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user: 3. 影响系统分析 本文在2009~2019年所有暴雨中选取出8例进行影响系统分析。这8例暴雨被分为2015年10月22日与2018年9月24日的平直西风型，2015年6月23日、2018年7月15日以及2018年7月16日的东高西低型，2018年9月5日的两高切变型，2015年8月17日的500 hPa低涡型，2018年7月30日的东风波动型。 3.1. 平直西风型 在8例暴雨中2015年10月22日与2018年9月24日的暴雨系统为平直西风型，500 hPa高度上平直西风型特点为35˚N~45˚N间风向基本为西风，中国大部分地区受西风影响。由图2(a)，图2(b)来看，平直西风型天气系统下，2015年10月22日与2018年9月24日的降水主落区在龙泉驿区北部。2015年10月22日最高降水量在龙泉驿区北部的西河、洪安以及万兴附近达到46.66~55.98 mm，在龙泉驿区南部大部分地区降水量在0.00~9.33 mm之间。2018年9月24日降水集中的洛带、同安一带降水量在54.82 mm以上，龙泉驿中部、北部大部分降水量在41.26 mm以上，西部降水量较低，基本在27.72~34.49 mm之间，东部降水量最低，在20.93~34.49 mm间。由于平直西风型有2例存在，下面采用合成图对其环流形势和物理量进行分析。 环流形势与物理量分析 从图3(a)来看中高纬地区受低压控制，哈萨克斯坦地区、中西伯利亚、以及鄂霍次克海附近受低压中系统控制，乌拉尔山和阿尔泰山附近存在脊区。中低纬度中国大陆地区槽脊波动较弱，从青藏高原开始到浙江、江苏等地有连续的弱的槽脊波动，四川处于其间，受西风影响，中低纬大陆地区整体表现为平直西风，在中国东部海路交界处受中高纬度低涡系统的影响，风向有所转变风速增大，形成低槽。中国南海受菲律宾东部洋面的低压系统控制，阿拉伯海、孟加拉湾和西太平洋受高压系统控制。从图3(b)来看，00时~06时左右龙泉驿区低层散度小于零为辐合区，中层和高层散度大于零为辐散区。低层负值中心区域强度达到−6 × 10 −5 s −1 ，中层和高层正值中心区域强度达到4 × 10 −5 s −1 。06时以后低层和中层主要为辐散区域，在11时~13时左右中层有短时间的辐合区域，其中心区域强度为−3 × 10 −5 s −1 ，在00时~06时龙泉驿区上空低层辐合高层辐散，利于暴雨形成。图3(c)中，500 hPa以下基本为正值区域，250 hPa以上基本为负值区域，正值中心区域强度达到8 × 10 −5 s −1 ，负值中心区域强度达到−1 × 10 −4 s −1 ，00时~23时低层正涡度，空气逆时针旋转，高层负涡度，空气顺时针旋转，有利于暴雨形成。图3(d)中，从00时开始400 hPa~850 hPa间存在负值区域，到06时左右负值区域消减至700 hPa~850 hPa间，负值中心区域强度达到−0.5 Pa/s，在09时~11时和13时~16时两个时间段低层也存在负值区域，其强度达到−0.4 Pa/s，高层基本为正值区域，受下沉气流控制，其正值中心区域强度达到0.2 hPa/s。在00时~04时存在的低层负值区域有上升气流，利于暴雨形成。图3(e)中，垂直螺旋度的正值区域在00时~04时比较明显，其中心强度为3.2 × 10 −7 hPa/s 2 ，在09时~15时左右也存在明显的正值区域，其中心强度为2.6 × 10 −7 hPa/s 2 ，在00时~23时间高层基本为负值区域，负值中心强度为−2 × 10 −7 hPa/s 2 ，因此在00时~04时与09时~11间存在低层辐合高层辐散的上升运动，这有利于暴雨产生。 