17 . 8 鄂中大暴雨中尺度系统观测分析 肖艳姣 李中华 武汉中心气象台武汉 4 3 0 0 7 4湖北气象技术装备中心武汉 4 3 0 0 7 4 摘 要 利用武汉多普勒雷达自动气象站以及卫星云图等观测资料对 2 0 0 3 年 7 月 8 日发生在江汉平原- 鄂东北的大暴雨天气过程进行了观测分析分析表明这次大暴雨过程共有 4 个中尺度风暴风暴 A对应的流场为东西南三个方向的汇合流场在西南气流的引导下向东北方向移动生命史达 1 0 小时之久风暴 B C D 是与中 尺度低涡有关的三个相互联系的风暴生命史均为 3 小时左右 关键词 大暴雨 中尺度 观测分析 多普勒雷达 引言 众所周知暴雨是在有利的大尺度天气形势背景下1由中尺度对流性天气系统直接产生的2长江中游地区是著名的梅雨期暴雨多发地胡伯威等3认为梅雨锋上的强降水绝大多数伴随低涡的活动低涡的活动对梅雨期的暴雨起十分重要的作用Jasone.Nachamkin等利用双多普勒雷达反演的风场和地面中尺度资料研究了中尺度对流系统与环境的相互作用同时用中尺度数值模式模拟该过程比较发现两者结果非常一致54张培源6利用多普勒速度图进行了暴雨判据研究而就目前而言人们用多普勒雷达自动气象站等资料对梅雨锋中尺度对流系统的形成及演变过程的观测分析还比较少 2 0 0 3 年7 月8 日江汉平原鄂东北出现了一次暴雨天气过程武汉C H I N A - S A 型多普勒天气雷达对这次过程进行了每6 分钟一次立体扫描的跟踪观测收集了完整的原始数据和图像数据我们使用改进的V V P 方法7从武汉多普勒天气雷达原始速度资料中反演出云中气流二维结构并结合逐小时自动气象站卫星云图等资料对这次暴雨过程中尺度系统进行了分析研究 1 天气概况和天气背景 2 0 0 3 年7 月7 日2 0 时- 8 日2 0 时江汉平原鄂东北普降暴雨大暴雨有1 6 个气象站的雨量超过1 0 0 m m 两个暴雨中心分别位于公安和京山 2 4 小时累计雨量分别为1 9 9 . 4 m m 和1 6 8 . 2 m m此次过程的强降水时段集中在8 日3 - 1 7 时在此期间有4 个站的一小时降水量大于5 0 m m / h其中京山1 1 - 1 2 时的小时雨量达到6 9 m m 这次暴雨过程范围广强度大雨量集中致使荆州荆门孝感黄冈等地区的多个县市遭受到严重洪涝灾害 2 0 0 3 年 7 月 8日 0 8 时5 0 0 h P a 河套低槽东移南插副热带高压减弱东移湖北省位于副高外围的西南暖湿气流中7 0 0 h P a 在湖北省中西部有一中尺度低涡8 5 0 h P a 低涡中心位于湘西北在 8 5 0 h p a和 7 0 0 h p a天气图上都有一支西南低空急流位于贵阳长沙南昌一带风速达到 1 8 m / s 以上这次暴雨过程就发生在低空急流的左前方和低涡的东南侧之间 2 卫星云图和雷达回波演变 2 . 1 卫星云图 从 F Y - 2 号红外云图演变来看 图略这次暴雨过程共有四个中尺度对流云团 称为 A2B C D云团 A 于 7 月 8 日 0 4 时出现在江汉平原南部向东北方向移动0 7 时之后该云团云顶亮温逐渐增高面积变大轮廓模糊但对应地面潜江仙桃天门汉川应城云梦孝感等地降水强度却大多达到 3 0 - 5 5 m m / h 8日 0 8时在江汉平原的云带西边缘对流云团 B 生成该云团对应地面 0 7 - 0 9 时公安等地的强降水 1 0 时后该云团减弱消散1 1 时在鄂东北西部的云带边缘对流云团 C 开始发展到 1 3 时最强该云团对应地面 1 1 - 1 3 时京山等地的强降水1 4 时后该云团逐渐减弱1 5 时在减弱的对流云团 C 的西南象限又有新的对流云团 D 发展该云团对应地面 1 5 - 1 7 时大悟等地的强降水1 8 时后云团减弱 2 . 2 雷达回波 分析武汉多普勒雷达 0 . 