气象科技进展 1 达维台风大暴雨实况及灾情受 2012 年第 10 号台风达维影响,8 月 3 4 日河北省沿海地区出现了强降水 ( 图 1), 秦皇岛唐山东南部沧州东部出现了大暴雨, 部分地区出现了特大暴雨, 秦皇岛海阳镇最大为 mm, 唐山汤家河次之为

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艮右辟
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1 Progress 研究进展达维台风大暴雨过程熵流特征分析崔粉娥1 畅巨峥2 李卫敏1 靳甜甜1 1秦皇岛市气象局秦皇岛青龙满族自治县气象局秦皇岛摘要应用耗散结构理论对2012年8月3 4日发生在河北省海岸带的一次台风暴雨过程进行诊断分析着重分析了大气排熵指数边界层上部平均广义相当位温与暴雨的发生和落区的关系结果表明副热带高压稳定少动和台风外围强盛的东南风急流造成了本次历史罕见的大暴雨局地特大暴雨天气大气排熵指数由高值向低值的演变有利于对流的发展从而导致对流暴雨形成负熵流区涵盖了强对流或对流性大暴雨发生的主要区域暴雨产生前5~6 h 有高熵空气在边界层上部聚集暴雨区位于高熵中心附近低空切变线和地面辐合线附近与高熵舌伸展的区域相一致关键词台风暴雨排熵指数广义相当位温 DOI /j.issn Analysis of the ntropy Flow Characteristics During the Torrential Rainfall vent of Typhoon Damrey (2012) Cui Fene1, Chang Juzheng2, Li Weimin1, Jin Tiantian1 (1 Qinhuangdao Meteorological Bureau,Qinhuangdao Qinglong Manchu Autonomous County Meteorological Bureau, Qinhuangdao ) Abstract: Based on the theory of dissipative structures, a typhoon rainstorm event, which took place in the coastal zone of Hebei Province on 3-4 August 2012, is analyzed with emphasis on the relationship between the rainfall zone and two diagnostic variables, i.e, the atmospheric removing entropy index and the average generalized equivalent potential temperature in the upper boundary. The results show that: the stable subtropical high and the strong southeast jet outside the typhoon lead to an extreme weather event, associated with local torrential-heavy rain; the removing entropy index changing from high values to lower ones denoted the development of convection leading to the formation of heavy rainfall; the negative entropy flow area covered the main area of strong convection and convection heavy rainfall, and the high entropy air converged in the top of the boundary layer 5-6 hours before the torrential rainfall occurred, also the rainfall areas located near the center of high entropy, which is consistent with the high entropy tongue stretched regions. Keyword: typhoon torrential rainfall, removing entropy index, generalized equivalent potential temperature 0 春虎等[6]应用耗散结构理论分析了排熵指数与远距引言耗散结构理论为天气预报和气候变化的研究提供了新的思路和方法 [1] 熵平衡方程是制约大气运动的基本方程之一 [2] 暴雨是与积云对流的发展或台风的活动紧密联系的天气过程而积云对流和台风一般被看成是大气中典型的耗散结构 [3] 符长锋[4]借助熵平衡方程对台风暴雨过程在负熵流作用下的减熵运动进行了诊断和对比分析得出了台风大范围暴雨和强的负熵变相对应的结论张霞等[5]分析了熵流指数在远距离台风暴雨过程中的演变特征指出了各熵流指数与暴雨的发生和落区之间有较好的对应关系李收稿日期 2015 年 12 月13 日修回日期 2016 年 6 月 29 日第一作者崔粉娥 1977 mail cuifene@126.com 离台风暴雨区的关系指出排熵指数对远距离台风暴雨分析预报有一定的指示作用符长锋等[7]根据空气微团在多相系可逆湿绝热过程中的熵守恒原理导出了广义相当位温的概念和表达式表明广义相当位温能较完整地表现大气的温湿特征并在强对流天气和暴雨预报中加以应用目前广义相当位温在直接类台风暴雨预报中的扩展应用工作甚少本文借助广义相当位温构建的大气排熵指数对2012年8月3 4日发生在河北省海岸带的一次台风暴雨过程进行分析着重讨论了大气排熵指数边界层上部平均广义相当位温的高熵中心在强降水时段的演变特征指出了各熵流指数与台风暴雨的发生和落区之间的对应关系旨在为此类台风暴雨过程的预报提供有益的参考 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展

气象科技进展 1 达维台风大暴雨实况及灾情受 2012 年第 10 号台风达维影响,8 月 3 4 日河北省沿海地区出现了强降水 ( 图 1), 秦皇岛唐山东南部沧州东部出现了大暴雨, 部分地区出现了特大暴雨, 秦皇岛海阳镇最大为 306.5 mm, 唐山汤家河次之为 273.

