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user: 5. 经向风场扰动能量分布特征 经向风场扰动能量主要反映南北方向的扰动能量传播特征，与水汽输送有关。由图12可知3日和6日低层850 hPa扰动能量大于其他层次，并有向高层传递的趋势。9日低层(850~700 hPa)和高层500 hPa均出现强扰动能量区域。15日高层400 hap扰动能量达最强，18日500 hPa扰动能量达最强，从这两个特征可以知道15日强扰动能量中心向低层传播，18日传至500 hPa。18~21日低层(850 hPa)也出现强扰动能量区，而中高层扰动能量逐渐减弱。21日以后900~200 hPa整个层次的扰动能量均逐渐减弱，在26日到达至0.4左右，恢复至平稳状态。这一特征说明15~26日存在一次能量积累和释放过程，高层能量释放先于低层，高层能量中心传至中低层(700~500 hPa)而后开始减弱，这时候低层(850 hPa)开始出现强扰动能量区域，强降水天气开始出现，20日低层扰动能量发展最强而后开始减弱，基本对应华北地区“7·20”强降水过程水汽和雨量变化特征，我们可以利用这一特征进行强降水天气预报。26日低层850 hPa开始出现扰动，然后向高层传播，27日700 hPa出现强扰动能量中心，28日~29日减弱，30日又重新出现，31日开始减弱，预示26~31日存在两次能量释放过程。查阅河北武安市降水资料知道其29日(3.4毫米)和31日(49.7毫米)各有一次降水过程。 图11. 850 hPa纬向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 图12. 河北省武安市经向风场扰动能量时间高度剖面图(虚线 ≤ 0.4) Table 1 Perturbation Energy Accumulation and Dispersion Period of zonal wind field in 500 hPa， 700 hPa and 850 hPa during Heavy Rainfall in North Chin 气压层次 华北强降水期间扰动能量积累时间段 华北强降水扰动能量频散开始时间 500 hPa 18~21日 22日开始减弱 700 hPa 18~20日 21日开始减弱 850 hPa 18~20日 21日开始减弱 表1. 华北地区强降水期间500 hPa、700 hPa、850 hPa纬向风场扰动能量积累及频散时间段 通过与河北省武安市7月份实际降水资料对比，发现当发生降水过程的时候低层850 hPa扰动能量明显增大。其中19~20日河北省武安市发生7月份最强、影响最严重的强降水天气过程(其中19日273.3毫米，20日147.6毫米)，从图上分析可知此次降水过程是在低层产生扰动能量强中心的情况下，高层扰动能量向低层传播，表现为900~200 hPa整个层次均为强扰动区域，15日350 hPa出现强扰动能量中心、18日强扰动能量中心传至500 hPa。低层850 hPa、700 hPa有18~21日为强水汽输送的时间段，基本上对应扰动能量大值区，18~20日水汽输送越来越剧烈，图上的2个层次的扰动能量也越来越强，在水汽输送减弱后，图上的等值线也显示扰动能量开始减小，因此河北省武安市上空900~200 hPa的经向风场的时间高度剖面图在18~21处于扰动能量大值控制区，反映此期间有较强的暖湿空气输送。 5.1. 500 hPa经向风场扰动能量分布特征 综合图13我们可知：9~26日平均扰动能量存在一个大的波动，1~4日和4~7日各有一个小波动，7月下旬平均扰动能量曲线存在小幅度的波动。华北强降水过程发生在9~26日的大波动范围内，19日达到此次波动的扰动能量最大值点，然后平均扰动能量开始减弱。经向风场反映水汽的输送，这一特征基本可以反映19~21日期间华北强降水过程水汽的累积和消散过程。 图14可以看出18日强降水发生之前整个华北地区的扰动能量比较强，19日华北出现强降水天气，华北中部和北部扰动能量减弱，强降水落区基本处于强扰动区域，20日华北北部扰动能量持续减弱，强降水向北移动，强降水覆盖区域扰动能量稳定维持。21日强降水移至华北东部，华北北部扰动能量持续减弱，原先为降水落区的山西地区扰动能量开始减弱。22~23日强降水基本消失，整个华北区域的扰动能量迅速减小。 19~21日降水发生时华北东南部的扰动能量维持在1.4左右，西南部的强扰动能量维持在1.8左右，对比高度场和风场合成图，我们猜测华北东南部的扰动能量可能反映副高西侧的水汽输送，华北西南部的扰动能量可能反映华北气旋对水汽的输送。