一次动量下传大风过程分析及预报着眼点 - 孙建明

　22卷4期　　　　　　　　　　浙　江　气　象　科　技

DOI:10.16000/j.cnki.zjqx.2001.04.001

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一次动量下传大风过程分析及预报着眼点

孙建明　陈卫锋

(湖州市气象台,浙江湖州　313000)

摘要:通过对不同于梯度风的一次冬季突发性动量下传大风过程分析,揭示了大风产生前的天气形势和物理量特征,尤其是高低层温度差动效应对大风预报的定量指示作用。关键词:动量下传;横槽;冷涡;温度差动平流

1　概述

动量下传大风是冬季一种较难预报的灾害性天气之一,它发生的天气形势明显不同冷空气梯度风,其一般发生于冷空气大举南下后的1～2天,天气转晴的当天中午到傍晚,冷空气补充南下时,其突发性强,自起风到增强时间短促,对在外作业的沿海或太湖渔船威胁极大。近几年来典型的动量下传个例不多,但1992年2月23日动量下传大风实况出现:湖州、长兴18m/s,安吉17m/s,德清21m/s,长江入海口附近海面也出现了8～9级偏北风,有几十条捕捞鳗鱼苗的船被大风掀翻,部分渔民死亡或失踪,损失惨重,本文通过该个例的分析为预报找出一些依据。2　天气形势2.1　横槽发展转竖

2月22日08时大风发生前一天,500hPa形势反映为中纬度沿海从黄海经长江口到广西一带有一浅槽,说明已有冷空气南下,沿海已建立一支西北偏西气流,此时中高纬整个欧亚大陆是两槽一脊型:从乌拉尔山东侧经新疆到蒙古西部为一宽广的高压脊,在其两侧各有一冷涡存在,脊前三层都有一横槽,如图1,500hPa横槽位于贝湖南侧,此时很难外推出第二天有明显的横槽发展,但仔细分析发现,中高纬的阻高后有落后于高度场的较明显的暖温脊(图略),说明未来阻高还将发展,而且脊前冷涡北侧又有冷平流不断补充,预示

冷涡将往南加深,这两个系统的发展使脊前东北

　图1　1992年2月23日08时500hPa高度场

气流和涡后西北气流加强,导致横槽曲率加强,这一特征对预报横槽加强有指示意义。

22日20时～23日08时,横槽发展最强盛,

曲率最大,从图1中横槽南压的动态变化中发现,22日08时到23日08时24小时内横槽曲率

收稿日期:2001-03-01

和各时次横槽及冷中心动态图

(低值下标为高度值,括号中为温度值)

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加强并缓慢南压了近5个纬距,23日08时到23日20时仅12小时横槽南压速度突然加快,南压了近5个纬距之多,速度增快了一倍,而这段时间正是大风发生的时段。可见,大风产生于横槽快速转竖过程中。

2.2　冷涡南掉加深

如图1,在横槽快速南压之前,东北一冷涡中心明显南掉,22日08时其冷中心位于海拉尔,低中心为-40℃,高度为528位势什米,到22日20时冷涡快速南掉于沈阳与长春西侧附近,低中心加强为-42℃,高度529位势什米,之后每12小时往东南移动速度明显减慢,但低涡仍继续加深。当冷涡南掉时横槽发展,未来24内小时横槽以冷涡为中心逆时针快速南摆转竖,带动高空锋区南压,天气特征表现为比前一股冷空气更强的补充冷空气的到达,对产生大风十分有利。2.3　渤海气旋发展

如图2,22日08时,地面已经受大举南下的冷空气影响,路经属中路偏西,在长江口已有分裂高中心,整个形势呈“L”型高压,在渤海有一气旋发展,低压曲率一直延伸到长江中游,并配合一条副冷锋,该时次24小时变压图上,在这一区域有强烈的降压区,中心达-9hPa,而其西北方贝湖南部有明显的正变化区,中心达+9hPa,由此,说明这之间区域内存在着强烈的变压梯度,这对在短时间内产生变压风贡献极大。3　物理特征3.1　垂直运动快速转换

　图2　1992年2月22日08时地面形势和冷锋

动态图

大风发生前一天2月22日08时(如图3a),从青岛-上海附近500hPa上空有一明显的垂直上升运动区,上海以南是一下沉运动区,500hPa高空风速较大,700hPa较小,23日08时(如图3b),500Pha处于槽前西南偏西气流,北侧上游风速明显增大,尤其700hPa风速比前一天增强了4～6m/s,700hPa中层有一下沉运动区,500～700hPa上游北侧仍然有一上升运动区,与前一天相比沿120°E,整个垂直环流正好与前一天相反,即表明大气质量的快速调整。

图3　a、b.1992年2月22日和23日08时ω(10E-4hPa/s)和风场沿120°E径向剖面图

(粗线为槽线)

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在西北侧有上升运动和下沉运动的垂直环流存在,当它们随天气系统影响时,由上升马上转为下沉运动,正是大气通过这种质量的快速调整,使风速猛增,低层暖空气迅速被冷空气代替,由此可见,动量下传是通过高空干冷空气南压下沉来实现的。

