贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0753

干旱气象 ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (5): 753-763.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0753

贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析

吴古会¹^,²(), 彭芳²^,³, 齐大鹏¹^,², 杜小玲¹^,², 杨秀庄¹^,²()

1.贵州省气象台，贵州贵阳 550002
2.贵州山地气候与资源重点实验室，贵州贵阳 550002
3.贵州省山地环境气候研究所，贵州贵阳 550002

收稿日期:2022-04-07 修回日期:2022-11-06 出版日期:2023-10-31 发布日期:2023-11-03
通讯作者: 杨秀庄（1983—），男，贵州遵义人，高级工程师，主要从事天气预报预测及短时临近预报预警技术研究。E-mail: 115196063@qq.com。
作者简介:吴古会（1985—），女，贵州兴义人，高级工程师，主要从事天气预报预测及短时临近预报预警技术研究。E-mail:19106289@qq.com。
基金资助:
中国气象局暴雨创新团队项目(CMACXTD002-3);西南区域重大科研业务项目(西南区域2014-3);贵州省山地气候与资源重点实验室基金项目(QHLSSLJ[2022]-12);中国气象局复盘总结专项(FPZJ2023-115)

Analysis on mesoscale feature of a extremely rainstorm process caused by the convergence line frontogenesis in Guizhou Province

WU Guhui¹^,²(), PENG Fang²^,³, QI Dapeng¹^,², DU Xiaoling¹^,², YANG Xiuzhuang¹^,²()

1. Guizhou Meteorological Observatory， Guiyang 550002， China
2. Key Laboratory for Mountains Climate and Resources of Guizhou， Guiyang 550002， China
3. Guizhou Institude of Mountainous Environment and Climate， Guiyang 550002， China

Received:2022-04-07 Revised:2022-11-06 Online:2023-10-31 Published:2023-11-03

摘要/Abstract

摘要：

利用地面常规观测资料及加密自动站观测资料、FY-2G卫星云图、多普勒天气雷达产品和ERA5再分析资料，对2021年5月10日贵州东部和北部的一次辐合线锋生极端暴雨过程中尺度特征进行分析，初步探讨其形成机制。结果表明：此次极端暴雨过程发生在低涡切变背景下，低层强盛的南风为中尺度对流系统发生发展输送了充足的水汽和不稳定能量，地面辐合线及锋生提供了触发条件，暴雨区主要位于云团云顶亮温低值中心西侧或南侧梯度大值区，并沿地面辐合线呈东西向带状分布，最强降水发生在对流云团合并阶段。辐合线锋生作用在其西侧频繁触发对流单体，新生对流单体沿地面辐合线东移发展，持续影响贵州东部和北部地区。在降水最强的两个阶段，雷达回波呈现暖云和悬垂结构特征。地面辐合线及其锋生、上游降水带来的降温增压以及持续增强的南风有利于暴雨区水汽辐合增强，而垂直方向上纬向、经向中尺度次级环流上升支正好位于特大暴雨中心附近，有利于中尺度对流系统维持和增强。

关键词: 暴雨过程, 地面辐合线, 锋生, 中尺度特征, 次级环流

Abstract:

Based on ground conventional observation data and intensive observation data from automatic weather stations, cloud images of FY-2G satellite, Doppler radar data and ERA5 reanalysis data, the mesoscale synoptic characteristics of a extremely rainstorm process caused by convergence line frontogenesis in eastern and northern Guizhou on 10 May 2021 were analyzed, and the formation mechanism was preliminary discussed. The results show that the extremely rainstorm process occurred under the background of low vortex shear, and the strong southerly wind at low level transported abundant water vapor and unstable energy for the occurrence and development of the mesoscale convective system, the surface convergence line and its frontogenesis provided triggerring condition for the rainstorm. The rainstorm areas mainly occurred in the large gradient areas of temperature black body (TBB), in which were located on the west or south side of the low value center of cloud cluster TBB, and they appeared a strip-shaped distribution in east-west direction along the surface convergence line. The strongest precipitation occurred at the merging stage of convective cloud cluster. The frontogenesis caused by the convergence line frequently triggered convective cells on the west side of the convergence line, and the new convective cells moved and developed eastward along the surface convergence line, which continuously affected the eastern and northern regions of Guizhou Province. At two stages of the strongest precipitation, the warm cloud and overhang structure characteristics of radar echo were obvious. The surface convergence line and its frontogenesis, the cooling and increasing pressure generated by the upstream precipitation and continuously strengthening southerly wind were conducive to the enhancement of water vapor convergence in rainstorm areas. In the vertical direction, the ascending branches of meridional and zonal mesoscale secondary circulation were located near the extremely rainstorm center, which was conducive to the maintenance and enhancement of mesoscale convective system.

Key words: rainstorm process, surface convergence line, frontogenesis, mesoscale feature, secondary circulation

中图分类号:

P458.1+21

吴古会, 彭芳, 齐大鹏, 杜小玲, 杨秀庄. 贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析[J]. 干旱气象, 2023, 41(5): 753-763.

WU Guhui, PENG Fang, QI Dapeng, DU Xiaoling, YANG Xiuzhuang. Analysis on mesoscale feature of a extremely rainstorm process caused by the convergence line frontogenesis in Guizhou Province[J]. Journal of Arid Meteorology, 2023, 41(5): 753-763.

