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案毛
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2 B 期伍红雨, 等 : 西南地区东部重洪涝灾害, 造成巨大的生命财产损失因此对这种由低涡切变造成大暴雨的形成机制进行中尺度研究是很有意义的对暴雨的发生发展形成机制等, 许多气象工作者对此进行了模拟研究和诊断分析何光碧等利用 M M5 中尺度数值模式对低涡与急流对川东暴雨进行数值模拟得出 : 对流层中低涡旋和高低空急流与强降水密切相关嵋刮张腾飞等利用 MM5 模式进行模拟分析表明, 高分辨率数值模式对触发本次降水过程的 1 3 中尺度对流系统具有较好的模拟能力王建捷等引 } 懈 0 矫梅燕等也对引发暴雨的中尺度系统进行了诊断分析和数值模拟分析研究, 表明中尺度系统与暴雨的发生密切相关上述的研究主要是针对长江中下游四川 I 云南等, 而利用中尺度数值模式对贵州暴雨过程进行中尺度的模拟研究则很少因此, 本文采用 PSU/NCAR 的 MM5V3 5 模式, 对 2007 年 5 月 23_ 25 Et 发生在贵州西北部东部, 重庆东部南部的次大暴雨过程进行 48 h 的数值模拟分析, 并结合天气形势雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行较全面的分析, 揭示中尺度对流系统的特征以及中尺度数值模式 M M5 对贵州暴雨的预报能力 1 模式与资料本文使用 MM5( v3 5) 版本, 采用三层嵌套, 预报的细网格范围为贵州及周边区域, 中网格为中国区域, 粗网格为东亚区域模式粗中细网格分辨率分别取 90 km 30 km 和 10 km 粗网格格点数为 80 80, 中网格格点数为 91 91, 细网格格点数为 91 91, 积分步长 180 S 模式客观分析使用的初始场为国家气象中心 T213 的分析场和预报场, 实时观测资料包括地面常规资料和探空资料, 作再分析后形成模式的初值和侧边界条件模式选择 KF 对流参数化方案, 混合冰相显式水汽方案 MRF, 方案边界层参数化方案, 云辐射方案, 地面温度取 5 层土壤模式, 侧边界条件为松弛流人流出方案, 侧边界缓冲区采用了 4 个格点, 空间差分格式采用 Arakaw a 跳点格式对贵州 2007 年 5 月日暴雨过程进行数值模拟试验模式初始时刻为 5 月 23 日 08 时 ( 北京时, 下同 ), 积分时间 48 h, 预报结果每 6 h 输出格的模拟结果进行分析 2 大暴雨的中尺度特征 2 1 天气过程概述次, 利用模式细网 2007 年 5 月 23 日傍晚到夜问, 贵州省中部以次大暴雨的中尺度数值模拟 495 北地区出现强降雨天气,5 月 23 日 08 时日 08 时降雨量统计 : 德江降了大暴雨 ( 101 m m ); 7 县降了暴雨 ;16 县 ( 市区 ) 降了大雨 ; 18 县 ( 市区 ) 降了中雨 ; 继 5 月 23 日贵州省中部以北地区出现暴雨天气后, 随着强降水云系东移,5 月 24 日白天, 贵州东部地区出现强降雨天气,5 月 24 日 08 时日 08 时降雨量统计, 贵州省共出现暴雨 4 县 ( 市 ), 大雨 13 县 ( 市区 ), 中雨 18 县 ( 市区 5 ) 月 23 日 _ 24 日, 重庆市东部东南部及中部地区大部分区县普降大到暴雨, 其中彭水奉节涪陵丰都等区县遭遇特大暴雨袭击, 降雨量最高达 158 m m 此次降雨过程雷电交加来势猛强度大, 导致河水陡涨山洪暴发, 并诱发了多处滑坡泥石流岩崩等地质灾害造成贵州重庆严重的灾害和损失这次大暴雨天气过程是由低涡切变造成的 2007 年 5 月 23 日 08 时的 500 hpa 图上 ( 图略 ), 青藏高原东部有低槽东移, 槽后有冷平流, 08 时高空槽位于重庆到贵州西北部带, 在同时副热带高压比较稳定, 贵州重庆位于副高西北侧的偏南气流控制下, 暴雨大暴雨正好位于低槽后部偏北气流和副高西北侧的偏南气流的辐合区中同时次的 700 hpa 图上 ( 图略 ), 在四川南部重庆有低涡切变 ; 850 hpa 图上 ( 图略 ) 低涡切变正位于贵州西部 ; 地面图上, 贵州受热低压控制, 冷锋的位置位于四川南部线这样的高低层配置, 很有利暴雨天气的发生 2 2 雷达回波的演变在遵义天气雷达回波图上 ( 图 1), 在 23 日 19 时 27 分距雷达站 60 km l[120 km 的北偏东 15, 正安附近有降雨云团回波, 强度 40 dbz 过了 4 h, 24 日 00 时 12 分, 在贵 #IJL 部的大方绥阳正安都出现了中尺度的降雨云团回波, 中心位于正安到道真之间, 中心强度达 50 dbz 24 日 02 时 58 分, 在习水桐梓绥阳等地有降雨云团, 强度在 dbz, 在德江附近有降雨云团生成 ;04 时 09 分, 在贵州东北部, 西北部, 德江凤岗毕节等地降雨云团回波增强, 到 24 日 05 时 15 分, 这些地区的回波维持 07 时 39 分, 西北部的回波减弱, 而东北部的降雨云团回波进步加强, 中心位于德江, 中心强度达 50 dbz, 与卫星云图上, 暴雨云团位于该区域上空吻合 24 日 8 时后东北部的降雨云团回波减弱, 降雨云团南移影响贵州东南部 7 时 39 分, 德江附近出现大暴雨吻合中, 具有明显的中 1 到可看出, 从 23 日 3 时到直有降雨云团回波, 与德江同时, 降雨云团在这次降水过程 3 尺度特征, 并且出现暴雨的台

