408 干旱气象 32 卷利用逐日降水量 FY-2E 卫星红外通道资料及 NCEP/NCAR1 1 再分析资料, 分析了 2012 年 1 月 13~15 日 (UTC) 南方发生的一次强降水过程中的热带水汽羽 [6], 及其与降水的关系 1 实况 2012 年 1 月 13~15 日我国南方出现

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襄田
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1 第 32 卷第 3 期 2014 年 6 月干旱气象 JournalofAridMeteorology Vol.32 No.3 June,2014 王捷纯, 寿亦萱, 邓玉娇. 一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系 [J]. 干旱气象,2014,32(3): ,[WANGJiechun, SHOUYixuan,DENGYujiao.RelationshipBetweenTropicalWaterVaporPlumeandCold-SeasonalPrecipitationinSouthChina[J].JournalofArid Meteorology,2014,32(3): ],doi: /j.isn (2014) 一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系王捷纯 1,3, 寿亦萱 2 1,3, 邓玉娇 (1. 广州气象卫星地面站, 广东广州 ;2. 国家卫星气象中心, 北京 ; 3. 广东省数值天气预报重点实验室, 广东广州 ) 摘要 : 利用逐日降水量资料 FY-2E 卫星资料以及 NCEP/NCAR 再分析资料, 对 2012 年 1 月 13~ 16 日的一次南方冷季降水过程进行分析, 剖析了热带水汽羽形成的水汽输送源和动力机制, 及其与降水的关系分析表明, 热带水汽羽不但表征了中高层孟加拉湾水汽的输送, 它实际上反映了对流层整层水汽的输送辐合, 低层南海水汽输送带为水汽羽的维持和降水的产生做出了贡献 ; 高空槽前急流与低空切变线的耦合促使了上升运动的形成, 导致降水的产生后期高空槽的移动填塞致使急流轴发生移动及转向, 从而引导了热带水汽羽的移动, 最终导致热带水汽羽的断裂消亡 ; 热带水汽羽上不存在强对流云团, 未形成强对流过程, 但由于水汽输送条件较好, 配合弱的上升运动产生了这次强降水过程关键词 : 冷季降水 ; 热带水汽羽 ; 水汽图像文章编号 : (2014) doi: /j.isn (2014) 中图分类号 :P458 文献标识码 :A 引言暴雨是我国南方地区常见的一种灾害性天气, 它不仅可能直接导致洪水泛滥, 还可能引发山洪和泥石流等自然灾害一般来说, 受东亚夏季风影响, 我国强降水主要集中在暖季, 即 4~10 月, 且主要分布在华南江淮以及华北和东北等地区除暖季暴雨外, 冷季暴雨也常有发生, 多集中在我国南方地区然而, 由于冷季暴雨发生较少强度较小, 迄今未被广泛关注据文献记载, 从 20 世纪 80 年代以来, 我国南方地区在 11 月到次年 3 月期间曾相继发生过几十次强度大持续时间长影响较大的暴雨灾害如 1982 年 11 月 27~29 日长江以南自西向东出现的大范围暴雨天气, 涉及江苏浙江和广东等 8 省, 其中浙江温州市等 6 个站的 24h 降水量超过 200mm, 最大降水中心的乐清县降水量达 299 mm [1] ;1994 年 12 月 1~3 日广西省的暴雨过程, 有 36 个县 ( 市 ) 出现了暴雨, 平南和桂平县日雨量超过 100mm [2] 与暖季暴雨相比, 有关冷季暴雨的研究较少从国内已有的一些研究结果看, 冷季暴雨研究大多集中在探讨此类暴雨的天气学和气候学特征上 [3], 数据主要以常规观测资料为主近年来, 随着大气遥感技术的快速发展, 卫星资料得到广泛应用, 针对我国南方冷季暴雨的研究中, 也有一些学者尝试使 [4] 用卫星云图进行分析和研究如赵江洁分析广西 1999 年 11 月 6~8 日大暴雨过程中的降水云系时发现, 该云系是由副高西侧的热带对流云团向北扩展发展起来的, 从卫星云图上可以清楚地看到整个降水过程中, 从南海到降水区上空始终维持着一 [5] 条由东北向西南伸展的湿舌 ; 徐杏英对 2000 年 2 月 18~19 日浙江省一次冬季大暴雨的卫星云图进行了分析, 发现造成此次降水的降水云系是由孟加拉湾和中印半岛的大片热带云系发展而来的本文收稿日期 : ; 改回日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ) 广东省社会发展 ( 气象领域 ) 计划 (12) 共同资助作者简介 : 王捷纯 (1980-), 女, 硕士, 工程师, 主要从事卫星气象研究 @qq.com 通讯作者 : 寿亦萱 (1978-), 女, 博士, 副研, 主要从事卫星气象研究. shouyx@cma.gov.cn

