安徽省短时强降水特征分析及机理初探

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短时强降水是一种严重的灾害性天气,因其来势猛、强度大、历时短且局地性强,常常引发严重的洪涝灾害和诱发局部山地灾害,给人民生命财产带来极大危害。气象部门准确及时做好短时强降水的预报、预警,对政府指挥防灾减灾,减少或避免灾害损失意义重大。但由于短时强降水的发生发展十分迅速,局地性强,对其临近预报和预警一直是气象预报服务中的热点和难点。  研究表明,短时强降水是在有利的天气尺度背景下由中尺度系统触发形成的,大尺度天气系统影响或决定着中小尺度天气系统的生成、发展和移动过程,而中小尺度天气系统又对大尺度天气系统有反馈作用。因此对短时强降水进行多尺度的分析是非常有必要的。本文利用安徽省79个站1995~2010年1小时降水量资料,基于较多样本对短时强降水从天气尺度到中小尺度进行了系统的统计分析。统计了不同强度的短时强降水的时空分布特征,并分析典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立短时强降水的三种概念模型及有利于其发生的大尺度影响系统。在此基础上,通过对比分析和冰雹大风、龙卷的背景参数特征,更加深入和定量的研究短时强降水的环境场特征。并通过分析雷达的反射率因子、径向速度、回波顶高等多种产品得到短时强降水的中小尺度特征。探求了强降水回波维持和发展的原因。最终得到安徽省短时强降水预报、预警的着眼点。对服务防灾减灾,具有一定积极的意义。主要结论有:  (1)短时强降水高发区位于淮北、大别山区、江南西部。极端的强降水多出现在淮北地区。从逐月统计的结果看,5-6月时短时强降水多出现于安徽大别山区和江南,7月强降水带北移至淮北,且次数显著增加,8-9月无明显的强降水带。强降水带的移动应该和副高的位置关系密切。短时强降水的日变化呈双峰结构,在早晨、午后到傍晚这两个时间段是强降水易发时间段。早晨多发可能和超低空急流的加强及地面低压在3-4时为一天之中的次低值有密切的联系。  (2)低层辐合、高层辐散是短时强降水最重要的影响系统,短时强降水的区域在高空辐散区下方低涡、暖切附近或略偏南的位置。对流层中层的低槽活动也起到比较重要的作用。低空急流也和短时强降水关系密切,且低空急流在强降水出现前都有显著的加强,12h风速平均增加为8m/s。西北气流型和其他两种类型的不同在于:低层有明显的锋区并且700hPa存在干线。  (3)背景参数特征:水汽充沛、湿层深厚,850hPa比湿均在13g/Kg以上。对流有效位能大部分在400~1500J/Kg,属于中等强度。0-1公里的垂直风切变较大,平均为8.13×10-3s-1。暖云层厚度较厚。KI指数是较好的指示短时强降水的指标,KI指数平均值为37℃。短时强降水的0℃层高度在5000gpm左右,高于冰雹发生时的0℃层高度。  (4)短时强降水的雷达特征有两种类型:①浅对流结构:回波呈带状,其移向和回波的长轴方向相近,移速超过40Km/h。反射率因子一般为40~50 dBZ,最大可达50~55dBZ,垂直剖面呈浅对流特征。VIL在12~32 Kg·m-2之间。②深对流结构:50dBZ以上的强回波伸展高度超过0℃层高度,并在高悬的强回波下有弱回波区。VIL达50 Kg·m-2以上。回波的移速较慢。  (5)中小尺度辐合的稳定维持是强降水持续的主要原因。中小尺度辐合的表现形式主要有中小尺度风速切变、风向辐合、气旋性辐合。风向辐合是在大片的正或负速度区中出现了较小尺度的相反速度区,因为相反速度区一般会提前20~60min有所表征,因此可以通过判断其移速、移向从而对强降水作出较为准确的预报;强降水发生地常存在中小尺度风速切变,且在强降水开始前30min~2 h中小尺度风速切变会明显增大;气旋式辐合的出现也表明风暴有一定的组织性,预示短时强降水将持续和发展。气旋式辐合的正负速度较大,可超过15m/s,有的甚至达到了中气旋的强度。  (6)边界层急流、中低空急流的加强也是短时强降水预警的重要指标,边界层急流早在强降水开始前半小时就显著增强,强降水开始时中低空急流开始有所加强。1小时内边界层急流可增强6m/s左右,中低空急流增加的稍少,约为2~4m/s。
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