2 气象科技进展 1 达维台风大暴雨实况及灾情受 2012 年第 10 号台风达维影响,8 月 3 4 日河北省沿海地区出现了强降水 ( 图 1), 秦皇岛唐山东南部沧州东部出现了大暴雨, 部分地区出现了特大暴雨, 秦皇岛海阳镇最大为 mm, 唐山汤家河次之为 mm 强降水主要集中在 3 日夜间到 4 日凌晨 ( 图 2) 加密自动站显示 : 最大雨强唐山古河为 87.6 mm 根据翡翠岛海上自动气象站观测实况分析,4 日时海上平均风力为东北风 7~8 级阵风 9~10 级, 最大值出现在 4 日 02 时 40 分, 平均风速为 19.3 m/s(8 级 ), 极大风速为 27 m/s(11 级 ), 沧州沿海最高潮位达到 5.17 m( 警戒潮位 4.8 m) 河北省降水分布图 B C A 图例 0mm~0.1mm 0.1mm~1mm 1mm~9.9mm 10mm~24.9mm 25mm~49.9mm 50mm~99.9mm 100mm~250mm >250mm 2012 年 08 月 03 日 08 时至 2012 年 08 月 04 日 08 时图年 8 月 3 日 08 时至 4 日 08 时河北省降水分布 ( 单位 :mm, 图中 A 代表秦皇岛海阳镇,B 代表唐山汤家河, C 代表唐山古河 ) Fig.1 Distribution of rainfall in Hebei Province for 24 h from 08: 00 BT 3 to 08: 00 BT 4 August 2012 (unit: mm, A is Haiyang Town in Qinghuangdao region, B is Tangjiahe and C is Guhe in Tangshan region) 站数 >10 mm >20 mm >30 mm >40 mm >50 mm >60 mm 4 日 02 2 时发布暴雨红色预警信号 44 日 06 6 时解除暴雨红色预警信号 0 3 日时 4 日时 4 日时 4 日时 4 日时 4 日时 4 日时 4 日时 4 日时时间图年 8 月 3 4 日秦皇岛市逐小时降雨站数时序图 ( 黑色虚线代表强降水时段 ) Fig.2 The number of stations with rainfall in hours for 24h from 3 to 4 August 2012 (Black dashed lines indicate the heavy rainfall hours) 由于台风达维登陆时恰逢农历十五天文大潮期, 同时该台风登陆时强度将保持台风强度, 也是 1949 年以来登陆长江以北的最强台风, 距离河北省海岸线最近时为 15 km, 产生风雨潮三碰头的影响此次过程降雨强度较大, 降水时间集中, 造成河北省沿海地区大范围洪涝灾害, 河北省秦皇岛为此次天气过程的重灾区之一,3 座大型水库超过汛限水位 64 座中型水库溢流因洪涝灾害共造成 174 万人受灾, 因灾死亡 3 人 ; 农作物受灾面积 17 万 hm 2, 绝收面积 3 万 hm 2 ; 倒塌房屋 1.6 万间, 直接经济损失达 194 亿人民币 2 成因分析 2.1 大尺度环流背景与影响系统在 2012 年 8 月 3 日 08 时 500 hpa 高空 ( 图 3a), 河套地区有一短波槽缓慢东移, 副热带高压 ( 以下简称副高 ) 成块状, 脊线稳定在 37 附近, 西脊点在辽东半岛, 之后逐渐向西北偏北方向移动同时, 强热带风暴苏拉位于闽浙交界处沿海, 随副高外围东南气流向西北方向移动 ;3 日 20 时, 高空槽进一步加深并向东北方向移动, 且中纬度西风带系统经向度加大, 副高稳定且略有西伸, 有利于热带风暴达维向东北偏北方向移动同时, 次 700 hpa 高空图 ( 图 3e) 在山东半岛和天津一带有明显的低涡环流, 配合 850 hpa 高空图 ( 图 3c 和 3d) 上同一位置也存在明显的低涡环流, 维持较强的东南风急流, 最大风速达到 24 m/s 河北省东北部地区位于台风北侧, 偏东风加强, 有明显的气流辐合河北省沿海地区秦皇岛唐山等地的降水显著加强在 8 月 4 日 08 时 500 hpa 高空图 ( 图 3b) 上, 副高脊线西伸北抬逐渐与大陆高压合并控制华北地区, 热带风暴达维进一步减弱为低压, 并入西风槽向东北方向移动 700 和 850 hpa 偏南风急流移到辽东半岛 ( 图 3d 和 3e), 低压环流中心位于辽宁西部, 达维对河北省的影响基本结束由副高动态图可见 ( 图 3f ): 从 2 日 20 时开始至 4 日 08 时副高成块状分布, 稳定维持在 ~, 北脊点稳定少动, 西脊点略有西伸, 副高中心为 592 hpa, 范围逐渐扩大, 但中心数值不变副高稳定少动且脊点的位置有利于热带风暴达维向北移动和水汽向河北海岸带源源不断输送 2.2 中尺度系统分析低空切变线是台风倒槽向北伸展的风向辐合线, 由图 3 可知 : 在强降水时段的 850 hpa 风场上沿海岸带存在明显的风向风速辐合, 是东北风和偏南风之间的切变, 切变线附近具有较强的斜压不稳定性, 有利于 38 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(5)- 2017

