遂宁暴雨及高空和地面物理量特征分析.docx
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遂宁暴雨及高空和地面物理量特征分析
遂宁暴雨及高空和地面物理量特征分析
遂宁暴雨的高空和地面物理量特征分析
陆鸿彬
（遂宁气象局，遂宁邮编629000）
摘要
分析遂宁暴雨个例高空和地面物理量特征，寻找暴雨指标，暴雨出现在具有较强的上升速度和暖湿的不稳定的空气中，尤其是大范围的强降水，必须同时具备以下基本物理条件：
湿度较大，位势不稳定，高低空有利流场。
关键词：
暴雨特征分析物理量
1、前言
天气尺度系统提供了中尺度系统产生和成长的环境场。
中尺度系统的发生所需要的一些基本物理条件，例如大气层结不稳定，水汽通量的辐合，低层流场的辐合和气旋性的涡旋等，都是伴随着一定的天气尺度系统而出现的。
有时天气尺度系统还是中尺度系统的触发机制，它还可以造成水汽在暴雨区的集中，形成并维持暴雨区附近的位势不稳定层结。
本文选取1980年到2010年高空资料，建站以来的地面资料，对高空、地面物理量的特征进行分析，寻找遂宁本地暴雨的影响因子。
暴雨日为遂宁三个站点出现1个站点或以上定义为一个暴雨日。
一共出现320个暴雨日。
2、暴雨开始时物理量特征
暴雨时各探空站要素
要素
成都均值
标准差
重庆均值
标准差
达州均值
标准差
q850
14.4265
2.1930
14.1110
2.3125
14.1207
1.9810
850
69.4453
6.7437
69.8786
9.2280
70.0092
6.0247
q700
10.2928
1.8283
9.5762
1.9913
9.3138
2.0929
700
67.4675
5.9649
66.9505
5.9583
65.0416
6.0463
q500
4.9550
1.2921
3.6689
1.4758
3.7912
1.5670
500
69.6248
5.0707
66.2464
4.8695
65.8913
5.4146
850-500
-0.1795
6.2340
3.6322
9.1418
4.1179
5.3939
K
36.3306
4.0812
34.8167
8.7187
36.2500
5.5174
t850
19.5207
2.1138
20.6833
4.2426
20.7851
1.9114
t500
-2.5124
2.0861
-2.6583
2.1004
-3.1983
2.2935
h500
585.2893
2.3890
585.8917
2.4727
585.2810
2.4091
850hpa风向
122.3140
97.1490
177.8151
49.0703
162.7917
42.9324
850hpa风速
3.9256
3.5359
7.7647
4.0078
6.3250
3.0847
700hpa风向
183.7500
63.4023
195.9664
51.2855
193.1356
53.9460
700hpa风速
5.4917
2.9506
6.9664
3.0026
6.5593
3.2961
200hpa风向
253.9655
105.6173
241.3248
130.7017
280.5172
92.2341
200hpa风速
14.5086
7.8823
15.7350
7.5514
18.5948
8.8661
表1暴雨时各探空站要素
从表一可以看出暴雨产生时，水汽条件：
850hpa为14g/kg,700hpa为9~10g/kg，500hpa为4~5g/kg，标准差在1.5~2。
遂宁暴雨需要的水汽条件850hpa大于12g/kg,700hpa大于8g/kg。
能量条件：
假相当位温
850为70℃，
700为65~67℃，
500为65~69℃，标准差5-6，
500-850为除成都为0.2其他为-3.6~-4，标准差6~9，遂宁暴雨产生需要一定的能量条件和位势不稳定，
850大于65且
500-850<-2,或
850大于70且
500-850<2。
K指数：
K指数在34到36℃，标准差为4~8,k指数4,5，10月>30℃,6到9月K>35℃。
温度条件：
除去18次低能性暴雨以外，t850>19℃,t500>-3℃,0度线位于600hpa左右。
