2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究
发布时间：2021-03-29 01:49
利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件（水汽、不稳定、抬升作用）差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量（CMF）指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θse线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θse线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱（梅汛）期,CMF指数低（高）,变化平缓（剧烈）,CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。
【文章来源】：热带气象学报. 2020,36(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【图文】：
2011年5月1日—6月30日降雨量与土壤水分体积含水量变化
2010冬季—2011年上半年长江中下游地区（110～122°E,28～34°N）降水异常偏少，1—5月总降水量区域平均仅221 mm，比1981—2010年气候平均值（558 mm）偏少59%，引起严重干旱。由2011年1—5月和6月总降雨量相对于1981—2010年气候平均值的距平百分率分布图（图1）可见，1—5月江淮地区大部总降雨量距平百分率在-40%以下，沿江地带小于-60%，是60年来同期最少（图1a）。进入6月，天气形势发生重大转变，前期少雨突变为暴雨频发，31°N以南地区的总降雨量距平百分率由-60%变为80%以上，局地超过120%（图1b）,导致长江中下游地区由旱灾转入洪灾。统计逐日区域内暴雨(日降水量≥50 mm)以上站点总数（图2a），发现5月仅在11—12日和22日出现暴雨，分别有12站和6站，22日后降雨明显偏弱，逐日区域平均累积雨量不足3 mm，导致下旬旱情加剧。进入6月，区域性暴雨过程相继在4—6日、9—11日、14—15日、17—19日和24—25日出现，暴雨站数分别为20、15、34、37和15站。这些暴雨过程的强降雨区重叠，降雨强度大，部分地区降雨量超过历史同期记录，引发严重洪涝。土壤含水量对雨量响应滞后时间不一，但其在旱期和涝期差异明显。旱转涝中心区的湖口站土壤体积含水量变化显示，表层0～10 cm土壤体积含水量对雨量响应敏感，受5月11—12日和22日暴雨过程影响，土壤体积含水量出现“急增快降”特征，10—13日由0.27 m3/m3急增至0.32 m3/m3,21日快速降到0.25 m3/m3,24日重新升至0.33 m3/m3,6月3日又回到0.25 m3/m3。进入6月，连续暴雨导致土壤体积含水量变化转为“急增缓降”，5日升至0.33 m3/m3后，变幅极小地维持到30日。浅层10～20和20～30 cm与表层类似，但旱期和涝期内变幅更小，特别是20～30 cm,6月3日之前在0.24～0.26m3/m3，之后则为0.30～0.32 m3/m3，旱涝阶段非常明显。而深层30～100 cm，由于降雨总体少，6月3日之前土壤水分体积含水量几乎没变，数值在0.33～0.35 m3/m3,3日后小幅跃升至0.35～0.38 m3/m3，且在区域暴雨过程期间出现与表层类似的急剧陡增过程（图2b），雨量和土壤水分体积水含量变化证实了5月24日—6月3日是急转前干旱加剧的极旱期，而6月4—20日是急转后的梅汛期，后文我们选取这两阶段进行对比分析。
图2 2011年5月1日—6月30日降雨量与土壤水分体积含水量变化长江中下游区域平均的高低层风场时间演变（图3c、3d）也显示，在极旱期，从地面到750 h Pa都维持东北风，且一直持续到5月30日；在中层700～500 h Pa，除了28—29日，受北上台风“桑达”西侧的下沉偏北气流影响外，整个区域其它时段以偏西风为主。在梅汛期，750 h Pa以下，则是强西南风和弱的偏东风与东北风交替影响。对比图2a发现，低层西南风增强与暴雨过程对应关系好：在暴雨过程开始前或发生期间，伴随有低层西南风增强，且向中高层延伸；当低层强西南风转为弱偏东或东北风时，暴雨停歇。另外，在700 h Pa上，暴雨发生时，往往中层有短波槽过境，与低层风速脉动相耦合，增强气层不稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游地区夏季强降水前期的三维环流结构特征分析[J]. 方欢,原韦华,徐幼平. 大气科学. 2020(04)
[2]华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究[J]. 陈碧莹,闵锦忠. 热带气象学报. 2020(01)
[3]中国东部夏季风雨带向北推进与条件对称不稳定的关系研究[J]. 黄明策,CAO Zuohao,沈新勇. 大气科学. 2019(05)
[4]长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析[J]. 吴哲珺,包云轩,朱霆,葛晶晶. 热带气象学报. 2019(03)
[5]高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究[J]. 张亚妮,姚秀萍,于超. 热带气象学报. 2019(02)
[6]A Numerical Study of Mesoscale Vortex Formation in the Midlatitudes:The Role of Moist Processes[J]. Yongqiang JIANG,Yuan WANG,Chaohui CHEN,Hongrang HE,Hong HUANG. Advances in Atmospheric Sciences. 2019(01)
[7]2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探[J]. 张红华,姚秀萍,高媛,管琴,王桂臣. 热带气象学报. 2018(05)
[8]我国暴雨形成机理及预报方法研究进展[J]. 高守亭,周玉淑,冉令坤. 大气科学. 2018(04)