图/表 7

图1 2021年5月10日08:00至11日08:00贵州省累积雨量（a，单位：mm）和10日18:00至11日08:00铜鼓站逐小时降水量演变（b）

Fig.1 The accumulative precipitation in Guizhou Province from 08:00 on 10 to 08:00 on 11 May (a, Unit: mm) and the evolution of hourly precipitation at Tonggu station from 18:00 on 10 to 08:00 on 11 May (b), 2021

图2 2021年5月10日20：00 500 hPa位势高度场（蓝色等值线，单位：dagpm）、700 hPa风场（风向杆，单位：m?s-1）及850 hPa急流（绿色填充区）（a）和湖南怀化站订正的探空廓线（b）（红色线包围区为贵州省）

Fig.2 The geopotential height field at 500 hPa （blue isolines， Unit： dagpm）， wind field at 700 hPa （wind shafts， Unit： m?s-1） and jet stream at 850 hPa （green filled areas）（a） and corrected radiosonde profile at Huaihua station of Hunan Province （b） at 20：00 on10 May 2021 （the area enclosed by the red line for the Guizhou Province）

图3 2021年5月10日21：00至11日02：00 FY-2G卫星-32 ℃及以下TBB（红色等值线，单位：℃）和观测降水量（彩色填充区，单位：mm）逐时演变（a）10日21：00，（b）10日22：00，（c）10日23：00，（d）11日00：00，（e）11日01：00，（f）11日02：00

Fig.3 The evolution of hourly TBB less than or equal to -32 ℃ （red isolines， Unit： ℃） from FY-2G satellite and observed precipitation （color filled areas， Unit： mm） from 21：00 on 10 to 02：00 on 11 May 2021 （a） 21：00 on 10 May，（b） 22：00 on 10 May，（c） 23：00 on 10 May，（d） 00：00 on 11 May，（e） 01：00 on 11 May，（f） 02：00 on 11 May

图4 2021年5月10日18：02（a）、18：29（b、e）、23：02（c）和11日01：27（d、f）三穗雷达站1.5°仰角反射率因子演变（a、b、c、d）以及过最强单体中心沿雷达径向（黑色直线）的反射率因子垂直剖面（e、f）（单位：dBZ）（黑色曲线表示地面辐合线）

Fig.4 The evolution of reflectivity factor on 1.5° elevation （a， b， c， d） and the vertical section of reflectivity factor along radar radial direction （black straight line） across the center of the strongest cell （e， f） at Sansui Doppler radar station at 18：02 （a）， 18：29 （b， e）， 23：02 （c） on 10 and 01：27 （d， f） on 11 May 2021 （Unit： dBZ）（The black curve indicates the ground convergence line）

图5 2021年5月10日16：00贵州地面加密自动站2 m气温（a，单位：℃）、露点温度（b，单位：℃）及地面风场（c，单位：m?s-1）与20：00地面3 h变压（d，单位：hPa）分布（黑色曲线表示地面辐合线）

Fig.5 The distribution of 2 m temperature （a， Unit： ℃）， dew-point temperature （b， Unit： ℃）， surface wind field （c， Unit： m?s-1） at 16：00 and 3 hours surface variable pressure at 20：00 （d， Unit： hPa） on 10 May 2021 at ground intensive automatic weather stations of Guizhou Province （The black curves represent the ground convergence line）

图6 2021年5月10日17：00（a）、18：00（b、c）、23：00（d）对流有效位能（红色等值线，单位：103 J?kg-1）和850 hPa比湿（蓝色填充区，单位：g·kg-1）（a、b）以及850 hPa水汽通量（箭矢，单位：g?hPa-1?cm-1?s-1）和水汽通量散度（红色等值线，单位：10-7 g?hPa-1?cm-2?s-1）（c、d）分布（灰色阴影区的海拔高度超过850 hPa。下同）

Fig.6 The distribution of convective available potential energy （red isolines， Unit：103 J?kg-1） and 850 hPa specific humidity （blue filled areas， Unit： g?kg-1）（a， b）， 850 hPa vapor flux （arrow vectors， Unit： g?hPa-1?cm-1?s-1） and its divergence （red isolines， Unit： 10-7 g?hPa-1?cm-2?s-1）（c， d） at 17：00 （a）， 18：00 （b， c） and 23：00 （d） on 10 May 2021 （The altitude in grey shadows is greater than 850 hPa. the same as below）

图7 2021年5月10日19：00（a、b、c、d）和23：00（e、f）850 hPa锋生函数（a，单位：10-10 K?m-1?s-1）、沿109°E的锋生函数经向垂直剖面（b，单位：10-10 K?m-1?s-1）以及沿26.5°N的纬向风（风矢，w扩大10倍，单位：m?s-1）和温度（等值线，单位：℃）垂直剖面（c、e）、109°E的经向风（风矢，w扩大10倍，单位：m?s-1）和温度（等值线，单位：℃）垂直剖面（d、f）（黑色阴影表示地形高度）

Fig.7 The 850 hPa frontogenesis function （a， Unit： 10-10 K?m-1?s-1） and meridional vertical section of frontogenesis function along 109°E （b， Unit： 10-10 K?m-1?s-1）， and the vertical sections of zonal wind （wind vectors， w amplified by 10 times， Unit： m?s-1） and temperature （isolines， Unit： ℃） along 26.5°N （c， e） and meridional wind （wind vectors， w amplified by 10 times， Unit： m?s-1） and temperature （isolines， Unit： ℃） along 109°E （d， f） at 19：00 （a， b， c， d） and 23：00 （e， f） on 10 May 2021 （the black shadow for the terrain elevation）

参考文献 26

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贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析

Analysis on mesoscale feature of a extremely rainstorm process caused by the convergence line frontogenesis in Guizhou Province

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