12004 年 5 月 7~8 日华南沿海强对流天气诊断分析 林两位 福建省漳州市气象局漳州3 6 3 0 0 0 摘 要 利用福建省气象台中尺度数值模式 M M 5 的客观分析资料和 T 2 1 3 的产品以及通过计算得到的螺旋度 湿位涡等物理量场对 2 0 0 4 年 5月 7 8 日华南沿海强降水过程进行诊断分析结果表明此次华南沿海自西向东的特大暴雨降水过程是在西风槽低层切变和高低空急流的耦合以及弱冷空气的共同作用下产生的湿位涡与强降水落区及移动有一定的对应关系在中低层对应关系较好总螺旋度的峰值与暴雨的峰值不同步暴雨峰值出现于总螺旋度减少之后本例局地螺旋度分析表明 5 0 0 h P a和 3 0 0 h P a的局地螺旋度大值区与暴雨区存在较好的匹配关系 关键词物理量场 诊断分析 湿位涡 螺旋度 1 引 言 2 0 0 4 年 5 月 7 8 日北京时下同受高空槽的影响广东到福建南部沿海地区自西向东出现了大范围的暴雨到大暴雨 局部特大暴雨和短时雷雨大风的天气 广东省普降暴雨局部特大暴雨其中阳江市区电白阳东台山茂名的沙院镇出现 2 5 0 毫米以上的特大暴雨广东中西部沿海地区强降水主要集中在 7 日 2 0 时到 8 日 5 时2 4 小时7 日8 时到 8 日 8 时阳江的埠场和新洲镇的雨量均超过 4 0 0毫米台山的汶村雨量达 4 4 0 . 1毫米最大降雨量为沙湾水库的 5 4 3 毫米受灾严重的阳东县新州大沟东平等镇 5 小时内降雨量达 5 3 0毫米另外高州阳江深圳珠海汕尾揭阳和汕头市先后还测得 8级以上的短时雷雨大风5 月 8 日广东揭阳市惠来发生龙卷风其附近自动站测得最大风速为 4 9 . 4 米/ 秒同日 1 1 时 4 0 分左右陆丰市甲东镇出现强对流天气1 1 时 4 4 分极大风速 1 9 . 4 米/ 秒罕见的强对流天气给广东造成了严重的灾情并且出现人员伤亡数十名本文采用福建省气象台中尺度数值模式 M M 5 的客观分析资料和 T 2 1 3 的产品以及通过计算得到的螺旋度湿位涡等物理量场对这次过程进行诊断分析 2 降水特征分析 27 日 0 8 时至 1 4 时只有广东西南部个别站 6 小时雨量大于 5 0 m m 成片的强降水主要出现于 7 日 1 4 时至 8 日 1 4 时分析这期间的 6 小时雨量如图 1 图中 4 个时段的强降水中心雨量均大于 1 0 0 m m 前 3 个时段强降水中心均在粤西按 6 小时强降水区的位置可将过程大致分为 3 个阶段 7 日 1 4 时至 8 日 0 2 时强降水区在粤西 8 日 0 2 - 0 8 时强降水区已向东伸展至粤中 8 日 0 8 - 1 4 时强降水区东移到粤东至闽南沿海 3 天气形势及影响系统分析 从 7 日 0 8 时到 9 日 0 8 时 5 0 0 h P a高空图的演变可看出此次强降水过程是典型的高空槽南压东移影响的造成的5 0 0 h P a 上7 日 0 8 时我国大陆中部从北到南为一深厚高空槽控制槽线在陕西西部四川东部云南西部一线温度槽落后于高度槽高空槽后为弱的冷平流此时槽前的广西东部开始有明显降水7 日 2 0 时高空槽迅速东移南压约 3 个纬距广东为槽前强劲的 S W气流影响粤西呈风速辐合开始出现强降水8日 0 8时高空槽继续东移南压广东北部至福建西部出现高空急流广东中部到福建南部处于急流南侧的风速气旋性切变区粤中至闽南开始出现强降水8日 2 0时起高空槽迅速填塞减弱东移强降水过程结束从 5 0 0 h P a槽线演变图可看出高空槽的移动和变化见图 2 7 0 0 h P a 上7 日 2 0 时粤西已建立起西南风急流 温度露点差基本上都是 0 . 1 度 这种西南暖湿急流的建立对广东西部强降水的产生和维持提供了动力和热力条件8日 0 8时起粤西的急流减弱粤中到粤东出现较强的风速辐合强降水区东移到广东中东部 8 5 0 h P a 上7 日 2 0 时切变线在湖南中部广西中部一线广东西部为强劲的偏南风急流风速达 1 6 m / s 以上且温度露点差在 0 . 