 Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2013, 2, 33-38 doi:10.12677/ccrl.2013.21006 Published Online January 2013 (http://www.hanspub.org/journal/ccrl.html) A Strong Convective Weather Based on T639 Mathematical Forecast Products in Altay Area of Xinjiang* Guiying Qi Altay Meteorological Observatory, Altay Email: qiguiying@126.com Received: Oct. 25th, 2012; revised: Nov. 20th, 2012; accepted: Nov. 27th, 2012 Abstract: One strong convective process occurred in Altay in the afternoon on June 17, 2012. The strong convective weather caused thunderstorms and hailstorms. The conventional weather observations, the data of T639 Mathematical Forecast Products were used to analyze the event. The results indicated that the weakening low vortex and middle-level convergence and low-level wind shear and southwest warm and humid air and cold air were the main reason. Meso-microscale system provided the trigger mechanism. Moisture transport and moist convergence provided the water vapor condition. Vertical velocity and vorticity and divergence provided the dynamical condition. Өse and K index re- flected the energy conditions. The physical quantity field had the well instruction for the weather forecast. T639 accumu- lative rainfall forecast had certain error in magnitude and drop zone. Keywords: T639 Mathematical Forecast Products; Severe Convective Weather; Weather Situation; Physical Quantity Analysis; Interpretation T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用* 齐贵英 阿勒泰地区气象台，阿勒泰 Email: qiguiying@126.com 收稿日期：2012 年10 月25日；修回日期：2012年11月20 日；录用日期：2012 年11月27 日 摘 要：2012 年6月17 日午后阿勒泰地区发生一次强对流过程，该过程造成了雷暴、冰雹等强烈天气。该文 利用 T639数值预报产品对此次强对流天气过程从环流形势、物理量场等方面进行分析。结果表明：低涡减弱东 移、中层辐合、底层切变，西南暖湿气流及冷空气的共同影响是造成此次强对流天气的主要原因。T639 对700 hPa 和850 hPa 切变线位置预报非常相似，中小尺度系统为本次天气提供触发机制；T639 中水汽输送及辐合条件为本 次天气过程提供较好的水汽条件；垂直速度场、涡度场、散度场等预报的指示较好为本次过程提供必要的动力 条件；Өse、K指数反应出本次天气较好的能量条件，这些物理量的预报对此次天气过程的发生有较好的指示作 用。T639 累计雨量预报在量级和落区方面与实况对比有一定的误差。 关键词：T639 数值预报产品；强对流天气；天气形势；物理量分析；释用 1. 引言 随着数值预报技术的快速发展，数值预报产品在 天气预报业务中得到越来越广泛的应用，但由于各种 数值预报模式受到模式初始场、边界条件、物理过程、 地形、植被以及模式本身的设计等诸多因素的影响， 数值预报产品(尤其是对天气要素的预报)无论出现时 间、空间分布及要素量级大小都不可避免地存在一定 的误差。国内全球模式已从 T213 发展到 T639，其数值 预报产品从内容、时效、层次上不断增多，已经成为 广大预报员在日常天气预报中的参考依据。但是，目 *基金项目：2012 年新疆气象局青年基金项目(201228)。 Copyright © 2013 Hanspub 33  T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用 前T639 数值模式运行也还不十分稳定，数值预报初始 场与实况场有时候不吻合，还存在一定的误差。数值 预报产品所预报的环流形势、要素场在时效、移动、 强弱等方面存在的预报误差给天气预报带来一定的 困难[1]。