图2. 龙泉驿区降水量空间分布(单位：mm)。(a)：2015年10月22日，(b)：2018年9月24日 图3. 500 hPa环流形势与00时~23时物理量沿104˚18'E、30˚35'N的时间–高度剖面图。(a)：08时500 hPa环流形势(b)：散度(单位：s −1 )，(c)：涡度(单位：s −1 )，(d)：垂直速度(单位：Pa/s)，(e)：垂直螺旋度(单位：hPa/s 2 ) 3.2. 东高西低型 在8例暴雨中2015年6月23日、2018年7月15日以及2018年7月16日的暴雨系统为东高西低型，500 hPa高度上东高西低型特点为中国东部沿海地区和海面以及西太平洋受高压系统控制，中国西部受低压系统控制，中国内陆处于高压后低压前。由图4(a)~(c)来看，东高西低型天气系统下，龙泉驿区降水的主落区为南部、西南部。2015年6月23日在龙泉驿区西南部的经开区、柏合一带以及龙泉山南部的七里、红花、照壁等地的降水量达到59.83~71.79 mm，龙泉驿区中部和北部大部分地区降水量在35.91 mm以下。2018年7月15日龙泉山南部七里、桃花故里、照壁一带以及龙泉驿区西南部的经开区附近，降水量达到78.89~88.46 mm。该日龙泉驿区南部大部分地区降水量在59.73 mm以上，北部降水量在59.74 mm以下，最低在31.00~40.58 mm之间。2018年7月16日龙泉驿区西南部的经开区附近降水量最高达到100.64~120.76 mm，该日西南部以及中部的成龙一号附近降水量在60.38 mm以上，降水量最低的地区为北部的洛带附近以及东部的梨园村附近，龙泉山南部的地区降水量也偏低。由于东高西低型有3例存在，下面采用合成图对其环流形势和物理量进行分析。 环流形势与物理量分析 从图5(a)来看：中西伯利亚高原存在低压中心，乌拉尔山附近存在的高压中心为阻塞高压。哈萨克斯坦、蒙古、中西伯利亚受低压控制，风场在新疆至内蒙东部表现为平直西风，鄂霍次克海南部有低压中心。中低纬度阿拉伯海、东海以及西太平洋受高压系统控制，中国东部陆地地区及东北地区处于高压脊中，受高压系统影响，中国西部受低压系统影响。四川省位于高压脊西侧低压槽南侧，其中部、东部受西南风影响，西部地区受为西北风影响，印度及海南附近有低压中心，中低纬度上述系统呈现东高西低状态。从图5(b)来看，在00时~03时左右低层存在负值区域，其负值中心强度达到−9 × 10 −5 s −1 ，在负值区域上500~700 hPa处有正值区域，其中心强度达到5 × 10 −5 s −1 ，在08时~16时左右的低层也存在负值区域，其强度为−4 × 10 −5 s −1 ，其上层的正值区域强度达到2 × 10 −5 s −1 。因此在00时~03时与08时~16时这两个时间段内低层气流为辐合状态，高层气流为辐散状态，有利于暴雨的形成。图5(c)中，400~850 hPa间整体呈正涡度，在04时左右正涡度区域强度达到1.2 × 10 −4 s −1 ，20时正涡度区域强度达到1 × 10 −4 s −1 。在300~100 hPa间涡度主要为负值，01时~02时左右负涡度区域强度达到−1.6 × 10 −4 s −1 ，04时~10时的负值区域中心强度达到−1 × 10 −4 s −1 ，11时以后高层负涡度强度减弱。通过涡度的时间–高度剖面可知，在00时~23时低层气流呈气旋式，高层气流呈反气旋式，这种结构有利于暴雨形成。图5(d)中，01时左右的200~850 hPa间存在垂直速度的负值区域，其强度达到−1.1 Pa/s，在15时左右200~850 hPa间也存在强度为−1.1 Pa/s的负值区域，16时以后各层次弱的上升、下沉气流交替出现，其他时次850 hPa以上主要受较弱的上升气流控制。