Progress 研究进展 70 65 70 65 60 60 55 55 50 50 25 25 20 20 15 15 10 60 70 80 10 60 90 100 110 120 1 1 150 (c) (d) 34 34 32 32 28 28 26 70 80 90 100 110 120 1 1 150 26 106 110 114 118 122 126 1 134 106

3 Progress 研究进展 (c) (d) (e) (f) 图3 2012年8月3日 a c 和4日 b d 500 hpa 08时高度场 a b 单位 dagpm 和850 hpa风场 c d 单位 m/s 8月4日08时700 hpa风场 e 单位 m/s 以及500 hpa副高动态图 f 蓝色 2日20时紫色 3日08时黄色 3日 20时绿色 4日08时单位 dagpm) Fig.3 Potential Heights at 500 hpa (a, b, unit: dagpm) and wind field at 850 hpa (c, d, unit: m/s) at 08:00 BT 3(a, c) and 08:00 BT 4(b, d) August 2012, wind field at 700hPa at 08:00 BT 4 August 2012 (e, unit: m/s), and evolution of subtropic highs (f, blue for 20:00 BT 2 August; purple for 08:00 BT 3 August; yellow for 20:00 BT 3 August and green for 08:00 BT 4 August) 此次台风暴雨过程的增幅北风控制风速减小回波减弱东移降水结束从SWA回算的秦皇岛和天津两部雷达的拼图地面辐合线的存在与海陆分布有一定的对应关与自动站风场叠加图4 可以看到 8月3日23时系随着达维的移动河北省东北部海岸带产生达维的环流中心位于山东北部接近河北省此了东北风与西南风的辐合辐合抬升作用使得地面降时海上风速加大有一条切变线从台风中心伸向河北水进一步增幅省东北部沿海此时回波结构密实地面降水开始加大 4日02时山东境内为偏南风河北省东北部沿 3 海岸带存在辐合线回波继续加强中心强度达到边界层上部平均广义相当位温 dbz以上降水强度加强之后河北省逐渐转为偏熵流指数表达式及其物理意义广义相当位温 θ s 是大气显热和潜热的综合热 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展

并且在可逆湿绝热过程中是完全保守的它个新的实用的热力学参量是基于在可逆凝结绝热过程中熵不变这一重要性质得 3.

