低空急流研析
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論文導(dǎo)讀：急流是位于對(duì)流層上層或平流層中的強(qiáng)而窄的氣流。急流為暴雨提供了豐富的水汽條件。影響分析，低空急流對(duì)贛州090703致洪暴雨影響分析。
關(guān)鍵詞：暴雨，急流，影響分析
引言：
急流是位于對(duì)流層上層或平流層中的強(qiáng)而窄的氣流，急流為暴雨提供了豐富的水汽條件，又有助于動(dòng)力學(xué)條件的維持。一些研究表明，江西主汛期（4月到汛期結(jié)束）發(fā)生的暴雨大多都伴有低空急流，09年7月3日贛州大暴雨過程，低空急流明顯強(qiáng)于歷年，低空急流穩(wěn)定的維持為此次暴雨過程提供了強(qiáng)大的水汽供應(yīng)條件。
2009年7月3日，受強(qiáng)盛的西南暖濕氣流和中低層切變線的共同影響，贛州出現(xiàn)了歷史罕見的暴雨天氣過程，暴雨中心在崇義縣南部。7月2日20時(shí)～3日20時(shí)：全市先后有10個(gè)縣（市、區(qū)）出現(xiàn)暴雨或大暴雨，其中6個(gè)縣（市、區(qū)）為大暴雨（最大為大余縣230.2mm），全市平均降雨量為82.1mm；全市有175個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)雨量超過50mm，其中有64個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過100mm，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過250mm，崇義縣聶都鄉(xiāng)538.9mm為最大。這次暴雨過程具有來勢(shì)猛，強(qiáng)度大，影響范圍廣等特點(diǎn)。高強(qiáng)度的暴雨天氣致使洪澇災(zāi)害泛濫，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失。這次過程是在有利的大尺度背景下，激發(fā)急流加強(qiáng)發(fā)展，急流對(duì)暴雨的產(chǎn)生發(fā)展起了重要作用。本文就此次暴雨過程與低空急流的關(guān)系作一重點(diǎn)分析。
1 暴雨過程的大氣環(huán)流背景和影響系統(tǒng)
大尺度的環(huán)流背景是決定暴雨是否發(fā)生的主要因子，因此環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)是暴雨預(yù)報(bào)中首先要考慮的。本次暴雨發(fā)生在歐亞中高緯經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng)時(shí)期。歐亞中高緯西風(fēng)帶為兩槽一脊型，經(jīng)向度較大，副高環(huán)流較為強(qiáng)盛，西南季風(fēng)強(qiáng)盛。6月28日08時(shí)，內(nèi)蒙古東部有一切斷低渦，從低渦中心延伸出來的高空槽，槽底伸到了長(zhǎng)江流域，槽的經(jīng)向度較大，槽后西北氣流與槽前西南氣流強(qiáng)盛對(duì)峙，不僅有利于槽的加深和發(fā)展，而且有利于引導(dǎo)地面冷空氣不斷地補(bǔ)充南下。
6月28日08時(shí)～7月1日08時(shí)副高持續(xù)加強(qiáng)西伸，贛州為副高控制，在臺(tái)灣海域有熱帶低壓系統(tǒng)存在。2日08時(shí)低渦帶動(dòng)高空槽逐漸東移入海，但高空槽的經(jīng)向度仍然很大，槽底位于江西省北部地區(qū)，副高已東退到臺(tái)灣以東洋面上，在貴州中部到廣西中部有一南支小槽，此槽2日08時(shí)到3日08時(shí)不斷分裂出小槽東移，中低層切變?cè)谀喜仓g，在廣西-廣東北部-贛州存在一條≥12 m·s-1 低空急流帶。到了7月3日高空槽底南伸東移入海，低空西南急流明顯加強(qiáng)，急流軸略有東移，中低層切變線南壓至吉安-贛州之間，2日08時(shí)到3日08時(shí)地面一直存在一條靜止鋒面，南支槽不斷分裂東移，低空強(qiáng)勁的西南急流，這種形勢(shì)的配置造成了贛州大范圍的暴雨天氣。
圖2 7月3日08時(shí)天氣系統(tǒng)分析合成圖
2 急流的特點(diǎn)與大暴雨形成的關(guān)系
