某市暴雨天气分析及相关气象服务.docx

1、某市暴雨天气分析及相关气象服务某市暴雨天气分析及相关气象服务某市地处内陆深处的内蒙古高原 , 暴雨较为少见。 2012 年 6 月 25 日-6 月 28 日，内蒙古某市发生暴雨，局部地区出现大到特大暴雨，此次暴雨在某市百年不遇。本文说明了某市暴雨的降水实况，造成的灾害，从副高西伸阶段、副高维持阶段、副高东退阶段三个方面进行了分析，包括环流形势、云图、雷达回波、云底高度等，得出结论：受贝加尔湖冷涡影响，副高西伸北抬，河套东高西低形势建立，为暴雨产生提供了水汽输送条件和长时间维持条件。 副高西伸和维持阶段，河套不断有切变辐合系统生成，并有中尺度对流云团发展。副高东退阶段， 冷涡后部横槽转竖，槽后

2、冷空气下沉， 使锋前暖湿气团抬升， 形成大范围锋面强降水。本文还通过对这次典型暴雨的分析作出相应的公共气象服务。第一章 绪论在中国气象上规定， 24 小时的降水量为 50 毫米或以上的强降雨称之为“暴雨”。 一般是指降雨量每小时在 16 毫米以上，或降雨量连续 12 小时在30 毫米以上，或降雨量连续 24 小时在 50 毫米以上的降水。 其降水的强度大小可以分为三个等级： 24 小时的降水量为 5099.9 mm称之为“暴雨”；100250 mm以下称之为“大暴雨”； 250 mm以上称之为“特大暴雨”。由于各地区降水和地形特点的不同， 所以各地暴雨洪涝的标准也有所不同。特大暴雨是一种灾害性

3、极端天气， 往往造成洪涝灾害和严重的水土流失，从而导致堤防溃决和农作物被淹等重大的经济损失和社会影响。特别是对于一些地势相对低洼、地形闭塞的地区，雨水不能迅速宣泄造成农田积水和土壤水分过度饱和，会造成更多影响严重的地质灾害。世界上最大的暴雨出现在南印度洋上的留尼汪岛， 24 小时的降水量为1870 毫米。中国最大的暴雨出现在台湾省新寮， 24 小时的降水量为 1672 毫米，两次暴雨均是热带气旋活动所引起的。暴雨对人民的生活及生产活动影响很大， 所以对一次典型的暴雨过程分析对以后针对暴雨的预报及研究都有很大的作用及意义。1.1 研究目的及意义1中国是一个多暴雨国家，几乎在各省、市、区均有出现。

4、暴雨主要集中在夏半年。暴雨日数地域分布特征明显是南方多，北方少；沿海地区多，内陆地区少；迎风坡侧多，背风坡侧少。华南沿海以及江淮流域一些地区平均每年 10 天以上，而西北地区平均每年都不到 1 天。近几年来国内对暴雨的关注都愈发强烈，除了对沿海地区的关注外，对西北等内陆地区的暴雨研究也逐渐增加。就拿内蒙古某市来说夏季的气候特征降水少、 温差大，日照足、蒸发强，整个夏季来看，雨量 10 毫米的降水累积日数，全市仅为 2.24.6天。这样的气候特征对于暴雨的形成来说有利因素较少，所以某市暴雨也比较罕见。2012 年 6 月 25 日-6 月 28 日某市全市普遍降大到暴雨， 局部地区甚至出现大暴雨

5、、特大暴雨、冰雹等强对流天气，实属百年不遇，是某市从1954年有记录以来范围最广、降雨量最大的一次降水天气过程。持续的暴雨造成的影响也是相当大的， 形成了严重的洪涝灾害， 河套地区农作物大面积受损、绝收，农业基础设施的损毁严重，沿山沟口多处爆发山洪，冲断公路，一部分水库溢洪，农田土地积水严重，部分农村房屋倒塌，市区出现内涝，交通出行受到严重影响，造成较大的社会影响。通过研究此次典型暴雨的形成，过程等，总结出这次暴雨是受贝加尔湖冷涡的影响，结合对应的大气环流形势，各个气象要素之间的相关性，采用天气学方法对暴雨过程进行研究，进一步的阐明了某市暴雨的成因及其特征。其主要目的在于：一是通过对这次典型暴

