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一次西南低涡及其降水的结构特征分析

向朔育  
【摘要】:西南低涡这一中尺度天气系统,其强烈发展和移动能给我国大部分地区带来暴雨等灾害性天气。本文利用四川自动站雨量资料、NECP1°×1°再分析资料、SWAN系统雷达拼图产品和TRMM卫星资料,结合天气学和物理量诊断方法,分析研究了2010年7月15-18日四川盆地区域性暴雨天气过程中西南低涡发生的大尺度环流背景及低涡的发展与移动机制、动力和热力结构,雷达回波、低涡降水和降水云的宏微观结构等特征,主要结论如下: (1)本次西南低涡暴雨发生在典型的500hPa“鞍型”环流场和“北槽南涡”高低空配置,台风“康森”和低空急流对低涡演变和水汽输送有重要影响。暴雨过程的两个强降雨中心乐山市、巴中与达州两市的强降雨集中时段与低涡在当地的活动时段一致。700hPa涡区附近的正涡度平流输送,对西南低涡的发生发展起重要作用,正涡度平流中心加强,对应低涡发展加强,反之,低涡不发展。850hPa上,低涡只有在其后部冷平流和前部暖平流同时出现时才会移动,移动方向为冷暖平流交汇中心的零线方向,并且温度平流输送越强,低涡移速越快,反之,越慢。 (2)动力和热力结构特征分析表明:低涡活动的正涡度区主要出现在500hPa以下高度,700hPa为正涡度中心,500hPa以上为负涡度区;600hPa以下为辐合区,与正涡度区的位置对应较好,强辐合中心出现在850hPa以下,600hPa以上为辐散区。正涡度中心出现时段与强降水出现时段有良好的对应关系,低层的辐合中心和高层的辐散中心基本上都超前于强降水中心一个时段出现,具有很好的指示意义。低涡降水集中时段与强烈上升运动时段有较好的对应关系,垂直速度中心出现在600-500hPa高度,最高能发展到300hPa附近。850hPa以下层结不稳定,最大对流不稳定层结与强降水集中出现时段的时间差,表明强降水的发生需要一定时间的不稳定能量积累过程。另外,低涡过程中850hPa的水汽通量辐合中心与强降水中心有很好的对应关系。 (3) SWAN系统的COTREC风场雷达拼图产品,从7月15日23点00分到7月18日20点12分多次捕捉到低涡地区的气旋性环流(或切变)特征,说明该气旋性环流很好的反映西南低涡的扰动特征。低涡过程的雷达回波特征表现为层云-对流云混合降水型,强回波中心的发展、移动与低涡的发展、移动有较好对应关系。暴雨过程中最大垂直液态含水量不高,水汽主要还是来自低空暖湿气流的输送。并且,最大垂直液态水含量、最大组合反射率和最高回波顶随时间变化的趋势基本一致,垂直液态水含量的高值中心对应强的组合反射率中心和高回波顶。西南低涡的发展、移动能促进云团回波的打通合并,最大垂直液态水含量的急增使云团能迅速积聚能量,雷达回波强度和范围进一步扩大。 (4) TRMM卫星探测的西南低涡降水云结构特征是:水平方向降水云系主要位于低涡的右前方,红外亮温图上混合云系结构特征明显,云顶温度越低,对流活动越强。红外亮温云区远大于微波亮温云区,微波亮温低值区与降水区有很好的对应,微波亮温值越低,降水强度越强。垂直方向在低涡发展的不同阶段,始终是可降冰粒子含量最高,可降水粒子含量次之,第三是云水粒子含量,云冰粒子含量最少。可降冰粒子贯穿整个低层到高层,主要集中在10.0km以下,在凝结层附近达最大值,可降水和云水粒子主要分布在5.0km高度以下,云冰粒子主要集中在8.0km高度以上,且云中上升运动越强,云冰粒子在对流层中高层的含量越大。 (5) TRMM卫星探测的西南低涡降水结构特征是:水平方向低涡降水区域主要位于低涡北部和东北部,降水云团由孤立块状云团逐渐发展成一条东北-西南走向的降水雨带,雨带中层云降水包围对流降水,整个雨带中层云样本比例高达90%,雨强范围主要集中在0-5mm·h-1内,较小雨强(10mm h-1)占总降水比例的60%以上;对流降水主要集中在10-20mm·h-1内,对总降水量的贡献达到30%以上,随着对流降水发展,对流降水雨谱中较大雨强(30mm h-1)对总降水量的贡献也随之增加。垂直方向在低涡成熟阶段,最大雨顶高度能达到17km,强降水中心瞬时强度超过50mm h-1,出现在5km附近,层云包围对流降水的结构明显,低涡发展和减弱阶段,雨顶高度基本维持在10km附近,并且在5km附近层云的亮带结构明显。低涡再发展时,整个雨带中降水强度再次加强,但雨顶高度和降水强度远远小于低涡成熟时,此时低涡区内强降水中心附近出现明显的螺旋雨带结构。 (6) TRMM卫星资料得到的西南低涡平均降水廓线特征是:对流降水廓线能体现出低涡降水的发展演变过程,低涡发展成熟阶段,10-18km高度降水明显增多,该阶段云中大量降水粒子被抬升至高层形成固态降水粒子。对流降水和层云降水的最大降雨量均出现在6km以下,说明本次降水过程云粒子的碰并增长过程起主要作用。无论对流降水还是层云降水在5km以下降水随高度变化都有增加也有减少,这可能与该高度内复杂的微物理过程和四川地区复杂地形影响有关。另外,低涡降水的潜热廓线特征是:四个不同阶段低涡降水的潜热释放始终在7km附近出现最大值。低涡成熟阶段,各层潜热释放最强,首先在7km以下高度迅速增大至第一个峰值,最大潜热释放接近8000K h-1,之后在7-9km高度范围潜热迅速减小,在9-12km高度随高度略有回升,在14km高度以上又迅速增大,这些变化可能与云中(顶)的相变过程有关。其它低涡发展阶段,各层潜热释放总值相差不大,低涡减弱阶段比其它两个阶段略低。


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