[9]长江中下游地区2011年冬春连旱及2013年夏季高温干旱环流特征及其与Rossby波活动的联系对比分析[J]. 许金萍,王文,蔡晓军,许志丽,许金星. 热带气象学报. 2017(06)
[10]梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟[J]. 周静,郑永骏,苗春生,罗亚丽. 热带气象学报. 2017(05)
本文编号：3106662
【文章来源】：热带气象学报. 2020,36(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【图文】：
2011年5月1日—6月30日降雨量与土壤水分体积含水量变化
2010冬季—2011年上半年长江中下游地区（110～122°E,28～34°N）降水异常偏少，1—5月总降水量区域平均仅221 mm，比1981—2010年气候平均值（558 mm）偏少59%，引起严重干旱。由2011年1—5月和6月总降雨量相对于1981—2010年气候平均值的距平百分率分布图（图1）可见，1—5月江淮地区大部总降雨量距平百分率在-40%以下，沿江地带小于-60%，是60年来同期最少（图1a）。进入6月，天气形势发生重大转变，前期少雨突变为暴雨频发，31°N以南地区的总降雨量距平百分率由-60%变为80%以上，局地超过120%（图1b）,导致长江中下游地区由旱灾转入洪灾。统计逐日区域内暴雨(日降水量≥50 mm)以上站点总数（图2a），发现5月仅在11—12日和22日出现暴雨，分别有12站和6站，22日后降雨明显偏弱，逐日区域平均累积雨量不足3 mm，导致下旬旱情加剧。进入6月，区域性暴雨过程相继在4—6日、9—11日、14—15日、17—19日和24—25日出现，暴雨站数分别为20、15、34、37和15站。这些暴雨过程的强降雨区重叠，降雨强度大，部分地区降雨量超过历史同期记录，引发严重洪涝。土壤含水量对雨量响应滞后时间不一，但其在旱期和涝期差异明显。旱转涝中心区的湖口站土壤体积含水量变化显示，表层0～10 cm土壤体积含水量对雨量响应敏感，受5月11—12日和22日暴雨过程影响，土壤体积含水量出现“急增快降”特征，10—13日由0.27 m3/m3急增至0.32 m3/m3,21日快速降到0.25 m3/m3,24日重新升至0.33 m3/m3,6月3日又回到0.25 m3/m3。进入6月，连续暴雨导致土壤体积含水量变化转为“急增缓降”，5日升至0.33 m3/m3后，变幅极小地维持到30日。浅层10～20和20～30 cm与表层类似，但旱期和涝期内变幅更小，特别是20～30 cm,6月3日之前在0.24～0.26m3/m3，之后则为0.30～0.32 m3/m3，旱涝阶段非常明显。而深层30～100 cm，由于降雨总体少，6月3日之前土壤水分体积含水量几乎没变，数值在0.33～0.35 m3/m3,3日后小幅跃升至0.35～0.38 m3/m3，且在区域暴雨过程期间出现与表层类似的急剧陡增过程（图2b），雨量和土壤水分体积水含量变化证实了5月24日—6月3日是急转前干旱加剧的极旱期，而6月4—20日是急转后的梅汛期，后文我们选取这两阶段进行对比分析。
图2 2011年5月1日—6月30日降雨量与土壤水分体积含水量变化长江中下游区域平均的高低层风场时间演变（图3c、3d）也显示，在极旱期，从地面到750 h Pa都维持东北风，且一直持续到5月30日；在中层700～500 h Pa，除了28—29日，受北上台风“桑达”西侧的下沉偏北气流影响外，整个区域其它时段以偏西风为主。在梅汛期，750 h Pa以下，则是强西南风和弱的偏东风与东北风交替影响。对比图2a发现，低层西南风增强与暴雨过程对应关系好：在暴雨过程开始前或发生期间，伴随有低层西南风增强，且向中高层延伸；当低层强西南风转为弱偏东或东北风时，暴雨停歇。另外，在700 h Pa上，暴雨发生时，往往中层有短波槽过境，与低层风速脉动相耦合，增强气层不稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游地区夏季强降水前期的三维环流结构特征分析[J]. 方欢,原韦华,徐幼平. 大气科学. 2020(04)
[2]华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究[J]. 陈碧莹,闵锦忠. 热带气象学报. 2020(01)
[3]中国东部夏季风雨带向北推进与条件对称不稳定的关系研究[J]. 黄明策,CAO Zuohao,沈新勇. 大气科学. 2019(05)
[4]长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析[J]. 吴哲珺,包云轩,朱霆,葛晶晶. 热带气象学报. 2019(03)
[5]高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究[J]. 张亚妮,姚秀萍,于超. 热带气象学报. 2019(02)
[6]A Numerical Study of Mesoscale Vortex Formation in the Midlatitudes:The Role of Moist Processes[J]. Yongqiang JIANG,Yuan WANG,Chaohui CHEN,Hongrang HE,Hong HUANG. Advances in Atmospheric Sciences. 2019(01)
[7]2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探[J]. 张红华,姚秀萍,高媛,管琴,王桂臣. 热带气象学报. 2018(05)
[8]我国暴雨形成机理及预报方法研究进展[J]. 高守亭,周玉淑,冉令坤. 大气科学. 2018(04)
[9]长江中下游地区2011年冬春连旱及2013年夏季高温干旱环流特征及其与Rossby波活动的联系对比分析[J]. 许金萍,王文,蔡晓军,许志丽,许金星. 热带气象学报. 2017(06)
[10]梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟[J]. 周静,郑永骏,苗春生,罗亚丽. 热带气象学报. 2017(05)
本文编号：3106662
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