2019年5月4~7日巴州地区发生了一次春季转折性、高影响强降水,受浅薄中亚低涡影响先后出现急流冷锋降水、干线触发的强对流降水、低涡气旋降水。强对流降水时段云团的初生位置与地面边界层内不同性质气团交汇点对应,北抬对流云团的冷外流边界触发对流云团再生和增强。强降水发生前巴州东南侧存在水汽补充输送、探空关键参数出现明显增减变量、雷达径向速度上中低层辐合增强。近10年巴州春季发生9场高影响、致灾强降水过程,影响系统包括中亚长波槽、中亚短波槽、中亚浅薄低涡,天气概念模型分为急流冷锋、低槽切变辐合、低涡气旋、急流锋区,急流类强降水的触发多与地面冷锋活动相关,切变、辐合气旋类强降水触发多与干气团水平和垂直方向侵入有关。 A transitional and high impact heavy rainfall process happened in Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture of South Xinjiang from 4 to 7 on May 2019, which contained multiple configuration types of precipitation process with a succession of fast-flowing cold frontal precipitation, dry line-triggered heavy convective precipitation, and low-vortex cyclonic precipitation influenced by a shallow Central Asian low vortex. The initial location of cloud masses during periods of intense convective precipitation corresponds to the intersection of air masses of different nature within the ground boundary layer, and the cold outflow boundary of northward lifting convective cloud masses triggers the regeneration and intensification of convective cloud masses. The heavy precipitation was preceded by supplementary water vapour transport on the south-eastern side of Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture. Before the heavy precipitation, there is significant increase or decrease in key sounding parameters, and enhanced mid- and low-level convergence on radial velocities. In the past 10 years, nine high-impact, disaster-causing heavy precipitation processes occurred in spring. The influencing systems include the Central Asian long wave trough, the Central Asian shortwave trough, and the Central Asian shallow low vortex, and the weather concept models are divided into rapid cold fronts, low trough shear convergence, low vortex cyclones, and rapid frontal areas. The triggering of rapid-type heavy precipitation is mostly related to the cold front activity on the ground, and the triggering of shear and convergence cyclones is mostly related to the horizontal and vertical intrusion of dry air masses.
2019年5月4~7日巴州地区发生了一次春季转折性、高影响强降水,受浅薄中亚低涡影响先后出现急流冷锋降水、干线触发的强对流降水、低涡气旋降水。强对流降水时段云团的初生位置与地面边界层内不同性质气团交汇点对应,北抬对流云团的冷外流边界触发对流云团再生和增强。强降水发生前巴州东南侧存在水汽补充输送、探空关键参数出现明显增减变量、雷达径向速度上中低层辐合增强。近10年巴州春季发生9场高影响、致灾强降水过程,影响系统包括中亚长波槽、中亚短波槽、中亚浅薄低涡,天气概念模型分为急流冷锋、低槽切变辐合、低涡气旋、急流锋区,急流类强降水的触发多与地面冷锋活动相关,切变、辐合气旋类强降水触发多与干气团水平和垂直方向侵入有关。
巴州地区,春季强降水,天气概念模型,降水触发
Xueying Zhou*, Chun Wen, Huiming Qiu
Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture Meteorological Observatory, Korla Xinjiang
Received: Dec. 26th, 2021; accepted: Jan. 21st, 2022; published: Jan. 28th, 2022
A transitional and high impact heavy rainfall process happened in Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture of South Xinjiang from 4 to 7 on May 2019, which contained multiple configuration types of precipitation process with a succession of fast-flowing cold frontal precipitation, dry line-triggered heavy convective precipitation, and low-vortex cyclonic precipitation influenced by a shallow Central Asian low vortex. The initial location of cloud masses during periods of intense convective precipitation corresponds to the intersection of air masses of different nature within the ground boundary layer, and the cold outflow boundary of northward lifting convective cloud masses triggers the regeneration and intensification of convective cloud masses. The heavy precipitation was preceded by supplementary water vapour transport on the south-eastern side of Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture. Before the heavy precipitation, there is significant increase or decrease in key sounding parameters, and enhanced mid- and low-level convergence on radial velocities. In the past 10 years, nine high-impact, disaster-causing heavy precipitation processes occurred in spring. The influencing systems include the Central Asian long wave trough, the Central Asian shortwave trough, and the Central Asian shallow low vortex, and the weather concept models are divided into rapid cold fronts, low trough shear convergence, low vortex cyclones, and rapid frontal areas. The triggering of rapid-type heavy precipitation is mostly related to the cold front activity on the ground, and the triggering of shear and convergence cyclones is mostly related to the horizontal and vertical intrusion of dry air masses.
