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西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征

张雅斌 罗慧 赵荣 薛谌彬 冉令坤 高宇星 刘波

张雅斌, 罗慧, 赵荣, 薛谌彬, 冉令坤, 高宇星, 刘波. 西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 614-628. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056
引用本文: 张雅斌, 罗慧, 赵荣, 薛谌彬, 冉令坤, 高宇星, 刘波. 西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 614-628. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056
Ya-bin ZHANG, Hui LUO, Rong ZHAO, Chen-bin XUE, Ling-kun RAN, Yu-xing GAO, Bo LIU. CHARACTERISTICS OF MESOSCALE SYSTEM AND DYNAMIC FACTOR INDEX DURING DISASTROUS SHORT-TIME RAINSTORMS AT XI′AN[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(5): 614-628. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056
Citation: Ya-bin ZHANG, Hui LUO, Rong ZHAO, Chen-bin XUE, Ling-kun RAN, Yu-xing GAO, Bo LIU. CHARACTERISTICS OF MESOSCALE SYSTEM AND DYNAMIC FACTOR INDEX DURING DISASTROUS SHORT-TIME RAINSTORMS AT XI′AN[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(5): 614-628. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056

西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056
基金项目: 

科技部科技基础性工作专项 2013FY112500

国家自然科学基金 41575065

国家自然科学基金 41861144021

中国气象局预报员专项 CMAYBY2017-074

详细信息
    通讯作者:

    罗慧,女,甘肃省人,研究员级高级工程师,主要从事气象服务效益评估与气象防灾减灾等研究。E-mail:qxluohui@163.com

  • 中图分类号: P458.2

CHARACTERISTICS OF MESOSCALE SYSTEM AND DYNAMIC FACTOR INDEX DURING DISASTROUS SHORT-TIME RAINSTORMS AT XI′AN

  • 摘要: 基于同化多普勒雷达资料的WRF模式、地面加密观测、卫星云图和NCEP再分析资料等,分析总结2015年8月3日、2016年7月24日西安两次致灾短时暴雨过程环境条件、中尺度系统及动力因子指数特征。结果表明:关中处于稳定少动的西太平洋副热带高压西北边缘,上干下湿、午后低层大气超绝热状态,为短时暴雨提供了热力条件。西风槽与近地层切变线是暴雨直接影响系统。伴随冷锋过境,午后西北方向咸阳、铜川一带地面偏北风跃增是短时暴雨有利触发因子,强降水位于地面3 h正变压中心至东侧大梯度区附近。短时暴雨对流云团距离北部高空急流相对较远,无斜压叶状云系特征,降水对上升气流拖曳作用明显,云团TBB中心降至-65 ℃以下后,周边出现最大雨强。暴雨云团内部,霰粒子含量最大,冰粒子比其他粒子偏少一个量级以上,最强上升运动在霰粒子中心上方-30 ℃层附近、接近雪粒子中心;伴随整层雨水、霰和雪粒子含量5倍以上突增出现短时暴雨,雪粒子比雨水、霰粒子开始增多时段偏晚约1 h,其含量峰值与最大雨强同步。两次短时暴雨环境条件和中尺度特征差异明显。“0803”过程为切变线冷区暴雨,高空西风急流范围大、位置偏南,西太平洋副热带高压较弱,西风槽后偏北冷空气活跃,偏南水汽输送弱,关中地区中下层存在明显能量锋区和对称不稳定;云团内部冰相粒子明显偏多,雪粒子相对霰粒子占比偏高,冷空气入侵有利于冰相粒子快速生长;暴雨位于能量锋区和对流云团边缘、TBB最大梯度区附近。“0724”过程为切变线暖区暴雨,高空急流范围小、位置偏北,西太平洋副热带高压强盛,偏北冷空气弱,偏南水汽输送明显,关中地区中下层为位势不稳定;云团内部冰粒子偏少,雪粒子相对霰粒子占比低;暴雨位于对流云团内部、TBB中心附近。定义的垂直螺旋度指数VHI和散度垂直通量指数DVFI对暴雨落区预报具有较好的参考价值:大暴雨位于动力指数异常大值中心趋于集中且稳定少动的区域附近,动力指数小于200、中心分散且大值持续时间短的区域,降水不明显。