408 干旱气象 32 卷利用逐日降水量 FY-2E 卫星红外通道资料及 NCEP/NCAR1 1 再分析资料, 分析了 2012 年 1 月 13~15 日 (UTC) 南方发生的一次强降水过程中的热带水汽羽 [6], 及其与降水的关系 1 实况 2012 年 1 月 13~15 日我国南方出现了一次暴雨过程, 雨带从西往东推进 13 日 (UTC, 以下全部为世界时 ),

2 408 干旱气象 32 卷利用逐日降水量 FY-2E 卫星红外通道资料及 NCEP/NCAR1 1 再分析资料, 分析了 2012 年 1 月 13~15 日 (UTC) 南方发生的一次强降水过程中的热带水汽羽 [6], 及其与降水的关系 1 实况 2012 年 1 月 13~15 日我国南方出现了一次暴雨过程, 雨带从西往东推进 13 日 (UTC, 以下全部为世界时 ), 降水落区主要在桂北 ;14 日雨带从桂西南一直延伸至闽北及浙江, 范围波及 9 个省, 广西北部 24h 最高降水量达 96.5mm;15 日雨带东移, 降水强度有所减弱, 但降水范围仍较大, 覆盖了我国东南大部分地区在南方降水中, 这次降水的降水量不算高, 但在南方冬季达到这种强度及范围的很少, 而且在本次降水过程中, 有一条热带水汽羽始终与降水带相伴图年 1 月 13(a) 14(b) 和 15 日 (c) 我国南方降水量分布 ( 单位 :mm) Fig.1 ThedailyprecipitationinthesouthofChinafrom13to15January2012 (a)on13january,(b)on14january,(c)on15january 2 天气形势本次过程中 200hPa 环流形势上, 前期南支急流中的孟加拉湾低槽有加深东移过程, 槽前急流随之东移, 后期高空槽减弱, 急流发生转向, 此过程直接引导了整个降水过程的开始移动和结束 ( 图略 ) 500hPa 上, 从 1 月 8 日开始, 副热带高压 ( 以下简称副高 ) 逐步自西向东撤退, 南支槽随之建立并逐渐东移, 东移的过程中引导着槽前孟加拉湾水汽向我国南方源源不断地输送 ( 图略 ) 850hPa 上,11~12 日, 我国南方地区盛行偏南风,14 日 12 时, 广西北部出现一条切变线,18 时, 该切变线往东延伸至粤北闽南地区, 维持至 15 日 06 时, 且该切变线与降水落区有着较好的对应关系 15 日 12 时开始, 广东与江西福建交界处出现辐散, 而湖南江西福建及其北侧出现气旋性辐合 ( 图略 ), 这与该阶段降水分割成 2 个中心一致 3 水汽羽和暴雨的关系 3.1 平均水汽卫星云图是监测天气系统的有效工具之一 [7] 利用 FY-2E 卫星逐时水汽通道数据计算了 2012 年 1 月 13~16 日的日平均水汽 ( 图 2) 可以看到, 水汽亮区的分布与日降水的分布高度一致降水前后热带水汽羽均十分活跃, 向东北方向输送水汽 13 日, 热带水汽羽由孟加拉湾经广西东南部伸展至浙江南部, 水汽羽北侧有一分支指向广西西南部, 但尚未进入广西 ;14 日, 孟加拉湾的水汽输送明显增强, 水汽羽由滇黔桂交界处贯穿湘赣, 直至浙江及福建中北部 ;15 日, 水汽羽范围向北扩张, 但与孟加拉湾连接的水汽羽明显减弱, 有断裂趋势 ;16 日, 孟加拉湾热带水汽羽完全断裂, 水汽输送以南海为主, 水汽羽移动至广东东部福建及浙江一带, 滇黔桂湘赣及广东中西部完全为干区代替 3.2 水汽羽和水汽通量配置水汽的来源和输送与降水的产生密切相关 [8-11] 300hPa 水汽通量上显示,13 日 00 时, 孟加拉湾有一宽广的水汽输送带向我国南部地区输送水汽 ( 图 3a);14 日 12 时开始, 大陆干空气锲入, 水汽输送带变窄 ( 图 3g);15 日 06 时, 该水汽输送带基本被切断 ( 图 3j) 500hPa 上,13 日 00 时, 孟加拉湾也有一宽广的水汽输送带向我国南部地区输送水汽, 并逐渐增强, 且与来自南海的水汽随着副高环流在中南半岛汇合, 一同向华南地区输送水汽 ( 图 3b);14 日 12 时, 随着西北方向干空气的入侵, 水汽输送带开始向东南方向移动 ( 图 3h), 并于 16 日 06 时 ( 图略 ) 移出海面 850hPa 上, 水汽主要来自南海偏南气流的输送,15 日 18 时 ( 图略 ), 偏南风被偏西风代替, 南海水汽输送停止,16 日 ( 图略 ) 转为偏北气流, 干空气控制了华南地区这 3 层的水汽输