3.2　温度局地变化 T t

由表1,22日～23日沿海从大连-杭州各站500hPa～850hPa一天内温度局地变化可见,

T整个沿海由于冷中心南掉,温度下降,500hPa青岛下降最明显为-7℃/d,中低层850～

t

T700hPa35°N以南 t都为正值,低层850hPa以下更为明显一些,普遍增加2～3℃/d,造成北冷南暖,上冷下暖的温度结构,而大风产生当天,中低层暖层往南压并由中层往低层发展。

表1　1992年2月22～23日08时沿120°E附近各站高空温度局地变化

站名大连成山头青岛射阳南京杭州

T500

22日-34-33-29-27-25-22

23日-39-37-36-29-27-22

△T24-5↓-4↓-7↓-2↓-2↓0-22日-17-17-16-14-12-10

T70023日-22-19-17-13-11-8

△T24-5↓-2↓-1↓+1↑+1↑+2↑

22日-4-4-3-3-3-2

T85023日-10-8-5-2-10

△T24-6↓-4↓-2↓+1↑+2↑+2↑

22日223104

地面23日-3-21137

△24-5↓-4↓-4↓0-3↑3↑℃/d

从表1中可见,大风发生当天,射阳以南700hPa以下都是增温,与此同时,高空500hPa和中低层射阳以北降温十分明显,到23日20时(图略),三层冷平流都已经南压,尤其是

850hPa原来的暖脊完全被冷区代替,高空三层35°N以北完全被冷区控制,此时大风开始减弱。

3.3　温度平流变化

如图4a,2月22日08时700～500hPa北侧上游有明显的冷平流存在,500hPa温度平流中心达-12×10-1℃/d,而中低层850hPa以下却有一暖平流区(上海以南),上冷下暖的温度平流使长江下游存在明显的高低空温度差动平流。大风发生当天08时(如图4b),高空500hPa冷平流不断向下扩散,其中心仍维持很强的强度,达-10×10-1℃/d与前一天不同的是中低层由原来暖平流逐渐转为冷平流,此时高空强锋区伴随着下沉运动往下传递,使低层风速猛增。也即地面大风产生于高空锋区快速南压、中低层暖平流在短时间内被冷平流迅速代替之时。3.4　强烈的温度差动平流图4　a、b.1992年2月22日和23日08时温度

平流(0.1℃/d)、风场沿120°E径向剖面图4浙　江　气　象　科　技　　　　　　　　　　22卷4期　

由热力学方程可推导出[1],温度的递减率的局地变化为: V1 dQ→ V k r=-()-V· r+· T+(rd-r)-k tCp zdt z z z

右边第三项温度平流的垂直变化项或称差动平流项,展开这项→→

→→→V2-V11→2

1· T)～((-V1· T)-(-V2· T))· T=(V· T-VΔZΔZ

→

→→ V越大,大气层的静力不稳定度越强。其中括号中-V2· T,-V1· T分 t

别为上下层温度平流,因而,这一项的意义是通过风的垂直切变引起垂直方向的温度平流差,

这项越大,

由此过程可以造成大气的静力不稳定层结。下表是大风发生前后本站上游南京站的近似温度差动平流变化值,见表2。

表2　南京站22～24日08时近似温度差动平流变化值

物理量500hPa温度平流850hPa温度平流近似温度差动平流

22日-1208128

23日-94-1579

0.1℃/d24日-69-4118

可见,在大风发生前24小时,临近本站上游南京站高低空温度差动平流最强,对大气的静力不稳定度贡献也最强。大风发生当天,该量减少了一半,大风过后该量明显减少。说明这个量对预报有提前24小时的指示意义。

因此这个量不仅对预报暴雨强对流有指示意义,而且对大风天气发生也有较强的提前指示意义。事实上,该过程也可作为冬季的一次强对流大风天气。

4　小结4.1　动量下传大风往往发生于冬末初春,此时中底层至地面冷空气不象隆冬季节能较长时间维持,而是变性较快,但高空冷空气却能不断补充南下影响到长江中下游一带。在低层回温的同时,高空冷平流带来明显降温,产生高低空强烈的温差平流,对产生大风十分有利。4.2　这次大风天气过程是由高空横槽发展快速南下,冷中心南掉并滞留于东北地区与朝鲜半岛,致使高空锋区南压至淮河流域,地面渤海气旋发展带动副冷锋快速南扫造成的,而不是通常人们认为的冷空气梯度风。

4.3　大风发生前上冷下暖,北冷南暖温度场十分明显,尤其是高低空温度差动平流对预报有明显的定量指示意义。

4.4　冷涡的南掉先于横槽转竖,而不是同时南下,未来24小时内横槽以冷涡为中心逆时针快速南摆转竖,带动高空锋区南压,这对预报有提前意义。

参考文献

[1]斯公望.暴雨和强对流环系统.北京:气象出版社,22～23

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