成都924暴雨过程分析学士学位论文.docx

1、成都924暴雨过程分析学士学位论文分类号：P458.1+21.1 U D C：D10621-407-(2010)0153-0密 级：公 开 编 号：2006072055成都信息工程学院学位论文成都924暴雨过程分析论文作者姓名：申请学位专业：大气科学申请学位类别：理学学士指导教师姓名（职称）：论文提交日期：毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料

2、。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，

3、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日成都924暴雨过程分析摘 要本文利用M

4、ICAPS资料、卫星资料、空间分辨率为11NCEP的6h再分析资料、雷达资料等从大尺度环流背景，降水天气影响系统，物理量场等方面，初步分析了成都924暴雨过程。研究结果表明：本次暴雨过程为持续区域性暴雨，造成这次持续暴雨的天气过程主要原因是副热带高压比较强，边缘位于四川盆地以东，让成都处于副高边缘的西南暖湿气流中，致使城市气温升高，空气湿度大，风力弱，造成大气层结极不稳定，通过NCEP再分析资料可以看到低层辐合、高层辐散的环流形势，低层伴有强烈的上升气流。南海附近的“黑格木”台风外围带来了南海充足的水汽，使此次过程水汽输送充足，该台风在带来水汽的同时也带来了不稳定能量，冷空气是此次暴雨的触发机

5、制，引发了此次暴雨过程。最后利用雷达资料分析了低空急流、逆风区、中小尺度气旋、气流辐合辐散等流场特征在对流性降水向层状降水转变过程中的作用。 关键词：暴雨；诊断分析；螺旋度；多普勒天气雷达Analysis of 924 Rainstorm in ChengduAbstractIn this paper, the process of 924 rainstorm in Chengdu is analyzed based on the data got from micaps system, satellite data, 6h reanalysis data with NCEP 11re-ana

6、lysis data, and radar data, in areas such as circulation background, precipitation weather system, and physical quantity fields. The rainfall is recognized as a regional continued super rainstorm. In accordance to the study, the main reasons cause this continued super rainstorm followed with strong

7、thunderstorm are the high subtropical, whose edge located at the east of Sichuan basin, was comparatively strong, which made Chengdu at the mercy of the Southwest warm-moist air flow, resulting in the rise of tempreture in the city, large air humidity, weak wind, unstable atmosphere structure; whats

8、 more, through the NECP reanalysis, the circulation situation of lower level convergence and upper level divergence can be seen, and an strong upward air current is at low level. The typhoon “Hagupit” nearby South China Sea brought sufficient water vapor and provided rich source as well as unstable

9、energy for this rainfall. It is the cold air that triggers this heavy rainfall.Finally, the paper make use of the radar data the influence of the characteristics of the fluid flow, such as lower-level jet, headwind area, meso-scale and micro-scale cyclone, convergence/divergence of air current, has

10、on the process of convectional precipitation converting to stratiform precipitation. Key words: Heavy Rain Fall; Physical Quantity; Helicity; Doppler Weather Radar目 录论文总页数：23页1 引言 11.1研究背景 11.2过程概况 11.3过程特点 21.4研究方法 22 环流形势分析 32.1 500hPa高空形势 32.2 700hPa形势分析 32.3 850hPa形势分析 42.4 地面形势 53 云图分析 53.1红外云图

11、 53.2水汽云图 64 物理量诊断分析 64.1水汽件分析 64.1.1相对湿度 64.1.2水汽通量散度 74.2动力条件 84.2.1涡度 84.2.2垂直速度 94.2.3 螺旋度 104.3不稳定能量分析 124.3.1假相当位温 124.3.2 K指数 124.3.3 T-logP图分析 134.4触发机制 145 雷达资料分析 155.1强度场特征 155.2速度场特征 175.3 VIL资料分析 19结 论 20参考文献 21致 谢 22声 明 231 引言1.1研究背景四川盆地位于青藏高原的东侧，由于其特殊的地理位置，多暴雨。四川盆地处在长江上游，因此强降水可能引起长江流域的

