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2012年6月25-28日巴彦淖尔市暴雨成因分析

更新时间:2009-03-28

引言

巴彦淖尔市地处内陆深处的内蒙古高原[1],地理位置在40°13′~42°28′N,105°12′~109°53′E,西与阿拉善盟接壤,东与包头市相连,北与蒙古国为邻, 西南依黄河与乌海市相连,南与鄂尔多斯市相望。由山旱农业区、黄河灌溉农业区(河套地区)、沙区和牧区组成。巴彦淖尔地区洪涝主要由大到暴雨引发山洪而形成的灾害。巴彦淖尔市北部高原多丘陵山地,植被稀疏,抵御洪水能力相对较低,往往造成严重损失;河套地区灌溉条件较好,而排水系统不完善,暴雨一旦造成洪涝灾害发生,作物生长受到抑制,严重时作物因长时间受淹而发病或致死,致使作物减产。因此,分析降水资源,对指导农牧生产有重要意义。

近年来,针对巴彦淖尔暴雨天气,诸多气象科技者从不同角度开展了广泛研究。孙令东 等[2]对巴彦淖尔一次暴雨过程诊断分析,结果表明,乌拉山与白云查汗山形成狭长山谷,边界层东风气流穿过,狭管效应有利于此地风速增大。地形对边界层南北风急流在巴彦淖尔市交汇产生强锋非常有利。王永清 等[3-4]通过对巴彦淖尔局地暴雨诊断分析指出,高、中、低层中、小尺度切变、辐散、辐合流场垂直叠置,高能、高湿、强辐合、强上升区同时具备,是暴雨的预报着眼点。在以往的暴雨研究中,大多是天气学诊断分析,关于巴彦淖尔市暴雨发生时大气层结特征、气团后轨迹追踪分析较少。

本文利用Micaps常规气象观测资料、GDAS资料和HYSPLIT模式气团后向轨迹追踪模式,从天气形势、层结特征、气团后向轨迹追踪等方面对内蒙古巴彦淖尔市2012年6月25—28日的暴雨天气过程成因进行分析,这对于提高暴雨预报水平和减少暴雨灾害有重要的意义。

由于湖南省各部门数据在格式、尺度、时效、管理模式、数字化程度等均有不同,导致收集的资料存在着时点不统一、内容不统一和格式不统一等的差异,因此,确定3项专题资料利用的原则:一是优先利用原则,即优先利用时效性好、准确性高、由直接管理部门提供和数字化的数据;二是差异比对原则,即不同级别部门提供数据内容不统一时,应进行比对分析,对差异项进行标识和重点核实;三是外业为准原则,即对时效性差的数据应重点外业核查,当外业核查时发现数据发生变化,以外业核查为准。具体分析利用情况如下:

1 暴雨概况

受蒙古低涡影响,2012年6月25—28日,巴彦淖尔市出现了大到暴雨,局部大暴雨,降水量100.0~171.0mm,乌拉特中旗小时降水量24.0mm,总降水量达129.2mm。暴雨洪灾造成沿山沟口大面积山洪,农田严重积水,水库溢洪,农作物倒伏,部分房屋倒塌,城市严重内涝,共62.75万人受灾,遇难2人,直接经济损失30.35亿元。

李元昌曾说过:“影响教师专业能力发展的‘穴位’是学习,点开这个‘穴位’,就打通了教师发展的‘任督二脉’。”通过研修,我们运用“点穴式”学习,改变着教师的教学方式,教师再改变学生的学习方式,最终改变着学生的思维方式。在这样的改变中教师获得了作为教育者的尊严与幸福感。