Keywords:Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture, Spring Heavy Rainfall, Weather Conceptual Model, Precipitation Trigger
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巴音郭楞蒙古自治州(下简称巴州)位于南疆盆地的中东部,地形地貌极其复杂,春季干旱少雨,南疆东部若羌–库尔勒多东灌大风,南疆中西部阿克苏–轮台多翻山大风,北疆春季时常发生暴雨 [
大尺度斜压和干冷空气入侵对强降水发生有增强作用,中小尺度系统是强降水始作俑者,中尺度对流单体是直接表现,南疆短时强降水多由弓形回波下的β——中尺度对流风暴造成,强对流发生在与低层切变、辐合线配合较好并形成生命史较短的α——中尺度涡旋期间 [
2019年5月4~7日巴州出现春季首场强降水,184站小雨,132站超过10 mm,86站超过24 mm,26站累计雨量超过48.1 mm,强降雨集中在巴州北部,和静热乎沟、焉耆霍拉山村、库尔勒北山麻扎热木沟雨量在61.7~68.2 mm。此次降水影响范围广、持续时间长、局地累计雨量大,造成城市道路积水和沿山局地山体滑坡等灾害,对当地农业生产和居民生活造成严重影响。
图1. 2019年5月5~7日强降水中心逐小时降雨量变化和主力降水时段图
分析此次强降雨中心4日夜间至7日白天逐时降雨量(图1):降雨过程包含三次主力时段均在夜间,第一时段在4日后半夜(后称作A时段),北部山区、焉耆盆地出现中到大雨;第二时段在5日午后至夜间(后称作B时段),库尔勒、尉犁、轮台、焉耆盆地出现暴雨,轮台草湖乡和尉犁喀尔曲尕乡出现冰雹,有70站小时雨强大于5 mm以上,最大小时雨强为10.2 mm/h在库尔勒郊区,易引发山洪和地质灾害;第三时段在6日后半夜至7日上午(后称作C时段),轮台、库尔勒–和静沿山出现暴雨。此次降水过程影响时间长、天气种类复杂多变、预报难度大、预警任务重。
中亚干旱区南疆盆地主要受西风环流的控制,该地区存在与季风区气候变化显著不同的模态,即“西风模态”,巴州地区的降水天气形成与副热带西风急流季节性南北震荡对应关系较好。分析图2可知:30˚N附近副热带西风急流表现活跃,4日08时已北抬至40˚N附近,新疆中东部地区位于西南急流入口区,从200 hPa西风急流4~7日演变可知:此次高空急流移动方向呈西退北抬与日常东移北抬明显不同,说明此次降水高层系统受到中国东部季风区的影响,4~6日随着北支极锋急流不断增强东移南下,致使巴州北部正好处于副热带西风急流西南暖湿气流输送的脊的顶端与极锋急流北风携带冷空气到达末端的交汇处。
图2. 2019年5月4日(a)、5日(b)、6日(c)、7日(d) 08时200 hPa流场演变图。黑色实心表示巴州首府库尔勒(下同)
从图3可知:4日08时中亚南部至乌拉尔山一带高压不断向东北伸展,致使在巴尔喀什湖附近的低槽切涡,形成中亚偏南低涡,中心强度560 dagpm,并配合−28℃的冷涡中心;5日08时低涡南伸进入南疆盆地,低涡中心强度减弱至574 dagpm,冷涡中心温度升至−26℃,巴州北部受低涡外围槽前西南气流影响,低涡不断东南移动;6日08时低涡中心减弱至580 dagpm且南伸到40˚N以南,冷涡中心温度进一步上升至−22℃,此时低压中心只能分析出1条闭合等高线,巴州北部处于低涡外围浅脊控制;7日08时低涡中心进一步减弱东移,−22℃的冷中心分裂,南疆盆地仍存在弱的闭合气旋环流并配合冷中心,同时700 hPa存在气旋式风场。张家宝指出中亚低涡是自对流层上部向下延伸的中期时间尺度(4 d以上)的深厚切断低压系统,张云惠等 [
图3. 2019年5月4日(a)、5日(b)、6日(c)、7日(d) 08时500 hPa逐日位势高度和温度演变图。黑色实线表示高度(dagpm),红色虚线表示温度(℃)