4 气象科技进展图4 2012年8月3日23时 a 和4日02时 b 雷达拼图与加密自动站风场叠加图 Fig.4 Radio echo overlap the wind field at auto-stations at 23:00 BT 3 and 02:00 BT 4 August 2012 力指标 [8] 它全面考虑了水汽和液态水在大气热力过地显现这种熵的聚积现象因此在天气分析特别是程中所能发挥的作用精确而完整地反映了大气的温在次天气尺度和中尺度强降水系统的诊断分析中是一湿特征并且在可逆湿绝热过程中是完全保守的它个新的实用的热力学参量是基于在可逆凝结绝热过程中熵不变这一重要性质得 3.2 大气排熵指数到的对于开放体系单位体积内熵流项的时间变率可 1 以表示为[3] 其中 Js 式中 S =ρs为熵密度 s为比熵 Js是单位时间内流过单位面积的熵简称熵流鉴于θs是大气比熵s的单值函数用θs替代熵流散度中的比熵s 其效果是一样的且量值变化更为显著使用更加方便[4] 从而有式中 θd是干空气的位温 θe是相当位温 T zi 是起始抬升高度处的气温其余为常用符号 [9] 对于饱和湿空气式中凝结高度处的气温 T k ρ θs V 7 对式 7 积分并求其平均得[7] 应改用T r是气块中水汽质量 m v 和液态水质量 8 mw 之和与该气块质量 m 的比值 5 式中 p 1和p 2分别表示大气下层和上层某一等压面气 θ s的物理意义是[10] 假定一个携带有液态水的湿压 V为水平风速矢量根据式 3 考虑到无辐空气微团在可逆湿绝热上升过程中其中的水汽不断凝结出来并随该湿空气微团一起上升一点也不脱离该湿空气微团直至其中的水汽全部凝结为液态水不考虑凝华作用这就相当于液态水的显热能和散层通常位于 hpa 因此用高层 hpa 平均熵流散度和低层 hpa平均熵流散度的差值建立一种指数称作大气排熵指数用RI表示公式为水汽的潜热能全部用来加热干空气所表示的热量相 9 当于该空气微团相当位温的τ倍 40 边界层热量和水汽的输送对区域性暴雨是重要对流层下层 hpa是暴雨天气的能量和物的 hpa处于边界层上半部是熵流输入和质的输入层中高层500 hpa至平流层下部的100 hpa 聚积的重要层次 θs场的高值舌区高熵舌突出是暴雨天气的能量和物质的输出层 RI的物理意 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展

5 Progress 研究进展图年 8 月 4 日 02 时高空和低空平均熵流散度 ( 实线, 单位 :10-5 K/s) Fig.5 Averaged entropy flow divergence (unit: 10-5 K/s) at 02:00 BT 4 August 2012: for higher layer, for lower layer 义 : 当下层辐合 ( 即 θ s V h >0) 和有高熵平流时,, 对 RI 有负值贡献 : 而上层则相反, 当其辐散 ( 即 θ s V h <0) 和有低熵平流时,, 对 RI 也有负值贡献故当某地 RI<0 时, 即下层辐合上层辐散, 相当于有负熵流的作用, 大气的有序度增加, 有利于不稳定增强和暴雨天气发展 4 熵流指数分析熵流指数分析使用的资料是 1 1 经纬度网格点的 CP 全球再分析资料 (2012 年 8 月 3 4 日 ), 时间间隔 6 h, 根据第 3 节介绍的 θ s 和 RI 公式运算 4.1 台风暴雨区大气排熵指数 [4] 符长锋借助熵平衡方程论证了台风大范围暴雨和强的负熵变相对应, 并且负熵变的汇合能够清楚地反映出中低纬度天气系统的相互作用, 为台风远距离影响的特大暴雨的出现提供先兆分析强降水时段 (2012 年 8 月 3 日 20 时至 4 日 08 时 ) 台风暴雨过程中低空和高空的平均熵流散度发现, 台风暴雨区的平均熵流散度具有低空辐合和高空辐散的特征 ( 图 5), 由前面公式 (9) 可知, 当低空辐合和高空辐散同时存在时,RI 为负值本文用 RI 来表示熵变 ( 当 RI<0 时表示有负熵变或负熵流 ), 从而讨论台风暴雨区与 RI 的关系从 RI 分布 ( 图 6) 可以看出 : 图 6a 是主要降水时段前的 RI 分布, 可以看到在渤海地区存在一负熵变 ( 负熵流 ) 中心, 河北东部沿海一带为弱负值区, RI 值为 0~ K/s, 此处负熵流较弱的原因是对流运动并不强烈 ; 到了 3 日 20 时 ( 图 6b),RI 负值区向西北方伸展, 范围扩大, 负值中心轴线呈东北西南向, 秦皇岛唐山沿海一带 RI 负值由原来的 K/s 迅速减小为 K/s; 台风随着时间的推移继续向北移动, 台风低压环流中心位于渤海, 河北省东北部地区位于台风北侧, 偏东风加强, RI 负值中心向东北方移动, 负值中心轴线近乎南北向, 河北东部沿海一带 RI 负值区维持 3 日夜间至 4 日凌晨河北省的强降水正是出现在 RI 负值显著增大区 ( 图 7), 台风暴雨落在 RI 中心偏左侧, 强降水分布在 RI 负值中心轴线附近根据耗散结构理论, 降雨云的发展和维持必须满足负熵流, 才能抵消降雨云体内强大的熵产生, 这些地区上空负熵流的维持和增强, 有利于降雨云的继续发展 [11] 4 日 0 8 时台风低压环流中心位于辽宁西部, 河北东部沿海一带 R I 有较大的正增幅, 由原来的 K/s 迅速增大为 K/s, 强降水的北部地区存在一明显的正熵变中心 ( 正熵流 ) 中心, 说明强降水发生后, 云体中熵产生的作用已高于负熵流, 致使云体停止发展, 或移出或消亡 [12] 通过以上分析看到, 负熵变区或负熵流区的演变跟系统的演变基本一致,3 日 14 时至 4 日 02 时,RI 出现明显的负距平, 同时段高空槽与河套地区短波槽同位相叠加, 副高与西风带高空槽之间西南急流加强, 西南急流引导达维向东北方向移动, 为台风暴雨创造了动力和层结不稳定条件台风低压环流移动到渤海, 东南急流达到最强, 最大风速达到 24 m/s, 河北省东北部偏东风明显加强, 台风外围充沛的水汽沿东南急流向河北东部沿海输送, 可产生深厚的湿层和强水汽辐合, 并导致不稳定性增强和不稳定能量的 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(5)