新疆及全国其他省份针对 T639 预报资料进行 本地化的一些检验，其资料在实际应用过程中，有一 定的现实意义[2-6]。 本文利用 MICAPS3.1 作为分析工具，选取T639 数值预报产品对 2012年6月17日阿勒泰地区吉木乃 至福海一线的一次强对流天气过程分别从环流形势、 影响系统、水汽条件、动力条件、能量条件等方面进 行分析，以检验 T639 数值预报产品对此次强对流天气 过程的预报能力，为提高此类天气过程的预报提供参 考。 2. 天气过程分析 2.1. 天气实况及灾情 2012 年6月17 日，阿勒泰地区吉木乃至福海一 线出现了雷雨、冰雹、大风等强对流天气过程，仅福 海站观测到 38分钟降水 14.2 mm，15 时24 分至28 分降冰雹，直径 9 mm。据不完全统计，此次天气共 造成福海县共 26356.6 hm2农作物不同程度受灾，绝 收419.33 hm2，农业直接经济损失 1764.49 万元。 2.2. 天气背景分析 降水过程前 48小时，500 hPa 欧亚地区中高纬为 两脊一槽形势，巴湖地区有一低涡稳定少动，阿勒泰 地区处于低涡前部的西南气流之中，受低涡旋转不断 分裂短波的影响，阿勒泰地区西部每日有阵雨出现。 6月17 日08 时，乌拉尔山北部南下冷空气推动巴湖 稳定少动的低涡减弱东移，阿勒泰本站西南气流加 强，风速达到17 m/s。 17 日08 时700 hPa上，上游塔城高空西南风速 达到 21 m/s，在本区南部形成明显的风速辐合区，辐 合线西北方冷空气入侵较明显，而本区此时正处于温 度较高，能量累积阶段，因此本区与塔城的冷暖空气 形成鲜明对峙，一旦有触发条件将引起强对流的发 生。 850 hPa 上，阿勒泰站出现了6 m/s 的偏东风，这 是阿勒泰地区出现大降水时必不可少的条件，一方面 与上游塔城站形成明显的切变，一方面加强底层辐合 抬升的强度。 地面图上，16 日08 时起，阿勒泰地区一直受低 压后部弱鞍型场的控制，地面高压从新疆西部正面进 入北疆地区，而后北上东移，逐渐影响阿勒泰地区。 17 日14 时，冷锋进入阿勒泰地区东移，在吉木乃至 福海一线冷锋过境触发强对流的产生。 因此，低涡减弱东移、中层辐合、底层切变，西 南暖湿气流及冷空气的共同影响是造成此次强对流 天气的主要原因。 3. T639 数值预报产品对此次强对流天气过程 的预报 T639 数值预报产品近年在预报业务中已被广泛应 用，其物理量场的预报越来越趋于稳定，成为短期预 报业务中的主要参考依据。尤其是其要素预报全面， 预报时次较多，预报产品时空分辨率高能清晰地显示 形势演变规律，较其它预报产品有其不可比拟的优 势。 T639 数值预报对阿勒泰地区2012 年6月17 日强 对流过程的预报，各个要素场的配合较好对阿勒泰地 区福海上层的不稳定反映也较好，本文以 T639 资料15 日20 时的实况为初始场，分析其对 17 日08 时到 20 时的天气形势和要素预报情况，并将其与实况作对比 分析。 3.1. T639 环流形势和 500 hPa 实况场对比 以T639 资料 15日20 时500 hPa高度场为初始预 报场，其 36 h 预报与实况 17 日08 时高度场非常接近 (图1)，尤其是在整个欧亚地区中高纬度，槽脊位置十 分相似，槽区移动方向及减弱程度也几乎一致，但对 于阿勒泰地区而言，预报比实况略偏南一些，这就使 得T639 预报场对于阿勒泰地区天气的预报出现的位置 有偏差。 3.2. T639 中低层风场和中小尺度切变系统与实况 对比 以15 日20时T639 资料 700 hPa和850 hPa风场 为初始场，其36 h风场预报与实况场也非常接近(图 2)，都反映出阿勒泰地区受一致的偏南气流影响，因 Copyright © 2013 Hanspub 34  T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用 Copyright © 2013 Hanspub 35 Figure 1. Contrast with live and 36h of T639 500 hPa height (Point lines for the forecasted field and solid lines for the observed field in the figure) 图1. T639 500 hPa 高度场 36 h 预报场和实况场对比(图中点线为预报场，实线为实况场) Figure 2. Wind and shear line forecast on 850 hPa and 700 hPa on June 17, 08:00 (Dotted line for the position of observed shear line and solid line for the position of forecasted shear line in the figure) 图2. 17 日08 时850 hPa、700 hPa 风场、切变线系统预报图(图中虚线为实况切变位置，实线为预报切变位置) 此，此次出现在阿勒泰地区南部的短时强对流系统与 700 hPa 辐合线和 850 hPa切变线的位置预报较吻合。 这些表明对于中小尺度的切变情况，在 T639 风场中表 现得更为明显一些，对于天气的指示意义也更为明 确。而这些中小尺度系统的反应，正是本次强对流天 气产生的触发机制。 3.3. 