5 仰角的 P P I 图像发现在 8 日 0 5 时之前在监利洪湖潜江仙桃一带有西南走向的超折射回波出现意味着这一带低层有暖干盖存在暖干盖的存在有利于不稳定能量的积聚 与对流云团 A 的活动对应在雷达回波图上从 0 3 时开始就有一个对流性降水回波团以下称为风暴 A从公安开始在西南气流的引导下向东北方向移动回波强度一直维持在4 0 - 5 5 d B z 0 7 时之后风暴 A 的尾端不断有对流单体新生到 8 : 0 3分风暴 A 的主体出现了明显的 V形槽口9 : 2 0分后风暴 A的主体逐渐演变成弓形回波1 1 : 5 9分之后这个弓形回波逐渐减弱消散至此由该风暴引起的地面强降水结束其生命史长达 1 0 小时之久图1 为风暴 A 的演变过程从回波顶高分析0 7 时之前风暴 A 的回波顶高达到 1 7 - 1 8 k m 之后逐渐下降到 9 - 1 0 k m 这与 F Y - 2 号红外卫星观测到的云团 A 在 0 7 时之后云顶亮温的增高是一致的 图 1 2003 年 7 月 8 日强风暴 A 的演变过程 8 时左右在雷达回波图上图略荆州西南方有一对流单体生成以下称为风暴 B风暴 B 与云团 B 的活动对应 到 8 : 3 9 分 风暴 B 出现弓形回波结构 强度达到 4 0 - 5 0 d B Z9 : 0 3分弓形回波从中间断开在向东北方向移动的过程中呈扇形展开其强度也有所减弱1 1时左右到达京山西部的弓形回波头重新发展加强以下称为风暴 C这与对流云团 C的生成对应到 1 3 : 0 6分风暴 C最强回波强度达到 5 7 d B z 1 2时后除弓形回波头还维持较强以外余下的弓形回波减弱1 4 : 0 1 分弓形回波头开始分裂呈扇形展开位于安陆的回波头又重新发展以下称为风暴 D这与对流云团 D 的生成对应风暴 D 向东北方向移动到达大悟时强度达到 5 4 d B z 到 1 7 : 5 1 分风暴 D 移出鄂东北 3 风场分析 利用自动气象站逐小时测风武汉多普勒径向速度以及改进的V V P 方法反演的水平风场等对这场暴雨过程中的中小尺度流场进行了分析 33 . 1 地面风场分析 分析逐小时地面风场发现在 0 8 时之前与风暴 A 的活动对应的地面风场没有明显的中小尺度流场0 8 - 1 0 时在孝感蔡甸汉口黄陂有一个尺度较小的涡旋 A 见图 2 a 与风暴 B 的活动对应地面风场中有一个小涡旋 B 于 0 7 时在松滋公安荆州之间形成见图 2 b9 时后这个小涡旋逐渐展开成尺度较大的涡旋环流 C 此时与风暴 B 对应的雷达回波图上荆州附近的弓形回波开始断裂成扇形展开这是涡旋边界形成的一条辐合线涡旋 C 向东北方向移动1 2 时涡旋前端到达京山1 3 时京山由东风转为西南风从图 2 c中可以分析在尺度较大的涡旋内部有一个尺度较小的涡旋 D形成1 3时后广水安陆应城一带由东南风逐渐顺转为西北风最后于 1 7 时在大悟云梦红安之间形成一个涡旋环流E 见图 2 d涡旋 E 的形成在风暴 D 对应的地面强降水之后 3 . 2 多普勒径向速度分析 利用0 . 5 仰角的多普勒径向速度图图略对与风暴C 和D 对应的中小尺度流场进行了分析 1 2 : 0 5 分在京山附近出现了沿雷达径向对称分布的正负速度中心朝向雷达的负速度在径线左侧远离雷达的 正速度在右侧说明这儿有一个气旋性环流存在对应的强度图上京山附近的回波重新发展加强这个气旋性环流向东北方向移动的过程中左边的负速度区范围越来越小右边的正速度区范围逐渐扩大并且正速度值也逐渐增大于1 4 : 3 2 在安陆附近形成一个强风核径向速度达到1 9 - 2 6 m / s 到风暴D 发展时速度图上没有明显的正负速度对可能正是这个强风核向东北方向的传播导致了风暴D 的发展 3 . 