一次世界内陆罕见的特大暴雨物理量特征分析Word下载.docx

1、关键词 ： 特大暴雨 影响系统 物理量场特征 数值分析引言： 1998年7月9日，陕西省商洛地区丹凤县出现了世界内陆之最的特大暴雨（以下简称“7.9”暴雨，由国家水利部、水文局组成的专家组认定为世界之最），6小时降雨量达1500mm以上。突如其来的暴雨致使山洪爆发，河水猛涨，泥石流、滑坡体相继出现，商洛局部遭受了毁灭性灾害，导致88人死亡，直接经济损失3.42亿元。现将这次特大暴雨的形成原因和物理量场分布特征进行分析。1 产生这次特大暴雨的主要天气形势和影响系统：这次特大暴雨发生在我区主汛期的7月份，此时正值副热带高压影响，掌握副热带高压所在位置及其移动是我区大降水预报的关键，尤其是特大暴雨预

2、报与副热带高压的西进东退密切联系。9日08时副高已控制陕南东部，安康高度已达5890gpm，商洛上空西南气流维持（在588线内）如图1a。9日20时，副热带高压减弱东退，安康高度从5890降至5870gpm。 700hpa9日08时，商洛地区上空被强西南气流控制，安康、南阳一带西南风风速达1012 ms-1,受强西南气流影响，在四川、陕西、河南及黄河下游一带形成一明显的湿舌。大连宝鸡武都有一切变线，切变线位置少动。冷温度槽位于黄河河套地区到陕南西部。850hpa图上切变线位于大连商州武都（南）一线。商洛处于它前部的西南气流里，在四川、陕西、河南一带形成一条明显湿舌，高湿中心和水汽辐合中心在西安

3、、汉中、安康、商洛一带（见图2a）。随着副热带高压的向东摆动，850hpa切变线南（西）段迅速东移影响商洛，9日20 时，商州已转入切变线后部（见图1a,b），暴雨开始时间与切变线过境一致。地面，9日08时在河套南部的冷气团东南移，冷空气翻越秦岭时分为两路，这两路冷空气在秦岭东南坡的丹凤、商南之间形成“人”字型地面锋，16时在地面锋顶附近（见图1b“D”处）形成-66的强对流云团，随后该云团迅速发展成暴雨云团，18时特大暴雨开始，云团在原地持续发展6小时降水量达1500mm，可见这次特大暴雨是由地面冷锋触发低层不稳定能量释放产生对流，生成暴雨云团，产生这次等大暴雨。850hpa切变线过境时产生

4、扰动，加剧了不稳定能量释放。2 低空急流与水汽条件分析：低空急流是一种动量、热量和水汽的高度集中带，为发生暴雨提供了动力和热力条件。对不稳定能量的积累、输送和释放起了关键作用。7月9日08时商洛上空处在深厚（500hpa及以下）的偏南和西南气流里，且风速很大（西安、安康、南阳500hpa风速达8-16 ms-1，700hpa风速达10-12 ms-1）形成了一支偏南风急流，对应陕南上空700hpa有一个大于9010-1g.（hpa.cm.s）-1的水汽输送带，在低层850hpa也有一支大于12010-1g.（hpa.cm.s）-1的水汽输送带与之对应对应（如图2a），从丹凤上空水汽通量时间空间

5、剖面图上可见700hpa有一个大于10010-1g.（hpa.cm.s）-1的水汽输送中心与急流对应（如P/hpa图2b），另外，从过340N的纬向水汽通量垂直空间剖面图看，水汽最大输送中心与低空偏南急流轴对应（图略）。由此可见，这支偏南风急流在这次特大暴雨的水汽输送中起了重要作用。808 820 908 920 1008 10201998年7月 时间/日时图2c丹凤上空水汽通量散度（单位：10-5g.（hpa.cm2.s）-1） 时间空间剖面图图2b丹凤上空水汽通量（单位：10-5g.（hpa.cm.s）-1） 时间空间剖面图另外在商洛上空850hpa东北侧还有一支大于12010-1g.（h

6、pa.cm.s）-1的“东北西南向”水汽输送带（这股水汽输送是由低层“回流”造成的），受环流场影响水汽在商洛上空大量辐合于暴雨前8日20时形成-1610-4g.（hpa.cm2.s）-1的辐合中心（如图2b）和16g.kg-1的比湿中心（如图2a），20小时后的特大暴雨就产生在该比湿中心区域。9日08时水汽辐合抬升到600hpa，低层700hpa附近还有一个-1310-4g.（hpa.cm2.s）-1的辐合中心，18时暴雨开始时低层保持较强的水汽辐合，高层水汽辐散（如图2c）。从以上分析可见，这次特大暴雨的水汽是中低空偏南风急流和低层的“回流”气流形成三路水汽输送，这三路水汽在商洛上空汇合，形

7、成16 g.kg-1的比湿中心，为产生这次特大暴雨提供了充沛的水汽。3. 动力条件分析2000年7月 时间/日时图3b丹凤上空涡度（单位：10-5s-1）时间空间剖面图图3a丹凤上空散度（单位：s-1）时间空间剖面图分析散度场分布发现，7月9日08时商洛500hpa以下为辐合区，500-250hpa为辐散区。20时高层辐散增强在700hpa、 500hpa和300hpa形成三个高值辐散区，中心值达2010-5.s-1，低层有一个辐合中心与之对应中心值为-810-5.s-1，对应9日08时垂直速度（过丹凤）经向网格空间垂直剖面图上，丹凤以北300hpa以下为上升运动，500hpa 附近有-301