第３期王捷纯等一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系４９图年月３６日日平均水汽白色空心箭头所指灰色带为水汽羽ＦＤｙｗｆｍ３６Ｊｙｙｚｍｄｂｙｗｗｗ送带与水汽图上的热带水汽羽都有着很好的相关３３水汽羽和高空急流配置性低层水汽在往北输送过程中由于切变线的作高空急流入口区右后方往往具有高空辐散的环境用

3 第３期王捷纯等一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系４９图年月３６日日平均水汽白色空心箭头所指灰色带为水汽羽ＦＤｙｗｆｍ３６Ｊｙｙｚｍｄｂｙｗｗｗ送带与水汽图上的热带水汽羽都有着很好的相关３３水汽羽和高空急流配置性低层水汽在往北输送过程中由于切变线的作高空急流入口区右后方往往具有高空辐散的环境用在水汽羽南侧产生明显的辐合中层水汽输送强条件这有利于对流系统的形成和发展从图４可以度最强水汽输送带的位置与水汽羽高度一致高看出此次降水过程中高空槽前急流与水汽羽始终相层由于高空风辐散在水汽羽较白亮的区域也发生伴水汽边界呈现出平行急流型３日时图４了辐散但高层水汽含量较少水汽通量的量级最水汽羽尚未成形高空急流轴从滇西北横贯华中地区小因此整层水汽在水汽羽上呈水汽辐合状态结经长江出海口延伸至海上急流轴为ＳＷＷＮＥＥ走合水汽通量散度图图略３日时水汽通量散向４日时图４ｂ随着副高东撤高空长波槽加度分布仍较散乱４日时形成了从孟加拉湾至深急流轴逐渐转为ＳＷＮＥ向这有利于水汽向东北我国南部地区的水汽辐合带同时南海水汽辐合带方向输送与此同时水汽羽形成其南端最大风速轴也由北部湾与华南水汽辐合区连结８时水汽以某个角度由西向水汽羽逼近直至湖北及以东区域在华南的辐合强度达到顶峰日时辐合强度才与水汽羽重合风向上在水汽羽中南部流线以较开始变弱６时辐合带开始断裂辐合区变得分散小角度穿过边界日时图４最大风速轴与６日时水汽辐合区完全移出陆面整个过程与水汽羽后边界基本重合流线方向也与水汽羽后边界热带水汽羽的活动高度一致可见水汽羽不仅表基本平行６日图４ｄ高空槽减弱流线的经向分征了中高层水汽的平流它实际上反映了对流层整量变小水汽羽与急流轴大部已东移出海但最大风速层水汽的输送及辐合轴仍维持着与水汽羽后边界的重合

