贵州省西南涡诱发夏季暴雨预报研究外文翻译资料

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贵州省西南涡诱发夏季暴雨预报研究

WANG Xingju1， 2， 3* ，CHEN Zhen-hong3，YE Bang3

1. 兰州大学，兰州 730020，China;
2. 贵州省山地气候和资源的重点实验室，贵阳550002， China;

3． 贵州省安顺市气象局，安顺 561000，China

摘要：本文主要目的是研究西南涡诱发夏季暴雨的预测。利用北半球的700 hPa从1971－2008年期间6月到8月一天四次的NCEP 2.5°times;2.5°再分析资料，系统地研究了贵州省6月到8月的暴雨和西南涡，得到了由西南涡诱发的暴雨的预测数据。主要结论，西南涡是影响汛期暴雨的主要系统之一（6月至8月），特别是6月和7月；这类暴雨的发生与西南涡的移动路径、冷空气活动、500 hPa环境流场、850 hPa切变线，西南急流、副热带高压脊位置、水汽条件、涡度场等密切相关。在实测数据的基础上，建立了客观的预测系统，并通过相似方法和物理诊断方法进行验证。结果表明：选择高空槽、西南涡、垂直运动条件、西南急流、水汽条件等作为预测因子是合理的。当西南涡的中心是位于关键区域（100°－105°E，25°－35°N），和次关键区域（105°－108°E，25°－35°N），特别是在暴雨的高频发生的主要区域，区域性暴雨最容易发生。因此该研究可为西南涡、防灾减灾、减灾预报水平的提高提供参考依据。

关键字：西南涡；夏季暴雨；预测；贵州省；中国

引言：通过陈忠明^[1]等人的统计和定义，它规定700 hPa等压面在26°－33°N，100°－108°E存在至少一个闭合等值线的气旋式环流，称为西南涡。有些学者^[2]指出，西南涡是中国最为强烈的暴雨系统之一，也是中国最重要的暴雨系统之一。西南低涡的形成和发展以及由此造成的洪水等问题一直是气象学家分析研究的重要的课题，而且已取得大量的研究成果。陈忠明等^[1-2]对西南低涡活动进行的统计分析，揭示西南涡活动的主要气候特征。刘国忠等人^[3] 对西南涡及其影响华南的致洪涡旋活动进行了统计研究，归纳了影响华南的西南涡的活动频率、平均环流特征、降雨特征等。然而，大多数研究主要集中在西南涡的成因和结构，以及特殊天气个例研究。只有一小部分通过西南涡的中心位置研究给出预测思路，在目前，没有针对贵州省西南涡的研究。贵州省位于中国西南部，直接或间接被西南涡影响，特别是在夏季。通过选择北半球的700 hPa从1971－2008年期间的6月到8月一天四次的NCEP2.5°times;2.5°再分析资料，对贵州省6月至8月暴雨和西南涡活动进行了系统研究，提出了从6月到8月在贵州一线由西南涡导致的区域暴雨预测思路，为西南涡导致的暴雨的预测水平的提高和防灾减灾提供参考。

1.数据和方法

1.1 数据源 我们选择6月至8月为统计周期，并在北半球700hPa高度上从1971－2008期间6月至8月一天四次（02:00,08:00,14:00，20:00）的NCEP2.5°times;2.5°再分析资料进行分析。然后我们选择贵州的9个基本点（安顺、贵阳、铜仁、毕节、凯里、都匀、兴义，遵义，水城）的降水观测数据。

1.2 西南涡的统计方法 通过陈忠明等人^[1-2]的定义的统计，在700 hPa高度上，26°－33°N，100°－108°E之间的网格点中找到高度的最小值，并分别与东西南北的四个格点上的值进行比较。如果网格点的高度值是低于周围的值，那么我们可以判断，西南涡出现在定义的范围内，将同样超过12小时的气旋性环流作为一个西南涡。西南涡往往发生在对流层低层，为了研究方便，在700 hPa的基础上加上850 hPa高度图，在暴雨天的情况下对其逐个分析。贵州地区降水的区域特征强烈，而且南方降水落后于北方，在统计过程中，如果在贵州的九个基本的地面站当中24小时内至少有三个台站的降水量ge;50 毫米，就可以被定义为一个区域性暴雨天；如果24小时内有至少有三站降水量ge;100毫米，就可以被定义为一个区域性大暴雨天。