6、雨过程的分析，了解在某市发生暴雨的原因及形成机制。二是通过分析这次暴雨过程，为日后再次出现相似天气提高预报准确率。三是通过对这次典型暴雨过程分析，做出相应的公共气象服务内容，实现暴雨预防和减少暴雨带来的灾害损失等。1.2 研究领域概况目前国内文章分析北方的暴雨过程分析文章多为一次典型暴雨过程的分析，例如杨翠芝在对内蒙古包头地区 2008 年 7 月 30 日 -31 日大到暴雨天气过程的分析是基于常规的天气资料和卫星云图，利用天气学的原理及方法，分析了包头地区大到暴雨的降水特征，总结了一些具有物理意义的降水预报指标，可以为以后的降水预报提供可靠的依据，而产生原因是因台风凤凰的登陆，然后导致副热

7、带高压西伸北抬，沿副热带高压的外围东南风加强，从而使充沛的水汽输送到河套地区，导致包头 2008 年 7 月 30 日 -31 日普降大到暴雨， 局部暴雨。严华等人在对内蒙古科左后旗 2010 年 5 月 5 日-5 月 6 日出现的大到暴2雨天气过程进行了分析，利用高空形势， T213 数值预报产品、物理量场分析，此次暴雨过程主要是高空低涡和地面河套倒槽相结合所产生的，河套倒槽在此次降水过程中起到了关键性的作用，是主要的影响系统。金淼等人在对内蒙古阿荣旗地区春季一次强降水的天气分析， 同样利用大气环流形势包括高空形势、地面形势，以及数值预报、卫星云图、物理量的分析等，2010 年 5 月 1

8、8 日-5月 19 日的强降水主要高低空影响系统是是高空低涡和蒙古气旋， 西南的暖湿气流建立和输送为此次降水提供了较好的水汽条件。乌文奇等人通过利用高空形势、地面形势的实时资料和卫星云图，对内蒙古通辽地区2012 年 7 月 20 日-7月 23 日暴雨过程进行分析，结果表明此次暴雨的环流背景是高空受低涡的控制、地面受气旋的影响，低层的正涡度值较大，有利于暴雨对流天气发生和发展。根据近几年对内蒙古地区暴雨文章的分析得出结论，分析一次暴雨过程是从形成机制和原因等方面进行的，多采用天气学原理及方法进行分析，主要分析的暴雨过程的特征，但是对于暴雨发生时和发生后的公共气象服务方面研究较少，尤其是针对典

9、型的暴雨天气过程。13 本文研究内容本文通过对 2012 年 6 月 25 日至 6 月 28 日暴雨的大气环流形势，高空形势（500hpa、700hpa、850hpa）地面形势、以及各个天气要素、物理量、云图、雷达回波等的分析， 较为完整的分析了此次暴雨天气过程， 并且针对这次暴雨过程做了相应的公共气象服务。第一章介绍了研究目的和意义和内容以及研究概况和缺陷。 第二章介绍了内蒙古某市的主要地形概况、 气候概况以及降水特点。第三章从大气环流形势、气象要素及物理量分析暴雨过程形成原因及机制。 第四章针对此次暴雨过程做出相对应较为完整的公共气象服务。第二章 某市自然环境背景2.1 地理位置某市地区

10、地处内陆深处的内蒙古高原，位于东经 105 12-10953,北纬4013-42 28之间，东临包头市，南接鄂尔多斯，西枕阿拉善盟，北靠蒙古共和国南戈壁省，西南依黄河与乌海市相望。 全市东西长 378 公里，南北宽 238 公3里，面积 6.6 万平方公里。（见图 1.1）图 2.1 某市地理位置2.2 地形特征某市地区属于内蒙古高原的一部分，由于地质的运动，阴山及其北部隆起，阴山的前部断陷，形成比较明显的三种地貌： 北部高平原、 中部山地丘陵和南部平原。阴山有较大的沟谷 68 条，北部冷空气途经这些沟谷极易形成“狭管风” ，与南来暖湿气流交汇非容易形成强对流天气，产生冰雹和距地山洪。2.3