01时和15时的200~850 hPa间存在的较强上升气流有利于暴雨的形成。在图5(e)中，低层00时~04时以及15时左右存在明显正值区域，其中心强度在8 × 10 −7 hPa/s 2 ，上层对应负值区域，负值中心强度为−8 × 10 −7 hPa/s 2 ，这说明该日存在低层辐合高层辐散的上升气流系统，有利暴雨的产生。 3.3. 两高切变型 在8例暴雨中2018年9月5日的暴雨系统为东高西低型，500 hPa高度上两高切变型特点为在青藏高原东部以及湖南附近存在高压中心，四川处于这两个高压中心之间形成切变。从图6来看，两高切变型天气系统下，龙泉驿区降水的主落区为北部。在2018年9月5日，降水集中在洛带附近，其降水量达到97.78~117.24 mm，龙泉驿区中部以及东北部降水量在58.84 mm以上，其余地区大部分在39.38~58.84 mm之间，降水量最低的地区为七里以及茶店附近，其降水量在0.44~19.91 mm之间。 图4. 龙泉驿区降水量空间分布(单位：mm)。(a)：2015年6月23日，(b)：2018年7月15日，(c)：2018年7月16日 图5. 500 hPa环流形势与00时~23时物理量沿104˚18'E、30˚35'N的时间–高度剖面图。(a)：08时500 hPa环流形势(b)：散度(单位：s −1 )，(c)：涡度(单位：s −1 )，(d)：垂直速度(单位：Pa/s)，(e)：垂直螺旋度(单位：hPa/s 2 ) 图6. 2018年9月5日龙泉驿区降水量空间分布(单位：mm) 环流形势与物理量分析 从图7(a)来看，08时中高纬度，乌拉尔山至西西伯利亚地区有阻塞高压，其南部哈萨克斯坦地区有切断低压，库页岛西部存在低压中心。中低纬度，中国大部分地区受高压控制，西藏东部地区存在高压中心，湖南以及江西地区存在另一个高压中心，四川位于两高之间，形成两高切变型配置。西太平洋受高压控制，南海以及孟加拉地区湾受低压控制。20时中高纬度槽脊分布与08时类似，中低纬度地区，西藏东部的风场呈反气旋状态，说明此处仍为高压中心，湖南至江西的高压中心东移至江西、浙江、福建三省交界地区，四川此时处于两高之间，仍为两高切变型。从图7(b)来看，00时~23时左右，低层一直存在散度负值区域，该负值区域在14时左右有小块间断，底层的负值区域强度最大为11时左右的1.2 × 10 −4 s −1 ，在其上方存在散度正值区域，正值中心强度为8 × 10 −5 s −1 ，因此在此区域中存在低层辐合高层辐散的系统。并且从08时开始至23时，300 hPa高度上一直存在散度负值区域，其负值中心强度为−1.2 × 10 −4 s −1 ，200 hPa上一直存在正值区域，其正值中心强度为1.6 × 10 −4 s −1 ，因此在08时~23时间的200 hPa~300 hPa的区域上一直存在低层辐合高层辐散的系统。上述的底层辐散高层辐合系统有利于暴雨的形成。在图7(c)中，12时~23时的正、负涡度区域交替出现，700~850 hPa的正涡度区域其正值中心强度为2.4 × 10 −4 s −1 ，其下方负涡度区域中心强度为−1.6 × 10 −4 s −1 ，上方负涡度区域强度为−2 × 10 −5 s −1 ，300 hPa高度上的正涡度中心强度为1.4 × 10 −4 s −1 。上述的上层气流反气旋式运动下层气流气旋式运动的系统有利于暴雨形成。在图7(d)中，00时~16时这段时间，700 hPa存在分散的负值区域，在00时和08时左右的垂直速度负值中心强度为−0.5 Pa/s，在06时200 hPa高度的负值区域强度为−0.6 Pa/s。