6 气象科技进展 (c) (d) 图6 2012年8月3日14时 a 和20时 b 4日02时 c 和 08时 d RI分布图单位 10-5 K s-1 Fig.6 Distribution of the RI (unit: 10-5 K s-1) at 14:00 BT 3, 20:00 BT 3, 02:00 BT 4 (c), and 08:00 BT 4(d) August 2012 积蓄和释放对该侧降水产生重要影响 4日02 08 时 RI出现明显的正距平此时系统东移低压环流中心位于辽宁西部偏南急流移到辽东半岛河北省东北部地区处在水汽辐散区降水趋于结束 4.2 排熵指数与水汽通量散度对比分析水汽通量散度的物理意义是在单位时间单位体积内汇合进来或者输送出去的水汽质量从850 hpa 水汽通量散度图图8 可以看出 8月3日20时河北东北部有一个中心强度为 g/ cm2 hpa s 的水汽辐合带该辐合区逐渐向东北方向移动强度有所加强 4日02时水汽通量辐合带位于河北和辽宁交界之后由于低压环流向东北方向移动水汽通量辐合减弱该地区的强降水逐渐结束与台风暴雨区的平均熵流散度或RI的对比分析可以看出负值区都可以代表低空辐合和高空辐散的 42 特征但熵流指数的演变与暴雨落区的对应关系明显优于水汽通量散度水汽通量散度体现不出中低纬度天气系统的相互作用因此与强降水落区有偏差从RI的演变可以看到 RI由高值向低值的演变反映了大气低层的高熵通过垂直上升运动向高层大气输送有利于对流的发展此结论同时也证明了 RI对未来短时间内强对流天气的发生有明显的预测作用负熵流区涵盖了强对流或对流性大暴雨发生的主要区域暴雨产生前5 6 h 有明显的RI负距平且大暴雨落在RI负值轴附近区域因此 RI的演变对强降水的发生有较好的指示作用对台风暴雨落区预报提供有益的参考 4.3 边界层上部平均 θ 相当位温 hpa处于边界层上部是熵流输入和聚积的重要层次夏季强对流天气或暴雨发生前一般 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展