对图4分析可知:A时段200 hPa副热带西风急流轴西退北抬至南疆盆地中东部,500 hPa中亚低涡东侧偏南气流在东天山一带增强为西南急流,700 hPa偏北急流大范围翻越天山进入南疆盆地,850 hPa上巴州西北侧为偏北急流、东南侧为西南和东南急流、青藏高原至东疆出现6 g/kg的比湿舌向东天山输送水汽,地面冷锋也到达东疆,此时呈现典型急流冷锋降水,新疆降水范围大,巴州北部强降水落区位于北部山区偏东与副热带西风急流入口区左侧、与850 hPa湿舌顶部及偏南风风速辐合区顶端对应。B时段由于A时段已出现系统性降水,巴州东北侧近地层水汽充沛,500 hPa上巴州北部受弱的东南气流控制;700 hPa上巴州南侧为西南急流、东侧为东南急流、北侧为偏北气流存在多股气流在巴州北部交汇,850 hPa上巴州北部东南侧为东南急流、西北侧为偏北气流存在明显风向辐合;中低层不同性质的气团从两个或三个方向快速向巴州北部汇集;从气团的干湿属性可知巴州北部西南侧水平方向上存在明显干空气侵入,形成西南东北向干线触发了中尺度对流性降水,致使库尔勒地区周边5日傍晚前后出现小时雨量大、局地性强的短时强降水。巴州平原北部对流天气只有在高空弱冷空气翻越天山与低空不同性质气团的汇合才能形成,这也进一步说明A时段有大范围冷空气翻越天山时不利于巴州平原北部对流天气形成和发展。C时段由于B时段强降水造成巴州北部近地面显著增湿,6日白天随着低涡减弱东移,巴州北部受浅脊控制,降水出现间歇,但700 hPa在盆地中部存在弱的气旋式风场、同时在水平方向巴州东侧为偏东风风速辐合区,850 hPa上库车至巴州北部为偏南风风速辐合区,在垂直方向上高空不断有干冷空气下传与近地层暖湿空气交汇,致使局地锋生触发对流天气,此时强降水落区基本位于700 hPa气旋式风场偏暖侧与低层风速辐合区的叠置区中,降水类型呈现为明显的系统性降水夹杂对流性降水的混合性降水。
图4. 2019年5月4~6日巴州北部强降水过程高低空中尺度配置流型示意图。(a) 4日20:00,(b) 5日20:00,(c) 6日20:00
从表1可知:表征层结稳定类的探空参数T500~850和Tg对流温度随着时间变化降低,T500~850在28℃~34℃、Si > 0,说明存在热力对流不稳定;700 hPa比湿存在增大–减小–增大变化,T-Td先干后湿,整层比湿积分在834.7~1681.2 g/Kg,说明空气中的绝对水汽含量较高;0℃层在3 km左右,−20℃层高度在5~6 km,0℃和−20℃层高度适宜,有利于冰雹发生,其中5日08时TQG通气管指数在1139.4 m2∙s−2,表征出强的垂直风切变,出现有利于强对流发展的组织条件,5日午后尉犁局地出现冰雹。能量类参数表现不好,一般夏季对流有效位能反映较好是春季的4~5倍,以短时强降水为主的对流天气有效位能没有冰雹、雷雨大风表现突出 [
时间 | |||||||
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探空物理量 | 4日 08:00 | 4日 20:00 | 5日 08:00 | 5日 20:00 | 6日 08:00 | 6日 20:00 | |
层结稳定 类参数 | K指数/℃ | 28 | 22 | 7 | 28 | 29 | 28 |
Si沙氏指数/ | 1.46 | 0.99 | 1.21 | 3.68 | 2.39 | 1.68 | |
A指数/℃ | 9 | 17 | 9 | 15 | 6 | 1 | |
T500~850/℃ | 34 | 30 | 34 | 28 | 28 | 29 | |
Tg对流温度/℃ | 24.8 | 22.6 | 22.4 | 17.4 | 10 | 17.5 | |
大气温湿 类参数 | IQ整层比湿积分/g∙Kg−1 | 1463.2 | 1424.1 | 834.7 | 1681.2 | 1558.5 | 1512.3 |
