一次降水过程的中尺度分析与动力学诊断

刘洋 钱贞成

摘 要：对2014年8月31日重庆一次降水过程进行中尺度分析和动力学诊断，结果表明：高、低空急流的共同作用引发降水；MCS是降水的直接影响系统，TBB低值区的分布与高空辐散场大值区之间有明显的对应关系；螺旋度的发展对预报降水有一定指示意义；低层正值螺旋度与正涡度、高层负值螺旋度与负涡度存在位置和强度上的对应关系。

关键词：暴雨；中尺度分析；动力学诊断

暴雨是在有利的大尺度环流背景下，多种尺度天气系统相互作用的产物[ 1 ]。其中，中尺度系统（MCSs）是造成灾害天气的直接触发者[ 2 ]。MCSs定义为，与环境场相互作用，并能对环境场产生反馈作用的风暴群，其云图特征表现为包含对流核的云结构[ 3 ]。MCSs动力特征表现为由对流区和层状区组成，并且普遍存在有利于单体新生的阵风锋[ 4 ]。

螺旋度作为天气动力学诊断的物理量，是一个反应气流沿运动方向旋转强弱的物理量。螺旋度能很好的描述大气运动的特征，近年来螺旋度被广泛应用于强对流过程的研究[ 5 ]。

本文希望揭示重庆一次特大暴雨的中尺度特征和动力学特征，了解过程发生发展的物理机制，为重庆暴雨更深入的研究提供理论支撑。

1 降水简介与天气形势概况

1.1 降水简介

2014年8月31日14时至9月2日07时，重庆、湖南、湖北部分地区出现特大暴雨天气，过程前期稳定维持在重庆地区。8月31日18时至9月1日06时12h降水达到210mm，降水主要集中在重庆北部。过程雨量大、范围小、时间短、中尺度特征明显。

1.2 天气形势概况

降水期间200hPa图上，重庆位于南亚高压东北部、高空急流出口区右侧，受高空辐散气流控制，对低层形成抽吸作用。700hPa图上，受副高和热带低压的共同影响，南海地区附近形成急流区。水汽沿副高外围向内陆输送。切变线位于副高北部，受切变线夹击作用，重庆中部形成急流核。高、低空急流的共同作用对对流的发展和维持有重要意义。

地面形势上，重庆地面处于锋面北部冷空气控制下。冷空气嵌入暖湿空气底部，迫使对流触发。

2 中尺度分析

卫星云顶亮温（TBB）可以作为反映MCSs强弱的重要指标。

8月31日21时，重庆北部地区存在两个TBB<-68℃的冷中心，雨团中心略滞后于TBB冷中心，降水强度达到25mm/h。

9月1日00时，涡旋云系主体面积增大，TBB<-52℃的大值区开始分散，冷中心TBB上升，MCSs内部TBB梯度减小。雨团面积增大，强度大幅削减。其对应雨团中心仍滞后于TBB冷中心，雨强随TBB冷中心强度降低而有所减弱。

9月1日03时，原涡旋云系主体后部的对流单体与涡旋云系主体相连，致使MCSs强度有所发展，降水也随之增强。

9月1日06时之后，低纬地区新生的MCSs逐渐东移，对重庆北部地区产生影响。

9月1日12时，MCSs主体已经移动至湖北西部地区，重庆北部地区降水逐渐减弱，雨带东移南压。

分别对比9月1日00时，9月1日06时，9月1日12时的TBB分布和高空散度场的分布发现，TBB低值区的分布与200hPa高空辐散场大值区之间有明显的对应关系。

分析原因可能是高空强辐散对低空产生了较强的抽吸作用，致使对流系统强烈发展，TBB中心强度随之发展。

3 螺旋度分析

从降水强盛时刻沿降水中心的垂直螺旋度剖面来看，降水中心对流层低层为正值螺旋度分布，850hPa螺旋度中心强度达到7×10-6hPa·s-2；高层为负值螺旋度分布，300hPa螺旋度中心强度达到-6×10-6hPa·s-2。从时间序列分布来看，随着高、低螺旋度中心的强度的强度增强、范围增大，降水的强度和范围也逐渐发展。可见螺旋度的发展演变对于预报降水的强度和范围有一定的指示意义。

从涡度场的分布来看，降水强盛时刻低层正值螺旋度与正涡度、高层负值螺旋度与负涡度存在极强的位置和强度上的对应关系。这种螺旋度与涡度场的结构配置有利于上、下层空气的质量调整、有利于对流的维持和加强。

4 结论

1）高、低空急流的共同作用对对流的发展和维持有重要意义。地面冷空气嵌入暖湿空气底部，迫使对流触发。

2）MCS与降水紧密联系，是降水的直接影响系统。雨团的强度与TBB冷中心强度密切相关，雨团的位置通常滞后于与其相对应的MCS。TBB低值区的分布与高空辐散场大值区之间有明显的对应关系。

3）降水的强度和范围随高、低层螺旋度的发展而增大，螺旋度的发展对预报降水有一定指示意义。低层正值螺旋度与正涡度、高层负值螺旋度与负涡度存在位置和强度上的对应关系，有利于对流的维持和加强。

参考文献：

[1] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980，25-33.

[2] Orlanski L.A rational subdivision of scales for atmospheric processes. Bulletin of the American Meteorological Society.1975，56：527-530.

[3] MacGorman D R，Morgenstern C D.Some characteristics of cloud-to-ground lighting in mesoscale convective systems.J Geophs Res. 1998， 103D12：14011-14023.

[4] Houze Jr，Smull R A，Dodge B F.Mesoscale Organization of Springtime Rainstorm in Oklahoma.Mon Wea Rev.1990，118：613-654.

[5] 尤紅，姜丽萍，彭端，夏冠聪.2005年6月广东特大暴雨垂直螺旋度分析[J].气象，2007，04：71-76.