一次中期天氣過程的大氣環(huán)流空間結(jié)構(gòu)分析

1、一次中期天氣過程的大氣環(huán)流空間結(jié)構(gòu)分析于梅 邵美榮 張治（黑龍江省氣象臺(tái)，哈爾濱 150030）提要7月1日7月11日黑龍江省出現(xiàn)了長達(dá)11天的降水天氣，對處于嚴(yán)重干旱狀態(tài)的黑龍江省，尤其是齊齊哈爾、大慶、佳木斯的重旱區(qū)，無疑是一場喜雨，解除了大部分旱區(qū)的旱情。我們對產(chǎn)生這次降水天氣的大氣環(huán)流空間結(jié)構(gòu)、演變特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)能夠出現(xiàn)長時(shí)間降水的主要原因是高空極地冷空氣積聚能量于貝加爾湖附近，然后東移至黑龍江省和吉林省處成為冷渦，并盤踞少動(dòng)，從而造成該區(qū)域的長時(shí)間降水天氣。而低空流場、地面氣壓場又分析到其間有三次低壓系統(tǒng)與高空冷渦配合，其中有兩次低壓系統(tǒng)是從海上加強(qiáng)后，併入冷渦的。環(huán)流場的垂直

2、結(jié)構(gòu)還反應(yīng)了100 hPa以下的各層均為一致性的低渦系統(tǒng)，尤其是500hPa200hPa之間，這表明該次系統(tǒng)是深厚穩(wěn)定的，這樣深厚穩(wěn)定的系統(tǒng)是持續(xù)多水的根本原因。從110個(gè)波的能量釋放、動(dòng)能、角動(dòng)量變化分析，對黑龍江省這次降水有突出貢獻(xiàn)的波是4波和8波。關(guān)鍵詞：降水過程 大氣環(huán)流 結(jié)構(gòu)分析引言2004年進(jìn)入夏季后，黑龍江省一直處在少水階段，6月底全省出現(xiàn)了一次降水，對大部分地區(qū)來說只是緩解了一點(diǎn)旱情，但重旱區(qū)齊齊哈爾市和佳木斯市沒有任何作用。7月1日開始長達(dá)11天的降水對黑龍江省可以說是很有意義的轉(zhuǎn)折天氣，除個(gè)別縣外，全省都解除了旱象。在這次長時(shí)間的降水天氣的中期預(yù)報(bào)中，我們對時(shí)間和降水地區(qū)上

3、都做了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，降水量級(jí)預(yù)報(bào)的也基本正確。由于前期降水少，當(dāng)出現(xiàn)有利降水天氣的環(huán)流時(shí)，我們對產(chǎn)生降水的量級(jí)沒有足夠的信心。說明對大氣環(huán)流系統(tǒng)的演變規(guī)律了解的還不夠清楚，在這里我們對這次降水的環(huán)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的分析，目的是為了了解大氣環(huán)流的配置與降水天氣的內(nèi)在關(guān)系，為今后的降水天氣中期過程預(yù)報(bào)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文對產(chǎn)生降水的大氣環(huán)流的水平、垂直分布，高空和低空系統(tǒng)的配置，及大氣環(huán)流分解波的能量轉(zhuǎn)換等進(jìn)行了分析，充分認(rèn)識(shí)了大氣環(huán)流的整體結(jié)構(gòu)與降水間的關(guān)系。1高空環(huán)流形勢回顧6月28日7月11日的高空環(huán)流形勢，在90E130E的區(qū)域內(nèi)經(jīng)歷了高空冷空氣堆積加強(qiáng)、發(fā)展、減弱消亡的一次波動(dòng)過程。從500

4、hPa100hPa高空環(huán)流形勢演變情況看，高層具有一致性的槽、渦的發(fā)生、發(fā)展及減弱，說明該次系統(tǒng)為深厚系統(tǒng)，這是產(chǎn)生長達(dá)11天多水天氣的重要原因。第一作者簡介：于梅（1961），女，黑龍江省哈爾濱市人，南京氣象學(xué)院，高級(jí)工程師。首先我們分析一下產(chǎn)生這次中期降水過程的主體冷空氣的生消過程，圖1是6月27日7月11日60N、60E150E的100hPa時(shí)空剖面圖，圖上可以反應(yīng)出主體圖1 6月27日7月11日100hPa高度場40N、60E150E時(shí)空剖面圖冷空氣發(fā)源于140E150E附近，隨著時(shí)間的推移，冷空氣中心在向西退，并且是強(qiáng)弱強(qiáng)的變化。結(jié)合逐日天氣圖，低壓由強(qiáng)到弱是由于冷空氣南下將能量帶走

