非线性亚临界对称不稳定对一次暴雨过程的影响１.doc

精品论文推荐非线性亚临界对称不稳定对一次暴雨过程的影响陆维松 1，李燚 1，濮梅娟 2，邵海燕 1，陶丽 11 南京信息工程大学，江苏南京（210044）2 江苏省气象局气象台，江苏南京（210008）摘要：对 2005 年 7 月 5 日 20 时7 月 12 日 08 时降水过程进行诊断分析，并利用 WRF模式对其中 7 月 6 日 08 时7 月 7 日 20 时的暴雨过程进行数值模拟，结果表明：（1）2005年 7 月 5 日 20 时7 月 12 日 08 时降水过程可分为两大段，非线性亚临界对称不稳定可能 是该时段强降水形成的重要机制；（2） u 和 v 两分量扰动增强均分别超前于暴雨的增强， 特别，u 、v 两分量扰动增强到其极大值分别对强暴雨的发生有提前 12 或 24 小时的指示作用；且非地转达最强和冷暖空气达最强分别对强暴雨发生也有 12 或 24 小时的指示作用；（3） 得到降水强度，高低空急流及其扰动风场这五者极大值的时空配置；（4）高层出现很强的 南下冷空气产生的中高层垂直上升气流随时间向南向下位移，并迅速增强至中层 500Hpa 附近，将激发未来出现强暴雨；（5）暴雨前期，高层涡度场随时间迅速增强，超前于同样位 置高层散度场随时间的迅速增强，而低层散度场随时间迅速增强超前于同样位置低层涡度场随时间的迅速增强。高层散度场增大到其极大值的 1/2，低层散度场增大到其极大值，均分 别预示未来约 4 小时将发生强暴雨。高层散度场和涡度场位于强暴雨北侧，而低层散度场与涡度场位于强暴雨南侧或接近重合。且高层的散度场、涡度场与低层的散度场、涡度场随时 间有相重合的趋势。由此提出，非线性亚临界对称不稳定激发强暴雨形成的新的物理机制。关键词：非线性；亚临界对称不稳定；暴雨；扰动1. 引言2005 年 7 月上中旬，淮河流域、汉水流域及川、渝大部出现大范围降水，部分地区有 大到暴雨，局地大暴雨天气。这次强降水过程持续时间较长，过程雨量一般有 100300mm， 超过 300mm 的站有 16 个，其中有 11 个位于安徽中北部。其中，7 月 6 日到 7 月 11 日，淮 河流域出现一次时间较长，降水强度较大的降水过程。淮河流域由于降雨强度强，雨量大， 导致部分河流水位上涨迅速，淮河上游发生较大洪水，对当地造成了较大损失1。在整个降 水过程中，不断有中尺度暴雨系统发生发展消亡。中尺度暴雨系统的触发机制是多种多样，错综复杂的，中尺度对称不稳定可能是其中之 一。对称不稳定理论是经典的流体力学理论，已有多方面的应用。最早研究对称不稳定是为 了解释行星环流中的大尺度对流。20 世纪 70 年代后 Hoskins,Bennetts 等2-3把对称不稳定问 题用到中尺度扰动，发现中尺度对称不稳定可能在组织、启动带状对流中有重要作用。这些 是以线性为主的。Emanuel4、Xu5、 Cho 等6用不同方法研究了非线性对称稳定性问题。翟宇梅等7， 罗德海等8，丁一汇等9从不同角度研究了非线性对称稳定问题。MuMu 等10也曾从多种角 度研究了非线性对称稳定性问题，并提出了与线性对称稳定性判据相同的非线性对称稳定性 判据。陆维松等11从含摩擦耗散的 f 平面上 Boussinesq 近似下的非线性方程出发，首次提出 了一种新的广义能量作为 Lyapunov 函数，导得了一种新的对称不稳定性判据非线性亚 临界对称不稳定判据，指出较大振幅的扰动可能出现非线性亚临界对称不稳定增长，从而激 发中尺度暴雨扰动的生成。在此工作中，考虑了摩擦耗散情况，并显含了非线性作用，包含 了初始扰动振幅对对称稳定性的作用。