q700/g/Kg | 4.24 | 2.31 | 0.75 | 4.24 | 4.24 | 3.9 | |
(T-Td)700/℃ | 4 | 11 | 23 | 2 | 1 | 3 | |
TQG通气管指数/m2∙s−2 | 652 | 841 | 1139.4 | 301 | 220.7 | 202.1 | |
LI抬升指数/℃ | 2.61 | 0.51 | 0.9 | 3.1 | 0.63 | 1.95 | |
特殊高度层、能量 类参数 | 抬升凝结高度/hPa | 735.8 | 750.2 | 845.4 | 788 | 918 | 838 |
0℃层高度/m | 3216.111 | 3235 | 3208.636 | 2866.923 | 2834.545 | 2976.364 | |
20℃层高度/m | 6107.5 | 6110 | 5581.364 | 6088.461 | 5825 | 5834.615 | |
CAPE对流抑制有效位能/J∙kg−1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 86.3 | 40.9 | |
湿对流有效位能/J∙kg−1 | 0 | 91.2 | 0 | 0 | 11.9 | 516.3 |
表1. 2019年5月4~6日库尔勒地区短时强降水常用探空物理量参数统计特征
从图5可知:5日11时在塔克拉玛干沙漠腹地塔中西北侧出现两个新生对流云团A和B,正好位于轮台–库尔勒–尉犁南下的湿冷偏北风风速辐合顶端与和田,且末北抬干暖的偏南风风速辐合顶端的交汇区域,进一步说明近地面不同性质多股空气汇合触发了对流云团初生。A和B东移北抬增强,A强于B,A移至尉犁和库尔勒交接处时在雷达上监测到多个强对流单体,并呈现出冰雹回波特征。14时B造成位于云团后部暖脊东南风顶端一侧出现小时雨强5 mm的短时强降水,A和B在尉犁东西两侧形成两个冷中心,15时A和B合并东移北抬,致使尉犁局地出现冰雹,同时地面两个冷中心合并增强。16时A和B合并成复合云团C不断东移,C外围底部持续降雨,致使库尔勒东北侧冷槽明显,此时盆地中部暖区进一步扩大,东北伸展的暖脊增强发展,造成巴州的中部地区有三股不同方向、性质的气团汇合,其北侧为湿冷空气沿东北气流南下,东侧为干冷空气沿东南风东灌进入,西侧为干暖偏西风西移,几股不同性质气团在巴州中部再次剧烈交汇,致使新一轮对流云团D和E形成,在C外围东南侧不断有新生对流云团,这些对流单体的形成与复合云团C的冷外流边界密切相关。18时D和E合并增强形成两个连接在一起的心形对流复合云团F,尺度大约在200 km左右,F南侧中间有倒V型的缺口,此刻D又造成尉犁县喀尔曲尕乡出现冰雹;从地面露点温度和风场可知F东侧近地面存在大范围水汽沿东南风进入云团覆盖区,表征未来F东移北抬发展增强的过程中会得到近地层水汽补充。20时西南侧干暖空气在倒V型的缺口处不断侵入F,致使F左侧D不断向东北方向发展和壮大,同时E逐步发展成呈南北排列的多单体线状云团,F变形成类似逗点云系的对流云团;21~22时E缓慢移动,D与E顶部在库尔勒沿山一带合并增强,致使库尔勒周边出现4站次接近10 mm的短时强降水。
图5. 2019年5月5日11~22时风云2G红外卫星云图和对应时刻地面加密自动站综合分析图
图6. 2019年5月5日12~21时库尔勒雷达发生冰雹和短时强降水雷达组合反射率因子、径向速度、累积液态水含量图