4 ４干旱气象图３水汽羽与水汽通量配置单位ｋＰｍｂ分别为３日时３ＰＰ８Ｐｄｆ分别为４日时和时３ＰＰ８Ｐｊｋ分别为日６时３ＰＰ８ＰＦ３ＴｄｂｆｗｍｄｍｆｘＵｋＰｍｂｙｆ３ＰＰｄ８Ｐ３Ｊｙｄｆｙｆ３ＰＰｄ８Ｐｄ４Ｊｙｊｋｙｆ３ＰＰｄ８Ｐ６Ｊｙ３卷

第３期王捷纯等一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系４图４年３６日时３Ｐ流场与等风速线单位ｍ和水汽图像的叠加ｂｄ分别为３４６日其中带箭头黄线为流线红线为等风速线紫色点线为急流轴Ｆ４ＴｙｆｍｆｄｄＵｍ３Ｐｄｗｍｆｍ３６ＪｙＪｙ３ｂＪｙ４ＪｙｄＪｙ６ｙｗｗｗｍｄｄ

5 第３期王捷纯等一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系４图４年３６日时３Ｐ流场与等风速线单位ｍ和水汽图像的叠加ｂｄ分别为３４６日其中带箭头黄线为流线红线为等风速线紫色点线为急流轴Ｆ４ＴｙｆｍｆｄｄＵｍ３Ｐｄｗｍｆｍ３６ＪｙＪｙ３ｂＪｙ４ＪｙｄＪｙ６ｙｗｗｗｍｄｄｄｗｄｊｋ３４水汽羽和垂直速度配置观察３ＰＰ和８Ｐ的垂直速度日时的垂直速度剖面图图可以看到４日时图整个剖面以上升运动为主上升分布图略发现在水汽羽周围对流层中上层有运动主要集中在中低层大值中心出现在８明显的上升运动区Ｐ上从４日时至Ｐ高度范围４日时图ｂ上升运动层增日６时水汽羽上一直维持着较强的上升运动３厚强度明显增强大部分区域上升运动达到Ｐ上在水汽羽区域也以上升运动为主而８Ｐ以上而低层出现更多的下沉运动大值中心出Ｐ上垂直运动速度的分布较散乱有上升运动也现在６Ｐ左右且整个上升运动区略有东移有下沉运动另外降水量分布图图显示位置日时图上升运动层变薄７Ｐ以下Ｅ８Ｎ至Ｅ７８Ｎ的连线在主要及Ｐ以上大部分区域为下沉区中层仍以上的降水带上由于４日是水汽羽在陆上活动升运动为主上升运动大值中心向上层推进主要集的鼎盛期因此在这一连线上制作了４日时至中在４Ｐ且上升强度西侧减弱东侧增

干旱气象４３卷强日时图ｄ上升运动明显减弱上升动一致上升运动层的变薄也基本同步于水汽羽的区主要存在于６Ｐ之间大值中心已上升减弱另外结合降水强度的时空变化特征发现随至４３Ｐ左右且上升区明显东移结合水着上升运动层的上升及变薄低层转为下沉运动降汽羽的活动特征上升运动区的东移与水汽羽的移水强度随之减弱图主要降水带的垂直速度剖面单位