夏瑛等12以亚临界对称不稳定理论为依据，通过对 一次梅雨过程中暴雨的诊断分析，得出了一些有实际意义的结果。本课题得到国家教育部“高等学校博士学科点专项科研基金”项目和自然科学基金项目的资助。-16-本文选取过程降水较为集中的 115°120°E，30°35°N 范围，旨在从非线性亚临界对称不稳定理论来分析本次暴雨过程可能的触发机制，并同时考虑 v 分量扰动，阐述亚临界对 称不稳定判据；以及对非线性亚临界对称不稳定可能触发此次暴雨过程的动力过程进行初步 分析。2. 基本出发点论文的基本出发点见文献11：当初始扰动速度V (0) 8m·s-1 时，就很可能发生广义非 线性亚临界对称不稳定，从而激发中尺度暴雨扰动生成。需要注意的是，由于同时在水平两 维研究问题的复杂性，为了便于简单分析问题，文献12中只考虑了区域 u （纬向）扰动风 场强度是否大于 8m·s-1，但在实际情况中， v 分量方向（经向）的扰动也在非线性对称不稳 定机制中起一定作用10，本文从这点出发，试图通过对实际暴雨过程的诊断分析和数值模 拟，在分析 u 分量方向扰动的同时，初步分析 v 分量方向的扰动对非线性对称不稳定机制的 作用。3. 资料及分析方法选取 2005 年 7 月 5 日 20 时（北京时，本文所指时次均为北京时）到 2005 年 7 月 12日 08 时的实况资料（地面 6 小时一次，探空 12 小时一次）进行客观分析，将其插值到以32.5°N，112.5°E 为中心，水平方向上格点数为 61×61，格距 60km 的正方形网格域上。对 u 分量求纬向扰动 u ，并在 30°35°N，115°120°E 区域内，对 u 作区域纬向平均， 并求得该区域中的各层纬向平均最强值中的最大值，代表该区域 u 扰动风场强度，和非线性亚临界对称不稳定的强弱与存在情况11，记作 ud 。为了与 u 扰动风场强度进行比较，对 v 分 量求经向扰动 v ，并在 30°35°N，115°120°E 区域内，对 v 作区域纬向平均，求得该区域中的各层纬向平均最强值中的最大值，代表该区域 v 扰动风场强度，记作 vd 。利用求得的 u 和 v ，在 30°35°N，115°120°E 区域内各点求u2 + v2/2，然后在区域内对u2 + v2 /2 求区域纬向平均，并求得该区域中的各层纬向平均最强值中的最大值，记作Vd 。对降水求 12 小时的累加值，在 30°35°N，115°120°E 区域求得其极大值代表 12 小 时区域降水强度 R12 。线性对称稳定性指数 S=(a/f-1/Ri),式中 a 是绝对涡度，Ri 是理查森数，f 是地转参数，即当 S0 时为线性对称不稳定，S0 时为线性对称稳定13；求得 S，在 30°35°N ，115°120°E 对 S 作区域平均 S ，并求得所有层次上 S 的极小值中最小值 S min ，代 表区域线性对称稳定性情况。通过分析 ud 代表的非线性亚临界对称稳定性， S min 代表的区 域线性对称稳定性，R12 代表的区域降水强度，vd 之间的变化关系，来判断此次降水过程是 否发生非线性亚临界对称不稳定并且 vd 的较强增强是否也对非线性亚临界对称不稳定有一定的指示意义。4. 降水实况过程分析由图 1 和此次过程高空天气图（图略）可以看出，此次过程大尺度环流背景是：在 500Hpa高度场，亚欧中高纬呈两槽一脊，环流形势呈经向流型，有利于冷空气南下。位于东北地区 有一冷涡维持，其向南、西南方向延伸的槽线在整个降水过程中位置少变，随过程结束向东、 东南移动并最后收缩。副高 588 线北缘一直维持在约 29°N 附近，其西缘在整个过程中有向 东收缩趋势，在过程结束时，又明显西伸，其北缘也北抬约 2 个纬度。