风场：
850hpa重庆风速最大7.8m/s，达州6.3m/s，温江3.9m/s；700hpa重庆风速最大7m/s，达州6.5m/s，温江5.4m/s；200hpa达州风速最大18.6m/s，重庆185.7m/s，温江14.5m/s。
低层存在风场辐合，一般大于6m/s,还有一定明显的特征为温江850hpa风速偏小，多为偏东北风。
3、暴雨开始前（08时）物理量特征
3.1水汽条件
暴雨前的08时，850hpa比湿平均值成都除4月11.2g/kg,11月9.1g/kg,其余各月均大于12g/kg；重庆除11月8.5g/kg，各月均大于12g/kg；达州除4月11.2g/kg,11月9.1g/kg，其余各月均大于12g/kg；7月最大15.2g/kg,4月到7月上升，8月11月为下降。
暴雨集中在5到9月，可以看出暴雨开始前08时850hpa比湿均大于12g/kg。
暴雨前的08时，700hpa比湿平均值成都除11月6g/kg，其余各月均大于8g/kg；重庆除4月7.6g/kg，11月6.4g/kg，各月均大于8g/kg；达州除4月6g/kg,11月5.9g/kg，其余各月均大于8g/kg；7月月最大11g/kg,4月到7月上升，8月到11月为下降。
暴雨集中在5到9月，可以看出暴雨开始前08时700hpa比湿均大于8g/kg。
3.2能量条件
850hpa
平均值成都除了7月72.8℃,8月70.3℃，其他均小于70℃；重庆除了7月74.1℃，其他均小于70℃；达州除了7月73.4℃，8月71.8℃其他均小于70℃；850hPa的
值各月也都在60℃以上，其中以7月为最高，
=74℃。
6-8月
850>70℃,4，5,9月
850大于60℃。
700hpa
平均值与850hpa
平均值趋势基本一致，但量级上小2到3℃。
图2
850月变化
3.3位势不稳定
反映位势不稳定度，9月份以前暴雨前各月都是位势不稳定的，9月成都明显为位势稳定，但重庆达州仍处于位势不稳定。
达州与重庆的不稳定度都比成都大，遂宁暴雨稳定度相关最好的是重庆。
从
来看，4月-5.5℃，5月是-2.7℃，6月是-4℃，7月是-6.3℃，8月是-2.2℃，9月是-0.7℃，重庆、达州的对流性不稳定以盛夏的7月份最为显著，达州比重庆偏晚一个月，成都处于稳定或趋于稳定除了4月-3.2℃，其他均大于-1℃。
3.4K指数特征
Ｋ指数除去达州４月为２９℃，其余均大于３１℃，暴雨条件的Ｋ指数平均没有超过３８℃。
说明暴雨要求的对流不稳定能量不高，达州Ｋ指数变化最大，成都变化最小，６月达州和重庆均出现低谷（６月易阴雨天气开始后出现持续性暴雨或低能暴雨，船山最大雨量出现在2002年6月9日199.8ｍｍ，射洪最大雨量出现在1969年9月26日264.4ｍｍ，蓬溪最大雨量出现在2002年6月8日278ｍｍ），７、８月Ｋ指数最大,7、8、9月出现暴雨K指数大于35℃
3.5温度条件
850hpa温度成都、达州、重庆月变化基本一致。
4到5月850hpa温度平均在19.0℃左右，6到8月大于20℃，九月在19.5℃左右。
重庆5月常年平均为14.8℃，6月17.8℃，7月8月偏低0.5℃,9月偏高3.2℃。
除去8月略偏低外，其他各月均偏高，5月偏多最多。
20.9℃，8月20.6℃，9月16.3℃。
可以看出5月暴雨时比常年偏高4.5℃，6月偏高3.4℃，7月偏高1.2℃，
500hpa盆地三站点也基本一致，5月-6℃，，6到9月在-2℃左右。
基本与常年平均值持平。
到200hPa大部分月出现负距平。
3.6500hpa位势高度
500hpa位势高度4到5月在582位势米左右，6到9月在585-587位势米，且重庆比成都高0.5到1位势米，说明大部分暴雨发生在副高外围上升区。
3.7涡度与散度
表3暴雨前（08时）平均涡度和散度特征
要素
平均值
标准差
700hpa散度
-8.2
3.5
850hpa散度
-4.67
2.67
700hpa涡度
6.67
2.89
850hpa涡度
6.97
2.9
200-500hpa散度
1.26
3.56
计算遂宁地区平均散度与涡度，发现暴雨前08时，850与700hpa为正涡度和负散度区，700hpa散度比850hpa散度大的多，最大区在600hpa左右。
200-500hpa散度差为1.26
3.8暴雨前08时的风场
表4暴雨前（08时）经向风
