青藏高原的一次冷锋降水分析

2019-09-25旦增冉珍索朗卓嘎余燕群格桑次旺

农业与技术 2019年15期

旦增冉珍索朗卓嘎余燕群格桑次旺

摘要：本文利用降水分布图，天气形势图，结合卫星云图和气象资料，对青藏高原一次由冷锋引起的一次降水过程进行分析研究，结果表明：冷锋可以到达高原，并引起较大的降水。地面有冷锋，而高层表现为一南亚高压;卫星云图上有一片与冷锋相联的云区，卷云特征明显，冷锋入侵时，后界向南凹，并有对流性云系发生，给高原带来离散分布的降水;高原降水是在各种有利物理条件下形成的，低层辐合、高层辐散、大气不稳定等。

关键词：青藏高原;冷鋒;降水

中图分类号：S162

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190815060

引言

冷锋对我国而言是最主要的天气系统之一，它几乎在全国范围内活动。在冷锋天气过程中，常常伴有大范围的阴雨天气，或者寒潮、冰雹、沙尘暴、大风和暴雨等灾害性天气。冷锋在我国一年四季比较常见，青藏高原的地形以及气候具有独特性，冷锋降水也在青藏高原常见。国内外很多学者对冷锋降水的过程以及物理机制等方面做了许多研究，也得到了一些有意义的结论。Kesslerand Wexler通过观测指出，在大片冷锋云系中，有一强度极大的条状回波带，在该回波带处能产生比周围更强的降水[1]。Herzegh指出，锋面云系的暖区雨带降水的重要机制是“播撒—供水”机制，即高空形成一定数量但质量不大的降水胚胎下落“播种”到低层增长条件较好的“供水”云区，在那里降水粒子长大但数浓度基本未增加[2]。楼小凤等利用非静力平衡二维中β-γ 尺度模式，对欧洲一次冷锋过程进行模拟，结果表明，采用5km的水平格距能够模拟出锋面上多个中β[3]。

青藏高原是世界平均海拔最高的高原。平均海拔高度在4000m以上，由于青藏高原环境独特，天气现象恶劣，加上地形复杂，在我国形成了一个独特的气候区域。青藏高原的天气状况、环流条件与我国大部分地区不同，所以降水特征较为显著。

对于冷锋降水过程的数值模拟方面而言，许多学者曾经应用CAMS、MM5、WRF等中尺度模式来讨论研究冷锋的降水特征。锋面云系具有较高的增雨潜力。目前冷锋天气系统主要研究是针对中高纬度冷锋的雨带结构、降水特征、演变过程的。为进一步认识青藏高原冷锋降水的物理机制，本文利用降水分布图，天气形势图，卫星云图分析了青藏高原冷锋降水，探讨了天气的演变过程、锋面的生消过程以及云系的演变过程。对了解青藏高原气候特征具有非常重要的意义。

1 降水过程概况

2015年7月11日21：00—12：02（世界时），青藏高原受冷锋影响，出现大范围小到中雨天气。其中11日21：00—22：00，雨带主要位于新疆北部至青藏高原南部区域。11日23：00—00：00，雨带从西北方向移到青藏高原西南区域。青藏高原逐渐产生降水。12日01：00—02：00，青藏高原全境均有降雨过程，新疆北部区域也伴随降水过程。新疆北部至青藏高原中部为降水中心。

1.1 24h降水分布

图1是2015年7月11日08：00至7月12日06：00的全国降水量实况图，从图中可以看到全国大部分的降水处于青藏高原，青藏高原大部分地区降水量为0～10mm，青藏高原西部和东部少部分地区降水量为10～25mm。

1.2 1h降水分布分析

图2a是2015年7月11日21：00，1h地面降水，图中新疆乌鲁木齐东部降水较强，乌鲁木齐南部、青海西宁西部以及西藏以南区域降水程度较小;图2b是2015年7月11日22：00，1h地面降水分布图，图中新疆乌鲁木齐东部降水略有减少并呈现向青藏高原移动的过程，青藏高原全境有较小的降水;图2c是2015年7月11日23：00，1h地面降水分布图，图中乌鲁木齐东部降水明显减少，降水移至青藏高原，青藏高原有明显的降水，尤其是青藏高原西部降水较强;

图2d是2015年7月12日00：00，1h地面降水分布图，图中青藏高原的降水持续且西部降水以及青藏高原东部地区降水加强;图2e是2015年7月12日01：00，1h地面降水分布图，此图可以看出青藏高原全境仍在降雨但降雨有所缓解;图2f是2015年7月12日02：00，1h地面降水分布图，图中由新疆乌鲁木齐移过来的降水仍在持续，乌鲁木齐东部降水加强，青藏高原区域的降水仍然持续，且西部地区有所加强。

