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2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析-论文


第3 7卷第 3 期  2 0 1 4年 9月  

气 象 与 减 灾 研 究 
MET EO ROL OGY  AND  DI S AS T E R RED UCT I ON RES E ARCH 

Vo 1 . 3 7   No . 3   S e pt .201 4  

吴凡 , 阙志萍 , 龙余 良 2 0 1 4年 5月中旬江西地 区暴雨天气过程水汽输送特征分析[ J ] . 气象与减灾研究 , 2 0 1 4 , 3 7 ( 3 ) : 1 7 — 2 2
. 

2 0 1 4年 5月 中旬 江 西地 区暴 雨天气 过 程水 汽输送特征 分析 
吴  凡 ,阙志萍 ,龙余 良  
江西 省气象服务 中心 , 江西 南 昌 3 3 0 0 4 6  



要: 利用 N C E P   1 。 x l 。 的f n l 资料 、 地 面观测资料 和 G D A S资料 , 分析 了 2 0 1 4年 5月 1 6 —1 7日江西地 区暴雨 

天气过程 的水汽输送特征 , 同时使用 H y s p l i t 后 向轨迹模式 对水汽来 源进 行 了模拟 。 结果 表明 : 此次暴雨 过程 的水  汽主要来 自大西洋 、 西太平洋和 印度 洋 , 其 中来 自大西洋 的水 汽经赤 道东风带输送 至西太平 洋 , 与来 自西太 平洋  的水汽 汇合 后一部 分直接输送 至江南 , 另一部 分继续 向东北 方 向输 送至 日本海域 附近转 向 , 经我 国华 北 向南输  送至江南一带 ; 来 自印度洋 的水汽 , 经孟加拉湾和南海输送至 中国江南暴雨 区。 来 自西南、 东南和东北方 向的气流在我  国南方上空辐合 , 辐合 中心值高达 3 0 0 x l O 6   k g / s , 且辐合趋 于纬 向型 。利用 H y s p l i t 模式对此次暴雨 区不 同高度 的  水 汽来源及输送路径 进行后 向轨迹模 拟 , 结果 与利用流 函数 和势 函数分析 出的水 汽输送源地和路径基本 一致 。   关键 词 : 暴雨 , 水 汽输送 , 后 向轨迹 , H y s p l i t 模式 。  
中图分类号 :P 4 5 8 . 1   文 献标 识码 :A   文章 编号 : 1 0 0 7 — 9 0 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 0 1 7 — 0 6  

流 函 数及 非 辐 散 分量 、 势 函数 及 辐 散 分 量 , 对 2 0 0 3  

0 引  言 
暴雨是我国常见、 多发的重大灾害性天气 , 由其  引发 的泥石 流、洪涝等 自然灾害每年都会发生 , 给  人民的生命财产安全构成严重威胁 , 因此暴雨的预  报与研究受 到了高度重视。 水汽是暴雨发生 的必要  条件 , 故对于暴雨天气过程 中局地 的水汽收支情况  和水 汽输 送 具 体路 径 的定 量 探讨 , 能够 加 深 对 大暴 
雨 的水汽 输 送 特征 的了解 和认 识 。   有关 水 汽 输 送 及来 源 的 研 究 一 直受 到 国 内外 

年江淮流域强梅雨期 的水汽输送特征进行 了分析 ,  
表 明 印 度 夏 季 风 环 流 和南 海 夏 季 风 是 向江 淮 流 域 

输送水汽 的主要通道 。王婧羽等 对 2 0 1 2 年 7月  
2 1日北 京特 大 暴 雨 过程 的水 汽 输送 过 程 进 行 了分  析, 结果 表 明经 向水汽 输 送在 此 次暴 雨过 程 中起 主 

要作用 , 暴雨 区内水 汽主要来源于 中、 低层 的南边  界 。肖安等 对江西 2 0 1 0 年6 月 1 9   1 3 特大暴雨天 
气 的水 汽 输 送过 程 进行 分 析 , 发现 特 大暴 雨 的水 汽  主 要 来 自南 海 和 孟 加 拉 湾 。2 0 1 4年 5月 1 6   3 1   2 0  