成都
重庆
达州
850hpa
-1.27
6.79
5.2
700hap
3.6
5.28
4.84
500hpa
2.9
3.5
3.5
200hpa
-7.13
-10.5
-11.3
表5暴雨前（08时）纬向风
成都
重庆
达州
850hpa
-1.9
-0.57
-1.38
700hap
1.34
1.78
1.55
500hpa
4.5
4.55
3.06
200hpa
8.29
5.56
10.89
规定南风为正，北风为负，西风为正，东风为负。
可以分析得出风垂直方向风随高度顺转，850hpa成都为东北风，重庆、达州为东南风，从风场分析来看850hpa水汽来源主要是南海，且盆地处于辐合重庆风速大于达州，成都最小；700、500hpa为西南风，风速在7到8m/s，水汽来源来自孟湾；200hpa为西北风，风速均大于14m/s,达州最大18.6m/s。
暴雨过程常伴有急流出现，但从平均风速来看，还是没有达到急流标准，低空经向风风速>6m/s，经向风速是大于纬向风速。
图6暴雨开始时850hpa和700hpa的平均风合成
4、地面EADB分析
E为地面总温度E=T+10H+1555E/P，
A=（△T-△P）+△e,△T为14时温度与旬平均值。
D为气压发展，D为当日14时气压与昨日14时气压差
B为水汽通量，B=vq/g
遂宁地面EADB
暴雨开始前48小时
暴雨开始前24小时
开始时
开始后24小时
E
平均值
70.5
75.7
68.5
70
标准差
8.3
9.1
9.9
11
A
平均值
8.3
9.1
1.24
1.7
标准差
8.29
8.1
9
9.15
D
平均值
-
-1
-1.67
1.35
标准差
-
2.43
3.3
2.78
B
平均值
2.61
2.78
2.76
2.64
标准差
2.18
2.15
2.31
1.99
船山E与历史同期之差为6.5，标准差6.69最大27.2，最小-13.7。
射洪E与历史同期之差为5.4，最大28.3，最小-13.7。
蓬溪E与历史同期之差为4.77，最大24.5，最小-13.7。
暴雨开始前，地面能量开始积累，暴雨开始后能量逐渐释放，暴雨开始前48小时地面总温度小于70℃，暴雨开始前24小时地面总温度接近75℃，同历史同期比较偏高4到6℃，暴雨开始后24小时地面总温度小于70℃。
参数A分析可以看出：
暴雨开始前48小时参数A小于9，暴雨开始前24小时参数A大于9，且蓬溪、射洪大于13。
D气压发展，暴雨开始时气压为负变压，暴雨开始前24小时变压小于2，暴雨开始后24小时为正变压。
水汽通量大于2。
暴雨时地面总温度平均：
4月58（下限51），5月68（下限59），6月75（下限62），7月78（下限67）,8月77（下限57）,9月71（下限56）。
当E小于50，A小于0，D大于2，B小于2时，未来48小时内转为多云天气。
5、结论
5.1暴雨出现在具有较强的上升速度和暖湿的不稳定的空气中，尤其是大范围的强降水，必须同时具备以下基本物理条件：
湿度较大，位势不稳定，高低空有利流场。
5.2暴雨开始前（08时）水汽条件，850hpa比湿均大于12g/kg，700hpa比湿均大于8g/kg。
5.37、8、9月出现暴雨K指数大于35℃。
5.49月份以前遂宁暴雨前各月均处于位势不稳定的，9月成都明显为位势稳定，但重庆达州仍处于位势不稳定。
达州与重庆的不稳定度都比成都大，遂宁暴雨稳定度相关最好的是重庆。
5.5暴雨开始前850hpa风场明显特则是：
成都为东北风，重庆、达州为东南风，从平均风速来看，没有达到急流标准，低空经向风风速>6m/s，经向风速是大于纬向风速。
5.6暴雨开始前，地面能量开始积累，暴雨开始后能量逐渐释放，暴雨开始前48小时地面总温度小于70℃，暴雨开始前24小时地面总温度接近75℃，同历史同期比较偏高4到6℃，暴雨开始后24小时地面总温度小于70℃。
参考文献
[1]杨克明，毕宝贵，李月安，等．1998年长江上游致洪暴雨的分析研究［J］．气象，2001，27（8）：
9-14.
[2]朱乾根等,《天气学原理和方法》,气象出版社,2007年7月第四版
[3]李淑芳,张鸿材等，《四川省短期天气预报手册》，1986年7月第一版
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