2 高原上冷锋降水的天气形势分析

2.1 地面图分析

图3a是2015年7月10日18：00的地面天气图，从地面天气形势可以看出，新疆地区有一低压，中心气压在995hpa以下，东北地区西部有一低压，蒙古地区有一高压维持和从西太平洋经华南向西伸到青藏高原南部，为一高压脊区，在青藏高原的西南侧有一低压维持。

图3b是2015年7月10日21：00的地面天气图，图上华南地区的高压消失，新疆地区有一低压略有东伸，蒙古地区的高压向南边移动，其它变化不大。

图3c是2015年7月12日00：00的地面天气图，图中新疆地区北部有一冷高压向东南延伸至青藏高原北部附近，高压前方有一冷锋，蒙古地区存在一个低气旋，西南地区有一低压向北缩进，华南地区出现一个高压。

图3d是2015年7月12日03：00的地面天气图，图中冷锋继续东移并消失，秦岭以南地区维持一个高压，在我国东北地区有一个高压存在。

图3e是2015年7月12日06：00的地面天气图，图中新疆北部的冷高压逐渐减小冷锋继续向东部移动，暖锋转变为南北走向，冷锋尾部的前端有一低压维持，低压的东侧，我国的东南沿海地区维持一个高压，我国东北地区高压维持，华北有一低压。

图3f是2015年7月12日09：00的地面天气图，图中有冷低压发展并东移，锋面消失，在青藏高原和新疆接壤处有一低压，华北的低压消失，我国东部的地面气压场自北向南均呈高压分布，云贵高原有一低压。

3 高空天气形势分析

3.1 100hpa形势分析

图4是2015年7月12日100hpa的高空图，图中从东部到青藏高原以西地区为一南亚高压控制，西藏处在南亚高压的中部，高原上空是反气旋环流所控制。

3.2 200hpa形势分析

图5是2015年7月12日200hpa的高空图，从图中可以看出处在西藏上空的南亚高压逐渐减小，北部出现槽，东部出现一个小的高压，反气旋仍然存在于上空。在我国黄海出现一个台风。

3.3 500hpa形势分析

图6是2015年7月12日500hpa的高空图，图中槽仍处于青藏高原北部，青藏高原上的高压强度不断减弱，青藏高原的西南侧有一低压，四川盆地出现一个暖中心，东部沿海地区有一个深厚的槽生成，台湾北部有一暖中心，在河套-内蒙地区有一高压暖脊。

3.4 700hpa形势分析

图7是2015年7月12日700hpa高空图，图中暖高压中心位于青藏高原西部，槽线向东移动，高压范围逐渐扩大。台风范围和强度加强，出现暖心结构，华南地区有一冷中心。

4 卫星云图分析

图8是2015年7月11—12日的风云2号卫星的红外云图。图8a是2015年7月11日08：00云图，图中在高原上有一与高空槽相联的冷锋云系，云带呈现气旋性弯曲，表明冷空气向东南推进，云带主要由高云为主，表现为色调白亮的卷云，纤维状特征明显，南部卷云反气旋弯曲十分明显，说明高空有辐散，另外高原中部有对流云性积雨云出现，云带前方为一片无云区。

图8b是2015年7月12日11：00云图，图中云带仍呈现气旋性弯曲，前方仍为一片无云区，冷锋开始逐渐形成，有大量的灰色调的云形成，为冷锋云系的生成和发展提供充足的水汽，冷锋云系一直向东南方向移动，笼罩着整个青藏高原。

图8c是2015年7月12日14：00的红外云图，从图中可以看到，北面的冷锋云系继续东移，云带上卷云的反气弯曲更加明显，高原中部有若干小的颗粒状白色对流单体生成，小单体西北一侧为灰色的云系，表示有冷平流入侵，该处位于冷锋云系的尾部。另外华北一带由于太阳加热地表，温度升高，色调变暗。

图8d是2015年7月12日17：00的红外卫星云图，这时冷锋云系的前方云已移到华北，其后部的冷空气进一步入侵，灰色区域略有扩大，青藏高原中南部的小对流单体增多发展扩大，色调变白，并向东扩展。

图8e是2015年7月12日20：00的红外卫星云图，图中冷空气入侵高原大部地区，灰色区向东扩展，而卷云有所减小，对流云范围更加扩大，并向东扩展。

图8f是2015年7月12日23：00的红外卫星图，图中冷空气继续向东扩展。云系整体的色调较白的云。

5 青藏高原冷锋降水的物理量特征

这次冷锋形成的高原降水，是由于多种物理因素共同作用形成的，下面作初步探索。

5.1 高原低空流线分析

图 9 是2015年7月12日850hpa流线分布图，图9a中可以看到，在高原上盛行偏北气流，流线稀疏，表示风速较小，印度半岛为一致的西南气流;图9b中可以看到，在高原上仍然盛行偏北气流，流线稀、变得稠密一些，表示冷空气加大，并且在高原南部西藏地区与由来自印度半岛的西南气流形成一辐合。