12、洪水，另外因为四川特殊的地质条件，暴雨经常引起泥石流，滑坡等次生灾害，因此对于研究四川暴雨具有重要的意义。研究表明，四川盆地暴雨与西太平洋副热带高压的活动关系密切。对于暴雨的研究，已经有了比较完整的理论体系。对四川发生的中尺度暴雨的分析研究也取得了很多成果。蒋文兴等1通过研究近20年来四川发生的暴雨大尺度环流背景将四川盆地的暴雨做了分类。刘庆2对四川暴雨气候背景做了分析，得出了影响四川暴雨三种大尺度环流因子。周长艳3等研究了成都“9.3”大暴雨中的水汽输送，陈永仁4也对一次典型的暴雨过程做了系统分析。分析结果表明西太平洋副高对于四川产生持续性暴雨的落区和强度起重要的作用，西南低空急流是提供四川

13、地区暴雨水汽的重要的机制。 1.2过程概况2008年9月2226日四川盆地出现持续性暴雨天气，广元、绵阳、德阳、成都、雅安、眉山、乐山、宜宾、自贡、巴中、南充、达州共十二地市约38县（市）出现了暴雨，其中有9县（市）降了大暴雨。据22日20时28日08时全省所有测站雨量统计，共有396站累计降雨量50毫米，其中258站雨量100毫米，53站雨量250毫米。绵阳市江油的马角、雁门、青川、青川的竹园、绵竹汉旺累计降雨量分别为546.4毫米、438.7毫米、288.3毫米、336.0毫米、373.8毫米。北川9月22日08时27日08时累计降雨614.3毫米。图1.四川降水实况图此次过程全省共发生雷

14、电云地闪击达72092次，仅9月24日00-01时为全省1小时雷电频次最高的时段，共发生闪电8622次。成都共发生雷电云地闪击27418次。仅从24日凌晨零时到11时11分，就已发生雷电云地闪击过程18988次，成都地区，总共遭遇6295次雷电袭击。此次强降雨，引发了山区严重泥石流灾害。暴雨过程造成38人死亡、失踪37人，损坏房屋9.2万间、倒塌房屋2.45万间，农作物受灾13.3万公顷，损失粮食产量1.9万吨，损失现粮2.83万吨，直接经济损失23.48亿元，其中农业直接经济损失8.95亿元。1.3过程特点本次暴雨主要有以下特点：（1）局地强度偏大，很多地方的日降水量均打破历史极值，如地震重

15、灾区北川的24小时雨量高达334.7毫米（日降水量历史极值为324.3毫米），彭山和新都日降水量为145.7和108.4毫米，分别打破单站历年9月极值，另外江油的马角24小时降雨量达338.7毫米；（2）持续时间较长，本次暴雨过程从22日开始，27日才开始减弱，地震灾区北川等地连续五天中到大雨或者大雨，彭州、新都、新津、蒲江、夹江、丹棱、什邡、梓潼、剑阁、珙县、峨眉11县（市）出现2个暴雨日数，大邑、崇州、绵竹、江油、郫县5县出现3个暴雨日，安县出现4个暴雨日，邛崃连续4天均降了暴雨，北川连续5天降了暴雨或大暴雨；（3）过程降水异常偏多，与历年9月下旬降雨总量相比，一些地区较同期偏多29倍，成

16、都、绵阳、德阳，广元、雅安、眉山7市大部及夹江、峨眉、阆中、南江、珙县达100毫米以上，北川、邛崃偏多1217倍，其中邛崃、江油超过300毫米，北川为614.3毫米，北川过程累积降雨量超出历年9月平均降雨量400多毫米；（4）过程降温幅度大，此次暴雨天气过程受冷空气的影响盆地内降温明显，日平均气温普遍下降了8以上，盆地西北部日平均气温下降了1011，日最高气温下降了1114；（5）降雨伴随强雷暴，其中9月23日15时9月24日12时,四川省发生的强雷电天气过程是自2005年我省有雷击次数记载以来，发生雷击次数最多的一次，共发生雷电闪击72092次。1.4研究方法稳定的大尺度大气环流形势；充足的