11、气候概况某市地区地处中纬度地区，位于大陆深处，远离海洋，地势高漫，是中温带大陆性气候与季风气候的交界区。这里冬寒夏炎，四季分明，降水少、温差大，日照足、蒸发强，春秋短促、冬季漫长，无霜期短、风沙天多，雨热同季、灾害频繁。2.3.1 降水特征空间分布：全市年降水量分布基本为自西北向东南递增。由西北部不到 80毫米，增加到东南部 260 毫米，相差近 180 毫米。由于阴山南坡较陡，同时为东亚季风的上游，夏季由东南季风带来的暖湿空气，受阴山的阻挡和抬升， 使降水量增加，而山后的西北地区受东亚季风影响微弱，降水量明显减少； 同时地表植被总体分布亦为山前好于山后，东部好于西部，尤其乌后旗的西部，沙漠交

12、错、砾石纵横，植被稀疏， 恶劣的生态环境又影响降水的增加。 巴彦淖尔地区境内的多雨中心在东南部的乌拉山两侧， 这主要因为该地区植被覆盖率高， 加之山体对4夏季东南来的海上暖湿气流的阻挡抬升作用， 使雨量明显增加， 达到近 300 毫米（见图 2.2 ）。图 2.2 某市年降水量分布图时间分布：年际分布巴彦淖尔地区降水量年际变率较大，总趋势略增（见图 2.3 ）。mm年降水量历史演变曲线降水量历史演变趋势降水演变趋势拟合分析270.0250.0230.0210.0190.0170.0150.0130.0110.090.070.01954195819621966197019741978198219

13、86199019941998200220062010年图 2.3 某市年降水量历史演变趋势分析月际分布某市各站年降水量在 127233mm之间，从各站月平均降水量看，一年中近 70%的降水集中在68 月，雨热同季，但变率大，保证率低（见表 2.1 ）。表 2.1某市各月平均降水量（单位：0.1mm ）月份123456789101112全年磴口0.51.03.45.314.424.825.838.521.55.91.40.8143.3临河0.81.23.13.814.219.329.845.322.46.61.60.9148.95杭后0.61.52.83.711.120.530.933.523.

14、76.21.30.9136.7五原1.32.54.34.213.321.140.446.025.88.91.80.8170.4乌前旗1.12.45.65.518.123.558.057.930.610.81.71.1216.3大佘太1.72.25.46.920.329.758.559.931.212.42.21.7232.1乌中旗1.61.84.13.714.825.952.155.827.47.92.01.5198.6乌后旗1.11.22.12.912.518.235.829.315.95.11.71.0126.8海力素1.21.23.04.612.420.333.632.415.44.82

15、.52.1133.5平均1.11.73.84.514.622.640.544.323.87.61.81.2167.4各级降水量日数从 19812010 年各级降水日数饼图 1.6 看出，降水量级R0.1mm平均日数 44 天，占 75%，R5mm、R10mm、R25mm、 R 50mm、 R 100mm诸多量级平均日数总和只占 25%（见图 2.4 ）。图 2.4 某市各级降水日数饼图2.3.2 某市水资源特点河套地区的天然降水远不能满足作物生长需要， 主要依靠黄河水灌溉进行农业生产，河套灌区是一首制灌区，一个轮水周期为 20 天左右，遇到干旱年份，在作物需水关键期，水份的供需矛盾突出。在北部

16、高平原没有灌溉条件的地区，天然降水较少，地下水匮乏，农牧业生产受到严重制约，自然景观荒凉。就全市降水特点来看， 某市十年九旱， 旱涝不均干旱是制约农林牧业经济发展的重要因素。暴雨虽然少见，但暴雨给经济发展带来的危害也是非常大的 , 必须加强暴雨预报的研究。第三章 暴雨天气过程3.1 降水实况某市在 2012 年 6 月 25 日晚至 28 日三天，全市普遍降大到暴雨，局部地区出现大暴雨，特大暴雨，并且伴有大风、雷雨、冰雹等强对流天气，是某市一次6百年不遇的暴风雨。降水持续超过 60 小时， 104 个测站全部测到降水，其中 37 个测站降水量超过 24mm，4 个站超过 50mm，全市的平均降

17、水量打到 117.4mm。这次降水过程时间长、强度大、范围大，是某市从 1954 年有记录以来范围最广、降雨量最大的一次降水天气过程。本次降水天气分为 25 日夜间（副高西伸）、26 日夜间（副高维持）和 27 日白天到夜间（副高东退）三个阶段（见图 3.1 ）。图 3.1 2012 年 6 月 25-28 日自动站过程降水量 140mm柱状图3.2 造成的灾害强降水引发沿山沟口大面积山洪爆发， 部分水库溢洪，城市内涝，交通阻塞，房屋倒塌，农田积水，农作物倒伏。全市7 个旗县区有 72.61 万人受灾，农作物6262直接经济损失66.04 亿元，其中农业受灾面积 4.86 10 hm, 绝收