水汽输送条件 从17日08 时相对湿度沿47˚N的垂直剖面图(下 同)可以看出，相对湿度大的区域主要集中在 500 hPa 以下，相对湿度大值中心主要分布在阿勒泰地区西部 (86˚E)，最大值达到 98%；水汽通量与水汽通量散度 的高空分布与相对湿度分布大体一致(图3)，阿勒泰地 区西部上空有一大值中心为+7 g·s–1 的水汽通量大值 中心从福海上空经过，对应于水汽通量散度的情况有 –12 g·s–1·hPa–1·cm–1 的水汽通量辐合中心，说明阿勒 泰地区中底层有水汽通量辐合，为短时强降水的产生 提供较为充沛的水汽条件；17 日20 时，水汽通量辐  T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用 700 700 850 850 时间 201206178 经纬度 hPa 经 85 纬 47.4 经 86 纬 47.3 经 87 纬 47.2 经 88 纬 47.2 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 1.2 1.4 1.6 1.8 1.8 2 2.2 2.2 2.2 2.4 2.6 2.6 3 3 3.2 3.6 3.8 4.8 5.2 5.4 5.4 5.6 5.8 6.4 6.8 7 7.2 700 700 850 850 经85 纬47.4 -12 -12 -10 -8 -6 0 0 22 2 4 4 4 6 6 6 8 8 8 10 10 10 12 12 12 14 14 时间 2012061708 经86 纬 47.3 经87 纬47.2 经88 纬47.1 经89 纬47 经90 纬46.9 经91 纬46.8 经纬度 Figure 3. Forecast profile of moisture flux (units: g·s–1) and moisture flux divergence (units: g·s–1·hPa–1·cm–1) on June 17, 08:00 图3. 17 日08 时水汽通量(单位：g·s–1)和水汽通量散度(单位：g·s–1·hPa–1·cm–1)预报剖面图 合大值中心减弱东移。此次过程 T639 对17日08 时的 相对湿度和水汽通量散度的预报与实况几乎一致，较 准确地预报了此次过程的水汽条件，且水汽通量辐合 中心与强降水中心有很好的对应关系。 3.4. 动力条件 分析散度图可知(图4)，17日08 时，86˚E 600 hPa 以下有一散度辐合上升中心中心值为–48 × 10–5·s–1， 500 hPa 以上为一辐散下沉中心，中心值为 16 × 10–5·s–1，低层辐合，高层辐散，大气的抽吸作用明显， 有利于强对流和暴雨天气发生；17日14 时，700 hPa 以下辐合减弱，辐合中心东移，阿勒泰地区 500 hPa 以上辐散也明显增强；17 日20时(图略)，辐合继续减 弱东移，对应降水逐渐减弱。 分析涡度和垂直速度图(图5)也反映出：700 hPa 以下有较强的辐合上升运动，而且整层均有均有上升 运动，福海附近 700 hPa 中心值达到–54 × 10–2·pa· s–1； 17 日08时开始，700 hPa以下也反映出阿勒泰地区有 较强的正涡度平流区，几个物理量都反映出有较强的 抬升力作用，这就为出现强对流天气提供了必要的动 力条件。 3.5. 能量条件 近年来，能量分析方法已广泛用于强对流天气的 500 500 700 700 850 850 时间 2012061708 经纬度 经 86 纬 47.6 经 87 纬 47.4 经 88 纬 47.3 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 -24 -20 -12 0 4 8 12 16 16 20 500 500 700 700 850 850 时间 2012061714 经纬度 经 86 纬 47.6 经 87 纬 47.4 经 88 纬 47.3 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 -28 -20 0 4 4 4 8 12 16 24 28 36 Figure 4. Forecast profile of divergence on June 17, 08:00 and 14:00 (units: 10–5·s–1) 图4. 17 日08 时和 14时散度预报剖面图(单位：10–5·s–1 ) Copyright © 2013 Hanspub 36  T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用 500 700 850 时间 2012061711 hPa 经 86 纬 47.6 经 87 纬 47.4 经 88 纬 47.3 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 -4.5 -4 0.5 11.5 1.52 3 4 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 500 700 850 300 300 400 400 500 500 600 600 700 700 850 850 925 925 1000 1000 时间 2012061717 经纬度 hPa 经 86 纬 47.6 经 87 纬 47.4 经 88 纬 47.3 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 -54 -33 -21 -15 -6 -3 -3 -3 Figure 5. Forecast profile of vorticity (units: 10−5·s−1) on June 17, 11:00 and vertical velocity (units: 10−2·pa·s−1) on June 17, 17:00 图5. 