2  暴雨成因分析

2.1 环流形势特征

24日20时,500hPa有两脊一槽位于东亚大陆中高纬度上空,我国东北地区及巴尔喀什湖北部有两个高压脊,贝加尔湖到蒙古国为一低涡,巴彦淖尔市处在低涡南部槽的后部西北气流中。巴尔喀什湖北部高压脊向北经向发展,极区冷空气沿脊前偏北气流向低涡中输送,促使低涡发展加强。同时我国东北地区高压脊阻挡低涡,使其稳定少动,到25日08时(图略)巴彦淖尔市仍处于低涡底部的西北气流控制中。副热带高压西侧暖平流的动力加压致使580dagpm线向北伸展同东北地区高压脊叠置,这时巴彦淖尔市处于西低东高形势之下。到25日20时(图略),巴彦淖尔市处于低涡前部和副热带高压西北侧强西南气流中, T-Td<4℃,最大风速为18.0 m·s-1。700hPa临河和乌拉特中旗有切变线,同时有一支来自北部湾最大风速为12.0m·s-1的南风气流提供的水汽不断向巴彦淖尔市输送。海平面气压场,巴彦淖尔市处于地面气旋暖锋控制,该气旋位于500hPa低涡前部,由于涡前的正涡度平流,有利于地面减压,促使气旋发展,辐合抬升加强,为降水提供动力条件。

2.2  大气层结特征分析

由图2和图3综合分析,降水前期V-3θ图有以下特征:

A statistical downscaling model for the summer rainfall over the middle and lower reaches of the Yangtze

(2) θ曲线总体向右倾斜,中、低层向左倾,中、高层大气V-3θ图中的3条θ曲线趋于一致或重合,则与高层大气水汽偏少有关。

高低层水汽和热量平流差异是建立位势不稳定层结主要条件。由相对湿度和温度垂直分布变化(图略)可知,整个降水过程(26日20时—28日08时),温度随高度递减率基本不变,850hPa及以下层相对湿度增加至90%,而800~700 hPa高度之间,相对湿度线随高度向左递减,最大减小至25%,表明大气极为干燥。整个降水过程中,850hPa及以下层明显增湿,800~700 hPa层强烈变干的强位势不稳定层结,说明2012年6月25日暴雨过程中位势不稳定层结的建立主要与湿度差动平流有关。由假相当位温和相对湿度垂直分布(图略)可知,整个降水过程中,位势不稳定层结建立与相对湿度变化有着相似的趋势,表明2012年6月25日暴雨过程中温度差动平流作用微弱,并没有强对流天气中常见的高层冷平流,低层暖平流位势不稳定层结。由图1b可知,26日20时,850~500 hPa呈暖湿的西南、东南风,400~300hPa为干冷的偏西风,表明中低层增湿、高层变干的不稳定层结与中低层、高层风向关系密切。综上所述,暴雨前期中低层风向对暴雨预报具有重要作用,它既是低层水汽的重要来源,也是位势不稳定层结建立者。

图1 26日20时到28日08时乌拉特中旗假相当位温(a),垂直廓线和垂直风(b)变化

2.2.2  V-3θ图变化特征

V-3θ图是利用现有资料的真实信息设计的分析工具,主要是以结构方式揭示非规则信息的结构特征及其作用,经过很多预报员实践应用,证明V-3θ图分析方法对转折性天气,特别是灾害性天气有着较好的预测能力[7]V-3θ图中的V是探空资料中直接观测的风向、风速信息,风矢量是气象惯用的标识符号,设置在θ*线上,相应的3θ分别为θθsedθ*,并在P-T(T以绝对温标K表示)坐标图上构成了3条曲线,作为每一个测站的V-3θ图,各物理量计算如下,θ为干空气的位温:

 

(1)

θsed是以露点温度计算的假相当位温:

θsed=θdexp(Lvqs/cpTc)

降水前,乌拉特中旗站V-3θ图特点:6月24日08时(图3a),500~600hPa高度处左倾说明由冷层云存在,θsedθ*曲线趋于重合的高度及为冷层云高度, 其浓密程度即为θsedθ*曲线靠近程度,600~700hPa高度θsedθ*趋于平行,说明此层水汽较为充沛,低层有东南气流建立。6月24日20时(图3b),V-3θ图中的3条θ曲线600hPa高度处向左折拐,表明有冷层云的存在,3条θ曲线整体向左倾斜,θθsed线在600hPa以下层次垂直于T轴,表明低层有大量不稳定能量积累。降水前12h2012年6月25日08时(图3c),θ线整体左倾,并出现多处折拐,表明大气极度不均匀,θsed曲线向左倾斜并和θ*线靠近趋于准平行,且θsedθ*线距离15K左右。θ线、θsed线和θ*线向左折拐高度有所升高,大约在500hPa附近。

(2)