从图6可知:午后开始块状的对流性降水回波发展与云图对应较好,存在两次典型强回波的生消发展。12时42分在尉犁与库尔勒交界一带第一次形成范围较小冰雹回波,最大回波强度50 dBZ、云顶高度9 km、>40 dBZ强回波伸展高度接近7 km、垂直累积液态水含量VIL最大达8 kg∙m−2,此时当地乡镇气象信息员报告地面出现类似冰粒的小冰雹。第二次又在尉犁更偏南地区发展范围较大的冰雹回波,18时03分>50 dBZ强回波面积接近15 km2,强回波维持大约50分钟,云顶高度10 km,>45 dBZ强回波伸展高度接近8 km,垂直累积液态水含量VIL最大达24 kg∙m−2,强回波中心大部分高度在4 km左右,表现为低质心强降水回波特征,由于地面自动观测资料稀疏,仅从乡镇气象信息员报告中得知当地出现明显强降雨和短时冰雹。19时27分在尉犁南北方向上形成一字型排列的带状回波,20时前后一字型回波头部>40 dBZ强回波接近库尔勒沿山一带,21时前后在库尔勒至焉耆交界沿山一带>40 dBZ强回波又转变成块状,形成典型包含层状云和积状云的以积状云为主的块絮状回波,既有层状云回波造成的小雨,又有块絮状回波造成的短时强降水。
从图7可知:17时08分径向速度图上出现逆风区,负速度面积大、强度较强,中心最大值−23 m/s,呈现强的风向辐合。17时58分在冰雹回波两侧出现两个强的负速度中心,形成东西两侧正负速度的共轭的共同体,致使>50 dBZ强回波中心长时间维持。19时21分库尔勒西南侧至雷达站附近出现西南东北向正负速度对,负速度中心值在−24 m∙s−1,正速度中心值在18 m∙s−1,表明库尔勒周边中低层存在强的风场辐合,>45 dBZ强回波在靠近正速度附近区域不断发展、增强。
图7. 2019年5月5日库尔勒雷达发生冰雹和短时强降水前不同仰角径向速度分布图
降水事件 日期 | 天气种类 | 降水类型 | 降水开始 时间 | 降水持续时间(h) | 小时最大雨强(mm/h) | 影响系统 | 天气概念 模型 | 天气影响 |
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20100419 | 大雨、霜冻 | 系统降水 | 傍晚 | 12 h | 3.6 mm/h | 中亚长波槽 槽前锋区 | 急流冷锋 | 大雨和霜冻造成作物烂种、 土壤碱害、 幼苗受冻 |
20100515 | 强降温、雨转雨夹雪、霜冻 | 系统降水 | 傍晚 | 24 h | 2.1 mm/h | 中亚长波槽 槽前锋区 | 急流锋区 | 强降温致使山区牲畜冻死、农作物幼苗受冻 |
20130418 | 大雨、雷电、短时强降水、冰雹、霜冻 | 系统降水 + 对流降水 | 前半夜 + 午后 | 12 h + 5 h | 7 mm/h | 中亚长波槽 槽底纬向锋区 | 急流冷锋、 低槽切变辐合 | 冰雹致使白杏、香梨严重落果,霜冻造成幼苗受冻 |
20150417 | 暴雨、冰雹、雷电、短时 强降水 | 系统降水 + 对流降水 | 后半夜 + 午后 | 12 h + 4 h | 15.3 mm/h | 中亚短波槽 | 低槽切变辐合 | 暴雨造成棉田被淹,冰雹致使香梨、棉花受灾惨重 |
20150519 | 雷电、暴雨、大暴雨 | 混合性系统降水 | 后半夜 | 15 h | 11.5 mm/h | 中亚短波槽 | 低槽切变辐合 | 暴雨造成北部沿山山区道路冲毁、中断 |
20160531 | 雷电、冰雹、短时强降水 | 系统降水 + 对流降水 | 前半夜 + 午后 | 12 h + 3 h | 14.5 mm/h | 中亚短波槽 | 低槽切变辐合 | 冰雹造成库尔勒香梨、棉花受灾严重 |
20170414 | 雷电、大雨、短时强降水 | 混合性系统降水 | 后半夜 | 14 h | 9.3 mm/h | 中亚短波槽 | 急流锋区、 低槽切变辐合 | 强降雨造成作物烂种、土壤 土壤碱害 |
20170502 | 雷电、冰雹、阵雨 | 系统系统 降水 + 对 流降水 | 傍晚 + 午后 | 20 h + 3 h | 6 mm/h | 中亚长波槽 槽底纬向锋区 | 急流冷锋、 低槽切变辐合 | 冰雹致使棉花幼苗被打死 |