統(tǒng)計(jì)事實(shí)表明[1], 低空急流與暴雨相伴出現(xiàn), 多數(shù)暴雨發(fā)生在低空急流軸線的左前方。低空急流不僅不斷地向暴雨區(qū)輸送水汽,而且還能不斷地輸送熱量和動(dòng)量, 對(duì)暴雨形成十分有利。因此, 加強(qiáng)對(duì)低空急流的分析，對(duì)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)有著重要意義。這次暴雨過程700hpa 、850hpa圖上在廣西東部-廣東北部-贛州有低空急流存在，低空急流對(duì)大暴雨的產(chǎn)生提供了充分的水汽和能量條件，是暴雨區(qū)對(duì)流性不穩(wěn)定的建立者，此次暴雨過程前期西南急流的存在使贛州上空一直處于高溫高濕的不穩(wěn)定層結(jié)中。2日08時(shí)～3日08時(shí)急流左側(cè)具有強(qiáng)烈的氣旋性切變，急流軸位于廣西東部-廣東北部-贛州，到了3日08時(shí)急流軸略有東移，最大風(fēng)速中心位于廣東省中北部達(dá)16m·s-1，贛州風(fēng)速為14m/s。隨著切變線南壓，雨區(qū)從江西中部南移到贛州上空，切變的南壓觸發(fā)了此次暴雨過程發(fā)生。在急流左側(cè)最大風(fēng)速中心前方即贛州西部形成輻合, 促使該地強(qiáng)對(duì)流發(fā)展, 直接促成了崇義南部地區(qū)的特大暴雨。博士論文，影響分析。7月4日副高西伸，低層切變迅速北抬，西南氣流減弱，這次致洪暴雨過程結(jié)束。
圖3 2日08時(shí)850hpa急流指示圖圖4 2-3日850hpa急流動(dòng)態(tài)圖
3 急流的水汽輸送與動(dòng)力條件維持的關(guān)系
充沛的水汽、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性是形成暴雨的三個(gè)必要條件。博士論文，影響分析。短期預(yù)報(bào)中，各種物理量對(duì)暴雨有一定的指示意義。
3．1急流產(chǎn)生的強(qiáng)的水汽輸送帶
| 圖5 3日850hpa 水汽通量場(chǎng) |
從3日08時(shí)相對(duì)濕度場(chǎng)分析，≥90%的區(qū)域有東西兩個(gè)中心，一個(gè)位于廣西北部，另一個(gè)濕度中心位于臺(tái)灣海峽西部海域，為熱帶低值系統(tǒng)所在中心，贛州處于兩濕度中心之間的大值區(qū)中。分析位于急流左側(cè)贛州西部強(qiáng)降水期間的濕度層可見，贛州西部靠近西面的濕度中心，當(dāng)降水減弱時(shí)，低層濕度仍然沒有明顯下降，一直處于高濕狀態(tài)。水汽通量指示了水汽輸送的路徑，從7月2日08時(shí)水汽通量圖中可以看到存在一條東西向的水汽輸送帶，3日08時(shí)贛州處于東西兩水汽通量中心之間大值區(qū)。水汽通量中心在廣西東部和廣東西部，低空急流略有東移，水汽通量中心也略有東移，可見水汽量的最大輸送中心與低空急流對(duì)應(yīng)很好。700hPa和850hPa的垂直速度，在山東中東部、安徽中北部、江蘇中南部、江西大部和福建大部都有小于-60*10-4hPa/s的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，其中小于-100*10-4hPa/s的較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于江西南部和福建中南部。暴雨開始期間，贛州高空三層(500hpa到925hpa)溫度露點(diǎn)差之和為5.3℃，近飽和，水汽充足，說明低空急流促使強(qiáng)水汽輸送帶和水汽輻合中心的生成，在大暴雨區(qū)形成高濕區(qū)，為這次暴雨過程提供了非常有利的水汽水件。
3．2位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)—假相當(dāng)位溫分析
