基于卫星和雷达资料定量分析一例台风暴雨的小时雨量 吉林省白山市气象局 刘娜 2015 年 5 月

目录 1 前言 2 实况分析 3 环流背景及影响系统分析 4 物理量诊断分析 5 卫星云图分析 6 雷达二次产品分析

前言 2014 年 7 月 25 日受 麦德姆 台风影响, 在朝鲜半岛登陆, 沿副高外围系统向东北方向挺近, 造成我市沿鸭绿江沿岸的暴雨, 局地大暴雨天气 由于 2014 年吉林省白山市 6-8 月份出现罕见高温干旱天气, 降水量照比历年同期少, 且温度持续偏高, 此次台风暴雨过程有效缓解了鸭绿江沿岸的旱情, 但由于降水强度大, 也导致部分路段出现山体滑坡和泥石流 总结此次台风暴雨登陆过程中小时降水量情况, 根据实况及预报情况, 得出小时降水量强度及分布情况, 为提前发布预报警报, 有效提高防灾减灾能力提供第一手有效参

2 实况分析 2014 年 7 月 25 日 -26 日, 受副热带高压东退和台风北上共同影响, 吉林省东南部地区出现了出现了暴雨局地大暴雨天气过程, 此次过程降水特点梯度大, 降水分布沿台风登陆的东南部地区至西北部呈阶梯递减的趋势, 全市平均降水 36.9 毫米,24 小时降水量介于 10.1-118 毫米之间 ( 见图 1 左 ), 其中 26 个县市出现 50 毫米以上降水,3 个乡镇出现 100 毫米以上降水, 最大降水量出现在长白县船卧子村为 118 毫米 ( 见图 1 右 ) 强降水主要出现在 25 日 22 时 - 26 日 04 时, 小时最大雨强 13.7 毫米, 此次降水大约持续 17-20 小时, 平均雨强为 5.2 毫米 / 小时, 虽然平均降水强度不大, 但由于持续时间, 达到大暴雨级别

mm 图 1( 左 7 月 25 日 20-26 日 20 时白山市 24 小时累积降水单位 :mm 右. 船卧子村 25 日 20 时 -26 日 15 时小时降水单位 :mm) 15 10 5 0 2521 2.9 6 2523 13.7 11.3 10.5 8.4 7.5 2601 2603 4.6 2.1 2605 8.6 2607 小时 5.2 3.7 4.3 4.9 3.7 2.7 3.33.4 2609 2611 2613 2615 0.3

3 环流背景及影响系统分析 欧亚的大气环流形势比较复杂, 大致呈现经向环流 ( 图 2) 在新地岛一带以南乌拉尔山脉以北有一个冷中心 ( 深槽 ), 随着该槽的加强, 北极圈内有冷平流顺势而向南突击, 通过上下游效应在我国华北 - 西北有一道高压脊迅速隆起, 东亚大槽迅速减弱向东传递, 在勘察加岛以南有一道高压脊隆起, 副热带高压也会被两道高压脊所吸引而向北延伸, 并且副高北侧探伸入北亚的西风带内, 会有接连不断的西风小槽的槽前正涡度平流给予打击, 所以副高会有小幅度的东退

此次台风于生命史在 7 天左右,25 号经朝鲜半岛以西海面,25 号夜间在朝鲜半岛登陆, 台风外围云系影响我市鸭绿江沿岸 ( 见图 3. 左 ) 生命史过程中登陆 - 入海 - 登陆 - 减弱消失 从实况图分析 ( 见图 3. 右 ) 台风登陆和副高东撤共同影响, 高低空为一致的低压环流控制 图 3.( 左 1. 麦德姆 台风 7 月 25 日预报与实况路径图右 1. 实况 7 月 25 日 20 时地面气压场 +500hpa 高度场 +850hpa 风场 )

4 物理量诊断分析 图 4( 船卧子村 25 日 08 时 -26 日 17 时小时降雨量和各物理量的对应情况 )

图 5( 临江市至长白县 7 月 26 日 02 时 T639 比湿垂直分布 + 散度场垂直分布 )

此次天气过程沿鸭绿江沿线降水较大, 选取降水较大的长白县地区的 T639 数值预报物理量产品单点预报值分析, 长白县各个时次物理量强度 ( 见表 1) 选取物理量分别是 850hpa 比湿 (q, 单位 :g/kg);700hpa 温度露点差 (t-td, 单位 : );Ki 指数 ( 单位 : );700hpa 上升运动 ω( 单位 :10e-02*pa*s-1);850hpa 散度 div8( 单位 :10e- 06*s-1);500hpa 散度 div5( 单位 :10e-06*s-1) 绘制各物理量与船卧子村小时降水量对应图 ( 见图 4), 从图中可以看出, 物理量随着天气系统的移入 - 移出强度变化而变化, 前期水汽条件 动力条件和热力条件都是逐渐累积加强的过程, 在午夜到第二天早晨 5 点前后集中释放, 降水强度达到最强, 根据前期雨强变化情况, 结合物理量逐渐增大情况, 可以判断出 02 时至 05 时是降水集中时段, 降水强度大于 10mm, 且降水随着能量场的释放和天气系统的移出, 雨强逐渐减小 从船卧子村小时雨量多项式趋势曲线可以分析出降水是逐渐增强后减弱的过程 02 时降水强度最强, 此时可从 T639 比湿场和散度场的垂直剖面分析 ( 见图 5. 左 ), 低层至高层比湿形成一个明显的湿舌中心, 中心最大值超过 14g/kg, 且湿层厚度推至 600hpa 高度处, 水汽条件极其充沛 从 02 时垂直散度剖面分析, 临江至长白一线均为明显的辐合区域, 从低层至 400hpa 辐合形成一个大中心, 至 200hpa 左右出现辐散场, 低层至高层辐合表明系统为很深厚的系统, 上升运动非常强, 为降水提供充足的动力条件 ( 见图 5. 右 )

