焦作一次大暴雨天气过程分析

2022-10-10

2006年7月2日到3日, 受暖切变线影响, 焦作市普降大暴雨, 其中有四站12小时雨量超过1 0 0 m m, 全市有5 9个乡镇雨量超过100mm, 最大达213.6mm。产生这种强降水必然有特定的物理条件, 为此我们从热力、水汽、动力等基本物理条件入手, 并通过卫星云图形态特征、演变与地面降水量进行对比分析, 以提高对这类云团产生强降水天气过程的认识。

1 环流背景

500hPa:过程开始前24小时中纬度为两槽一脊形势, 副热带高压脊线位于长江流域, 到2日8时焦作处于高压脊前西南气流中, 高原东部有大片西南气流, 一直伸到延安-郑州, 在民勤、西宁和榆中形成一个明显的低压中心, 20时低压中心东移到平凉-延安到西安, 从低压中心伸出一切变线其北侧达邢台。

700hPa:2日08时榆中、平凉、银川有一个明显的低压中心, 平凉到延安有一切变线, 其南侧已形成急流, 20时低涡中心东移, 其位置与500hPa低涡中心重叠, 从低涡中心也伸出一暖切变线其北侧达邢台。

850hPa:2日08时焦作处在西南气流中, 到了20时受位于位于铜川、晋城到聊城切变线影响。

地面:与高空低涡及切变线配合, 本次大暴雨地面在河南省南部维持一自西向东低压倒槽, 东北部到山西境内自东向西的高压控制, 焦作处在冷暖空气交汇的地方, 暖湿空气沿着冷空气上升, 造成强烈的上升运动。

通过以上分析发现, 本次过程5 0 0、700、850 hPa三层切变线位置几乎重叠, 是造成大暴雨的主要影响系统, 且三层切变线南侧风速大于北侧风速, 并伴有低空急流, 强盛的低空急流为暴雨提供了充沛的水汽和能量, 地面维持东西向倒槽, 暖湿空气沿着冷空气上升, 造成强烈的上升运动, 因此这次暴雨过程是在低涡、切变线和地面倒槽共同作用下发生的。

2 热力条件分析

2.1 假相当位温

2日08时700hPa qse图上, 在四川盆地上空有大于80℃的高能中心, 焦作上空qse为73℃, 这种能量持续到大暴雨开始, 并且高能舌进一步加强, 20时焦作上空qse增加达到78℃, 焦作处在高能舌西侧qse锋区, 高能平流为焦作大暴雨的产生积累了充分的能量, 能量的积累, 使焦作处于对流不稳定的大气中。同时通过分析500、850、700、925hPa qse发现, 各层均处在高能舌边缘, 这样更利于对流发展。

2.2 k指数分析

大暴雨开始前郑州站k指数是逐渐增大的, 1日08时、2日08时k指数分别为23、4 1, 同时上游的几个站点k指数也是增大的, 大值中心在延安附近达43, 不稳定区向下游发展, 焦作及其附近地区的k指数逐渐增大, 从2日20时k指数图可看到 (图.2) , k指数大值区由四川盆地伸向河套西部, 出现一个不规则Ω形势, 焦作处在Ω东侧的拐点附近, 这里冷暖交汇, 有利于不稳定的加大, 对暴雨中尺度系统的产生是非常有利的。

3 水汽条件分析

大暴雨的产生需要本地上空有大量水汽和源源不断地水汽输送, 本地上空要有大量水汽应该有一个水汽的累积过程。从2日08时到3日08时各高度相对湿度可以看出, 本地上空水汽条件非常有利于降水, 各层相对湿度接近饱和, 且上游有大片的湿饱和区, 西南气流将水汽不断的输送到本区, 为大暴雨区提供了丰富的水汽输送。分析水汽通量散度发现, 2日08时700hPa在焦作上空有-10×10-7 g/c m2·h P a·s水汽辐合中心, 2 0时在盐池、平凉到延安有一-10×10-7g/cm2·h Pa·s辐合中心, 焦作值为-5×1 0-7 g/c m 2·h P a·s, 3日0 8时在焦作北部有-1 0×1 0-7g/cm2·hPa·s大值中心, 说明有水汽在焦作上空辐合, 源源不断的水汽向焦作输送, 为大暴雨提供了丰富的水汽条件。

通过以上分析发现从降水开始到加强时, 不断有水汽从上游输送到焦作, 源源不断的水汽输送是大暴雨维持的一个重要机制。

4 动力条件分析

2日08时850hPa涡度场上焦作上空涡度为6×10-5 s-1, 到20时增大为12×10-5 s-1, 3日08时进一步加强, 并且在焦作上空形成一个20×10-5 s-1的大值中心, 说明辐合加强, 同时分析300hPa、500hPa、700hPa涡度场, 可以看出高层辐散, 低层辐合, 并且在降水集中时短高空辐散大于低层辐合, 使得上升运动加大, 是产生强降水的重要触发机制。

5 中尺度云团分析

大家都知道, 大环流背景提供大暴雨有利的环境场, 中尺度系统才是大暴雨的直接缔造者。本次过程也不例外, 造成本次过程主要有两个中尺度云团影响, 因此我们重点对此两个云团进行分析。

08时在延安、西安到运城有对流云发展, 后东北移, 到09时发展为中尺度对流云团, 其生命史约为9个小时, 并出现低于-75℃云顶温度区, 此云团东北移发展, 到15时达最强, 16时以后开始减弱并分裂多个对流云团, 2 0时开始焦作受此减弱云团分裂出的其中一个对流云团不断加强影响, 降水加强, 全区雨量普遍在20mm~40mm之间, 到23时我市已处在此对流云团后部, 降水逐渐减弱。

23时焦作西部又有一对流云团, 南部的温县受此云团影响, 1小时降雨量在20mm左右, 02时该云团东移和前一个云团分裂的云和并加强形成MCC, 雨强中心位于博爱境内, 一小时降雨量普遍在30mm左右, 05时两块云团继续合并加强, 并出现低于-81℃云顶温度区, 焦作处在云团后部, 强降水中心在市区北部, 一小时雨量大于40mm, 07时对流云团移出焦作, 强降水减弱。

由此可以看出中尺度对流云团合并加强形成MCC是造成本次大暴雨直接缔造者。