17 日11 时涡度(单位：10−5·s−1)预报剖面图和 17日17 时垂直速度(单位：10−2·pa·s−1)预报剖面图 分析预报，它反映了大气的热力结构，假相当位温和 k指数就是反映大气层结中能量的较好指标，在高温 高湿的不稳定大气层结条件下，在高能舌的北方只要 有干冷空气侵入，不稳定能量锋区将加强，加剧气层 的不稳定性，上升运动发展，在有冷空气入侵的触发 条件下，引起不稳定能量释放，非常利于强对流天气 发生[7]。此次过程T639 能量预报和天气实况很吻合。 3.5.1. 假相当位温分析 由假相当位温(图6)垂直剖面图可看出，17 日08 时福海县600 hPa以下有等 Өse 线发展，中心值位于 阿勒泰地区东部(90˚E) 上空，中心最大值达 52 .4℃， Өse 向西发展形成一个凸的高能舌区域，其西侧能量 锋区较强，这与地面冷锋开始进入时段吻合且假相当 位温随高度减少，说明气层非常不稳定，有利于上升 运动发展；17 日20时(图略)，假相当位温高值中心移 到阿勒泰地区东部，等 Өse 线由密集变稀疏，等Өse 梯度减小，能量锋区消失，Өse 中心值减小，阿勒泰 地区上空大气层结趋于稳定，降水也基本结束。可见， 此次过程中强对流天气发生的时段和 T639 对假相当位 温预报不稳定发展的时间是一致的，上升运动区域与 地面冷锋锋区位置基本重叠，地面冷锋迅速锋生发 展，前期积累的大量高温高湿的不稳定能量在短时间 释放是造成这次短暂而剧烈的强对流天气发生的原 因。 3.5.2. k 指数变化分析 K指数是综合垂直温度梯度、低层水汽含量和湿 700 700 850 850 时间 2012061708 经纬度 经 86 纬 47.6 经 87 纬 47.4 经 88 纬 47.3 经 89 纬 47.1 经 90 纬 47 经 91 纬 46.9 49 49.6 50 50 50.4 50.6 51 52.4 Figure 6. Forecast profile of pseudo equivalent potential tempera- ture on June 17, 08:00(units: ˚C) 图6. 17 日08 时假相当位温预报剖面图(单位：)℃ 层厚度的一个气团属性[8]。从 k指数预报变化(图7) 可看出，17日08时前，k指数变化不断增加，说明 过程前期是不稳定能量不断存贮积累的过程，14 时 后，因冷空气触发引起前期积累的不稳定能量释放， 强对流天气开始发生。 3.6. 降水量级及落区预报 分析总降水量24 h预报可知，阿勒泰地区以小到 中雨为主，北部的阿勒泰、东部的富蕴 16日20 时到 17 日20 时累计降水有12 mm以上大雨出现(累计降水 分布图略)，这与实况降水量的量级和落区略有差异， 总体上 T639 对此次 24 h 雨量预报偏大，而大降水量级 落区预报偏北，雨量预报在强对流天气预报中难度较 Copyright © 2013 Hanspub 37  T639 在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用 Figure 7. Change of K index forecast on June 16, 20:00 to June 17, 20:00 (units: ˚C) 图7. 16 日20 时~17 日20 时k指数预报变化图(单位：℃) 大，因为强对流天气主要是由中小尺度系统引起，其 突发性和局地性难以预测，加之阿勒泰地区地形复 杂，山区、丘陵、戈壁沙漠等交错分布，因此降水分 布受地形影响，时空分布极不均匀，因此T639 对阿勒 泰地区雨量的预报参考有限。 4. 小结 1) 低涡减弱东移、中层辐合、底层切变，西南暖 湿气流及冷空气的共同影响是造成此次强对流天气 的主要原因。 2) T639对700 hPa和850 hPa切变线位置预报非常 相似，中小尺度系统为本次天气提供触发机制；T639 中水汽输送及辐合条件为本次天气过程提供较好的 水汽条件；垂直速度场、涡度场、散度场等预报的指 示较好为本次过程提供必要的动力条件；Өse、K指 数反应出本次天气较好的能量条件，这些物理量的预 报对此次天气过程的发生有较好的指示作用。 3) T639 累计雨量预报在量级和落区方面与实况对 比有一定的误差，客观雨量预报对于福海降水参考价 值有限。 参考文献 (References) [1] 胡永松, 康学良, 李德章等. T639在毕节2010 年5月5日强 对流天气中的释用分析[J]. 贵州气象, 2011, 2: 40-43. [2] 李睿, 张艺丹, 徐文婷. 成都地区T639 数值预报产品本地化 预报性能检验[J]. 四川气象, 2011, 31(2): 63-66. [3] 程立渤, 崔宜少, 仇彦辉. T639 降水预报产品的应用和检验 [J]. 山东气象, 2011, 1: 24-27. [4] 汤浩, 贾丽红. T213和T639 驱动 GRAPES 模式对比试验[J]. 沙漠与绿洲气象, 2011, 5(3): 43-46. [5] 赵克明, 牟欢. 乌鲁木齐市中量降雪漏报的原因分析[J]. 沙 漠与绿洲气象, 2011, 5(2): 32-35. [6] 孙忠欣, 侯淑梅. 数值预报产品在山东“4·l8”暴雨预报中的应 用[J]. 安徽农学通报(上半月刊), 2009, 5: 154-156. [7] 朱乾根等. 天气学原理和方法[M]. 北京: 气象出版社, 1981. 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