0 0 1 年9 月1 3 日2 0 时 综合上述分析可知，两高辐合是造成云南暴雨的一种重要环流形势，但也并不是有两高辐 合都能造成云南的暴雨天气，其与辐合区的位置及周边的其

10、它天气系统均有关系。当青藏高 压与副高间的辐合区位于四川北部及其以北地区或滇缅高压与副高的辐合区位于中南半岛 时，云南均不易出现暴雨天气。当两高辐合区位于云南及其附近地区时，若没有低槽、冷涡或 热低压的配合时，也不易出现强降水过程。 3 垂直结构分析 选取2 0 0 1 年6 月2 9 日( 图l a ) 和2 0 0 1 年7 月1 1 日( 图l b ) 这两个环流形势相似而云南 的降水明显不同的个例来分析，比较其结构特征。图3 为这两日2 0 时的涡度沿2 8 。N 的垂直 剖面对比。由两图均可发现在两个高压之间为一正涡度区，从低层至高层逐渐向西倾斜。在 9 0 0h P a 高度，涡度

11、正中心在1 0 6 。E 左右，到了5 0 0h P a 高度，涡度正中心移到1 0 1 。E 附近，具 有较大的倾斜度，而且倾斜线与高原东坡地形较为一致。该正涡度区比较深厚，图3 b 要高于 图3 a ，在图3 a 中达到了3 0 0h P a ，图3 b 中到了2 0 0h P a 。另外，两图的正涡度的大小基本 相同。 同样对这两个个例的散度进行了的对比分析( 图略) ，发现与图3 相对应，两高之间的辐合 区也是向西倾斜的。比较出现暴雨和未出现暴雨的散度图可以看出它们有两点明显的不同， 首先是前者辐合的强度要明显地大于后者，约为后者的两倍；其次是辐合区的高度明显不同， 后者在整个对流层都

12、有辐合区出现，从地面开始向西倾斜至4 0 0h P a 高度，在4 0 0h P a 高度以 上又向东倾斜，而前者中辐合区没有后者的深厚，辐合区位于从地面到5 0 0h P a 之间，而在辐 合层以上，为较强的辐散区。正是由于这种对流层低层为强辐合，对流层上层为强辐散的配 置，加大了两高之间的上升运动，促使了暴雨的发生。 图4 为该两个个例的垂直运动比较，正如上面所分析的一样，图4 a 中的向上垂直运动速 7 1 度要远远地大于图4 b 的向上运动速度。其最大上升速度图4 a 约为图4 b 的5 倍。由图4 还 可看出，在两高之问的整个对流层，均为一致的上升运动。不管降水的强与弱，这样的上升运

13、 动都是存在的。所以在两高辐合的环流背景下，一旦有冷空气侵入和水汽供应，就极易有暴雨 的出现。 图3 沿2 8 。N 的涡度垂直剖面 ( a ) 2 0 0 1 年6 月2 9 日2 0 日；( b ) 2 0 0 1 年7 月1 1 日2 0 时，单位：1 0 _ 5 s 图4 沿2 8 。N 的垂直速度垂直剖面 ( a ) 2 0 0 1 年6 月2 9 日2 0 日 ( b ) 2 0 0 1 年7 月1 1 日2 0 时，单位：1 0 5 m s 通过上述分析可以看出，强正涡度区、强辐合区、强上升运动区在位置上是比较一致的。 对于产生暴雨和不产生暴雨的两高辐合形势，其涡度场上区别不大，

14、但其辐合与上升运动强度 相差较大。在有暴雨发生时，辐合与上升运动强度要远远大于没有暴雨的情况。而且辐合区 的斜压结构进一步加强了这种辐合与上升运动，该斜压特性与大地形作用可能具有一定的 联系。 7 2 4 水平流场及湿位涡分析 为了研究两高辐合形势下强降水区与流场的关系，图5 ( a ) 给出了2 0 0 1 年7 月1 1 日0 2 时 的高度场、流场和T B B 分布，图中仅绘出了小于一3 2 的T B B 值，代表强对流降水区。考虑 到滇北及川西大部分地区的海拔已达到或超过3 0 0 0m ，图中垂直层次取为6 0 0h P a 。分析 图5 a 可见，在两高之间的辐合区中，在川藏之间有

15、个4 3 8h P a 的低压中心，但对流区并不在此 处，而在该低压中心的东南方的3 - - - 4 个经纬距处。查看前几个时次的云图发现，此强对流系 统正是由低压中心处移出发展而来。为何强对流云和低压中心区位置有这样的偏差? 分析其 原因可能有二： ( 1 ) 强对流是一种强的天气扰动现象，而大气环流对这种扰动的适应有一个过程，因而低 压环流的出现要滞后于对流的发展。 ( 2 ) 两高中的青藏高压东南侧为于冷的偏北气流，发生强对流的水汽条件不具备；与此相 反，副高西北侧为暖湿的偏南气流，具备充足的水汽条件。因而强降水天气易在辐合区的偏副 高一侧发生。 由于暴雨的发生发展与低空流场的辐合、较强

16、的垂直上升运动和充沛的水汽输送密切相 关，因而能同时反映大气动力、热力和水汽性质的物理量在暴雨的诊断分析中倍受关注。文献 4 ，5 对湿斜压过程中的涡旋垂直涡度的发展做了较深入的研究，指出当湿等熵面陡立时，大 气无论是湿对称不稳定或对流不稳定，湿等熵面的倾斜能引起垂直涡度的增长，从而导致暴雨 的发生。有关研究也表明了包含水汽凝结潜热作用的湿位涡诊断量对暴雨天气有较好的指示 意义C 6 卅 。 图52 0 0 1 年7 月1 1 日0 2 时6 0 0h P a 形势和强对流云区( a ) 及湿位涡分布( b ) 实线为M P V l ，虚线为M P V 2 ，单位：1 0 _ 7 1 3 1 2 s 一1 K k g 一1 考虑大气的垂直速度的水平变化比水平速度的垂直切变小得多，当忽略水平变化时，P 坐 标下的湿位涡守恒方程为： M P V = 一g ( 印+ p 圳7 + g 蠡凳一a a 户ua 圳o , 7 ( 1 ) 7 3 右端第一项为湿位涡的垂直分量( M P V l ) ，其值取决于