用露点温度代替凝结温度计算出的假相当位温为θsed 用露点温度代替实际温度,计算时假定温度露点差为零,由饱和水汽压经验公式式 求得饱和混合比湿,将所得值代入公式(2)计算为饱和空气的位温(θ*)。

(2)24日08时(图2a)500hPa以下高度θ线整体右倾,θsed线与温度(T)轴近于垂直,800hPa以上500hPa以下高度θ*线向左倾,西南风延伸至700hPa高度。24日20时(图2b),500hPa以下,θ线与温度轴垂直,θsed线左倾与T轴成钝角,θsedθ*线成准平行且距离15K左右,表明低层水汽充沛。θsedθ*线在600hPa附近向左折拐。25日08时(图2c),800hPa以上500hPa以下部分θ线整体左倾,θsedθ*线左倾并准平行,与T轴成钝角,θsed线和θ*线向左折拐高度有所升高,大约在500hPa高度附近,700hPa以下层次θ*线上东南风到西北风顺滚流(顺滚流:北半球中、低层大气为偏南风、西南、东南风或临近海洋的东风,高层大气500hPa以上为西—西北风,代表了冷空气来袭时大气低层到高层的风场配置)建立。

局地暴雨产生,不仅与局地的大气能量分布有关,也受天气尺度大气能量分布影响,因此分析局地大气结构的变化,提取产生暴雨的特殊信息,探寻局地暴雨的机理,具有重要意义[6],针对此次暴雨天气选取了临河(53513)和乌拉特中旗(53336)两个站分析V-3θ图,资料源于每日两个时次(08和20时)探空。因为临河位于乌拉特中旗站西南方向是本次天气系统上游站。降水前,临河站V-3θ图有以下特点:

多数酒店知识型员工的薪资水平不高,而且相互之间差距不大。酒店的高层管理人员没有体会到知识型员工的重要性和能够为酒店所带来的附加值,或者对于其认识不够。将知识型员工的收入水平与一般员工的收入水平等同起来。这样的后果就是使得知识型员工产生消极感和对自我价值的过低评估,觉得自己的努力没有获得应该的回报,自身的价值在工作中得不到认可与体现。有些酒店甚至没有为知识型员工办理相对应的社会保障例如:社会养老保险、失业保险和社会医疗保险,偏偏知识型员工的学习能力信息接收能力强,对自身的风险规避意识较高,酒店这种对知识型员工安全心理的不作为会导致知识型员工对企业的信任感较低。

(1)由图2看出,对流层低层θsedθ曲线呈一致左倾,与T轴成钝角。其原因是低空大气受地面加热和水汽的作用,引起微弱的对流不稳定。θ线整体向右倾斜,中、低层略向左倾,中、高层θθsedθ*三条曲线趋于一致或重合,与高层水汽偏少有关。θsed线率先与θ*线合并,在300~100hPa之间θθsedθ*曲线与T轴近似垂直,并向左折拐,有薄层超低温(对流层大气上空陡然降温现象)。

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V-3θ图主要功能是建立在大气热量结构非均匀基础上的方法体系[7],其核心还在于结构的非均匀而非质点的数量化,方法体系立足于大气对流层内垂直方向上的滚流发生、发展、维持和转换问题和旋转运动导致流动分离的认识观念和事件本身演化的转换理论,是分析大气动力、热力和水汽三维结构有效手段,根据大气结构形态演变,发现暴雨发生的先兆信息,为暴雨预测及其强度提供依据。

  

图2    24日08时(a)、20时(b),25日08时(c)、20时(d)临河站θθsedθ*变化特征

 

注:图中1表示θ*,2表示θsed,3表示θ

⑤创建水土保持奖补机制。推行“民办公助”“村民自建”“以建定补”,对现有国家、地方水土保持经费实行以奖代补、结转滚动,逐步扩大治理面积,巩固治理成果。

 