Progress 研究进展 43 41 39 37 43 41 39 37 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 34 116 118 120 122 124 126 图 7 2012 年 8 月 4 日 02 时 RI 差值 ( 图 5b 的值减去图 5a 的值 ) 分布图 (a, 单位 :10-5 K s -1 ) 和 24 h 暴雨区分布

7 Progress 研究进展图年 8 月 4 日 02 时 RI 差值 ( 图 5b 的值减去图 5a 的值 ) 分布图 (a, 单位 :10-5 K s -1 ) 和 24 h 暴雨区分布 (b, 单位 :m m) Fig.7 Distribution of difference of the RI (unit: 10-5 K s -1 ) at 02:00 BT 4 August 2012 (values in Fig.5b minus values in Fig.5a), Rainstorm area in 24 hours (mm) 都有高温高湿空气从低层输入, 在边界层聚积的现象当 925 和 850 hpa 均值场上的高熵舌所在区域上空有冷平流和排熵机制存在时, 该区通常会是对流不稳定度加大或对流不稳定即将发展的区域, 这通常是强降水即将发生的区域 [7] 因此, 根据 925 和 850 hpa 均值场上平均 θ s 的演变, 来讨论高熵舌与台风暴雨落区的关系 8 月 3 日 20 时 ( 图 9a) 台风暴雨发生前, 由于受高压边缘高温高湿气团影响, 河北省边界层上部熵大于 130, 但高熵中心的位置位于渤海地区, 与热带风暴达维低压环流中心相一致, 高熵舌由西南伸向东北, 河北东部沿海熵为 135 到了 4 日 02 时 ( 图 9b), 高熵中心和强度都变化不大, 并且高熵中心在渤海持续时间达 6 h 以上, 随着系统东移和台风向北移动, 唐山秦皇岛一带出现明显的高熵舌, 高熵舌由东南伸向西北, 大于 135 的高熵区范围有所增大, 同时次的边界层上部高熵平流 ( 图 10) 显示 : 唐山秦皇岛一带处于高熵平流中心区, 与未来的暴雨落区相吻合这说明河北东部沿海上空有明显的熵流输入和聚集, 为该区域暴雨的发生和持续提供了必要条件 4 日 08 时 ( 图略 ), 随着副高北抬和热带风暴达维低压向东北方向移动, 边界层上部高熵区北移, 河北省东部沿海暴雨区的熵值明显减小, 热带风暴达维对河北省的影响基本结束图年 8 月 3 日 20 时和 8 月 4 日 02 时 850 hpa 水汽通量散度场 ( 单位 :10-5 g/(cm 2 h P a s)) Fig.8 Moisture divergence at 850hPa (unit: 10-5 g/(cm 2 hpa s)) at 20:00 BT 3 and 02:00 BT 4 August 2012 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(5)

8 气象科技进展图年 8 月 3 日 20 时和 4 日 02 时边界层上部 θ s ( 单位 : ) Fig. 9 Distribution of the θ s (unit: ) above boundary layer at 20:00 BT 3 and 02:00 BT 4 August 图年 8 月 4 日 02 时边界层上部 θ s 平流 ( 单位 :10-5 K /s) Fig.10 The θ s advection (unit: 10-5 K/s)at upper boundary layer at 02:00 BT 4 August 广义相当位温与相当位温对比分析相当位温 (θ e ) 是一个重要的温湿特征参数, 广泛应用于大气位势稳定度分析气块运动轨迹等熵面追踪等问题 θ e 的大值区是大气层结最不稳定的地方, 等 θ e 线密集区是位势不稳定和斜压不稳定集中的区域, 是大气中湿斜压不稳定能量集中的区域, 蕴藏着可供中尺度对流发展所必需的不稳定能量从 850 hpa θ e 场 ( 图 11) 可见,8 月 3 日 20 时在渤海有一南北向的相当位温高值区, 中心值达 356 K, 河北东北部处于 θ e 高值区, 且大于 348 K, 该强度稳定少变 ;4 日 02 时高值区略有东移, 暴雨区位于该高值区中, 之后由于不稳定能量得到释放的缘故, 河北地区大气层结趋于稳定, 降水趋于结束台风暴雨过程中,θ s 和 θ e 都能体现出高温高湿的特征, 但 θ e 未体现出能量聚集和高能舌与暴雨的对应关系, 明显比 θ s 粗略由以上分析可知, 在台风暴雨过程中, 边界层上部存在着高熵空气向暴雨区的输送暴雨产生前 6 h, 有高熵空气在边界层上部 (925~850 hpa) 聚集, 暴雨区位于高熵中心附近, 与高熵舌伸展的区域相一致, 高熵区与雷达强回波区分布相一致, 都位于低空切变线和地面辐合线附近, 高熵空气的聚集与中尺度系统相关性较好, 且熵流指数明显优于普通诊断量 5 结论与讨论 1) 本次台风暴雨是高空槽副高和热带风暴达维共同作用的结果由于副高稳定少动且脊点位置有利于达维向北移动和水汽向河北海岸带源源不断输送, 再加上苏拉和达维的相互作用, 使河北省东部沿海地区出现大暴雨局地特大暴雨的历史罕见天气 2) 此次台风暴雨过程中, 负熵变区或负熵流区的演变跟系统的演变基本一致, 负熵流区涵盖了强对流或对流性大暴雨发生的主要区域, 暴雨产生前 5~6 h, 是西南急流和台风外围东南急流最强时段, 有明显的 RI 负值区, 且大暴雨落在 RI 负值轴线附近和强水汽辐合区域 3) 直接类台风暴雨过程中 [13-14], 暴雨产生前 6 h, 有高熵空气在边界层上部 (925~850 hpa) 聚集, 并向暴雨区输送, 暴雨区位于高熵中心附近低空切变线和地面辐合线附近, 与高熵舌伸展的区域相一致 44 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(5)- 2017