00时~16时的250~850 hPa间主要为垂直速度正值区域，受下沉气流控制，10时正值中心强度为0.3 Pa/s。16时以后在150~850 hPa间有垂直速度负值区域，其负值中心强度达到1.1 Pa/s，受上升气流控制有利于暴雨形成，该负值区域厚度随时间逐渐减小。在图7(e)中，13时~23时低层为正值区域，其中心强度为1.2 × 10 −6 hPa/s 2 ，其上层为负值区域，强度为−3 × 10 −6 hPa/s 2 ，在更上层还存在正值和负值重叠的区域，其强度与下层相同，由此来看该日在16~时19时间存在较为深厚的对流系统，其有利于暴雨的形成。 图7. 500 hPa环流形势与00时~23时物理量沿104˚18'E、30˚35'N的时间–高度剖面图。(a)：08时500 hPa环流形势(b)：散度(单位：s −1 )，(c)：涡度(单位：s −1 )，(d)：垂直速度(单位：Pa/s)，(e)：垂直螺旋度(单位：hPa/s 2 ) 3.4. 500 hPa低涡型 在8例暴雨中2015年8月17日的暴雨系统为500 hPa低涡型，500 hPa高度上500 hPa低涡型特点为蒙古地区存在一个明显的低涡系统，中国大部分地区受该系统影响。从图8来看，在500 hPa低涡型天气系统下，龙泉驿区降水主落区在东北部和东南部。2015年8月17日洛带、万兴、茶店附近降水量达到最高的95.82~114.97 mm，该日龙泉驿区东北部、东南部降水量在76.65 mm以上，大面、成龙一号、大佛村附近降水量最低，在0.02~19.17 mm之间，除开最高和最低降水量区域，其余地区降水量基本在38.34~76.65 mm间。 图8. 2015年8月17日龙泉驿区降水量空间分布(单位：mm) 环流形势与物理量分析 从图9(a)来看，中高纬度地区受低压系统控制，乌拉尔山附近受低压系统控制，鄂霍次克海西部有高压中心，东南部有低压中心。中纬度蒙古地区存在一个明显的低压系统，其后方跟随着一个高压脊，其前方为鄂霍次克海西部的高压系统延伸出的脊区，前后两高压系统对其形成包围状态。中国主要受该低涡系统影响，其中的槽脊波动情况受该低涡系统影响，四川上空存在一个小的低压中心，风向为西南风。中低纬度，阿拉伯半岛、西太平洋及南海地区受高压系统控制。从图9(b)来看，在00时~04时低层存在散度负值区域，其中心强度为−2 × 10 −4 s −1 ，其上层400 hPa左右存在正值区域，其强度为2.8 × 10 −4 s −1 ，因此在00时~04时的400~850 hPa区域存在低层辐合高层辐散的系统。在08时~12时700 hPa以下有负值区域存在，负值中心强度为−2 × 10 −4 s −1 ，400 hPa左右存在正值区域，其中心强度为1.9 × 10 −4 s −1 ，所以08时~12时的400~850 hPa间存在低层辐合高层辐散的系统。上述两个时间段的系统有利于暴雨形成。在图9(c)中，00时~11时的500~850 hPa间存在正涡度区域，正涡度中心强度为6.2 × 10 −4 s −1 ，在其上方200 hPa的区域主要为负涡度，负涡度中心强度达到−9 × 10 −5 s −1 ，因此在00时~11时的200~700 hPa间低层气流存在气旋式运动，高层气流存在反气旋式运动，这种系统有利于暴雨形成。在图9(d)中，400~850 hPa的00时~03时以及06时~12时的区域负值较明显，其负值中心强度为−3.5 Pa/s，垂直速度为负值说明有上升气流，因此在400~850 hPa的00时~03时以及06时~12时两个区域都存在上升气流，有利于暴雨的形成。