尺度对流系统具有较好的模拟能力王建捷等引 } 懈 0 矫梅燕等也对引发暴雨的中尺度系统进行了诊断分析和数值模拟分析研究, 表明中尺度系统与暴雨的发生密切相关上述的研究主要是针对长江中下游四川 I 云南等, 而利用中尺度

3 j 戳 L 弛 X 麓 24 娅 - 啊嬲 ( 零 496 气象科学 28 卷铺麟 } 毒糖缫黼肆々孟划二 } 叫士皤啊 _ : 蛀 { 爹蹄 I, 1 \ 去 h 盈 I 扒 L _ 禊渤锥堇, 窝露 if 窿誓 0 碾戮叫 1 -_ 曩圈 - 豫?i 矿卜强嚣 _ 嘲目 Il 懿霉 k 上飞 \ n 多十, 九翟 _ _ 露陵, E, 0 1 黪! I 獬 { 名如芬 : 如, ^ 熬删 y g 1 _ L 二 I t _E 篓强图年 5 月 23 日遵义 CINDAD/CD 多普勒天气雷达回波扫描方式 : 强度 ( PPI ), 扫描半径 :300 km, 仰角 5 :0, 天线位置 : E, N, 海拔高度 :l038 m ( a ) 23T19:27 ;(b)24 " I ' 00 :12 ;( C )24T02 :58 ;(d) 243" 04 :09 ;( e )24T05 :15 ;(f)24t07:39 CINDAD/CD Do pp lar w eather radar eehoe in Zu n - yion M a y 2007 Scan trategy: PPI, can radiu :300 km an g le ofelevation 5 an ten n a :O, p oition : 54 E 106, N, anten n a hei g ht above ea level : 1038m a )at 19:27 Oil M a y 23: (b) at00 :12 on Ma y 24 ; ( e ) at02 :58 on Ma y 24 ; ( d ) at04 :09 on Ma y 24 ; ( e ) at05:15 o n Ma y 24 ; (f) at07 :39 on M av 24