5、，由弱到強(qiáng)是極地冷空氣為低壓再次續(xù)補(bǔ)能量。再看40N、60E150E的200hPa及700hPa時(shí)空剖面圖（圖2）， 200hPa圖上6月27日75E附近有一個(gè)低渦系統(tǒng)逐漸向東移動(dòng)，135E150E也有一個(gè)低渦系統(tǒng)向西退，兩個(gè)低渦系統(tǒng)于7月圖3 7月1日7月11日500hPa高度場合成1日在120E附近匯合，以后低值系統(tǒng)一直在這個(gè)區(qū)圖2 6月27日7月11日200hPa（左）、700hPa（右）高度場40N、60E150E時(shí)空剖面圖域活動(dòng)，7月10日低渦東移至150E。700hPa圖上6月30日7月8日在110E130E始終有一個(gè)低壓帶，7月9日，低壓系統(tǒng)西退。高低空疊加分析，前期低壓系統(tǒng)是隨

6、著高度的降低而向東傾斜的，其環(huán)流配置構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的、發(fā)展的系統(tǒng)，后期低壓系統(tǒng)是隨著高度的降低而向西傾斜的，其環(huán)流配置構(gòu)成系統(tǒng)減弱消亡。從圖中還可以看到，低壓的東部是一個(gè)隨時(shí)間逐漸加強(qiáng)的高壓，它起著阻擋低壓東移作用的，因此也是產(chǎn)生東北地區(qū)持續(xù)降水的間接系統(tǒng)。將這11天的500hPa的高空環(huán)流做一張合成圖（圖3），圖上可以清楚的分析到內(nèi)蒙古自治區(qū)西部、黑龍江省、吉林省及遼寧省在一個(gè)低壓控制區(qū)域內(nèi)，低值中心位于黑龍江省的西南部，東北三省均處于槽前的輻合區(qū)，這是發(fā)生降水的典型環(huán)流形勢，因此這段時(shí)間為多水時(shí)段。從500hPa逐日高度場的分析，可以看到：在6月29日20時(shí)的環(huán)流圖上，在70N80N、110

7、E處已經(jīng)形成了一個(gè)具有閉合等值線的極地冷空氣中心，從冷空氣中心向貝加爾湖的西部地區(qū)伸出一個(gè)槽。6月30日08時(shí)槽東移到貝加爾湖，且在東移的時(shí)候開始向南延伸，此時(shí)黑龍江省上空的環(huán)流還是一個(gè)高壓脊，它起著阻擋槽東移而迫使其南壓并加強(qiáng)的阻塞系統(tǒng)。7月1日08時(shí)高空槽移到黑龍江省、吉林省西側(cè)的內(nèi)蒙區(qū)域。這時(shí)，從形勢場上低渦和槽的強(qiáng)度都已經(jīng)具備了產(chǎn)生降水的條件，該槽在黑龍江省和吉林省經(jīng)過，歷時(shí)3天，并在黑龍江省產(chǎn)生了一次中雨天氣過程。圖4 30N振幅（上） 45N振幅（中） 55N60N振幅（下）7月1日20時(shí)極地冷空氣中心發(fā)生了西退，中心位置在70N、90E，冷空氣的范圍也在擴(kuò)大，這是影響后期天氣的很

8、重要的環(huán)流系統(tǒng)。7月3日從這個(gè)冷空氣中心分離出來的小股冷空氣移到貝加爾湖南側(cè)，以后東移過程中不斷加強(qiáng)，7月4日20時(shí)到達(dá)內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，以后這股冷空氣基本上是在東北地區(qū)盤旋，直到11日消亡為止，與地面低壓配合分別造成57日、811日東北地區(qū)二次降水，黑龍江省為兩次中雨天氣過程。2 500hPa環(huán)流場波譜分析對這次較長時(shí)期多水的500hPa環(huán)流場通過傅氏展開進(jìn)行波譜分析，首先從各波的時(shí)間序列分析，可以看到低緯度地區(qū)，用30N代表（圖4上），超長波13波由強(qiáng)減弱后，黑龍江省出現(xiàn)降水，當(dāng)再次加強(qiáng)的時(shí)候降水即將結(jié)束；中緯度地區(qū)，用45N代表（圖4中），4波或8波在急劇加強(qiáng)后再釋放的過程中，黑龍江省出