5.2 高原850hpa水汽混合比分析

图10 是2015年7月12日850hpa水汽混合比分布图，图中深绿色图区表示水汽混合比大，而浅色区表示混合比较小。从图10 a中可以看到高原南部西藏地区水汽混合比很大，并与温度高值区相一致，及风的辐合相联，在高原北部地区到新疆区水汽混合比很小，这与这次降水的分布很一致。图10b中可以看到，基本与图 a相似，差别表现为湿区南压之势，北部分部区范围扩大，这与冷空气向南入侵有关。

5.3 高原700hpa温度露点差分析

图11 是2015年7月12日700hpa温度露点差分布图，图11 a中可以看到，在高原的中部到南部地区温度露点差较小，说明空气中的湿度较大，另有一条南北向的温度露点差小值区，这与云图上冷锋相联的云系相吻合。图11b中可以看到，温度露点差加大，表示冷空气入侵高原后，高原变得干燥，湿度大的只在高原东侧的一小块区域。

5.4 高原850hpa水汽通量分析

图12 是2015年7月12日850hpa水汽通量分布圖，在图上箭头长与短表示水汽通量的大小，箭头的方向表示水汽输送的方向，图12 a中可以看到，在高原的水汽能量很小，大部分地区箭头很短小，并且方向都要是指向南，印度半岛地区有较大的水汽通量;图12 b中可以看到，来自北方的水汽通量范围向东扩展，由于这水汽能量伴随冷空气南下，冷空气本身水汽含量就很小，因此水汽通量也很小。

5.5 高原低层辐合分析

图13 是2015年7月12日850hpa辐合分布图，图中深色区是辐合强的地区，图 13a中可以看到，在高原中部到南部浅绿色的东西向带状内出现不连续的较深绿色低层强辐合区，南北宽度在2～3 个纬距左右;图13b中可以看到，辐合区范围有所扩大，布满整个青藏高原地区。

5.6 高原700hpa垂直运动分析

图14 是2015年7月12日700hpa垂直运动分布图，图 14a中可以看到，在高原上升运动很小，大部分地区为下沉运动区，但在图14b中可以看到，高原南部温度线密集区有一东西向的较强的上升运动区，高原北部也出现较强的上升运动区。

5.7 高原500hpa涡度分析

图15 是2015年7月12日500hpa涡度分布图，图15 a中可以看到，在高原中部有一深黄色的正涡度区，其两侧为负涡度区，由于偏北气流，高原南部是一彼正涡度平流区。另在新疆东北到蒙古一带有与涡旋云系相关的正涡度区，高原东北也有一片正涡度区;图 15b中可以看到，新疆东北到蒙古一带有与涡旋云系相关的正涡度区东移，高原中部的正涡度区也有东移的趋势，在正涡度前方是一彼负涡度区，这样由于气流的作用，出现一片正涡度平流区。

5.8 高原200hpa散度分析

图16 是2015年7月12日200hpa散度分布图，图16 a中可以看到，在高原上空有一片辐散区，且出现一个强的辐散区，与强降水区相对应，另外在华北有一片强辐散区，与高原的辐散区连接成一片;图16b中可以看到，青藏高原上的辐散分成2片，中间部分有所减弱，最强的是西边一块，东面的向东南方向移动。

5.9 高原K指数分析

图17是2015年7月12日K指数分布图，图17a中可以看到，在高原中部、南部到东部广大地区的K指数值较大，存有一片不稳定区，最大的不稳定区处在南部，中心最大值达54，新疆地区是稳定区;图17b中可以看到，不稳定区缩小，并分裂成两片，东边的不稳定区较大，西边小。高原北侧为稳定区，范围扩大。

5.10 高原抬升指数分析

图18是2015年7月12日抬升指数分布图，图18a中可以看到，在整个高原抬升指数为负值，最小的为-13，新疆地区为正的抬升指数，这表明高原上空不稳定。图18b中可以看到，抬升指数的负值有所减小。南部区域出现大值中心，最小的负指数移到高原东侧地区。

5.11 高原沙氏指数分析

图19 是2015年7月12日沙氏指数分布图，图19a中可以看到，在高原上沙氏指数都是负值，负值最小达-10，新疆地区都为正值，说明高原地区很不稳定，这有利于对流的发生和发展。图19b中可以看到，沙氏指数负值区有所减小，不稳定区有所缩小。

6 结论

通过对2015年7 月12日高原地区一次冷锋降水过程的综合分析，可以得出：

冷锋可以到达高原，并引起较大的降水。地面有冷锋，而高层表现为一南亚高压;

卫星云图上有一片与冷锋相联的云区，卷云特征明显，冷锋入侵时，后界向南凹，并有对流性云系发生，给高原带来离散分布的降水;