$I 獬 { 名如芬 : 如, ^ 熬删 y g 1 _ L 二 I t _E 篓强 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 75 80 图 1 2007 年 5 月 23 日遵义 CINDAD/CD 多普勒天气雷达回波扫描方式 : 强度 ( PPI ), 扫描半径 :300 km, 仰角 5 :0, 天线位置$

4 B 100 B 期伍红雨, 等 : 西南地区东部次大暴雨的中尺度数值模拟 497 站与强的降雨云团回波的稳定维持存在是暴雨的发生与中尺度云团的发生维持密切联系 2 3 中 1 3 尺度暴雨云团的生成和演变致的, 分析这次强降水过程的卫星云图演变, 发现这次降水是由于重庆的低涡云系不断发展东南移, 新生发展的中 B 尺度暴雨云团是造成这次大暴雨的直接系统 5 月 23 日 16 时 35 分 FY2C 红外卫星云图 ( 图略 ), 在重庆东北部有强的暴雨云团发展, 与 500 hpa 重庆的高空槽,700 hpa 850 hpa 上的低涡切变相对应贵州西北已有零星并且小的对流云团生成, 与雷达回波上正安附近有较强降雨云团回波是的而在 20 N, 100 致 E 之间, 为大片的晴空少云区, 说明受较强的副热带高压控制受高空气流的引导, 高空槽东南移, 暴雨云团稳定缓慢南压, 在贵州的北部不断有密实圆形云顶温度很低的云团发展合并, 加强, 与雷达回波上贵州北部的强回波区的位置致, 在重庆东南部的暴雨云团稳定维持 ; 24 日 02 时 35 分, 贵州中部以北和重庆东南部均为对流云团覆盖, 影响贵州的云团达到最强, 同时该区域的雷达回波强度也是最强 ; 到 24 日 5 时 02 分,24 日 06 时 02 分在重庆东南部贵州东北部的强对流云团稳定维持, 24 日 11 时 02 分, 对流云团减弱南压, 雷达回波强度也可看到减弱到 24 日 18 时 02 分后, 强的云团影响广西, 贵州降水结束暴雨云团在这次降水过程中, 具有明显的中 B 尺度特征, 直径在 50 km 左右椭圆形边缘清楚, 在 23 日 16 时到 24 日 06 时, 从重庆东南部缓慢移到贵州东北部上空, 停留的时间 3 h, 造成贵州德江降了大暴雨 (101 m m ), 7 个县降了暴雨 ; 重庆市东部东南部及中部地区大部分区县普降大到暴雨, 其中彭水奉节涪陵丰都等区县遭遇特大暴雨袭击, 降雨量最高达 158 m m 从以上分析可看出, 中尺度对流云团的稳定维持发展并缓慢南压, 意味着低涡的维持和发展, 这个中尺度对流云团在从重庆到贵州南移的过程中, 强度很强, 维持时间达 3 5 h, 产生了重庆南部东南部, 贵州北部的强降水天气, 在雷达回波和卫星云图上均有明显的表现 3 中尺度数值模拟结果分析 3 1 降水模拟利用 M M5 模式 10 km 细网格模拟结果与实况进行比较, 即 5 月 23 日 08 时 _ 24 El08 时的贵州 84 个加密观测站降水实况观测站降水实况 ( 图 2a ) 和 M M5 模式以 5 月 23 日 08 时为初始场积分 24 h 累积降水量的模拟值 ( 图 2c ) 比较可看出, 模拟出了 100 m m 的大暴雨中心, 主要降水带与实况基本致,50 m m 以上降水位于贵州中部及以北, 只是东北部的大暴雨中心与实况相比, 中心偏北 0 而模拟的西北部的暴雨中心与实况几乎吻合个纬度, 而贵州南部边缘降水量很小或没有, 模拟与实况是较准图年 5 月 23 日 08 时 25 日 08 时的降水分布图 ( 单位 : m m ) ( a 12, ) 24T08 ;(b 23T08-, d) 25T08 24T08- ;( a, b) 为实况 ;( c, d) 为模拟 g 2 The ditribution of p reci p itation ( u nit: m m )( 8 c 7 ) at08 :00 on M a y 2007, (b, d) at08 :130 on Ma y ;( a,b) oberved ;( c,d) im ulated