9、現(xiàn)降水，其中4波在13日和811日的降水過程中有很明顯的能量釋放，8波在57日的降水過程有明顯的能量釋放，另外711日間還有這樣一個(gè)特征，在4波減弱的同時(shí)，6波出現(xiàn)加強(qiáng)，它與降水也存在著很密切的關(guān)系，我們將在后面的分析中描述；高緯度地區(qū)，用55N60N代表（圖圖5 45N經(jīng)向動(dòng)能譜（上） 單位：103m2.s-2 45N緯向動(dòng)能譜（中） 單位：106m2.s-2北半球角動(dòng)量合成輸送譜（下） 單位：10-8m2. s-24下），當(dāng)2波強(qiáng)度減弱進(jìn)入弱示狀態(tài)的時(shí)候，黑龍江省產(chǎn)生降水。觀察逐日逐波的高度場環(huán)流圖（圖略），很清楚的看出，影響黑龍江省產(chǎn)生降水的系統(tǒng)分別為：13日是4波槽，56日是8波槽，7

10、11日是6波槽。由上面的分析可以看到，這次降水天氣的開始是超長波減弱（即能量釋放）后，中緯度長波系統(tǒng)加強(qiáng)再減弱時(shí)產(chǎn)生的，并且三次過程的影響波并不相同。在45N經(jīng)向動(dòng)能譜的分布圖（圖5上）上還可以看到，6月30日和7月8日分別有一個(gè)4波動(dòng)能集中區(qū)，45日有一個(gè)8波動(dòng)能集中區(qū)，它們分別是三次降水天氣的開始期。10日有一個(gè)6波動(dòng)能集中區(qū)，而它是第三次降水結(jié)束的標(biāo)志。再看45N緯向動(dòng)能譜的分布（圖5中），6月26日有一個(gè)1波動(dòng)能集中區(qū)，6月30 日7月3日轉(zhuǎn)換為3波2波的動(dòng)能集中區(qū)，59日又轉(zhuǎn)換為6波4波的動(dòng)能集中區(qū)，由此說明了三次降水過程的緯向動(dòng)能是從超長波向長波輸送的。綜合經(jīng)向和緯向的動(dòng)能譜，可以

11、得出，這次長達(dá)11天的降水是由緯向超長波動(dòng)能向長波輸送，經(jīng)向4、8波動(dòng)能能量釋放而產(chǎn)生的降水天氣過程。圖5下為11天北半球角動(dòng)量合成輸送譜，6月30日前2波角動(dòng)量有一個(gè)負(fù)中心，能量是向南輸送；7月1日7月6日39波角動(dòng)量均是正的，能量是向北輸送的，其中3波、5波、9波分別在1、3、5日有一個(gè)能量中心。7月7日7月9日4波角動(dòng)量有一個(gè)負(fù)中心，能量是是南輸送的。再從北半球角動(dòng)量總和輸送譜的分布圖上看（圖略），6月30日之前角動(dòng)量為負(fù)，能量是向南輸送的，25日角動(dòng)量為正，能量是向北輸送的，69日角動(dòng)量為負(fù)，能量是向南輸送的。這期間的能量輸送轉(zhuǎn)換變化，也說明了整個(gè)過程是由高緯度超長波能量向低緯度輸送而

12、激發(fā)長波能量堆積并釋放的結(jié)果。說明降水天氣的產(chǎn)生不是哪一個(gè)波單獨(dú)完成的，而是多個(gè)波相互能量傳遞，共同合作的結(jié)果。3流場對200hPa925hPa分別做11天的流線合成圖（圖略），不難看出300hPa500hPa之間在黑龍江省的西部有一個(gè)明顯的氣流輻合中心，而700hPa以下氣流輻合中心則逐漸向南推移，925hPa的氣流輻合中心在吉林省。再從流線的走向看，700hPa以上，圍繞黑龍江的輻合中心的氣流來向是西部和北部，其氣體的性質(zhì)屬于干冷性的，而850hPa以下該輻合區(qū)的氣流來源則是南方海上，其氣體的性質(zhì)則屬于暖濕性的。綜合各層流場分析，這次連續(xù)11天的多水其流場空間分布是在黑龍江省和吉林省有一個(gè)