0 0 . 2 之间8 日 0 8 时切变线东移至江西中部广东中部一线切变减弱粤西的急流消失粤东建立起偏南风急流强降水中心东图7 日 1 4 时至 8 日 1 4 时 6 小时雨量分析 图7 日 08 时-9 日 08 时 500hPa槽线演变图 3移至粤东南 4 物理量诊断分析 4 . 1 大气能量特征 4 . 1 . 1 静力总温度分布 从 7 日 2 0 时粤西强降水发生前期7 0 0 h P a 总温度高能舌已伸向特大暴雨区7 日 2 0时8 日 0 8 时粤西的强降水基本上都在 6 4 的高能舌内见图 3 a 8 日 0 8 时此高能舌消失粤西的强降水基本结束 4 . 1 . 2 s e 分布 雷雨顺[1]指出s e 场的高能舌与暴雨的关系密切 在 8 5 0 h P a的s e 分布 7 日 2 0 时s e 高能舌在粤西对应于 7 日 2 0 时8 日 0 8 时粤西的强降水8 日 0 8 时s e 高能舌向东伸展至粤东另外在闽南也出现高值中心 见图3 b此后强降水区移到广东中 东部到闽南一带沿海 此次特大暴雨中心阳江市附近 22.20N ,东经112.20E 的假相当位温垂直分布(K)分析如下表 由表可知7日 0 8时中低层已具备高温高湿条件至 7 日 2 0 时各层s e 值普遍增加 特别是 5 0 0 h P a以下层次增幅明显 说明中低层能量迅速积聚但从 8日 0 8时至 2 0时5 0 0 h P a 以下的s e 值迅速降低可见阳江市强降水时段 7日 2 0时8日 0 8 时后说明中低层的能量已迅速释放从表中也可看出7 日 2 0 时不稳定层结主要在 7 0 0 h P a 以下 4 . 2 水汽条件分析 充沛的水汽是形成暴雨的必备条件 水汽的来源和输送是影响降水强度的关键 在这次特大暴雨过程中 从南海北部到淮河流域出现 N E - S W 向的强水汽通量区 与华南沿海一带低空西南到偏南急流相对应表明水汽来源于南海强降水发生发展过程中广东沿海一带整图(a)7 日 20 时 700hPa总温度和(b)8 日 08 时s e 分布图4层水汽通量有一个增大过程粤西强降水发生时的 7 日 2 0 时的 7 0 0 h P a上广东处于 N E - S W向强度大于 1 2 g . s-1. c m-1. h P a-1的强水汽通量区其中心强度大于 1 6 g . s-1. c m-1. h P a- 18日 08 时粤西的强降水基本结束粤中东部沿海强降水开始此时强度为 1 6 g . s-1. c m-1. h P a-1的强水汽通量区东移自粤中向东北方伸展这也与低空急流的东移一致 从图 4 的 7 日 0 8 时7 日 2 0 时和 8 日 0 8 时 7 0 0 h P a水汽通量散度图可看出强的水汽通量辐合区与未来强降水区配合相当好7日 2 0时粤西有一个中心值大于- 4 0 1 0- 8 g . s-1. c m-2. h P a-1的强辐合区此后粤西强降水开始8 日 08 时强辐合区东移至粤中东部沿海粤中有大于- 3 2 1 0-8 g . s-1. c m-2. h P a-1的强辐合区而粤西已变成水汽辐散区对应于粤西强降水结束粤中东部沿海强降水开始但比粤西的降水强度来得小 4 . 