18、1.35 10 hm,损失 51.47 亿元 2 。面对如此严重的气象灾害， 作为将要走上气象工作工作岗位的年轻学子， 认真分析家乡罕见大暴雨发生、 发展成因和物理机制， 对今后业务能力的提高具有重要意义 。7图 3.2 某市 2012 年 6 月 25 日 08 时 26 日 08 时降水量分布图3.3 天气分析33.1 副高西伸阶段环流形势分析：2012 年 6 月 24 日 08 时天气图上， 500hPa亚洲中高纬为两脊一槽型环流背景 3 ，两个长波脊分别位于巴尔喀什湖北部和鄂霍次克海西部， 位于贝加尔湖（以下简称“贝湖”）的冷槽发展加深为贝湖冷涡。 25 日 08 时，贝湖冷涡加强南

19、压，冷涡的西南部和东南部分别有切变线向外延伸。 20 时鄂霍茨克海有阻塞高压闭合环流形成并西伸北抬，外围 576dagpm线随之西伸北抬，迫使贝湖冷涡随之北抬。同时，巴彦毛道西侧有短波槽东移，槽前西南风风速 14m.s-1 ，槽后有冷平流配合（见图 2.3 ）。700hPa副高外围 308dagpm线西脊点西伸至太行山东部。 四川西部高原暖低涡建立， 暖低涡东侧有 6m.s-1 偏南风向阿拉善盟南部输送水汽，T-Td5湿舌北伸至陕西延安与甘肃南部一线（ 37N），河套有人字形切变形成，并有 12线暖舌自某市西南方伸进。 850hPa副高外围 144dagpm线西脊点西伸至太原南部，河套西部至青

20、海北部受暖低压控制，暖中心强度达到 28。黄海至河套、东海至河套分别有两支 4m.s-1 东南风水汽输送通道建立， T-Td 5 湿舌西伸至山西太原（ 113 E）。在河套西南部和东北部分别有暖切变和冷切变生成 , 并被 24线暖舌包围。临河和中旗 500hPa 与 850hPa 温差分别为 -35 和-37 ，假相当位温差 Qse500-Qse850=-7 ，超过当地副高西伸阶段的热力不稳定8500 850指标（ T500-T850-32 ）和对流不稳定指标（ Qse=Qse -Qse -5 ），具备了很好的强对流潜势条件。 500hPa短波槽东移，与 700hPa人字形切变、 850hPa

21、 暖切变、地面河套气旋顶部暖锋切变垂直相遇时形成的强抬升， 是激发副高西伸阶段不稳定能量释放，强对流爆发的触发机制 16 （见图 3.3 、3.4 ）。物理量场分析：r2qqk qq根据比湿的局地变化方程式：V ?qCtzz2ur2稳定度的局地变化方程式：(se )(Vh se )psesetpppp2可以看出，比湿和稳定度的局地变化主要取决于平流变化和垂直输送5 。在 25日 20 时 500hPa河套地区都有来自阿拉善盟北部12ms-1 的偏西风，对应比湿3g.kg -1 ； 700hPa有来自北部湾 6ms-1 的偏南风，比湿 6g.kg -1 ；850hPa有来自东海 4ms-1 的东

22、南风，比湿 8g.kg -1 ，中低层水汽输送通路畅通， 狼山以北为东北风，协同狼山山脉地形，阻挡作用明显。在 25 日 20 时 850hPa比湿场和假相当位温场上，山西北部 13g.kg -1 大湿中心和陕西北部 70高能中心外围均有 8g.kg -1 等比湿舌（见图 3.5a ）和 64高能舌（见图 3.5b ）向狼山南麓伸展，比湿与当地暴雨指标（ 8g.kg -1 ）等同，假相当位温超过当地暴雨指标（ 60），且梯度较大，平流强盛，而 500hPa以上有干平流和低能槽。水汽通量散度时间剖面图上， 25 日 20 时至 27 日 20 时 850hPa 有 -6g.hPa -1 .cm-