图3     24日08时(a)、20时(b),25日08时(c)、20时(d)乌拉特中旗θθsedθ*变化特征

注:图中1表示θ*,2表示θsed,3表示θ

2.2.1 物理参数垂直分布

(1)降水前期,对流层大气中、低空θsedθ*曲线左倾明显,并与T轴成钝角,其原因是低空大气因地面加热和水汽的作用,所引起的微弱的对流不稳定。

暴雨出现常与暖盖相伴,杨红梅 等[5]指出北方出现的特大暴雨中,许多有θsed暖盖相伴随。由图1a可知,降水开始前(26日20时),850~700hPa和600~500hPa之间θsed线随高度增加分别向左折拐,有逆温层存在即“暖盖”,暖盖起到抑制其下层(边界层)位势不稳定能量释放,增加其上层(对流层中低层)位势不稳定的作用,一旦下层动力辐合加强到一定程度,就有可能发生深厚的积云对流。暴雨开始后,暖盖消失,而梅雨锋暴雨过程中,暖盖始终存在[6]。暖盖不仅对低空水汽和能量的聚集有重要作用,还可以造成其上层位势不稳定的增强以及位势不稳定度水平分布不均匀性增强,创造次天气尺度重力惯性波不稳定热力条件[6]。此次降水过程暖盖形成主要由850hPa的相对湿度增加所致,与低空西南风急流关系密切。

(3) θsed线率先与θ线合并,在300~100hPa之间3条θ曲线与T轴近似垂直,并向左折拐,有薄层超低温。

(4) θsedθ*线左倾并准平行,与T轴成钝角,且θsedθ*线距离15K左右。

儿童诗语言优美、凝练,富有节奏性、音乐性,而诵读无疑是感受诗歌语言、意境、情感的最佳途径。如《田家四季歌》中,引导学生通过想象画面、关键词体会、拓展说话等方式,反复诵读诗歌,想象诗中画面,读出诗歌的意境。

(5) V-3θ图中的3条θ曲线随降水临近,折拐高度有所提高,大约提至500hPa高度处。

水汽通量是表征水汽输送强度的物理量,其辐合中心是预报暴雨落区的重要指标。水汽通量散度是表征水汽辐合强度的物理量,负值越大辐合越强。暴雨发生前26日08时(图4a)巴彦淖尔市上游有中心值为-20×10-7 g·cm2·hPa-1·s-1水汽通量散度和9×10-2g·cm-1·hPa-1·s-1水汽通量辐合区。随着蒙古冷涡东北移,到27日08时(图4b)水汽通量散度和水汽通量辐合区随之向东北方向移动。到27日20时(图4c),冷涡南部的高空槽东移至巴彦淖尔市上空,且随着西南急流进一步增强,在该区域形成了强烈的水汽通量辐合区和水汽输送,并有20×10-2g·cm-1·hPa-1·s-1水汽通量和-16×10-7 g·cm2·hPa-1·s-1水汽通量散度辐合区相配合,此时巴彦淖尔市降水强烈。28日20时(图4d)以后强水汽通量散度和水汽通量辐合区逐步移出巴彦淖尔市,降水减弱趋于结束。由此可见,强降水发生过程中,巴彦淖尔市始终有较强的水汽辐合和充足、稳定的水汽输送。

2.3  水汽条件分析

2.3.1  水汽供应

一个农村85岁的老人到医院就医,需住院治疗,首先预付了3 000元的门槛费。该老人共住院9 d,住院结账时共计缴费1万元。3 000元的门槛费不报销,最终报销5 000元,自己交5 000元,可见住院收费之高。病人的负担过重,各地政府部门医疗政策不一致,形成了医疗收费不统一的混乱局面。

综上所述,降水前期单站V-3θ图中θ曲线总体向右倾斜,中、低层向左倾,中、高层的3条θ曲线趋于一致或重合;对流层中、低层θsedθ*曲线左倾并准平行,与T轴成钝角,且θsedθ*线距离15K左右,3条θ曲线同时向左折拐,折拐高度不断提高,大约提至500hPa高度处,预示该站将有暴雨发生。

  

图4 26日08时(a)、27日08时(b)、27日20时(c)、28日08时(d) 850hPa水汽通量(实线,单位:10-2g·(cm·hPa·s)-1和水汽通量散度(虚线,单位:10-7g·(cm2·hPa·s)-1)

2.3.2 HYSPLIT模式水汽后向轨迹追踪

HYSPLIT模式是由空气资源实验室(AirResourcesLaboratory)、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)和澳大利亚墨尔本气象研究中心联合开发用于计算和分析气团扩散轨迹、输送模型[8]。该模型有前向、后向运行轨迹(后向轨迹是指到达研究点之前的模拟运行路径)。该模型常应用于研究污染物传输和扩散,其计算原理:

P′(tt)=P(t)+V(P,tt

另一种情况则是,在某一个词的现成的意义基础上,通过改变用法,比如扩大或缩小某一个意义的使用范围或者使用条件,使其产生一种新的借代用法,并在语言中稳定地传承下来,成为词义中的一种特定类型——借代意义。相对于词和词的原义而言,借代意义是后起的。例如:

(1)

P(tt)=P(t)+0.5[V(P,t)+V(P′,tt)]Δt

(2)

气团最终位置(tt)是由气团初始三维速度矢量V(P,t)和气团在第一猜想位置P′(tt)速度矢量V(P′,tt)的平均值,针对时间积分所得到的。积分步长在模拟中可以变化,时间步长内的最大距离不得超过数据格点的75%[7]。采用HYSPLIT后向轨迹模式追踪此次降水过程中水汽输送路径,在垂直方向1000~100hPa高度层,间隔100hPa选取10层作为后向轨迹模拟初始高度,模拟开始时间为27日08时,后向轨迹路径采用聚类分析(遵循类与类之间差异极大而同一类的内部差异极小的原则)得出120h的平均后向轨迹(图5)。700hPa高度(图5a)平均后向轨迹有3条,其中一支水汽来自日本海经过黄海,并与黄海的一支水汽汇合通过东南气流进入降水区;800hPa高度层附近一支水汽120h内一直处于华北境内,是此次暴雨过程的局地水汽供应。500hPa高度(图5b)东边一支来自日本海经过黄海和南边一支来自南海经转向向北输送的水汽合并,由东南风携带进入降水区;西边有一支来自新疆境内偏西方向水汽输送,经转向与东边、南边两支水汽合并向北输送,进入降水区。综上所述,中低层输送通道为此次暴雨过程带来充沛的水汽,分别来自黄海、日本海、新疆境内和南海水汽的转向输送以及局地水汽输送。

  

图5 2012 年6月23—27日700hPa(a)、500hPa(b)高度后向轨迹分布

3 结论

(1)此次降水过程,位势不稳定层结的建立机制主要与中低层增湿和高层变干的湿度差动平流有关,而温度差动平流作用微弱,中低层增湿、高层变干的不稳定层结与中低层、高层风向关系密切。

(2)降水前36h内,单站V-3θ图中θ曲线总体向右倾斜,中、低层向左倾,中、高层的3条θ曲线趋于一致或重合;对流层中、低层θsedθ*曲线左倾并准平行,与T轴成钝角,且θsedθ*线距离15K左右,3条θ曲线同时向左折拐,折拐高度不断提高,大约提至500hPa高度处,预示该站将有暴雨发生。

(3)暴雨过程中,巴彦淖尔市始终有充足、稳定的水汽输送。中低层输送通道为此次暴雨过程带来充沛的水汽,分别来自黄海、日本海、新疆境内和南海水汽的转向输送以及局地水汽输送。

参考文献

[1] 李金田,张喜林.巴彦淖尔市农牧业气候资源与区划[M].北京:科学普及出版社,2006:1-6.

[2] 孙令东,王永清,梁凤娟,等.内蒙古巴彦淖尔市一次强降水过程诊断分析[J].气象与环境科学,2013,36(3):34-38.

[3] 王永清,张连霞,梁凤娟,等.巴彦淖尔市“8.16”局地大暴雨过程诊断分析[J].内蒙古气象,2009(4):9-11.

[4]王永清,韩经纬,梁凤娟,等.2012年6月狼山脚下罕见大暴雨天气过程分析[J].内蒙古气象,2014(3):3-6.

[5]杨红梅,雷雨顺.暖盖型特强暴雨发生的局地条件[J].北方天气文集,1982(2):19-26.

[6]李毓芳,鹿晓丹.梅雨暴雨系统中的θse 暖盖[J].气象科学研究院院刊,1987,2(1):12-23.

[7]欧阳首承,陈刚毅,林益.信息数字化与预测[M].北京:气象出版社,2009.

[8] 吴凡,阙志萍,龙余良.2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析[J].气象与减灾研究,2014,37(3):17-22.

 
孙令东
《内蒙古气象》 2018年第01期
《内蒙古气象》2018年第01期文献

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