3 反演风场分析 由于多普勒天气雷达直接测量的只是风速沿波束轴方向的分量, 所以对显示的图像不是直截了当的, 为此我们用改进的 V V P 方法从径向速度场中反演出二维风场分析了与风暴 A 和风暴 D 对应的中小尺度流场特征 图 3 a 是 2 0 0 3年 7 月 8 日 0 9 : 0 3分的 2 k m高的多普勒反演风场与 C A P P I的叠加 从中可以看出风暴 A周围的气流从东西南西三个方向向中心汇合后向东北方向流出在风暴 A图 2 2003 年 7 月日地面风场 A (a) 7 月 8 日 09 时 B (b) 7 月 8 日 07 时 (d) E 7 月 8 日 17 时 D C (c) 7 月 8 日 13 时 4的整个生命阶段都基本维持这种汇合流场它导致的暖湿气流辐合上升运动使得强降水长时间维持从图中还可看出风暴 A头部左侧的气流呈气旋性旋转如图 3 a中的大圆圈使得风暴 A逐渐演变成弓状回波在风暴 A前沿突起部位稍偏南处有一个尺度较小的气旋性环流这个小环流与地面涡旋 A 对应如图 3 a 中的小圆圈 图 3 b 是 2 0 0 3 年 7 月 8 日 1 5 : 3 2 分的 3 k m 高的多普勒反演风场与 C A P P I 的叠加从中可以看出, 当涡旋 D 消散后留下的强风核向东北方向传播时在其前沿形成一条由西南风和偏东风构成的呈气旋性弯曲的辐合线如图 3 b中的曲线就是这条辐合线引起的上升运动导致安陆附近的回波重新发展加强 3 . 3 垂直风切变分析 使用 0 8 : 0 3 分从武汉多普勒雷达垂直风廓线产品中获取的 0 . 3 k m 0 . 9 k m 2 . 1 k m 3 . 0 k m4 . 0 k m 高处的风向和风速以及从 0 8 时汉口的地面观测中获取的风向风速分析了 8 日 0 8 时武汉上空的垂直风切变分析结果表明2 k m 以下平均垂直风切变达131082.12s而且风向随高度剧烈顺转 1 3 5 , 4 k m 以下平均垂直风切变达131054. 8s这种强垂直风切变能够产生强的风暴相对气流使得上升气流和下沉气流在相当长的时间内共存这是风暴 A维持1 0 小时之久的重要原因之一 4 小结 1 这次大暴雨过程是在有利的天气背景下由四个中尺度对流风暴 A B C D 直接导致的 2 风暴 A 对应的流场为东西南三个方向的汇合流场强的低层垂直风切变和持续的汇合流场是风暴 A 维持 1 0 小时之久的主要原因 3 风暴 B C 是中 尺度低涡引起的风暴 D 是由强风核的传播导致辐合引起的生命史均为 3 小时左右次级环流的形成是减弱的对流性降水重新发展加强的主要原因 4 多普勒天气雷达在中小尺度天气监测和临近预报中表现出极大的优越性因此需加强多普勒天气雷达信息分析和研究工作使其在短时预警报服务工作中发挥更大作用 参考文献 1 陶诗言等. 中国之暴雨. 北京气象出版社1 9 8 0 . 1 2 2 5 . 2 丁一汇主编. 1 9 9 1 年江淮流域持续性大暴雨研究. 北京: 气象出版社, 1 9 9 3 . 4 7 1 3 7 . 3 胡伯威, 潘鄂芬. 梅雨期长江流域两类气旋性扰动和暴雨. 应用气象学报, 1 9 9 6 , 7 ( 2 ) : 1 3 9 1 4 4 . 图 3a 2003 年 7 月日 9:03 分 的多普勒雷达反演风场图 图 3b 2003 年 7 月日 15:32 分 的多普勒雷达反演风场图 5 4 J A S O N E . N A C H A M K I N , R A Y L . M C A N E L L Y , A N D W I L L I A M R . C O T T O N . I n t e r a c t i o n s b e t w e e n a D e v e l o p i n g M e s o s c a l e C o n v e c t i v e S y s t e m