气象界的高度关注。丁一 汇等 分析了 1 9 9 8 年中   国大洪水时期的全球水汽背景 , 得到中国大洪水时 
期 部 分 水 汽 收 支 图像 ,揭 示 了水 汽 循 环 的 一 些 规 

时一1 7日 2 0时江西省 中北部地区出现 了大范围的   暴雨到大暴雨天气 , 此次暴雨过程属于江西典型 的   汛期暴雨过程 , 暴雨范围大 , 降水局地性强 , 且降水 
时段 集 中。 因此 , 文 中在 了解 此 次特 大 暴雨 各 尺 度  基本 特 征 的基 础上 , 对 影 响此 次 强 降水 过程 的主要  水 汽 输送 特 征 进行 定 量分 析 , 以期加 深对 此 次 暴雨 
过 程 发 生机 制 的认 知 。  

律。谢安等 指 出, 来 自孟加拉湾的水汽输送对 中  
国东 南 部 及 江淮 地 区夏 季 降水 有 重要 影 响 。 江 志 红 

等_ 3   利用 N O A A的 H y s p l i t 模式 对 2 0 0 7年 淮河 流 
域 强 降水 的水 汽输 送 特 征 进 行 了深 人 的研 究 和探  讨 。还有 一 些 学者  刑 用 G P S水 汽 资料 对 江 西大  暴 雨 过程 进 行 了诊 断 分析 , 结果 表 明 G P S   P W 的迅 

1 资料与方 法 
1 . 1 资料 

速增长是由低层 ( 8 5 0   h P a ) 暖湿西南气流加强东移  至江西地 区造成 的。 周玉 淑等 通过分析水汽输送 
收稿 日期 :2 0 1 4 — 0 9 一 O 8 .  

主要利用 N C E P的 6   h 一次 、 水平分辨率为 1 。  

基金项 目: 江西 省气象局预报员 专项“ 江西 省秋季暴雨 预报方法研究 ” .   作者简 介 : 吴 凡( 1 9 8 8 一) , 男, 硕士 , 主要从事专业 气象预报业务 与研究. E — m a i l : w u f a n _ 1 9 8 8 @1 6 3 . c o n r  

1 8  

气 象 与 减 灾 研 究 

3 7卷 

× 1 。 的再分析资料 、地面气象观测资料 和 G D A S资  料等 。其中 , G D A S 资料是指利用全球 资料 同化系  统( G l o b a l   D a t a   A s s i m i l a t i o n   S y s t e m) 将N C E P资料  进行 同化计算得到的结果 , 包括 6   h 一次 的再分析  资料以及 3   h一次的预报资料 ,在垂直方 向的 2 1  
个 层 面 上有 位 势 高 度 、 温度 、 经 向风 、 纬 向风 、 比湿  以及 垂 直 速 度 。N O A A的 A R L ( A i r   R e s o u r c e   L a b —  

气 团 的最 终 位 置 (   +At ) 是 由气 团 的初 始 三维 

速度矢量 V ( P , t ) 和气 团在第一猜想位置 P   (   + At )  
速 度 矢量 V( P   ,   + At ) 的平 均 , 针 对 时 间积 分 所 得 

到的。其 中积分步长在模拟 中可以变化 , 但是要求 
时 间 步 长 内 的 最 大 距 离 不 得 超 过 数 据 格 点 的 
75 %。  

o r a t o r y ) 将其处理为 H y s p l i t 模式可用格式作为模式  主要输入资料 。  
1 . 2 水汽 通 量流 函数和 势 函数 的 计算 方 法 