500 hpa 重庆的高空槽,700 hpa 850 hpa 上的低涡切变相对应贵州西北已有零星并且小的对流云团生成, 与雷达回波上正安附近有较强降雨云团回波是的而在 20 N, 100 致 E 之间, 为大片的晴空少云区, 说明受较强的副热带高压控

5 B 498 气象科学 28 卷确的比较 5 月 24 日 08 时 25 El08 时的贵州 84 个加密观测站降水实况 ( 图 2b) 和 M M5 模式以 5 月 23 El08 时为初始场积分后 24 h 累积降水量的模拟值 ( 图 2d) 可看出, 模拟出了东部的降雨, 但东南部模拟了大雨, 没有模拟出暴雨, 实况是东南部出现暴雨, 模拟值偏小综合模拟结果, 模式较成功地模拟出了这次降水过程, 有很好的预报参考意义 3 2 高度场的模拟这次暴雨是由于中 B 天气过程尺度低涡而产生的暴雨图 3 给出了 M M5 模拟的 2007 年 5 月 24 日 02 时的 500 hpa 700 hpa 850 hpa 的高度场从图上看到, 模式成功地模拟了造成这次大暴雨的中尺度系统高中低层均有闭合低中心存在, 贵州均受低压环流影响, 是个闭合的深厚系统 500 hpa 低压中心强度为 578 da gp m, 贵州受高空槽影响 ;700 hpa 低涡中心强度为 304 da gp m, 850 hpa 低中心强度为 138 da gp m, 中心均位于贵州北部边缘地区这个低涡是个深厚的中尺度系统从 5 月 23 日 20 时到 24 El08 时, 低涡的变化 ( 图略 ) 看出, 中尺度低涡维持, 移动缓慢, 从重庆东南部缓慢向南移动, 随着低涡的南移, 造成低涡影响地区强的降水, 它的稳定存在是造成这次大暴雨的主要原因 3 3 中低层流场风场的模拟从中低层流场风场的演变可以清楚地看到这次暴雨过程的中 B 尺度涡旋系统的发生发展对于这次大暴雨过程, 暴雨的发生与中 B 变化是密切相关的尺度系统的从 M M5 模拟的 700 hpa 流场图 ( 图 4) 可见 23, 日 14 时 ( 图 4a ), 在贵州西北部重庆南部有气流辐合存在, 贵州为西南气流控制 ; 23 日 20 时 ( 图 4b), 气流辐合明显加强, 在贵州东部出现气流辐合 ; 24 Et02 时 ( 图 4c ), 在重庆南部出现了闭合的气旋性环流, 贵州受气旋性环流影响 ;24 日 08 时 ( 图 4d), 气旋性环流维持, 并且气旋曲率增大, 气旋中心稍南移到贵州川黔交界 24 日 14 时 ( 图 4e ), 贵州受气旋性曲率影响, 到 24 日 20 时 ( 图 4f), 气旋中心位于贵州西北部, 全省都受气旋环流影响, 东南部南风气流加强 25 日 02 时后 ( 图略 ), 气旋移出贵州, 贵州受气旋后部偏北气流影响根据以上分析, 并与贵州每 1 h 的降水实况进行比较得出 : 在贵州暴雨出现前 6 h, 在重庆南部已出现气流的辐合随时间推移, 辐合逐渐加强, 低涡中心南移, 中尺度低涡的气旋性环流影响贵州,23 日 19 时, 相应贵州北部地面降水出现, 贵州强降水发生在 23 日 20 时 _ 24 日 11 时, 这期间低涡也同时发展增强气旋辐合增强, 暴雨大暴雨发生在气旋曲率最大处的右前方的南风急流中, 即低涡中心的西南侧, 雨带随低涡中心向向东移动, 与在贵州夜间白天暴雨大暴雨出现南在分别出现在贵州西北部, 东北东南部吻合在 24 日 12 时后, 贵州强降水结束, 仅东部东北部有零星小雨, 但低涡维持, 中心南压, 贵州在 24 日 19 时后无降水, 但 24 日 20 时, 很完整的中尺度涡旋在贵州形成, 可能降水也促进了低涡的发展, 低涡与暴雨是相互作用的对贵州这次暴雨天气而言, 重庆南部低涡先存在, 低涡南压引起贵州西北部降水, 随着低涡的加强, 暴雨中心的移动和雨强的变化与低涡的移动和变化是致的, 但最强的雨强是发生在低涡发展最旺盛时, 气旋曲率最大时, 而非发展最完整时, 降水在低涡在贵州发展最完整的前 2 h 就结束了, 低涡得到进步发展可看出模式较成功地模拟了 700 hpa 流场上中尺度系统的发展, 但与实况对比 ( 图略 ), 细微差别是存在的, 如 5 月 24 日 14 0 时, 模拟低涡位置较实况偏北 5 个纬距, 这个差别对定点定量降水的准确模拟产生了影响, 模拟暴雨区较实况偏北 0 5 个纬距, 模拟的贵州东北部降水较实况偏大, 东南部降水较实况偏小从 850 hpa 风场的演变 ( 图略 ) 可见, 在贵州暴图 3 模拟的 2007 年 5 月 24 日 02 时高度场 ( 单位 :gp m )( a )500 hpa ;( b ) 700 hpa ;( c )850 hpa g 3 The im ulated hei g htfield at02 :00 on 24 M a y 2007 ( u n it: )( gpm a ) at500 hp ;(b) at700 hpa ;( c ) at 850 hpa