     

  • 图  1  2015年8月3日17:00—20:00(a)和2016年7月24日16:00—22:00(b)降雨量分布

    单位: mm。

    图  2  “0803”过程(a)、“0724”过程(b)暴雨中心逐小时雨量变化

    图  3  2015年8月3日17:00—20:00(a)和2016年7月24日16:00—22:00(b)的未同化(黑色等值线)、同化(蓝色等值线)雷达资料的WRF雨量预测

    单位: mm。

    图  4  2015年8月3日19:00(a)、2016年7月24日22:00(b)地面风场(风杆, 单位: m/s)、小时雨强(阴影, 单位: mm/h)及3 h变压(等值线, 单位:10-1 hPa)和WRF模拟的850 hPa切变线位置(红虚线)

    图  5  2015年8月3日19:00(a)、2016年7月24日22:00(b) WRF预测的海平面3 h变压(细线,单位:10-1 hPa)

    图  6  2015年8月3日14:00 (a)、2016年7月24日14:00 (b) 200 hPa急流(阴影,>30 m/s)、500 hPa高度(等值线,单位:dagpm)和700 hPa风场(风羽,单位:m/s)

    图  7  2015年8月3日14:00(a)、2016年7月24日14:00 (b)西安探空站T-lnP

    图  8  “0803” (a)、“0724” (b)过程暴雨区水汽通量(矢量,单位:g/(cm·hPa·s))、水汽通量散度(等值线,单位:10-7 g/(cm2·hPa·s))和相对湿度(阴影,单位:%)的时间(世界时)—高度剖面

    图  9  2015年8月3日14:00(a)、2016年7月24日14:00(b)过暴雨中心的湿位涡(等值线,单位:PVU)、位温(阴影,单位:K)和水平风场(风杆,单位:m/s)的经向-垂直剖面

    图  10  2015年8月3日16:30(a)、17:30(b)、18:30(c)、19:30(d) TBB(阴影,单位: ℃)

    “+”处为西安钟楼。

    图  11  2016年7月24日18:00(a)、19:00(b)、20:00(c)、21:00(d) TBB(阴影,单位: ℃)

    “+”处为西安钟楼。

    图  12  “0803”过程暴雨区(108.7~109.2 °E,33.9~34.8 °N)区域平均的霰(a)、雪(b)粒子质量混合比(阴影,单位: g/kg)、垂直速度(红等值线, 单位: m/s)、温度(黑等值线, 单位: ℃)、水平风场(风杆,单位: m/s)和雨强(柱体,单位: mm/h)的时间(世界时)-垂直剖面

    图  13  图 12,但为“0724”过程

    图  14  “0803”过程(a)、“0724”过程(b)暴雨区整层云粒子平均质量混合比逐时变化

    图  15  2015年8月3日16:00热力垂直螺旋度(a,单位:105 K·kg3/(m5·s6))、水汽垂直螺旋度(b,单位:10 kg2/(m2·s6))和质量垂直螺旋度(c,单位:103 kg4/(m8·s6))

    “+”处为西安钟楼。

    图  16  2015年8月3日15:00(a)、16:00(b)、17:00(c)垂直螺旋度指数

    “+”处为西安钟楼。

    图  17  2015年8月3日15:00(a)、16:00(b)、17:00(c)散度垂直通量指数

    “+”处为西安钟楼。

    图  18  2016年7月24日17:00(a)、19:00(b)、20:00(c)垂直螺旋度指数

    “+”处为西安钟楼。

    图  19  2016年7月24日17:00(a)、19:00(b)、20:00(c)散度垂直通量指数

    “+”处为西安钟楼。

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-18
  • 修回日期:  2019-04-08
  • 刊出日期:  2019-10-01

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