利用NECP/NCAR再分析资料,总结了2010~2017年伊犁地区30次暴雨过程的水汽特征,通过分析700 hPa水汽通量及风场、水汽通量散度、比湿、大气可降水量等物理量,得出:伊犁暴雨东南部多,西部少;夏季多,春秋季少;出现暴雨时700 hPa水汽通量散度、比湿、大气可降水量等物理量指标分别为−3 × 10−5 g∙m−2∙s−1,6~7 g/kg,30 kg/m−2;伊犁暴雨的水汽源地有里海、黑海、红海、地中海、孟加拉湾、咸海、巴尔喀什湖、阿拉伯海,其中黑海和里海对伊犁地区暴雨水汽贡献最大。阿拉伯海、孟加拉湾作为水汽源地,大气可降水量达到60 kg/m−2,是否可作为暴雨的预报指标有待进一步验证;系统性暴雨和区域性暴雨比湿、大气可降水量等指标差别不大,而系统性暴雨水汽辐合强度明显高于区域性暴雨。 Based on the NECP/NCAR reanalysis data, the water vapor characteristics of 30 heavy rains processes in Yili area from 2010 to 2017 are summarized. 700 hPa water vapor flux and wind field, divergence of vapor flux, specific humidity, atmospheric precipitation were analyzed. It is concluded that the heavy rains in yili area are more in the south and east and less in the west, that heavy rains occur more in summer, less in spring and autumn. In the case of heavy rains, the physical indexes of divergence of vapor flux of 700 hPa are −3 × 10−5g∙m−2∙s−1, specific humidity of 700 hPa are 6 - 7g/kg, atmospheric precipitation of 700 hPa are 30 kg/m−2. Water vapor in the heavy rains in Yili originates from the Caspian Sea, Black Sea, Red Sea, Mediterranean Sea, bay of Bengal, Aral Sea, Balkashi Lake and Arabian Sea, the Black Sea and Caspian Sea contribute the most. When the Arabian Sea and the Bay of Bengal are the water vapor sources, whether the atmospheric precipitation up to 60 kg/m−2 can be used as the prediction index of heavy rains needs to be further verified. There is little difference between systematic heavy rains and regional heavy rains in terms of specific humidity and atmospheric precipitation, but the moisture convergence intensity of systematic heavy rains is obviously higher than that of regional heavy rains.
白婷,祝小梅
伊犁州气象局,新疆 伊犁
收稿日期:2019年10月15日;录用日期:2019年10月30日;发布日期:2019年11月6日
利用NECP/NCAR再分析资料,总结了2010~2017年伊犁地区30次暴雨过程的水汽特征,通过分析700 hPa水汽通量及风场、水汽通量散度、比湿、大气可降水量等物理量,得出:伊犁暴雨东南部多,西部少;夏季多,春秋季少;出现暴雨时700 hPa水汽通量散度、比湿、大气可降水量等物理量指标分别为−3 × 10−5 g∙m−2∙s−1,6~7 g/kg,30 kg/m−2;伊犁暴雨的水汽源地有里海、黑海、红海、地中海、孟加拉湾、咸海、巴尔喀什湖、阿拉伯海,其中黑海和里海对伊犁地区暴雨水汽贡献最大。阿拉伯海、孟加拉湾作为水汽源地,大气可降水量达到60 kg/m−2,是否可作为暴雨的预报指标有待进一步验证;系统性暴雨和区域性暴雨比湿、大气可降水量等指标差别不大,而系统性暴雨水汽辐合强度明显高于区域性暴雨。
关键词 :暴雨,水汽通量,水汽通量散度,比湿,大气可降水量
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《中国之暴雨》 [
利用常规地面资料,从伊犁地区10个国家基本站,2010~2017年5~10月日降水资料中挑出暴雨个例。个例选取标准:满足伊犁地区十个基准站只要有一站日降水量大于24 mm,为一个暴雨个例。
利用NCEP1˚ × 1˚一日四次再分析资料计算暴雨发生前后700 hPa各格点水汽通量、水汽通量散度、比湿、大气可降水量等物理量,然后分别统计各物理量特征。
通过统计,十站中西部五站(伊宁市、霍尔果斯、霍城、察县、伊宁县)出现暴雨日相当,其中伊宁县较多,为6次。而东南部各县(尼勒克、新源、特克斯、昭苏)普遍比西部多,其中特克斯最多(19次),新源12次,昭苏10次,尼勒克8次(见图1)。