2007 年 5 月 24 日 02 时的 500 hpa 700 hpa 850 hpa 的高度场从图上看到, 模式成功地模拟了造成这次大暴雨的中尺度系统高中低层均有闭合低中心存在, 贵州均受低压环流影响, 是个闭合的深厚系统 500 hpa 低压中心强度为 578

6 期伍红雨, 等 : 西南地区东部次大暴雨的中尺度数值模拟 499 图年 5 月目模拟的 700 hpa 涡旋活动 ( a ) 23T14 ; (b)23t20 ;( e ) 24T02 ; (d) 24T08 ; ( e )24T14 ; ( f )24T20 g 4 The im u la ted vortex 23 activitie at700 hpa on 24 M a y 2007 ( a ) at 14 :00 Oil M a y 23 ; (b) at20:00 on M a y 23 ( C )at02 :00 On M a y 24 ; (d) at08:00 on M a y 24 ;( e ) at 14 :00 On M a y 24 ; ( f ) at 20:00 Oil M a y 24 雨出现前以及发生时, 在贵州的西部东北部出现风向风速的切变, 即辐合, 随时间推移, 切变闭合逐渐加强东南移, 形成中尺度低涡影响贵州中部以东, 雨带随低涡中心向南向东移动, 暴雨大暴雨出现在 850 hpa 的低涡切变附近, 与 700 hpa 流场上中 B 尺度系统的发展演变 3 4 散度场分析致在 M M5 模拟的 100 hpa 散度场上, 23 日时 ( 图略 ), 贵州暴雨未发生时, 高层散度很小, 但重庆东南部已出现辐散中心, 强度达 S, 与重庆白天东南部出现暴雨大暴雨天气相吻合 23 日 20 时 ( 图略 ), 贵州北部西北部出现辐散区 ;24 日 02 时 ( 图 5a ), 辐散区范围明显增大, 在贵州西东北部暴雨区上空出现辐散, 辐散中心强度达部 S 高层辐散进步加强到 24 日 08 时 ( 图略 ), 辐散区范围大大缩小, 只有在贵州东北部局地存在辐散, 表明在暴雨出现期问, 高空辐散在 M M5 模拟的 700 hpa 散度场上 23, 日 20 时 ( 图略 ), 贵州西北部重庆南部出现 2 个辐合区 ; 24 日 02 时 ( 图 5b), 在重庆贵州交界暴雨区上空出现辐合区, 辐合中心强度达 10 S 低层辐合加强, 说明上升运动加速, 对流发展旺盛 ; 24 日 08 时 ( 图略 ) 以后, 低空辐合不明显分析得出 : 在暴雨出现期问, 高空辐散, 低空辐合的配置表明空气处于上升运动状态, 有利于强对流天气的发生和发展分析这次中 B 尺度系统的发展过程, 即高低层辐散辐合的加强与减弱的变化几乎是同步的, 说明这是个强大深厚中尺度系统, 高低层的变化较致 3 5 涡度场分析图 6 是 MM5 模拟的 2007 年 5 月 24 日 02 时的 100 hpa 700 hpa 涡度场在 100 hpa 涡度场上 ( 图 6a ), 贵州暴雨发生时, 在贵州中部及以北地区出现了负涡度区, 涡度中心强度达 X 10 而在 700 hpa 涡度场