20190505 | 暴雨、冰雹、雷电、短时 强降水 | 系统降水 + 对流降水 | 前半夜 + 午后 | 8 h + 5 h | 10.2 mm/h | 浅薄中亚 低涡 | 急流冷锋、 低槽切变辐合、 低涡气旋 | 短时强降水 致使城区积水和局地山洪、 冰雹造成农 作物受灾 |
表2. 2010~2019年巴州地区春季高影响强降水天气特征
两次中尺度对流云团的新生与地面边界层不同性质气团辐合、汇集密切联系,近地面边界层辐合线触发中尺度对流系统。对流云团再生、增强与冷外流边界有关,临近时刻地面露点温度可有效判断水汽补充与输送。从雷达回波形态以及雷达产品特征值以及基层乡镇气象信息员关于天气实况的反馈可以有效判断发生的中尺度对流天气对流类型以及影响的区域,一般冰雹回波多为块状单体、强回波中心>50 dBZ、且伸展高度较高、累积液态水含量存在激增演变,而短时强降水回波多为絮状的混合型降水回波,强回波中心最大50 dBz、强回波多为低质心特征、累积液态水含量变化不明显。因此日常必须加强基于多源观测资料对强对流天气的实时监测和分析,在南疆中部探测网站比较稀疏地区,加强气象信息员互动反馈,能有效提供数据支撑强对流天气定性的直接证据。
为有效提高巴州春季强降水预报、预警能力,统计和分析2010年以来春季强降水(见表2),共计发生9次高影响、致灾强降水过程,4月中旬4次,5月上旬2次、中旬2次、下旬1次,强降水过程中常伴有大雨、暴雨、大暴雨、雨转雪、雷雨大风、冰雹、短时强降水、霜冻、强降温等多种天气现象,不同过程天气现象不尽相同。春季致灾强降水过程可分为系统性降水过程、系统性叠加对流性降水过程、混合性系统降水过程,春季系统性降水一般开始时间都在傍晚至夜间、持续时间较长、小时雨强小、有时降温明显伴有霜冻,混合性系统降水过程一般持续时间长、小时雨强较大,系统性叠加对流性降水过程中对流降水一般发生在系统性降水结束后第二天的午后、降水持续时间短、小时雨强大、伴有雷雨大风、冰雹、短时强降水,此类天气是近年来巴州春季典型致灾天气类型,中尺度对流单体强烈发展形成的冰雹,往往对农作物和林果造成毁灭性打击。
近年来巴州春季强降水的主要影响系统是中亚低值系统,但天气系统的配置细节千差万别,九次降水过程中影响系统细分包括三大类,中亚长波槽、中亚短波槽、中亚浅薄低涡。中亚长波槽:中亚至新疆存在明显的低值系统活动,环流经向度不是很大,南疆盆地处于低槽槽前或槽底受西南或西风气流控制,温度场上锋区特征明显,巴州处于密度不同的两个气团之间的过渡区中,温度差异特别大,有时温度场落后高度场;包括槽前锋区和槽底纬向锋区两类,在春季造成往往降温明显、大范围的系统性降水,有时天气转晴后午后局地易发生强对流天气,例如2013年4月18日和2017年5月2日,两次降水过程均先出现大范围急流冷锋降水,紧接着午后巴州北部局地出现雷雨大风、短时强降水、冰雹等强对流。中亚短波槽:欧亚范围内以纬向环流为主,在南疆盆地的中纬度西风带上存在短波活动,短波槽曲率有时不明显,往往温度槽表现更突出,当低槽曲率大、温度槽和高度场配置较好时易造成巴州北部春季的持续时间长的混合性系统降水,例如2015年5月19日和2017年4月14日过程;当低槽仅在西风带上的温度场有所表现时,易造成分散性系统降水和午后局地强对流性,天气形势场比较弱,多在午后不同气流汇合和复杂地形共同作用下形成中尺度对流系统造成强对对流天气,此类降水天气往往提前预报难度大,常漏报,日常实际业务中只能通过不断滚动更新对流潜势预报以及临近预警弥补不足。