9 Progress 研究进展图年 8 月 3 日 20 时和 4 日 02 时 850 hpa 相当位温 ( 单位 :K) Fig.11 The potential equivalent temperature field at 850 hpa at 20:00 BT 3 and 02:00 BT 4 August 2012 本文讨论的 RI 和边界层上部 θ s 可以被用于直接类台风暴雨的诊断和预报, 明显优于普通诊断量, 但由于台风暴雨与多种因素有关, 以上结论有待于更多的实例予以证实参考文献 [1] 柳祟健. 大气耗散结构理论. 北京 : 气象出版社, 1988: [2] Peixoto J P, Oort A H. 气候物理学. 吴国雄, 刘辉, 译. 北京 : 气象出版社, 1995: [3] 李如生. 非平衡态热力学和耗散结构. 北京 : 清华大学出版社, 1986: [4] 符长锋. 台风暴雨大气熵变场的诊断和对比分析. 应用气象学报, 1991, 2(4): [5] 张霞, 王咏青, 符长锋, 等. 一次远距离台风暴雨过程的熵流指数演变. 气象科学, 2007, 27(5): [6] 李春虎, 罗哲贤, 张颖娴, 等. 麦莎远距离台风暴雨的排熵指数分析. 南京气象学院学报, 2008, 31(3): [7] 符长锋, 李任承, 赵振东, 等. 广义相当位温及其扩展应用. 气象, 2006, 32(3): [8] 符长锋, 李任承, 吴万素. 广义相当位温及其在天气预报中的应用. 空军气象学院学报, 1994, 15(3): [9] 刘健文, 郭虎, 李耀东, 等. 天气分析预报物理量计算基础. 北京 : 气象出版社, 2005: [10] 尤凤春. 一次暴雨大暴雨过程的熵诊断分析. 气象, 1994, 20(8): [11] 李昕, 沈树勤, 吴光. 一次淮北连续暴雨的熵分析. 气象科学, 1992, 12(3): [12] 张霞. 熵流指数在远距离台风暴雨分析中的应用研究. 南京 : 南京信息工程大学, [13] 李江南, 王安宁, 杨兆礼, 等. 台风暴雨的研究进展. 热带气象学报, 2003, 19(Sl): [14] 边清河, 丁治英, 吴明月, 等. 华北地区台风暴雨的统计特征分析. 气象, 2005, 31(3): Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(5)

气象第卷第期对流不稳定度

气象第卷第期对流不稳定度张芳华张涛周庆亮杨克明国家气象中心北京中国气象科学研究院灾害天气重点实验室利用上海自动观测站资料的逐小时分析资料水汽云图和多普勒雷达探测等资料对年月日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析结果表明上海处在上干冷下暖湿的不稳定大气层结中对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成在对流单体的右侧不断新生单体