3 湿位涡分析 位涡是一个综合反映大气动力学热力学性质的物理量近年来位涡理论在天气动力学研究中 尤其是在爆发性气旋生成和锋面研究中得到普遍应用 在大尺度动力学和中尺度动力学中位涡理论也得到了发展和应用[2~4]湿位涡较好地描述了大气的热力状态和涡旋之间的制约关系其大小与大气层结状态斜压性及风场垂直切变有密切关系高守亭[5]指出湿位涡的强迫异常区与暴雨落区及移动有很好的对应关系 故用湿位涡来分析此次特大暴雨过程 在 P 坐标系中忽略的水平变化项湿位涡的表达式为 其中为垂直位涡为科氏参数 其余为常用符号 类似于干空气的动力特征 M P V > 0大气为湿对称稳定M P V 0 则 M P V 1 0 通常认为 M P V 1 0 时易发生暴雨 利用福建省气象台 M M 5的客观分析资料计算了强降雨期间 7日 2 0时和 8日 0 8时1 0 0 0 h P a 1 0 0 h P a 共 8 层的湿位涡 结果表明湿位涡与强降水落区及移动有一定的对应关系且在中低层的较为明显7 日 2 0 时 1 0 0 0 h P a 上粤西中部为 M P V负值区中心为- 1 . 4 p v u 对应于这段时间的强降水区基本一致8日 0 8时M P V负值区已向东移动负值中心在粤东南强度为- 1 . 3 p v u 与强降水中心配合较好负 M P V 中心比强降水中心的的位置提早 3个小时有一定的预示作用在 8 5 0 h P a 上7 日 2 0 时粤西 M P V 1 0 , 为 0 0 . 2 p v u 至 8 日 0 8 时M P V 1负值区东移而粤西的 M P V 2 逐渐转为 0 标示着粤西的强降水开始东移 4 . 3 螺旋度分析 螺旋度是近年来引入天气分析预报中的一个非常重要的物理量 严格的定义式为风速和涡度点积的体积分 是衡量风暴入流强弱及沿入流方向的涡度水平分量大小的物理量 其数值越大 表示该环境中垂直风切变越大就会产生水平方向上的涡管沿着涡度方向的相对风速达到一定程度将有利于强对流天气的发生发展在应用中通常要计算局地风暴相对螺旋度这里采用Robert Davies-Jones 等使用探空资料根据解析几何性质得出的计算公式 Cx ,Cy, 风暴移速将 C 取 850hPa400hPa 气层内平均风速的 75%且风向右仿 40 度用福建省气象台 MM5 客观分析资料计算了总螺旋度和各等压面的局地螺旋度 []))(())((111 1ynxnynxn nnDCvCuCvCuhhH−−−−−−=−+ +图 57 日 08 时7 日 20 时和 8 日 08 时总螺旋度图6从图 5 可看出7 日 08 时粤西已积聚较大的总螺旋度粤西沿海一带为大于 56m2/s2的东西向带状区域到 7 日 20 时粤西沿海强降水开始此时总螺旋度已减小而粤东南一带总螺旋度明显增大8 日 08 时粤中沿海已变为负值中心粤东南总螺旋度继续加大但大值区已明显东移已近移出粤东对照强降水过程可知总螺旋度的峰值与暴雨的峰值不同步 暴雨峰值出现于总螺旋度减少之后 这是因为暴雨发生之前的螺旋度增长即环境风场对正涡度和暖湿气流的输送为此后暴雨的发生发展提供了足够的水汽和能量 有关研究结果[6]指出在各层局地螺旋度中4 0 0 h P a局地螺旋度的水平分布与暴雨的滞后相关较好因为福建省气象台 M M 5的分析产品中无 4 0 0 h P a 所以没有计算该层的螺旋度其余各层的计算结果表明5 0 0 h P a 和 3 0 0 h P a的局地螺旋度大值区与暴雨区存在较好的匹配关系7 日 2 0 时 5 0 0 h P a上粤西有一个大于 1 6 m / s2的大值区8 日 08 时 300hPa 上粤东有一个大于 1 6 m / s2的大值区 5 小 结 5 . 1 由分析知2 0 0 4 年 5 月 7 8 日华南沿海自西向东的特大暴雨降水过程是在西风槽低层切变和高低空急流的耦合以及弱冷空气的共同作用下产生的 高空槽的东移南压使强降雨区从粤西移到粤东闽南 5 . 2 暴雨过程中有强大的水汽输送 初步分析表明水汽来源于南海 水汽通量辐合区与未来强降水区配合很好 5 . 3 湿位涡与强降水落区及移动有一定的对应关系本例分析在中低层对应关系较好 5 . 4 暴雨发生之前的螺旋度增长即环境风场对正涡度和暖湿气流的输送为暴雨的发生发展提供了足够的水汽和能量 总螺旋度的峰值与暴雨的峰值不同步 暴雨峰值出现于。