春季强降水主要的天气尺度概念模型包括:急流冷锋、急流锋区、低槽切变辐合、低涡气旋,其中致灾强的春季降水主要是在地形以及多种不同性质气团相互耦合作用下触发的中尺度对流系统造成的强对流引起,对近年来库尔勒春季强降水天气主要天气尺度配置特征指标总结如下,急流冷锋:200 hPa西南急流东移南压或西退北抬,500 hPa偏西急流风速辐合,700 hPa偏北急流或东南气流形成地形辐合线,850 hPa偏北急流或东南急流致使水汽从北疆输送进入巴州,地面冷锋抬升触发降水。急流锋区:200 hPa偏西急流或西南气流,500 hPa偏西急流并在盆地里存在移动的干区,700 hPa为偏北和偏西急流,850 hPa存在偏西、偏南以及偏东等多股气流、在巴州中部形成气旋式环流、水汽从盆地南侧和北侧输送至巴州北部,500 hPa干区的侵入或地面弱冷锋有利于启动和触发对流降水。低槽切变辐合:200 hPa处于偏西急流或西南气流的分流区,500 hPa为弱的东南或偏西气流,700 hPa为西南、东南或偏北气流,850 hPa也存在偏西、偏南以及偏东等多股气流,中低层700 hPa和850 hPa存在切变或辐合线,有的是纬向,有的是经向的,有时切变辐合线伴有急流,中低层存在不同性质的气团从两个或三个方向快速向库尔勒汇集,在不同层次形成的干线触发中尺度对流性降水。低涡气旋:200 hPa位于西南急流分流区,500 hPa为弱的气旋式环流,700 hPa在盆地中部存在弱的气旋式风场、东风风速辐合区,850 hPa南风风速辐合区,在垂直方向上高空不断有干冷空气下传与近地层暖湿空气交汇,垂直方向上的干侵入致使局地锋生触发对流(见图8)。
图8. 春季强降水天气尺度概念模型(a) 急流冷锋;(b) 急流锋区;(c) 低槽切变辐合;(d) 低涡气旋
1) 2019年5月4~7日南疆中部巴州强降水发生在副热带西风急流季节性南北震荡与极锋急流南下背景中、并受浅薄中亚低涡持续影响,是2019年春季影响范围广、持续时间长、天气种类复杂多变、降水预报难度大,预警任务重的一次转折性、高影响天气。
2) 降水过程包含三个主力时段并对应不同类型降水,4日白天到夜间为典型急流冷锋降水,强降水落区位于副热带西风急流入口区左侧、850 hPa湿舌顶部及偏南风风速辐合区顶端;5日午后到夜间为干线触发强对流降水,多股不同性质气团交汇形成中尺度强对流云团造成冰雹、雷雨大风、短时强降水;6日白天到夜间为低涡气旋类的混合性降水,强降水落区位于700 hPa气旋式风场偏暖侧与低层风速辐合区的叠置区中。
3) 5日白天至夜间存在两次中尺度对流云团的新生与增强发展,对流云团的新生与地面边界层不同性质气团在塔克拉玛干沙漠北侧边缘–戈壁–绿洲过渡地带辐合、汇集关系密切;后续对流云团再次新生与增强发展与冷外流边界及风与地形抬升作用相互耦合影响有关;表征降水形成条件不同探空物理量在对流天气发生前的激增变化对诊断分类强对流种类具有很好参考。
4) 雷达回波形态以及雷达产品特征值可以有效判断已经发生的中尺度对流天气类型,此次中尺度对流系统形成的冰雹和强降水回波在径向速度上表现强的正负速度中心对和明显的逆风区,尤其雷达径向速度在短时强降水开始前1 h表征出的中低层辐合明显增强的信息对短时临近预警具有很强指示意义。
5) 南疆中部春季高影响强降水影响系统多为中亚低值系统,包括中亚长波槽、中亚短波槽、中亚浅薄低涡,中亚长波槽温度锋区特征明显,中亚短波槽纬向环流为主多造成分散的对流性强降水,预报难度大易漏报;春季强降水天气尺度概念模型包括急流冷锋、低槽切变辐合、低涡气旋、急流锋区,急流类强降水的触发多与地面冷锋相关,切变、辐合气旋类强降水触发多与不同性质气团水平和垂直侵入有关。
高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室开放研究基金项目(SZKT201905)。
周雪英,温 春,仇会民. 近10年巴州地区春季高影响强降水天气分析Recent Ten Years Analysis of Heavy Rainfall in Spring of Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture[J]. 气候变化研究快报, 2022, 11(01): 109-123. https://doi.org/10.12677/CCRL.2022.111012