2015年9月初阿克苏地区一次暴雨过程诊断分析

发表时间:2020/8/13   来源:《科学与技术》2020年28卷8期   作者:穆叶塞尔.穆塔里甫  阿卜拉江.亚力坤
[导读] 本文选取常规观测资料、自动站资料、NCEP再分析资料等相关资料
        摘要:本文选取常规观测资料、自动站资料、NCEP再分析资料等相关资料,对2015年9月初发生于阿克苏地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明:此次暴雨天气的发生主要在100 hPa南亚高压双体型、500hPa中亚槽东移以及200 hPa高空急流的共同作用下产生的,这些为暴雨天气的形成提供有利大气环流背景形势。高低空气流耦合增强上升运动;高层干冷低层暖湿,大气层结的不稳定性较强,促进了暴雨天气的发生发展。此次暴雨天气大多数水汽是由低层偏东气流输送,水汽主要来源于孟加拉湾南海,偏东气流西伸的位置对于水汽辐合区的位置具有决定性作用,进而影响到暴雨落区。冷暖平流变化不断加剧,促使热力不稳定条件有所增强,为暴雨提供了很好的热力条件;与此同时,低层至高层垂直风切变的不断变强对于对流性降水天气的发生比较有利,为暴雨天气提供有利的的动力条件。
        关键词:阿克苏;暴雨;天气形势;物理量
引言
        暴雨天气是大部分地区发生频率较高的一种天气现象,暴雨天气特别容易引发洪涝、泥石流、洪涝、山体滑坡等次生灾害,给城市交通、广大群众的日常生活生产带来不利影响。在全球气候变暖的大背景下,暴雨天气所造成的危害程度也不断加剧,所以暴雨预报一直是气象预报工作人员关注的重点,许多气象学者对暴雨天气现象展开了研究,并获得一定的成效[1-2]。阿克苏地区地处新疆中部,天山山脉中段南麓,塔里木盆地北边,为暖温带干旱型气候,具有大陆性气候的显著特征:气候干燥,蒸发量大,降水稀少,且年、季变化大,但是有时候也会出现暴雨天气,使得能见度大幅下降,给航空运行带来不利影响。因此,本文主要对2015年9月初出现于阿克苏地区的一次暴雨天气过程进行分析,以进一步掌握暴雨天气的形成机制,为制定暴雨天气航空运行服务保障措施提供指导。
1天气实况
        2015年 9月 7日 20:00~9月 8日 20:00,阿克苏地区发生了一次暴雨天气过程。降水大值区处于阿克苏为南部、西部,柯坪、阿瓦提、阿克苏均达到暴雨标准,最大降水量为68.3mm(图 1)。此次暴雨天气导致城市交通带来不利影响。

        图1  2015年9月7日 20:00~8日20:00阿克苏地区降水量

2天气形势分析
        在此次暴雨发生过程中,高层100 hPa形势场南亚高压2个高压中心分别处在青藏高原与伊朗地区,新疆阿克苏地区受这2个高压中心的长波槽影响,南亚高压双体型为本次暴雨天气提供了有利背景形势。200hPa形势场2015年9月7日 08:00阿克苏及其周边区域分布着一急流区,呈西南—东北向,急流中心处在阿克苏地区东部,中心强度为 60 m/s,这对于强降水天气的出现比较有利。
         在500 hPa形势场上,此次暴雨发生之前9月4日08:00亚欧大陆中高纬主要表现为2脊1槽的环流形势,有一较为广阔的长波槽区处于新地岛至中亚区域,高压脊处于泰米尔半岛以东到新疆东部一带,阿克苏主要受中亚长波槽底端的偏西气流所影响。9月5日 08:00高压脊朝北边发展,脊前西北风带不断增强,风速为22.0m/s ,长波槽分成2段,南段处于中亚,槽前西南气流显著增强,这个时候中亚槽分裂了第1个短波,处在喀什一带,受短波东移的作用,9月5日白日至夜晚阿克苏地区发生了大雨天气。9月6日 08:00~7日 08:00里海长脊,伊朗副高脊朝北延伸,和东移的欧洲高压脊叠加,环流径向度增大,有第2个短波被中亚高空槽分裂而成,其处于喀什南边区域,9月7日 20:00~8日20:00中亚区域高空槽的不断东移,阿克苏一带发生强降水天气(图2)。后期降水过程中南疆西部主要受西南暖湿气流作用,源于孟加拉湾的水汽在南风的作用不断朝新疆南部输送,新疆南边水汽趋于饱和状态。