2.西南涡的统计分析

2.1分布特征 通过对1971－2000的6月至8月期间西南涡统计的分布特点分析可以发现，在这30年里共有603个西南低涡，并有44个区域性暴雨发生在贵州省，其中23次暴雨产生受西南涡的影响，占区域性暴雨的52%；6月和7月区域性暴雨大多数受西南低涡的影响，6月最容易受西南涡影响。西南涡同样也可以产生连续的大雨，例如，1991年从7月8日至7月11日四川、重庆和贵州出现连续暴雨的原因就是西南低涡的长期保持。

2.2 发源地 四川和贵州都位于西风带的背风坡，这有利于减少空气压力形成动态涡旋；同时，西风槽由于高原南部边境横向摩擦气流产生的涡度也有利于形成涡旋。四川的西南部是西南涡的发源地。在四川东南部和川黔渝交界处，也是西南涡的发源地之一。在四川东南部，滇黔桂交界处，同样也是西南涡发源地之一。其中黔桂湘的交界处具有最特殊的地貌，其次是云南、贵州和广西交界处。

2.3 影响系统 在500 hPa上，南支槽东移。低槽前正涡度平流造成的减压是形成西南涡的重要因素。人们普遍认为当500 hPa不受低槽的影响时，西南涡不发生。在23次是由西南涡引起的区域性暴雨过程中，除了两次是由500 hPa两高相切造成，其余的均为南支槽。四川西部有许多的环流型有利于形成气流辐合，如西南气流的加强、西风带和副热带高压小型高压之间的切变、西部切变维持了长江－淮河切变线，有利于西南低涡的形成。

2.4 移动路径 据统计，59%的西南涡不移动，它们出现后保持12－24 h，然后消失于停留的地方；对于所有的西南低涡，移动的西南涡占41%。主要的三种移动路径如下：第一种是从东南方向途经贵州、湖南、江西、福建入海；第二种是沿长江向海移动；第三种是向东北方向移动。其中第三种移动路径对贵州没有影响。低涡的移动路径与东亚大槽和副热带高压相关。在大多数情况下大槽、副热带高压的向东南发展和移动。利用500 hPa的气流作为引导气流有利于西南低涡移动的短期预测，其运动方向基本上与对应的500 hPa气流方向一致，但稍向南偏，移动速度是500 hPa等压面风速的50%－70%。西南涡在切变线上，常沿切变线向东移动和向南移动。如果切变线由西向东移，西南涡也由西向东移动；如果切变线沿东北-西南走向，低涡向东北移动。

2.5 关键区域 贵州地区暴雨的关键区域是在两个区域内（图1），即关键区域A（100°－105°E，25°－35°N）和次关键区域B（105°－108°E，25°－35°N）。其中在23例中，有19例发生在主要关键区A，4例发生在次关键区域B.

2.6 500 hPa西南低涡暴雨的环流特征

2.6.1 西南涡致暴雨的环流特征 通过对500 hPa平均层（图2）的典型案例（19）分析，我们发现，在25°－30°N，105°－110°E之间，西南涡一般是受槽前西南气流影响。影响贵州的槽一般为低槽。槽的宽度和深度都不大，且振幅一般为2－8纬度；副热带高压脊线一般在18°N以南，但它相对较强；贵州通常是受高压外围的西南气流影响，吹西南风；近105°－110°E，25°N的高度是582.5－587.5 gpm。一旦西南涡生成和移动到关键区域，且一天当中的循环演化具有以上特点，那么贵州未来24小时内就会有暴雨天气过程。

2.6.2 西南涡环流特征不能引起暴雨 贵州的西部没有明显的向东移动的低槽，或有低槽但在较低的层次上没，没有明显的西南急流，所以即使有大型降水，也没有达到暴雨量级；在贵州700 hPa附近辐合层较低，我们可以清楚地看到流场辐散的现象。最大比湿中心保持在110°东；贵州、云南北部和四川南部为干区，贵阳700 hPa比湿保持在6.2－7.2 g/kg；湿层限制在750 hPa以下的近地面层。中国南海的高气压中心稳定在印度的中部和西部地区，所以在低低槽较浅，槽底部于20°N。在成都，宜宾，重庆没有明显的负变高，且当高空环流和水汽条件都是以上的形式时，即使是在西南地区的关键区域，贵州一般情况也不会产生区域性暴雨。

1. 西南涡诱发暴雨的预报

3.1 预测方法 西南涡在其源地仅有较少的发展，只有在向东移动的过程中才能迅速发展。如果低涡冷空气来自于从西方或西北向，低涡东移；冷空气是从东或东北侵入的涡旋，那么涡旋或气旋式环流将会减弱。当在500 hPa青海－西藏高原有低槽发展东移或形成为“北槽南涡”时，有利于西南低涡东移发展；当西南涡在槽后缓慢移动，或者其北方有一个西北向的槽时，将不利于西南涡的发展。根据贵州省短期预测的人工分析，500 hPa青海－西藏高原低槽东移的重要性高于任何其他因素，在暴雨预报中起着决定性的作用，因此该方法主要基于500 hPa高度场进行暴雨预报。