2 降水实况及 形势分析 
2 0 1 4年 5月 1 6日 2 0时一 l 7日 2 0时 ( 北 京 

时, 下同 ) 江西 省 降水 量 分布 如 图 1 a 所 示 。江 西 省 

通过求取水汽通量 Q的流函数  和势函数 m   ,   得到它的旋转( 非辐散 ) 分量 Q 。   和非旋转( 辐散 ) 分  量Q y , 从而可 以分析具体 的水汽通量输送特征 。 其 
计算 原 理 :  
Q=k x7  + ( 一V  ) = Q   +   ( 1 )  

中北部地区出现大范 围的暴雨 ,共有 2 条暴雨带 :  


条呈东北一西南向, 降水主要 出现在 1 6日 夜 间;  

另一条呈东西 向,降水主要集 中在 1 7日白天。其 
中 ,宜 丰 和 黎川 分 别 出现 了 1 1 2 . 2 、 1 1 2 . 9   mm 的大 

暴雨 。从宜丰和黎川 2 4   h内逐小时的累计降水量  ( 图l b ) 可以看 出, 降水具有 明显的对 流性 , 降水 主 

{ l   V   = k ? 7   x Q  
I — V   =V。  
忌×V  

( ,、  
2)  

【  
= 一

V  

( 3 )   一 
、  的值 , 计 

具体计算 步骤为 : a ) 根据格点上 的  

算 出 Q及其散度 和涡度场 ; b )求解泊松方 程 , 用  超张驰法数值求解 式( 2 ) 得 到流 函数  和势 函数 
; c )由式 ( 3 ) 得 到水 汽 通 量 的 辐 散 部分 Q   和旋 转  部 分 Q。   ; d )对 式 ( 1 ) 和式( 2 ) 进 行 垂 直 积分 , 得 到  单 位 面 积 空气 柱 的势 函数 和 流 函数 以 及 水 汽通 量 

的辐散和非辐散分量 。  
1 . 3 轨迹 模型 简 介 

H y s p l i t 模式是 由美 国国家海洋与大气管理局  ( N O A A) 、 空气资源实验室 A R L ( A i r   R e s o u r c e s   L a b —   o r a t o r y ) 和澳大利亚墨尔本气象研究 中心联合开发  的一种用于计算和分析气 团输送 、扩散轨迹 的模 
型 。此模 型 有前 向轨 迹 和后 向轨迹 两 种运 行 轨迹 ,   其 中后 向轨 迹 是 指 到 达研 究 点 之 前 的模 拟 运 行 路  径。 该模 型 更 多地被 应 用 于研 究 多种 污染 物 的传 输 

和扩散 , 在分析水汽输送路径上的研究较少 。文 中   尝试采用 H y s p l i t 后 向轨迹模式模拟跟踪此次降水  过程中的水汽输送路径。其计算原理 :  
P   (   + at ) = P(   ) + ’ , ( P, t ) △t   ( 4 )  
( 5)  
图 1  2 0 1 4年 5月 1 6日2 0时一 1 7日2 0时江西 2 4   h  

P (   + △   ) = P ( f ) + 0 . 5f v( P,   ) + v( e   ,   + △  ) 1 △t  

( a ; 单位: mm) 和宜丰 、 黎川逐小 时( b ) 降水量 分布 

气 象 与 减 灾 研 究 
( 1 ) : 4 2 — 4 6.  
1 3 3—1 45 .  

3 7卷 

[ 7 ]   周玉淑 , 高守亭 , 邓 国. 江淮 流域 2 0 0 3 年 强梅雨期 的  水汽输送特征分 析[ J ] . 大气科学 , 2 0 0 5 , 2 9 ( 2 ) : 1 9 5 —  
2 04.  

[ 9 ]   肖安 , 张瑛 , 马 中元 , 等. 江西 “ 2 0 1 0 . 6 . 1 9 ” 特大暴雨水 

汽输送过程分析[ J ] . 气象水文海洋仪器 , 2 0 1 1 ( 2 ) : 3 6 —  
41 .  

[ 8 ]   王婧 羽 , 崔春光 , 王晓芳 , 等. 2 0 1 2年 7月 2 1日北 京  特大暴雨过程的水 汽输送特征[ J ] . 气象 , 2 0 1 4 , 4 0 ( 2 ) :  

[ 1 0 ]   丁一汇. 天气动力学 中的诊断分析方法 [ M] . 北京 : 科  学出版社 , 1 9 8 9 : 2 9 3 .  