图1. 暴雨次数统计
文中统计6至8月暴雨为夏季暴雨,5月、9月、10月暴雨为春秋季。夏季暴雨出现21次,春秋季暴雨仅出现9次。累积暴雨量霍城最少,西部各县平均达到144.4 mm,东南部各县平均达到399.4 mm,东南部各县平均累积暴雨量高于西部各县255 mm (见图2)。
不论暴雨日还是暴雨累积量,东南部区域普遍多于西部。东南部地区处于喇叭口地形底部且地势普遍高于西部地区,地形作用有利于加强抬升作用并有利于水汽聚集从而使东南部暴雨多于西部暴雨。
图2. 暴雨累积量(mm)
三站及三站以上出现暴雨定义为系统性暴雨,三站以下出现暴雨定义为区域性暴雨。文中还分别对比分析了夏季暴雨和春秋季暴雨。个例总数为30次,系统性暴雨为9次,区域性暴雨为21次。夏季暴雨和春秋季暴雨分别是20次和10次。
水汽通量散度可以反映水汽聚集情况,因此暴雨的强弱与水汽通量散度辐合强度关系密切。
利用NCEP1˚ × 1˚资料计算30个个例700 hPa水汽通量散度(图3),并分析出现暴雨时伊犁区域内水汽通量散度最大辐合中心值的统计特征。可知:春秋季出现暴雨的水汽通量散度分布较集中,而夏季出现暴雨的水汽通量散度较分散,两季暴雨水汽通量散度中位数均为−3 × 10−5 g∙m−2∙s−1,因此可将700 hPa水汽通量散度值为−3 × 10−5 g∙m−2∙s−1作为出现暴雨的指标(图3(a))。
另外通过对比700 hPa系统性暴雨和区域性暴雨水汽通量散度(图3(b)),系统性暴雨水汽通量散度整体小于区域性暴雨水汽通量散度,系统性暴雨水汽通量散度中位数是−3 × 10−5 g∙m−2∙s−1,较区域性的低0.5 × 10−5 g∙m−2∙s−1。可见对比系统性和区域性暴雨,700 hPa较强的水汽辐合有利于系统性暴雨的出现。
图3. 水汽通量散度箱线图((a):春秋季、夏季对比,(b):区域性、系统性对比)
比湿,指在一团湿空气中,水汽的质量与这团空气总质量(水汽质量加上干空气质量)的比值。本文仅统计5至10月暴雨的比湿和比湿气候平均态,文中比湿气候平均态取伊犁地区范围内的区域平均值。比湿气候平均态变化趋势是由5月的3 g/kg增加到6、7月的4.5 g/kg,之后减少至10月的1.5 g/kg。暴雨比湿,文中取伊犁地区暴雨时段内比湿最大值。其变化趋势是从5月开始增大,7月达到最大,之后逐渐减小。就这一点而言,比湿平均态和暴雨比湿都存在夏多春秋少的特征。区别在于暴雨比湿月变化幅度要小些,比湿气候平均态最大的7月比最小的10月比湿多3 g/kg (图4)。
图4. 5~10月比湿平均态与暴雨比湿对比
统计暴雨发生时的比湿(图5(a)),春秋季出现暴雨的比湿普遍小于夏季出现暴雨的比湿,春秋季出现暴雨的比湿集中体现在4~7 g/kg,中位数为6 g/kg,夏季出现暴雨的比湿比较分散,一般在4~10 g/kg,中位数为7 g/kg。从以上分析可以看出,伊犁地区比湿达到4 g/kg可能会出现暴雨,但是产生暴雨不只是水汽条件,还需要有一定的动力条件以及系统的维持时间,这一方面的研究将在以后开展 [
通过对系统性暴雨和区域性暴雨的比湿对比研究(图5(b)),系统性暴雨的比湿中位数是6 g/kg,区域性暴雨的中位数是7 g/kg,研究表明伊犁地区产生区域性暴雨比湿中位数反而高于系统性暴雨比湿。说明不见得强的比湿条件就会对应出现强度更强范围更广的系统性暴雨,原因在于暴雨形成的基本条件为充足的水汽、强的上升运动、较长的持续时间,三者缺一不可,可见充足的水汽条件并不是暴雨发生的决定性因素。
图5. 比湿箱线图((a):春秋季、夏季对比,(b):区域性、系统性对比)
空气柱里含有的水汽的总数量称为大气可降水量。杨莲梅 [
图6. 大气可降水量箱线图((a):春秋季、夏季对比,(b):区域性、系统性对比)
有关文献 [
图7. 各水汽源地次数统计
1) 暴雨的空间分布呈现东南部各县(尼勒克、新源、特克斯、昭苏)多,西部少;时间分布呈现夏季多,春秋季少的特点。
2) 经对比统计得出,700 hPa水汽通量散度值−3 ×10−5 g∙m−2∙s−1可作为出现暴雨的指标。
3) 不论是比湿气候平均态还是暴雨比湿,其变化趋势都是从5月开始增大,6、7月达到最大,之后逐渐减小,区别在于暴雨比湿月变化幅度要小些。统计暴雨发生时的比湿,春秋季出现暴雨的比湿普遍小于夏季出现暴雨的比湿,春秋季出现暴雨的比湿集中体现在4~7 g/kg,中位数为6 g/kg,夏季出现暴雨的比湿分散体现在4~10 g/kg,中位数为7 g/kg,两个时期的比湿最小值都是4 g/kg。
4) 春秋季出现暴雨的大气可降水量集中于20~30 kg/m−2,中位数为27 kg/m−2。而夏季出现暴雨的大气可降水量分散在20~40 kg/m−2,中位数为33 kg/m−2。
5) 伊犁暴雨的水汽源地有里海、黑海、里海、红海、地中海、孟加拉湾,其中黑海和里海对伊犁地区暴雨水汽贡献最大。阿拉伯海、孟加拉湾作为水汽源地大气可降水量达到60 kg/m−2是否可作为暴雨的预报指标有待进一步验证。
6) 系统性暴雨和区域性暴雨比湿、大气可降水量等指标差别不大,然而系统性暴雨水汽通量散度明显低于区域性水汽通量散度,也就是说系统性暴雨水汽辐合强度明显高于区域性的。
白 婷,祝小梅. 伊犁地区2010~2017年暴雨过程的水汽特征分析Analysis of Water Vapor Characteristics during the Heavy Rains in Yili Area from 2010 to 2017[J]. 气候变化研究快报, 2019, 08(06): 755-761. https://doi.org/10.12677/CCRL.2019.86082