5 卫星云图分析 红外图像与 TBB 场叠加 ( 见图 6), 主要分析强降水时段云系变化情况和 TBB 配合情况,25 日 22 时红外图像显示, 台风涡旋云系已经解体, 主要是团状对流云系影响, 对流云团分两个中心, 其中靠近鸭绿江沿岸云系是造成持续降水的云团 云团和 TBB 叠加情况可以看出, 偏鸭绿江以南区域, 云顶高度梯度最大, 且有向南申出的 TBB 梯度大值区, 此时降水强度较大 26 日 00 时云顶 TBB 温度有所下降, 低温面积区域也逐渐减小, 南北向的 TBB 梯度大值区域还存在, 块状对流云团仍影响我市临江至长白县一带 26 日 02 时对流云团有所合并,TBB 低值中心向东北移动, 中心向外分别克分析出 2 个梯度大值区域, 与由南向北的 TBB 低值舌相交汇, 对对流云团加强也是一个指示意义, 此次降水强度仍较强 结合实况雨强分析, 此过程降水强度为整个降水过程中最强时段,TBB 低值区域和梯度大值区域也是此时段达到最强, 云顶面积在此时段达到最大

由水汽图像与 TBB 场叠加 ( 见图 6) 分析, 此次降水过程由台风北上登陆 ( 见图 7), 水汽条件来源广阔, 水汽主要有台风携带海上水汽, 以及副高后部西南气流携带的大量海上水汽, 此次过程中水汽条件极其充沛, 从 25 日 08 时开始, 水汽图像中我市上空水汽逐渐积累, 至 25 日 22 时, 过程中水汽累积量达到最大, 此时降水已经开始,26 日 00 时水汽图像在我市上空出现弱的断裂带, 但在鸭绿江沿线水汽条件还是比较充沛,26 日 02 时水汽大值中心分布情况与 TBB 低值区域分布基本一致, 考虑由于降水的释放和水汽源地的输送, 总体水汽在不断的耗损, 高层水汽量逐渐降低, 水汽图像和红外图像对降水强度的对应关系基本是一致的

分析小时降水量与 TBB 关系, 由图 7 可以看出,TBB 在降水期间形状分布有所变化, 降水大值时间, 其基本最低值中心不在降水区域内部, 而是 TBB 梯度最大区域在强降水落区中, 从三幅图可以看出,TBB 最大梯度区域是随云系的发展逐渐变化的, 其中 26 日 00 时形成一个较强的南北切变区域, 26 日 02 时发展形成 3 个切变区域, 我区仍处于前期的切变区域中, 经向度加强, 梯度加大, 影响范围也在逐渐扩大 可见,TBB 的形状分布对降水有很好的指示意义, 降水大值区域一般发生在其梯度较大的区域内部 从图 8 的数值与降水小时分布来看, 小时降水的大小和 TBB 的数值大小有一定的关系,TBB 数值由大 - 小 - 大的过程,TBB 阈值范围小于 -60 左右, 与周围形成较强的 TBB 梯度大值区域, 此时降水强度达到最强 TBB 在 -30 至 -60 之间时, 仍有较明显降水, 大于 -30,TBB 温度梯度逐渐减少, 降水强度减弱 降水较强发生在大 - 小过度期间段内, 也就是在 TBB 变化率最强的时段内部, 与图形分析结果相吻合

图 8(7 月 25 日 08 时 -26 日 17 时 TBB 值与船卧子村逐小时雨量叠加 )

6 雷达二次产品分析

7 结论 7.1 此次暴雨局地大暴雨天气出现在副高东退, 台风登陆北上的环流背景下 7.2 T639 物理量产品与小时降水强度有一定的相关性, 物理量随时间变化情况, 可以有效判断雨强的变化情况和降水的落区 7.3 卫星云图为实况降水分布和未来预测提供有利的参考, 其中水汽, 红外, TBB 值分布及大小与雨强有一定的相关性 小时降水的大小和 TBB 的数值大小有一定的关系,TBB 数值由大 - 小 - 大的过程,TBB 阈值范围小于 -60 左右, 与周围形成较强的 TBB 梯度大值区域, 此时降水强度达到最强 TBB 在 -30 至 -60 之间时, 仍有较明显降水, 大于 -30,TBB 温度梯度逐渐减少, 降水强度减弱 降水较强发生在大 - 小过度期间段内, 也就是在 TBB 变化率最强的时段内部 7.4 雷达二次产品在定量降水预报过程中提供有利的参考, 反射率因子与小时降水量的关系, 稳定性降水过程反射率因子在 10-30DBZ, 雨强在 8-14mm 之间 ;OHP 与小时降水量对应关系需要结合物理量产品和系统进行订正 ;VIL 与小时降水量的增大和减小有个滞后的对应关系 ;STP 值有效的判断系统的总降水量的分布形态, 此次过程为东南西北向阶梯分布, 对降水大值区域预报有指示意义

参考文献 : 1 闫小利李艳红卢学锋等.2007. 利用卫星云图估算焦作市 4-9 月 12h 降水 [J]. 气象与环境科学.30(2): 52-54. 2 杨东苗爱梅李帅帅等.2013. 7.21 山西北部区域性大暴雨成因分析. 2013 年卫星遥感应用技术交流文集. 北京.9-15. 3 赵玮雷蕾.2014. 北京地区一次暴雪天气过程卫星云图释用研究. 2014 年卫星遥感应用技术交流文集. 北京.4. 4 沈桐立崔丽曼陈海山.2009. 2002 年 6 月 14-15 日暴雨的诊断分析和数值试验. 大气科学学报.32(4):484-487.

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