Th e   Ch a r a c t e r i s t i c s   o f   Wa t e r   Va po r   Tr a n s p O r t a t i O n  

Du r i n g   a   Ra i n s t o r m  Pr o c e s s   i n   J i a n g x i   Pr o v i n c e   i n   Ma y   2 0 1 4  
Wu   F a n ,Q u e   Z h i p i n g , L o n g   Yu l i a n g  
Me t e o r o l o g i c a l   S e r v i c e   C e n t e r   o f   J i a n g x i , N a n c h a n g   3 3 0 0 4 6 ,C h i n a  
Ab s t r a c t :B a s e d   o n   t h e   NEC P ( 1 。 X   1 。)r e a n a l y s i s   d a t a , c o n v e n t i o n a l   o b s e r v a t i o n a l   d a t a   a n d   GD AS   d a t a ,t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f  
w a t e r   v a p o r   t r a n s p o r t a t i o n   we r e   a n a l y z e d   f o r   a   r a i n s t o r m  p r o c e s s   i n   J i a n g x i   p r o v i n c e   d u r i n g  1 6— 1 7   Ma y   2 01 4, a n d   wa t e r   v a p o r  

s o u r c e   w a s   s i mu l a t e d   b y   u s i n g   b a c k w a r d   t r a j e c t o r y   m o d e l   o f   H y s p l i t . T h e   r e s u l t s   s h o w e d   t h a t   t h e   m o i s t u r e s   o f   t h i s   r a i n s t o m  r p r o c e s s  
c a me   f r o m  t h e   At l a n t i c,t h e   We s t   P a c i i f c   a n d   I n d i a   Oc e a n . An d   t h e   mo i s t u r e   f r o m  t h e   At l a n t i c   wa s   t r a n s p o te r d   v i a   t h e   Eq u a t o r i a l   e a s t e r l i e s   t o   t h e   We s t   P a c i f i c .S o me   o f   t h e   mo i s t u r e s   c o mb i n i n g   t h e   mo i s t u r e   f r o m  We s t   P a c i i f c   w e r e   d i r e c t l y   t r a n s p o r t e d   t o   t h e   s o u t h   o f   t h e   Ya n g t z e   Ri v e r ,a n d   t h e   o t h e r s   we r e   t r a n s mi t t e d   t o   t h e   r a i n f a l l   a r e a   t h r o u g h   t h e   a r e a   o f   No t r h   C h i n a . Al s o   t h e   mo i s t u r e   f r o m  I n d i a   Oc e a n   c o mb i n i n g   t h e   mo i s t u r e   o f   B a y   o f   Be n g a l   a n d   S o u t h   C h i n a   S e a   w a s   t r a n s p o te r d   t o   t h e   h e a v y   r a i n f a l l   a r e a . T h e   v a p o r   c o n v e r g e n c e   c e n t e r   wa s   f o r me d   i n   t h e   s o u t h   o f   t h e   Ya n g t z e   Ri v e r   d u e   t o   d i f f e r e n t   mo i s t u r e s ,w i t h   t h e   c e n t e r   v a l u e   r e a c h i n g   3 0 0 x   1 0  k g / s . T h e   s i mu l a t i o n   r e s u l t s   o f   Hy s p l i t   mo d e l   i l l u s t r a t e d   t h a t   wa t e r   v a p o r s   f r o m  d i f f e r e n t   l e v e l s   w e r e   s i mi l a r   w i t h   t h e   r e s u l t s   f r o m  t h e   a n a l y s i s   o f   s t r e a m  f u n c t i o n   a n d   p o t e n t i a l   f u n c t i o n .  

K e y   wo r d s : r a i n s t o m ;w r a t e r   v a p o r   t r a n s p o r t ; b a c k w a r d   t r a j e c t o y;H r y s p l i t .  


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