20日处于华北北部的扰动能量低值中心有向南传播的趋势，随着降水的发展，北部扰动能量低值不断向南传播，而且发现北部低扰动能量的出现对应降水过程开始。综合以上特征我们可知道强降水发生之前华北地区扰动能量积累，强降水发生时扰动能量维持在一个较强的状态，强降水结束后，扰动能量迅速减小。整个过程中华北中西部的两高一低扰动能量分布形势较稳定，我们猜测扰动能量的稳定维持导致了此次华北地区强降水天气的产生。 图13. 华北地区500 hPa经向风场区域平均扰动能量曲线图 图14. 500 hPa经向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日b：19日c：20日d：21日e：22日f：23日 5.2. 700 hPa经向风场扰动能量分布特征 从图15平均扰动能量分布曲线可以看到5次波动，分别出现于2~4日、4~6日、7~26日、26~29日、29~31日。整体形势表现为7月初至7月中旬扰动能量不断加强，7月20日达最强，7月下旬扰动能量不断减弱。华北强降水过程处于7~26日的平均扰动能量振荡的过程中，其中强降水发生之前扰动能量不断增强，21日扰动能量开始减弱。 18日华北地区扰动能量分布表现为多个强扰动中心，整体扰动能量较强(如图16(a)所示)。19日强降水过程开始，华北北方地区开始出现较低的扰动能量区域，接下来几天华北北部扰动能量不断减小。18日位于西北地区的中心为0.9的强扰动能量在19日向南部移动消失。强降水发生过程中位于华北南部地区有两个强扰动能量中心稳定维持，降水区北移消失后，两个强扰动能量中心开始减弱。综合以上特征，我们发现降水发生的时候华北南部有强扰动能量中心维持，华北北部扰动能量频散。 综合来看山西地区强扰动能量中心再降水期间加强，山东地区强扰动能量则不断发展北上。 5.3. 850 hPa经向风场扰动能量分布特征 图17平均动能分布显示850 hPa华北平均扰动能量曲线表现为多次波动，分别出现于2~4日、4~7日、7~16日、16~26日、26~28日及28~31日。华北19~21日强降水过程出现于16~26日的扰动能量振荡过程中，20日之前扰动能量持续增强，21日减弱。 18日华北南部有两个强扰动能量中心，内蒙古地区有一扰动能量大值区(图18(a))，根据文献 [ 8 ] - [ 15 ] ，扰动能量分布图上强扰动能量中心一般与低压低槽相联系，对比850 hPa天气图发现内蒙古地区存在一低涡，19日出现强降水过程，南部的两个强扰动能量中心加强。内蒙古地区的扰动能量大值区 图15. 华北地区700 hPa经向风场区域平均扰动能量曲线图 图16. 700 hPa经向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 图17. 华北地区850 hPa经向风场区域平均扰动能量曲线图 图18. 850 hPa经向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 向南移动减弱，中心强度0.8，山西地区强扰动能量区域分裂出强扰动于20日出现于40˚N左右，中心强度为1。21日山西地区及内蒙古地区扰动能量减弱，但是仍持续向北传递强扰动能量，使40˚N附近的扰动能量持续增大。22日降水过程基本结束后，40˚N附近扰动能量持续增大，南部地区的扰动能量迅速减弱。强降水落区基本处于扰动能量大值区。此次降水过程位于山东和山西地区的两个扰动能量大值区刚好对应天气图上西南低空急流和偏东风急流，也即强降水过程的两条水汽输送通道。强降水落区随着东北西南走向的两个扰动能量大值区等值线走向不断向东北方向移动，强降水覆盖范围基本上为扰动能量大值区。综合来看华北南部的两个强扰动能量中心不断向北发展，同时雨带也不断北进。 5.3. 小结 强降水期间经向风场中层能量频散先于低层(表2)，高层能量中心传至中低层(700~500 hPa)而后开始减弱，强降水天气开始出现。强降水过程中扰动能量表现为900~200 hPa整个层次均为强扰动区域。500 hPa扰动能量分布显示强降水发生之前整个华北地区的扰动能量比较强；降水基本消失，整个华北区域的扰动能量迅速减小；华北东南部的强扰动能量可能反映副高西侧的水汽输送，华北西南部的强扰动能量可能反映华北气旋对水汽的输送。700 hPa扰动能量分布显示山西地区强扰动能量中心在降水期间加强，山东地区强扰动能量则不断发展北上。850 hPa扰动能量分布显示内蒙古地区有一扰动能量大值区对应内蒙古地区存在的低涡，位于山东和山西地区的两个扰动能量大值区刚好对应天气图上存在的西南低空急流和偏东风急流，也即强降水过程的两条水汽输送通道，强降水覆盖范围基本上为扰动能量大值区。