6 干旱气象４３卷强日时图ｄ上升运动明显减弱上升动一致上升运动层的变薄也基本同步于水汽羽的区主要存在于６Ｐ之间大值中心已上升减弱另外结合降水强度的时空变化特征发现随至４３Ｐ左右且上升区明显东移结合水着上升运动层的上升及变薄低层转为下沉运动降汽羽的活动特征上升运动区的东移与水汽羽的移水强度随之减弱图主要降水带的垂直速度剖面单位Ｐ阴影区为上升运动区４日时ｂ４日时日时ｄ日时ＦＴｙｆｆｍｂｄｆｍ４ＪｙＵＰｄｗｚｄｍＪｙ４ｂＪｙ４ＪｙｄＪｙ４通道分析等提出用云顶亮温来表示深对流指数当亮温值Ｋ时亮温值越低强对流发生的几率越低于ＦＹＥ是我国发射的第五颗静止气象卫星大然而此次整个降水过程中ＩＲ亮温值基本在它搭载了一台通道的扫描辐射计其中个可见Ｋ上下波动另外李森等３的研究表明ＩＲ光通道４个红外通道红外通道中ＩＲＩＲ为长与ＩＲ和ＩＲ与ＩＲ３的差值小于Ｋ都是强对流窗区分裂窗ＩＲ３为水汽通道权重峰值高度在４的判识条件之一然而９站和７９４９站的ＩＲＰ左右ＩＲ４为中波通道图６是９７３８亮温值虽小于ＩＲ但二者差值均很小同时ＩＲ亮Ｅ４３Ｎ和７９４９Ｅ４９８Ｎ个测温大于ＩＲ３均不符合该判识条件因此可以推断站的亮温时间序列变化图可以看到降水过程之热带水汽羽上并不存在强对流云团整个降水过程前ＩＲ和ＩＲ的亮温远远高于ＩＲ３降水发生时ＩＲ对流并不强但由于水汽充沛最终形成了强降水和ＩＲ亮温急剧下降前后差值近４ＫＩＲ３亮温也降水结束后ＩＲＩＲ亮温值较降水发生前低而ＲＩＲ同步变化但变化量相对较小降水过与ＩＩＲ３亮温则比降水发生前高表明降水过后地表温程中ＩＲ亮温高于ＩＲＩＲ亮温高于ＩＲ３Ｎ度降低辐射降低空气中水汽含量明显减少

第 3 期王捷纯等 : 一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系 413 图 6 2012 年 1 月 13~16 日亮温时间序列变化 (a)59025 站,(b)57949 站 Fig.