Oil M a y 24 雨出现前以及发生时, 在贵州的西部东北部出现风向风速的切变, 即辐合, 随时间推移, 切变闭合逐渐加强东南移, 形成中尺度低涡影响贵州中部以东, 雨带随低涡中心向南向东移动, 暴雨大暴雨出现在 850 hpa 的低涡切

7 7 500 气象科学 28 卷 ( 图 6b) 上, 中部以北为正涡度区, 最大涡度中心在 28 5 N, 107 E 附近, 涡度中心强度达 S, 与 100 hpa 上的最大负涡度中心相对应, 说明该低涡是个极其深厚的系统以上分析表面, 在暴雨发生期间, 高层为反气旋环流, 而低层为气旋性环流, 造成高层辐散, 低层辐非常有利于形成强烈的上升运动, 产生对流性天合, 气强降水区和高层负涡度区与低层正涡度区有很好的对应关系, 而正涡度区与低涡中心几乎重合 3 6 垂直运动大气中能量的转换主要通过垂直运动得以实现垂直运动对水汽热量动量涡度等物理量的输送对天气系统的发展都起着极为重要的作用模拟结果分析发现, 在暴雨未发生时, 垂直上升运动不明显, 到对流发展最强时, 垂直运动发展也最强图 7 为 5 月 24 日 02 时沿强降水中心 (29 N, 108 E) 的垂直速度剖面图从纬向垂直剖面 ( 图 7a ) 可看到, 在 29 N 附近垂直上升运动很强, 直到 100 hpa, 都是上升运动, 最大上升速度出现在 300 hpa 附近, 中心强度达 S 对沿 29 N 的经向垂直剖面 ( 图 7b) 分析表明, 在 E 附近的垂直运动同样非常强劲, 最大上升速度出现在 400 hpa 附近, 中心强度达 30 X 10 m S 以上分析表明, 在暴雨发生时, 在 29 N 附近, 图 5 模式模拟的 2007 年 5 月 24 日 02 时散度场 ( 单位 : 10 )( a )100 hpa ; (b) 700 bpa g 5 The im ulated diver g en ee field at02:00 on 24 M a y 2007(u nit: 10 )( a ) at 100 hpa ;(b) at700 hpa 图 6 模式模拟的 2007 年 5 月 24 日 02 时涡度场 ( 单位 : 10 g 6 The im u lated v rtex field at02:00 n 24 Ma y 2007 ( u n it: 10 )( a )100 hpa ;(b) 700 hpa )( a ) at 100 hp ; (b) at700 lapa 图年 5 月时垂直速度剖面 ( 单位 :10 m g )( a ) 沿 108 E 的纬向垂直剖面 ; (b] 沿 20 7 N 的经向垂直剖面 The ection ofverticalvelocit verticalcro y at02:00 on M a y , ( u n it : 10 ( a )alon g 108 E latitu de ; ( b ) alon g 29 N lo n g itude in )

的转换主要通过垂直运动得以实现垂直运动对水汽热量动量涡度等物理量的输送对天气系统的发展都起着极为重要的作用模拟结果分析发现, 在暴雨未发生时, 垂直上升运动不明显, 到对流发展最强时, 垂直运动发展也最强图 7 为 5

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