8、0-3hpas-1的上升速度中心，-40s-1的上升速度中心在360N附近如图3c，20时-40s-1的上升速度中心随850 hpa 切变线的南压南移到350N附近（图略），“79”暴雨就产生在低层辐合、高层辐散的上升运动区。“79”暴雨的涡度场分布，暴雨前600hpa及以下一直为正涡度，高层为负涡度，暴雨时低层正涡度减小到2010-5.s-1，高层负涡度增加到-6010-5.s-1，涡度的这种上“负”、下“正”配置与一般暴雨发生时的配置一致。4 热力条件分析4.1 静力总温度分布特征。从图4a上可见，这次特大暴雨发生前700hpa总温度高能舌已伸向特大暴雨区，特大暴雨产生在高能舌内。从图中还

9、可看出这次特大暴雨时高空能量锋区不明显。从过暴雨区总温度经向垂直剖面图上看，高层68能量线特征线下伸低层能量线上拱这种特征存在，暴雨结束高层能量减少明显，低层则不明显。这可能是局地（小范围）特大暴雨发生的能量释放特征。4.2 大气垂直不稳定特征se 垂直布可以反映大气的对流不稳定性。从表1可以看到1998年7月9日20时丹凤上空500hpa以下se 随高度减少，se（500-地）=-8.6。特大暴雨发生时500hpa以下大气层结不稳定。分析特大暴雨发生前上游站的大气层结稳定度，发现大气层结很不稳定， “7.9” 特大暴雨的上游站安康K值达40。温度平流不仅可以造成大气层结不稳定，而且可以产生垂

10、直运动，它在强对流天气中起重要作用1。分析温度平流发现“7.9”暴雨发生时400250 hpa 均为冷平流，强度为-2110-5 s -1，500 hpa 为33s -1的暖平流，形成高层不稳定，低层925850 hpa为28s -1的暖平流，700 hpa为-3.8s -1的冷平表1 1998年7月8日20时10日08时丹凤上空se和温度平流层次/hpase/ 温度平流/10-5s-18日 9日 10日20时 08时 20时 08时20087.9 85.9 86.6 85.935.6 7.9 5.45 -7.525085.3 91.9 83.9 83.323.2 3.8 -1.4 6.130

11、084.1 81.4 81.5 80.618.5 3.5 -11.0 1.740078.3 78.8 72.6 74.69.25 13.8 -21.0 9.650076.1 76.1 70.4 71.4-2.5 15.7 33.1 1.970076.8 76 74.7 74.1-0.8 -8.8 -3.8 10.685073.5 72.2 73.5 73.020.5 10.6 28.4 -5.592574.0 74.0 78.0 78.010.0 12.0 4.0 13.0地面77.0 71.0 79.0 74.010.0 40.0 -16.0 0.0流，形成低层不稳定。特大暴雨发生在下暖上冷

12、（平流）较强的多层不稳定层结。5 地形抬升作用和喇叭口效应：由调查可知，“7.9”暴雨的两个暴雨中心均位于312国道（WNWESE走向）北侧，且地势北高南低；两个暴雨中心的最大点雨量均出现在地形最高点（双槽乡青龙庙高程1795m，青油河乡鸡冠崖高程1117m）的迎风坡。可见，底层的偏南暖湿气流遇阻后必然沿山坡爬升,上升运动促使对流云团强烈发展。另外，多数山沟均为南段低而宽，北段高而窄（南北宽度比为1.5：1），所以气流爬升的同时，又具有喇叭口效应。有利的地形加大了低层暖湿空气的辐合上升。以“7.9”暴雨丹凤县双槽乡地形为例计算其产生的垂直速度2，双槽乡的“喇叭口”地形向“WSW”开口，暴雨开始

13、时吹“WNW”风 6.7ms-1（丹凤测站实测值，在特大暴雨区内），考虑地形抬升和“喇叭口”效应产生的垂直速度。则有=-1.50 gV0h，其中h是地形高度，这里取平均高度差700m，用差分计算，网格距取5km，则计算的垂直速度为-91.24s-1。比天气系统产生的上升运动强一倍。6 中尺度气压扰动场特征分析从暴雨的强度、时间和区域分析，“7.9”特大暴雨7月9日18时02分在丹凤双槽出现，历时短（6小时）、强度大（1500mm）、面积小（几千km2），从所处的天气系统位置看，“7.9”特大暴雨处在地面冷锋后和850hpa切变线附近的锋区上，该位置有利于产生中尺度扰动。用暴雨区内台站实测的每小时一次气压和降水量值进行中尺度分析如下：采用时间平滑运算式（1）3式中：Fi表示平滑后的场，是场的低频部份（即大尺度场），Fi为原始场，表示原始场与平滑场之差，是场的高频部份（即扰动场）。（1）式中的2X+1一般取中尺度系统的生命期，这里取7。通过（1）式求出各站点的扰动值，点绘暴雨中心附近代表站雨量，如图5A。由图5A 可见丹凤18时出现明显的扰动场强度达0.93 hpa，大降水出现在气压扰动场附近，20时气压扰动场中心东移到商南，暴雨中心也随之东移到商南。两个主要降水时段出现在扰动场附近，这与卢福隆分析的结论一致。继续阅读