17、水汽；对流不稳定能量的积累、释放是持久性暴雨产生的三个主要物理条件，本文利用MICAPS常规资料、NCEP11再分析资料(grid2)紧密结合上述三个物理条件，对此次持续性暴雨天气过程做出初步的诊断分析，以期为更深一步的分析及类似过程的预报服务得到一些有价值的线索。本文利用micaps系统，对大尺度环流形势进行了初步的形势分析，以及对卫星云图上的云系进行分析，研究高低层的系统的配置。然后通过NCEP再分析资料分析螺旋度、垂直速度、水汽通量散度等物理量，研究本次过程的动力热力结构特征。最后利用雷达强度、速度等基本产品以及物理量产品，分析此次天气过程中的天气系统的演变特征以及与降水过程的关系。2

18、环流形势分析2.1 500hPa高空形势 2008年9月23日到24日北纬45度以北为两槽一脊，东北冷涡位于霍克茨克海附近。西西伯利亚、巴尔喀什湖为低槽，贝湖附近为一平缓的弱高压脊。北纬45度以南为纬向型环流，为较为平直的西风气流。此次过程中纬度欧亚大陆环流形势为明显的东高西低型，西太平洋副高的中心一直位于中国东海，强度值稳定在592dagpm左右。西太平洋副热带高压脊线位于北纬25度以北，其西伸点位置较历年偏西，脊线异常偏北。23日20时到24日08时，5880位势米线延伸到100E附近，我国河套以南为584dagpm控制，副高程东西向带状分布，成都地区一直位于副高的边缘，位于副高压脊前部的

19、偏南暖湿气流中，位于西南暖湿气流的入口处，水汽输送充足，由于副热带高压稳定少动，西风短波槽东移减慢。24日08时起，随着台风登陆减弱，副高东退减弱。图2. 500hPa形势图（a为9月23日20时；b为24日08时）2.2 700hPa形势分析在23日20时和24日08时700hPa的高度场图（图3）上，可以看到成都地区以西南气流为主，为连续性降水输送了水汽。在甘肃南部到四川北部出现东北西南向切变线。其中在安康达州一线有一低空急流，成都位于急流的左侧，为正涡度，有利于对流的发展。另外在23日20时，青海存在水汽辐合区。图3. 2008年9月23日20时700hPa形势图2.3 850hPa形势

20、分析在23日20时低空850hPa高度(图4)上，偏南风急流向成都输送了大量的水汽，在达州-南充-成都一线出现切变线，为气旋式辐合系统，暖湿气流在这里辐合上升，有利于对流的发展。24日08时切变线的位置向南移动，但仍为气旋式切变，此处即为水汽的辐合上升区，有利于发生强降水。此次过程除了西南气流提供一定的降水外，在中国南海上空的台风向西北方向移动，外围的东南气流也为四川盆地持续不断的输送了大量的水汽和不稳定能量。图.4 2008年9月23日20时850hPa形势图2.4 地面形势23日08-20时地面图上，西南地区为气压低值区，中国长江以北为高压脊控制，冷空气持续东移，这为中国南海上的台风向西北

21、移动创造了条件，23日24日“黑格木”台风向西北方向移动，旋臂外围带来的水汽进入四川盆地，并带了大气发生对流所需要的不稳定能量。23日20时四川盆地，北川，绵阳成都一线为气压低值区的边缘，在这个低压区内存在小范围的气旋式切变（见图5），另外在成都南部地面为一大于32的暖中心，这些为暴雨创造了热力和动力条件。冷锋位于长江一线，尾部停留在盆地附近。盆地内有冷空气活动。图5.2008年9月23日20时地面天气图3 云图分析3.1红外云图图6.红外云图与相当黑体亮温叠加图（a为2008年9月23日21时；b为24日03时）在红外云图（图6）上可以看到四川盆地对流云系的移动和发展。24日21时在成都西南