3.1.1 数据选择 我们选择暴雨天500hPa、700hPa和850 hPa的08:00高度图和14:00。

地面图

3.1.2 预测因子 由天气学原理可知^[4],强降水的一个必要的条件是充足的水分和强烈的向上运动。根据上述情况，结合本地区当年的暴雨预报方法选择的因素，我们建立了以下的预测方程：y = X₁ X₂ X₃ X₄ X₅，X₁ 是温度露点差（T－TD）；X₂是在西南低空急流；X₃ 是14:00时地面气压；X₄是贵州探空资料；X₅是高空资料。

3.1.2.1 T－TD（X₁） 温度露点差表示在相关区域的湿饱和的程度，如果露点差越小，表明湿空气接近饱和。我们选择贵阳站和威宁站为代表，当T-TD（850hPa）le;10℃，T－TD（500hPa）le;5℃时，X₁ = 1，否则，X₁= 0。

3.1.2.2 西南低空急流（X₂） 西南低涡与低空急流密切相关。低涡是低值系统，可以增加气压梯度，从而形成低空急流或维持或加强低空急流。在低空急流的辐合产生的低层涡度的增加，，弥补由摩擦引起的涡度减弱，使西南涡可以维持甚至加强。此外，低空急流也为暴雨发生提供了源源不断的水汽。上述例子多数在暴雨发生的前一天或当天有低空急流。我们选择的威宁站和贵阳站，当850 hPa西南风在这两站速度＞12米/秒时，X₂ = 1；否则，X₂ = 0。

3.1.2.3 地面气压14:00（X₃） 当贵阳2le;Delta;p24le;6，兰州Delta;p24ge;2时，X₃ = 1；否则，X₃ = 0。

3.1.2.4 探空资料（X₄） 当一天的数据中特定的湿度值Q（850 hPa）ge;13 g/kg，TD（850 hPa）ge;16℃，TD（700 hPa）ge;6℃时有区域性暴雨。贵阳700 hPa水汽通量ge;10克/（厘米·HPA·S）。当K指数ge;35℃时，X ₄= 1，否则，X₄ = 0。

3.1.2.5 高空资料（X₅） 首先，在08：00的700 hPa等压面上，成都、宜宾和重庆有正变高站的，兰州有负变温，长沙－西昌或武汉－成都负变高ge;2dagpm。其次，在前48 h，在蒙自、贵阳和百色发生的偏南风ge;10米/秒。第三，副高脊线位于19°N。当它满足上述条件时，X₅ = 1；否则，X₅ = 0。当y = 5，我们定义的暴雨的概率为5 / 5 = 100%，类似的方式，当y = 0，我们定义暴雨的概率为0 / 5 = 0。因此，我们可以得到以下的预测方法：当Yge;3，如果我们预测第二天暴雨的概率＞60%，我们可以预测第二天将有暴雨；当Y＜3，如果我们预测第二天暴雨的概率＜40%，我们可以预测接下来一天没有暴雨。

3.2 预测系统 首先，我们总结了上述预测的经验，然后应用实际的信息，采用相似法和物理诊断，建立一个客观的预测系统。基于相似法和物理诊断，采用微软Office Access 2003作为后台数据库，Visual Basic 6为前台开发工具，和MICAPS夏季实测信息，建立一个客观的西南低涡暴雨预报模型。基于西南低涡暴雨预报模型的要求，我们设计并建立了MICAPS读取模块、实时数据处理与存储模块、自动展示的平台，通过它我们可以预测未来暴雨及时率，从而进一步提高预测的准确性。该系统具有功能齐全、用户界面友好、操作性强、实用性强等功能，可在图中显示系统界面。

3.3 模型试验 由于数据的限制,我们选择从2001年—2008年的NECP数据分析西南涡对贵州暴雨的影响。西南低涡暴雨系统，在2001年－2008，预测总共有12次暴雨，其中8次是由西南低涡所致的暴雨，约有30%和近30%的误报率和空报率。在8次暴雨中，5次发生在关键区域，3次在次关键区域。在这三个过程中，500 hPa上高空槽清晰可见，850 hPa上湿度基本上是接近95%。这可以从图4至6中看出，500 hPa上贵州受槽前西南气流影响，槽的振幅接近15纬度；700 hPa受典型的西南低涡影响，涡旋中心位于105°－110°E，有3090gpm强度的闭合等值线，且24小时保持；200 hPa上，有下沉运动，850 hPa上，有上升运

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