在图9(e)中，06时~11时之间低层存在明显的正值区域，其强度为1.6 × 10 −5 hPa/s 2 ，由此来看，在06时~11时这段时间存在低层辐合高层辐散的对流系统，易形成暴雨。 图9. 500 hPa环流形势与00时~23时物理量沿104˚18'E、30˚35'N的时间–高度剖面图。(a)：08时500 hPa环流形势(b)：散度(单位：s −1 )，(c)：涡度(单位：s −1 )，(d)：垂直速度(单位：Pa/s)，(e)：垂直螺旋度(单位：hPa/s 2 ) 3.5. 东风波动型 在8例暴雨中2018年7月30日的暴雨系统为东风波动型，500 hPa高度上东风波动型特点为内蒙古西部至西太平洋有一纬向的高压带，四川位于高压带南侧，受东风影响。从图10来看，在东风波动型天气系统下，龙泉驿区降水主落区在东部和东南部。在2018年7月30日龙泉驿区的降水集中在龙泉山北部的梨园村和南部的大佛村、茶店。该日降水量最高在57.04~68.40 mm间，龙泉驿区南部大部分地区降水量在34.30 mm以上，北部大部分地区降水量在34.31 mm以下，其中黄土、洛带、万兴、洪安一带降水量最低，在0.20~11.57 mm之间。 图10. 2018年7月30日龙泉驿区降水量空间分布(单位：mm) 环流形势与物理量分析 从图11(a)来看，乌拉尔山西部受高压系统控制，西伯利亚地区受低压系统控制，新疆西部、西藏等地位于低压槽内。内蒙古西部至西太平洋受高压控制，其在图形上表现为纬向的带状系统。高压带北侧风向为平直西风，随着纬度增大槽脊波动越明显。在高压带南侧，受该系统影响风向表现为偏东风。四川位于高压带南侧低压槽东侧，其天气受高压带南侧东风波动影响，表现为东风波动型。高压带南侧琉球群岛以及西太平洋小部分地区有低压中心。从图11(b)来看，高空150~300 hPa区域在该日主要表现为正值区域，在15时左右150~400 hPa上存在较强的正值区域，其中心强度在1 × 10 −4 s −1 ，在其下方存在较强的负值区域，其中心强度达到−1 × 10 −4 s −1 ，因此在13时~15时的150~1000 hPa区域上存在低层气流辐合高层气流辐散的系统，该系统有利于暴雨产生。在其它时刻也存在这样的系统，但是强度较弱。在图11(c)中，00时~19时的850 hPa上基本受正涡度控制，在16时左右的正涡度强度达到1 × 10 −4 s −1 ，其上层500~700 hPa受负涡度控制，其最高强度为−4 × 10 −5 s −1 。07时左右的200 hPa上存在较强的负涡度区域，其中心强度为−8 × 10 −5 s −1 ，其下层300 hPa处存在较弱的正涡度区域，其强度为2 × 10 −5 s −1 。从整体上来看，00时至19时存在低层气流气旋式运动高层气流反气旋式运动的系统，该系统有利于暴雨形成。在图11(d)中，15时左右200~850 hPa存在明显的处置速度负值区域，其中心强度为−2.6 Pa/s，这说明在15时左右200~850 hPa间存在较强的上升气流，而其他时次主要受弱的负值区域控制，气流上升不强烈。因此在15时的200~850 hPa的较强上升气流系统对暴雨的形成有很大帮助。图11(e)中，15时左右低层存在一个明显的正值区域，其强度为6 × 10 −7 hPa/s 2 ，在上层对应负值区域，其强度为−5 × 10 −7 hPa/s 2 ，因此在15时左右存在低层辐合高层辐散的对流系统，利于暴雨形成。 图11. 500 hPa环流形势与00时~23时物理量沿104˚18'E、30˚35'N的时间–高度剖面图。(a)：08时500 hPa环流形势，(b)：散度(单位：s −1 )，(c)：涡度(单位：s −1 )，(d)：垂直速度(单位：Pa/s)，(e)：垂直螺旋度(单位：hPa/s 2 )