13、從地面到300hPa一致的氣流輻合區(qū)，并以高層冷空氣注入，低層暖空氣注入為特征，在高低層冷暖空氣的共同合作下，產(chǎn)生了長達(dá)11天的降水。從111日、13日、57日、811日925hPa流場合成圖上（圖略），反應(yīng)了三次過程渦旋輻合中心分別在黑龍江省西南部、黑龍江省與吉林省交界處和吉林省，都有海上氣流向渦旋中心輸送，這是對產(chǎn)生降水天氣很重要的水汽條件，降水中心在渦旋輻合區(qū)。從平均流場也可以反應(yīng)出渦旋輻合中心在吉林省西北部，黑龍江省在輻合中心外圍，所以黑龍江省的主要降水區(qū)在中南部地區(qū)。4地面低壓系統(tǒng)與降水6月29日隨著高空貝加爾湖槽的出現(xiàn)，地面也隨之生成了蒙古低壓，該低壓沿著高空引導(dǎo)氣流東移至內(nèi)蒙古自

14、治區(qū)西部、吉林省、黑龍江省，同時(shí)在這些地區(qū)產(chǎn)生了的降水天氣。黑龍江省的降水時(shí)間為13日。過程降水量大于25mm的地區(qū)基本上是在松花江沿岸，其中綏化市、哈爾濱市、鶴崗市、佳木斯市西部降水量在3092mm，黑龍江省的其它地區(qū)雨量不大。7號(hào)臺(tái)風(fēng)“蒲公英”于6月30日在福建省登陸變性轉(zhuǎn)為大陸低壓，之后沿著我國東部沿海地區(qū)北上。7月4日北移到黃海海面，這給該低壓增加了一次補(bǔ)充水汽的機(jī)會(huì)。7月5日在朝鮮半島登陸，并與滯留在東北地區(qū)的高空渦相會(huì)合，隨后北上，致使遼寧省、吉林省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)西部等地出現(xiàn)第二次降水天氣。黑龍江省的降水時(shí)間為57日。在低壓途經(jīng)的齊齊哈爾市東部、大慶市、綏化市、哈爾濱市、

15、伊春市產(chǎn)生了3053mm的降水。黑龍江省的其它地區(qū)過程降水量大多都在1030mm。7月7日在長江口附近產(chǎn)生一個(gè)弱低壓，并迅速北上至華北地區(qū)后東移到黃海，該低壓同樣受到了東北地區(qū)高空槽的牽制，并在海上補(bǔ)充水汽之后向東北方向移動(dòng)，8日20時(shí)到達(dá)吉林省和朝鮮交界處，繼而轉(zhuǎn)向，向西北方向移動(dòng)。9日08時(shí)10日20時(shí)在黑龍江省與吉林省交界處盤旋后減弱東移，造成811日黑龍江省的第三次降水過程。這次低壓移動(dòng)途經(jīng)的哈爾濱市東部、雞西市、牡丹江市、佳木斯市西部及齊齊哈爾市南部、大慶市、綏化市降水量在3076mm，黑龍江省的其它地區(qū)降水量不大。從7月1日7月11日，在三次低壓影響下，黑龍江省大部分地區(qū)解除了旱情

16、，過程總降水量大興安嶺地區(qū)、黑河市、佳木斯市東部在40mm以下，齊齊哈爾市在4075mm，其它大部分地區(qū)在60160mm。這是入夏以來第一次全省大范圍、長時(shí)間的降水，毫無疑問是一場喜雨。5小結(jié)通過對7月1日7月11日黑龍江省多水期的大氣環(huán)流演變的分析，我們了解到了產(chǎn)生這次長時(shí)間降水的環(huán)流系統(tǒng)首先是高空有極地冷空氣在貝加爾湖北部地區(qū)堆積，而后南下；第二低渦系統(tǒng)深厚，200hPa500hPa在黑龍江省附近是一致的低值系統(tǒng)，并是斜壓穩(wěn)定的；第三有南方暖濕空氣與之配合；第四當(dāng)超長波系統(tǒng)進(jìn)入弱勢狀態(tài)時(shí)，4波和8波加強(qiáng)再減弱時(shí)是降水天氣的明顯的信號(hào)。目前數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品已經(jīng)很豐富，也比較準(zhǔn)確，所以我們只要對大氣環(huán)流演變規(guī)律與天氣之間的關(guān)系有所了解，就可以通過數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品做形勢場趨勢分析，同時(shí)還可以對其各緯圈分解波，分析其各個(gè)單波的變化，以達(dá)到提高中期天氣預(yù)報(bào)水平，尤其是多水期的中期預(yù)報(bào)。因?yàn)楸敬翁鞖膺^程降水時(shí)間長，但降水強(qiáng)度