7 第 3 期王捷纯等 : 一次南方冷季降水过程揭示的热带水汽羽与降水的关系 413 图年 1 月 13~16 日亮温时间序列变化 (a)59025 站,(b)57949 站 Fig.6 Thechangesofbrightnestemperaturefrom13to16January2012 (a)59025station;(b)57949station 5 小结整个降水过程中, 始终有一条热带水汽羽与其相伴, 为暴雨的形成输送了充足的水汽该水汽输送带表征了中高层的水汽输送, 而低层来自南海的水汽输送带在水汽羽上未有表征, 但它在水汽羽南侧的辐合表明了它对水汽羽的维持及降水的产生有贡献在动力驱动方面, 水汽羽位于高空槽前急流轴右后方, 同时低层有切变线配合, 形成了低层辐合高层辐散的高低空耦合, 促使了上升运动的产生但由于低层风速小, 且分布较散乱, 不能形成大范围的强辐合区, 导致上升运动动力不足另外, 卫星通道亮温分析发现, 热带水汽羽上不存在强对流云团, 但由于水汽输送条件良好, 配合弱的上升运动产生了这次强降水过程然而, 因个例较少, 普适性仍有待检验, 下一步将继续收集个例, 建立冷季强降水的影响模型参考文献 : [1] 季致建. 一次冬季特大暴雨分析 [J]. 浙江气象科技,1996,17 (3):4-9. [2] 黄海洪, 凌颖暴雨过程的能量场特征分析 [J]. 广西气象,1995,16(3):5-12. [3] 苏百兴, 段朝霞, 梁健. 广东省隆冬季节暴雨及个例分析 [J]. 广东气象,2001(4):4-6. [4] 赵江洁.1999 年广西冬季大范围暴雨的红外云图特征分析 [J]. 广西气象,2002,23(1): [5] 徐杏英.2000 年 2 月 1-19 日暴雨过程诊断分析 [J]. 浙江气象科技,2001,22(2): [6] 覃丹宇, 方宗义, 江吉喜.2002 年 7 月 20~25 日揭示的热带水汽羽和暴雨的关系 [J]. 气象学报,2005,63(4): [7] 岳平, 刘晓云, 郭良才, 等. 纹理分析法识别静止卫星红外云图和监测汛期强对流天气系统 [J]. 干旱气象,2005,23(2): [8] 张剑明, 章新平, 蔡秀峰, 等. 湖南湘中地区一次暴雨及大暴雨过程分析 [J]. 干旱气象,2013,31(1): [9] 贾宏元, 穆建华, 孔维娜.2004 年宁夏一次区域性大到暴雨的诊断分析 [J]. 干旱气象,2005,23(2): [10] 王志超, 王咏青, 马鸿青, 等. 华北中部一次切变线暴雨诊断分析 [J]. 干旱气象,2010,28(4): [11] 王红丽, 胡祖恒, 吉廷艳. 贵州 2 次暴雨过程的诊断分析 [J]. 干旱气象,2013,31(3): [12]NitaT,SekineR.Interanualvariationofthediurnalconvection cycleinthewesternnorthpacific[j].meteorologyandatmospher icphysics,2005,90:1-2. [13] 李森, 刘健文, 刘玉玲. 基于 FY2D 静止卫星云图的强对流云团识别 [J]. 气象水文海洋仪器,2010(2):72-78.

8 414 干旱气象 32 卷 RelationshipBetweenTropicalWaterVaporPlume andcold-seasonalprecipitationinsouthchina WANGJiechun 1,SHOUYixuan 2,DENGYujiao 1 (1.GuangzhouMeteorologicalSateliteGroundStation,Guangzhou510640,China; 2.NationalSateliteMeteorologicalCenter,Beijing100081,China;3.KeyLaboratoryof RegionalNumericalWeatherPredictionofGuangdongProvince,Guangzhou,510640,China) Abstract:Basedondailyprecipitationdata,FY-2EsatelitedataandNCEP/NCARreanalysisdata,therainfalprocesoccured from13to16january2012insouthchinawasanalyzed,andthewatervaportransportsourceanddynamicmechanismofthetropical watervaporplumeandtheirrelationshipwithprecipitationwerestudied.theresultsshowedthat,thetropicalwatervaporplumerepre sentedtheupperandmiddlelevelswatervaportransportfromthebengalbay,anditactualyreflectedthetransmisionandconver genceoftheentirelevelwatervaporintroposphere.meanwhile,thelow-levelwatervaporcomefromthesouthchinaseacontributed tocontinuationofthewatervaporplumeandformationoftheheavyrainfal.thecouplingofjetinfrontoftheuppertroughandlow- levelshearlinepromptedtheformationofupwardmotion,andleadedtotheprecipitation.however,theupperjetmovedandsteered fromne-sw toene-wsw owingtothemovingandfilingupofuppertroughledthewatervaporplumetomovetowardtheeastin thelateperiodofrainfal,andthewatervaporbandeventualywassetapartfrombengalbay.intherainfalproces,therewasnot strongconvectivecloudsappearedonthetropicalwatervaporplume,buttheheavyrainfalhappenedinthegoodwatervaportransport conditionandaweakupwardmotion. Keywords:cold-seasonalprecipitation;tropicalwatervaporplume;watervaporimage

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

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