假相當(dāng)位溫是一個(gè)重要的溫濕特征參數(shù)。等θse線密集區(qū)是位勢(shì)不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定集中的區(qū)域，是大氣中濕斜壓不穩(wěn)定能量集中的區(qū)域，蘊(yùn)藏著可供中尺度對(duì)流發(fā)展所必需的不穩(wěn)定能量。博士論文，影響分析。在暴雨發(fā)生的前期，850hpa假相當(dāng)位溫θse有一條和低空急流相配合的高能高濕舌在廣西東部、廣東北部伸向江西中南部，贛州上空處于位勢(shì)不穩(wěn)定狀態(tài)。過程開始前2日08贛州處于等θse線密集區(qū)，θse值68～72℃之間，對(duì)流層中低層為不穩(wěn)定層結(jié)。隨著急流略有東移，3日08時(shí)高能高濕舌的移動(dòng)和急流分布的移動(dòng)對(duì)應(yīng)較好，對(duì)強(qiáng)降水的落區(qū)有較好的指示作用。表明急流為暴雨的發(fā)生提供了大氣層結(jié)不穩(wěn)定條件。
圖6 2日08時(shí)850hpaθse場(chǎng)圖7 3日08時(shí)850hpaθse場(chǎng)
4 K指數(shù)與急流的關(guān)系
K指數(shù)是表征大氣層結(jié)狀況的物理量，在此次暴雨發(fā)生前，和暴雨過程期間，K指數(shù)一般在36℃左右，2日08時(shí)大于34℃以上的高能區(qū)域分別位于山東南部、安徽中部以及江西大部和福建大部；其中大于38℃的高能區(qū)位于安徽中部、江西中部及福建東部，3日08時(shí)高于38℃的高能區(qū)稍向南向東擴(kuò)展，正好與急流東移擴(kuò)展相吻合。博士論文，影響分析。此時(shí)贛州西部正處于K指數(shù)大值區(qū)中。博士論文，影響分析。
圖8 2日K指數(shù)與850hpa急流疊加圖圖9 3日K指數(shù)與850hpa急流疊加圖
5 急流與云系發(fā)展對(duì)應(yīng)關(guān)系
2日08時(shí)隨著高空東亞大槽東移入海后不斷加深，經(jīng)向度不斷加大，其后不斷有低槽分裂東移，低槽云系不斷自西向東移動(dòng)，在移動(dòng)過程中低槽云系不斷南壓，同時(shí)南支小槽也不斷分裂東移，2日22時(shí)高空低槽鋒面云系與西南低渦云系相遇合并加強(qiáng)，隨系統(tǒng)東移南壓，贛州自西向東暴雨天氣過程開始。隨著西南急流強(qiáng)烈發(fā)展，3日2時(shí)到6時(shí)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展最為強(qiáng)盛，此時(shí)剛好是西部，中部大降雨集中時(shí)段，12時(shí)隨著急流帶東移南壓，對(duì)流云團(tuán)開始東移南壓至廣東，贛州上空云團(tuán)強(qiáng)度減弱，雨勢(shì)減小。急流的維持和發(fā)展，為中尺度云團(tuán)提供了背景，云系的日變化正是急流的日變化的結(jié)果。
圖10 2日22時(shí)FY-2C紅外云圖圖11 3日02時(shí)FY-2C紅外云圖
圖12 3日06時(shí)FY-2C紅外云圖圖13 3日12時(shí)FY-2C紅外云圖
6 結(jié)論
(1）受西南季風(fēng)，西風(fēng)帶系統(tǒng)南下與副高西側(cè)的西南暖濕氣流結(jié)合共同影響，使低空西南急流加強(qiáng)發(fā)展，這樣的配置使得贛州形成并維持一支低空西南急流，也是暴雨形成的主要原因。
(2）這次暴雨過程存在強(qiáng)勁的低空急流，低空急流的穩(wěn)定維持對(duì)暴雨產(chǎn)生起到了重要作用，在暴雨發(fā)生的過程中低空西南急流是暴雨產(chǎn)生的水汽提供者、不穩(wěn)定層結(jié)建立者和不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)者。
(3）水汽的輸送帶與輻合上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與急流帶有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，假相當(dāng)位溫的差值可以表示兩等壓面之間氣層不穩(wěn)定度。各層的溫濕條件，穩(wěn)定度條件對(duì)暴雨預(yù)報(bào)具有指示意義。博士論文，影響分析。
(4)此次暴雨過程低槽鋒面云系與急流發(fā)生發(fā)展移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，急流的維持和發(fā)展，為中尺度云團(tuán)提供了背景，云系的日變化正是急流日變化的結(jié)果。
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