23、2 .s -1 水汽辐合区，低层水汽辐合强。从 T639 垂直速度时间剖面图看出， 25 日 20 时至 27 日 20 时均处在 -38 10-3 hPa.s -1 上升区（见图 3.6 ），上升运动强烈。比湿场和假相当位温场上某市处于梯度大值区，平流较强 , 500hPa与 850hPa之间的湿度和能量差动平流大，局地增湿增能显著，加之垂直速度场上河套处于持续上升区（见图3.6 ），高湿高能垂直输送强烈，对流不稳定层结迅速增厚，有利于不稳定能量垂直积累。当 25 日夜间 500hPa短波槽东移，与 700hPa人字形切变、 850hPa暖切变、地面河套气旋顶部暖锋切变垂直相遇形成强抬升时，

24、 激发了副高西伸阶段不稳定能量释放，触发了强对流爆发。9图 3.3 6 月 25 日 08 时 500hPa 实况分析图 3.4 6 月 25 日 08 时 500、 700、 850hPa 实况综合分析图 3.5 6 月 25 日 20 时 850hPa 比湿场（ a）和 Qse 场(b)10图 3.6 6 月 24 日 20 时 -28 日 20 时 T639 垂直速度场时间剖面图云图分析：25 日 21 时 45 分，阿拉善盟上空呈东北 - 西南向分布的高空槽云系前方有对流单体首先在乌后旗西部生成之后， 在东移过程中遇中低层副高外围阻挡， 不断发展增强，东移缓慢。 26 日 3 5 时对

25、流云团覆盖全市，结构密实强盛，这一特征反映了环境气流的变化和大气的热力不稳定程度 6 ，说明 500hPa短波槽东移，与中低层辐合系统已处于垂直叠置阶段 , 上升运动强烈。从自动监测站的实时降水资料看出，受强对流云团持续影响， 乌后旗沿山至乌前旗西南部形成了暴雨带。雷达回波分析：基本反射率因子分析：25 日 20 时，零散回波在乌后旗西部出现。 由于有天气系统配合和地形作用，回波在越过狼山进入套区后发展加强，范围不断扩大。在 1.5 仰角上， 22 时49 分回波呈片状，强中心达到 58dBZ，并与多个零散回波合并，回波梯度较大，在移动过程中右前侧不断有新生回波生成（见图 3.7a ）。强降水

26、回波持续近 5 个小时，某市杭锦后旗一小时降水量达到 36.8mm，强降水造成乌后旗沿山山洪爆发。基本经向速度和垂直风廓线分析：在 1.5 仰角速度图上， 25 日 20 时开始，在乌后旗西部有零散的正速度区，风速在 5m.s-1 以下。 22 时 12 分，在阴山北部乌后旗境内正速度区中出现了负速度区，即有逆风区存在， 预示回波将进一步增强。 随后该回波在移动过程中负速度区不断增生连成带状，零速度线十分清晰，正负速度值最大时达到了10m.s-111和 -15m.s -1 ，说明该回波区辐合非常明显， PUP 显示有多个中气旋存在（见图 3.7b ）。自动雨量站监测到的雨量与速度图对应，强降水

27、出现在正负速度区交汇处。垂直风廓线（ VWP）代表雷达站附近 50km范围内风场的垂直分布情况。 从风廓线图可以看到， 25 日 21 时，临河雷达站附近 1.5 1.8km 高度内为东南风， 56km为西南风，说明该时段内已经有水汽输送到某市境内。 23 时 27 分雷达站 5km以下为南或东南风，风速为-1， 5km以上为西南风，风速大于-1，810m.s10m.s最大风速达到 25.7m.s -1 ，说明水汽输送通道已建立。从 26 日凌晨，高空风垂直切变风向呈顺时针旋转，对应的风速切变不明显（见图 3.7f ），强降水时段出现在 26 日 4 5 时。随后 3km以上均为 6 18m.s-1 西南风， 3km以下为 12m.s-1的东南风。直到 13 时降水回波减弱，副高西伸阶段强降水停止。云顶高度和垂直累积液态水含量分析：从回波顶高产品来看， 25 日夜间乌后旗沿山一带强回波中心 45dBZ的高度达到 9km， 0层高度 4.5km，垂直累积液态水含量多在 35kg.m-2 （见图 3.7c ），符合强降水指标。图 3.7 2012 年 6 月 26 日 3 时 55 分组合反射率因子 (a) 、经向速度图 (b) 、垂直累积液态水含量 (c) 、反射率因子垂直剖面图 (d