图2  2015年 9月 7日 20:00100 hPa(a)与 500 hPa(b)位势高度、700 hPa湿度(填色)及风场(m/s )
3物理量场分析
3.1水汽条件分析
        由降水发生过程整层大气可降水量分析了解到,南疆盆地水汽丰富,可降水量始终保持在维 20 mm 以上,大值区处于阿克苏地区至巴州地区,可将水量为 25 mm。通过分析暴雨区由低层到高层的水汽通量风场可知,从 2015年9月6日 20:00~9月 7日 08:00,500 hPa处阿克苏地区始终受偏西南气流影响,伴随着西南气流的东伸,水汽开始由国境线以西进入阿克苏地区,阿克苏地区处于湿区,水汽通量值为 4g/(s·hpa·cm)。9月7日 08:00~ 8日 20:00阿克苏受西南气流影响,但是高层湿度较低,干层始终延伸到低层 600 hPa。湿区大都处在低层,9月7日20:00(图3a)700 hPa处阿克苏地区西南部风场水汽通量显著增加,最大值高达 8 g/(s·hpa·cm);新疆东部偏东风增强且在阿克苏西部辐合,这个时候阿克苏地区西部发生强降雨天气。9月8日 02:00(图 3b),水汽通量、偏东风不断变小,水汽大部分处于阿克苏地区南边区域。850hPa处于自9月 6日20:00~9月8日08:00,暖湿气流沿偏东风至阿克苏地区,整个阿克苏大部分区域位于水汽通量大值区中,主要呈现特点为南部比北部强。水汽通量在9月 8日 02:00达到最大值,最大水汽通量为10 g/(s·hpa·cm) ,大值区处在阿克苏南部区域,这些为本次暴雨天气的发生发展提供了有利的水汽条件。

图3  2015年 9月 7日 20:00(a)、 8日 02:00(b)700 hPa水汽通量(g/(s·hpa·cm))
及风(m/s)
3.2热力、动力条件分析
        通过分析温度平流剖面(东经80°,北纬40°)分析可知(4a),阿克苏地区主要受低层暖平流中层弱冷平流以及高层暖平流的影响,并且因为冷暖平流导致阿克苏地区处于热力不稳定的条件;从9月 7日 08:00起850~300 hPa中低层冷平流显著增强,随着 300~200hPa高层暖平流不断变强,冷暖平流变化不断加剧,热力不稳定条件有所增强;伴随着时间的不断推移,中层冷空气持续朝低空渗透,而这个时候白天地面温度上升,不稳定层结持续朝近地面扩散,对于局地短时强对流天气的发生比较有利。从风场变化分析来看,9月7日 08:00开始中层西南风增强,并逐渐朝低层扩散,近地面由西风慢慢转变为东风,且风速越来越大,促使低层到高层的垂直风切变也有所增加,9月 8日02:00垂直风切变为最大值。由垂直速度分析发现(图4b),东经78°~79°位置低层到高层存在显著的上升速度,近地面较强,其他区域各层次主要为下沉运动。通过风场分析由西向东中低层存在较弱水平的西风和东风风速辐合,高低空风垂直切变有所变大,300 hPa以上高层西南风的风速显著变大;按照风向切变了解到这个时候高空槽处于东经 77°~78°之间。从 9月7日起,阿克苏地区处于较强的动力、热力不稳定区,对于强降水天气的形成以及发展十分有利。

图4  2015年9月 6日 14:00—8日 14:00温度平流(℃·s-1)剖面(东经80°,北纬40°)(a)及 8日 02时垂直速度(10 -2 m·s-1)剖面(北纬40°)(b)
4结论
(1)此次暴雨天气的发生主要在100 hPa南亚高压双体型、500 hPa中亚槽东移以及200 hPa高空急流的共同作用下产生的,这些为暴雨天气的形成提供有利大气环流背景形势。高低空气流耦合增强上升运动;高层干冷低层暖湿,大气层结的不稳定性较强,促进了暴雨天气的发生发展。
(2)此次暴雨天气大多数水汽是由低层偏东气流输送,水汽主要来源于孟加拉湾、南海,偏东气流西伸的位置对于水汽辐合区的位置具有决定性作用,进而影响到暴雨落区。
(3)冷暖平流变化不断加剧,促使热力不稳定条件有所增强,为暴雨提供了很好的热力条件;与此同时,低层至高层垂直风切变的不断变强对于对流性降水天气的发生比较有利,为暴雨天气提供有利的的动力条件。


参考文献:
[1]杨霞,李云,赵逸舟,等.新疆一次深秋局地短时大暴雨的成因分析 [J].高原气象, 2014 , 33(1): 162-170.
[2]张云慧,陈春艳,杨莲梅,等. 南疆西部一次罕见暴雨过程的成因分析[J], 高原气象, 2013, 32(1):191-200

作者简介:穆叶塞尔?穆塔里甫(1987-),女,维吾尔族,新疆阿克苏市人,本科,气象工程师,从事气象预报兼气象观测工作。
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