22、的雅安方向有小的对流云团生成，然后缓慢发展北上。23点在川北，江油地区有新的对流单体生成，成都南部的对流云团发展合并北上，24日03点的时候与成都方向移来的对流云团合并，并发展强烈，到24日04点对流云顶发展最强烈，强中心位于广元到新都一线，05点云顶降低，面积缩小，减弱。由黑体亮温可以看到在对流发展比较强烈的地区，黑体亮温值都在220K以下。在中国南海有一台风（黑格木台风）向西北方向缓慢移动并且强度有所减弱（图略）。3.2水汽云图水汽图反应了大气中上层的水汽分布。水汽图上水汽区的活动、干湿区边界、暗区等都与对流的发生发展有关系。从23日21时水汽图(图7)上可以看到，急流轴位于四川盆地东部。

23、成都周围水汽丰富，成都北部的水汽由台风外围东南气流带来，成都南部的水汽来源于西南急流，从24日03时的水汽图上可以看到，水汽极大值位于成都到安县一线。以上均与红外云图相对应，说明了在降雨时段，水汽很充足。 图7.水汽图（a为23日21时；b为24日03时）4 物理量诊断分析4.1水汽条件分析 暴雨形成的基本的条件之一是要有充分的水汽供应，这要求暴雨区的大气水分含量高，饱和度大，持续性的暴雨在要求有充足水汽的同时还要求有源源不断的水汽输送。4.1.1相对湿度在一定温度和压强下，水汽和饱和水汽的摩尔分数之比称为水面的相对湿度。相对湿度是用来表征大气中水汽含量的重要物理，其变化可以反映出水汽含量的变

24、化。22日08时，主要降水区700hPa及850hPa高度场大部分地方已处于较高相对湿度区（80%）控制，为明显的湿区，而500hPa相对湿度还处于比较低的程度，高原湿舌正向该区扩展，到24日14时，500hPa主要降水区上空也处于80%相对湿度控制。在整个降水时段，降水区都保持比较高的相对湿度。图8.22日08时25日08时相对湿度平均分布4.1.2水汽通量散度持续暴雨的发生，除了要求具有相当高的水汽含量外，还必须有充足的水汽供应。水汽通量反应了水汽输送的强度，表示输送来的水汽的聚集特征就要用到水汽通量散度这个物理量。水汽通量散度是指单位时间内，单位体积内汇合进来或辐散出去的水汽质量。它反应

25、了强降水过程中的水汽辐合辐散情况,负值为水汽的辐合,表明在强降水落区不断有水汽供给,有利于强降水的持续。本次天气过程水汽通量水平分布（见图9） 从中可以看出，成都以及附近为水汽通量极大值区，水汽通量散度中心值为-2.010-7g/cm2hPas，为此次强降水提供充足的水汽，它的强度分布情况在空间上与本次降水情况基本上一致。另外,过程后期稳定性降水阶段，平均水汽通量矢量在各层均比前期对流性降水阶段的水汽输送强,低层水汽辐合也比前期更强,强对流降水阶段平均水汽通量散度的负值中心为-3010-5gcm-2hPa-1s-1,稳定性降水阶段达到-6010-5gcm-2hPa-1s-1,这是由于过程后期台

26、风登陆西进后盆地低空东南风急流有所增强及盆地西北部气流辐合更强所致。由低空流场图（图10）可以看到四川盆地均受台风外围的东南气流影响，可见,持续稳定的850hPa东南风低空急流是“924”连续性暴雨的主要水汽输送者。ba图9.23日20时850hPa水汽通量散度图10.24日0时流场图（a为850hPa,b为700hPa）4.2动力条件4.2.1涡度涡度定义为矢量微商符和速度矢V的矢性积。 （1）其中称为相对涡度 。涡度是反映大气动力特征的重要物理量，它可以用来衡量空气块旋转运动强度，当涡度为正值时，表示该区域流场有气旋性切变，意味着有辐合上升气流存在；当涡度为负值时，代表着反气旋性切变，对应

27、地区有辐散下沉气流出现。实践证明，对流层中层的正涡度平流有利于对流层底层上升运动的发展，也有利于地面低压的发展，从而使得暴雨经常发生在对流层中下层为正涡度，而中上层为负涡度的区域。ba由涡度场上可以看出，23日18时，850hPa四川盆地成都广元为一条较强的正涡度带（图11a），四川盆地处于强中心附近，最高值在510-5/s左右，此时500hPa四川盆地上空也为弱的正涡度地带（图略），高层200hPa为弱的负涡度区（图11b），这种低层正涡度，高层负涡度的配置有利于低层气旋的发展。有利于对流的产生，发展。随着时间的推移，降水的发展，主要降水区上空850hPa正涡度一度减弱，甚至在24日0点左右

28、出现短暂的被负涡度控制的现象，而同时700、500hPa等各层也表现为负涡度，这种形势不利于对流的发展，在降水上表现为强度减弱，降水量减小，但很快又被低层正涡度、中高层负涡度的利于对流发展、降水发生的形势代替，使得强降水得以继续维持、发展。图11. 9月23日18时涡度场(单位:10-5s-1)a为850hPa，b为200hPa4.2.2垂直速度为了说明此次持续性暴雨过程中的抬升条件，我们分析了连续性暴雨期间的垂直上升运动。在过程前期,由于大气层结处于极度高能不稳定状态下,在低空东南风急流最大风速出口区辐合及急流左侧侧向辐合、边界层冷空气触发及地形抬升的共同作用下,对流发展十分旺盛,上升气流伸

29、展至对流层的中高层,22日、23日和24日夜间,上升气流伸展到了200hPa以上，因此过程前期强对流降水特征明显。图为9月24日0时沿东经104经向做的垂直速度剖面图（图12）。可以看到四川盆地都都上升气流区，其中在北纬31附近从底层到高层都为一个上升区，在700hPa附近是个最大速度中心，在500hPa附近有个小值区，可见整层都为上升运动，但底层上升运动比较强烈，在这一区域对应着地面的强降水区。由此可见，暴雨区附近的垂直环流与暴雨的启动和维持有密切关系,暴雨区往往出现在垂直环流的上升运动区。图12. 9月24日0时沿104E垂直速度分布4.2.3 螺旋度螺旋度是表征流体边旋转边沿旋转方向运动

30、的力特性的一个物理量，其大小反映了旋转与沿旋转方向运动的强弱程度，可以用来直接估算发展雷暴的上升气流中涡旋(气旋)的发展，它更好地揭示气旋发展的机制。螺旋度的定义是：风矢量与涡度点乘的体积分,即: (2)它的值越大,说明在该环境中的垂直风切变越大,就会产生水平方向的涡管。只要沿着这一涡管方向的相对风速达到一定程度,将有利于强对流天气的发生发展。若气流流入已生成的风暴内部便会倾斜上升,产生围绕垂直轴线的气旋式旋转运动,有利于风暴的加强,引起强烈上升运动,为暴雨产生创造条件。在本文中，只讨论垂直螺旋度，符合右手定则的螺旋度取正值,重新定义局地垂直螺旋度为: （3）由于在暴雨区上空有深厚的上升运动(

31、0),则有正螺旋度；若有负涡度(0),则有负螺旋度。它反映了大气的动力场特征,能反映出暴雨区的位置。c a在23日18时500hPa螺旋度分布图上(图13a)上，31N,104E有一正的螺旋度中心，强度在240010-6cms,在广安附近也有一弱的正中心，未来降水区位于两个正螺旋度中心之间的30090010-6cms等值线区域内靠近大的正值一侧。随着螺旋度中心的北移，在24日0时强中心已经移到了江油、安县以北，强度值减弱为220010-6cms，广安附近的强中心也北抬（图13b），因此降水区域也北抬。螺旋度对于强降水分布的走向也有很好的指示意义。由24日0时的200hPa螺旋度分布图（图13c），可以看到负值中心与低层正螺旋度中心相对，这种低层辐合高层辐散的结构有利于维持较强的上升运动，促进地面气旋的发展，但低层正螺旋度远大于高层负螺旋度,即低层正涡度辐合旋转上升运动远大于高层负涡度辐散,这为暴雨的发生提供了强大的动力条件。b图13.螺旋度分布(单位:10-6cms)(a为23日18时500hPa；b