在 850Hpa 图上（图 略），在整个过程中西南急流有明显加大的趋势，高空槽底的南下冷空气与沿副高西北侧的 暖湿气流相遇，在大约黄淮、江淮到西南地区形成一条暖性切变，在切变线两端不时有低涡 生成、发展，这种形势一直维持到 11 日。12 日以后随着 500Hpa 副高加强西伸，850Hpa 西 南急流减弱，在降水期间一直维持在江淮西南一带的槽线及切变线也减弱消失，降水过程 结束14。图 1 500Hpa 时间平均（2005.7.6.08 时2005.7.12.02 时）位势高度场图。（单位：位势米）水汽条件：由图 2 可以看出，这次降水过程水汽来源主要有，从孟加拉湾经中南半岛向 北到达江淮流域和由菲律宾以西及南海向北到达江淮流域；并且菲律宾以西及南海地区的水 汽来源是主要的。这两个水汽来源保证了降水过程中所需的水汽补充，并且带来了大量潜热。图 2 850Hpa 时间平均（2005.7.6.08 时2005.7.12.02 时）水汽通量矢量图。（单位：10-3s-1）分析实况 6 小时降水资料（图略），7 月 6 日 02 时至 7 月 6 日 20 时，在 30°35°N，115°120°E 区域内降水强度不大并且降水中心多变；7 月 6 日 20 时至 7 月 7 日 02 时降水 增强，区域位于安徽北部，中心位于蚌埠市附近（74mm）；7 月 7 日 02 时7 月 7 日 08 时降水强度继续增大，中心分为东西两个，西中心位于安徽长丰县（94mm），东中心位于 安徽滁州（144mm）；7 月 7 日 08 时7 月 7 日 14 时降水区域仍呈东西带状，但强度减弱， 中心降水强度为 19mm；到 7 月 7 日 20 时，降水继续减弱；此后降水过程不是本文研究重 点，不再详述。由分析可见降水较强时（6 日 20 时7 日 14 时），降水中心主要位于 117118°E，32.5°N 附近。分析风云 2C 卫星观测得到的黑体亮温（TBB）资料（图略），参考傅昺珊等15的标准， 当云顶亮温在-60以下时，即可以认为有强对流天气发展。对应 2005 年 7 月 6 日 20 时7 月 7 日 20 时降水时段，安徽省中北部都有明显的对流发生发展过程，是明显的中尺度暴雨 过程。5. 诊断结果时次251402012015风速（m/s）降水（mm）10100580060-5 40-107052070608706207070870720708087082070908709207100871020711087112071208-1520-200VR图 3 ：区域 30°35°N，115°120°Eud 、vd 、 d 及区域降水强度 12 随时间变化图。（横轴表示时次，粗实线代表区域降水强度 R12 ，黑三角细实线代表区域 u 扰动风场强度 ud ，白三角虚线代表区域 v 扰动风 场强度 vd ，黑方块细实线代表Vd ，图中两条水平线分别标出风速为 8m/s 和-8m/s，其它如图中说明。）（一）由图 3 可见，位于 30°35°N，115°120°E 区域 7 月 5 日 20 时7 月 12 日 08时的降水过程可根据 12 小时区域降水强度 R12 分为两大段降水过程。第一段：7 月 5 日 20 时7 月 9 日 08 时，最大降水强度为 128mm。第二段：7 月 9 日 08 时7 月 12 日 08 时， 最大降水强度为 82mm。其中第一大段降水过程又由两小段降水过程组成：7 月 5 日 20 时7 月 7 日 20 时；7 月 7 日 20 时7 月 9 日 08 时。其最大降水强度分别为 128mm 和124mm。可见，第一大段对应两小段强降水过程，第二大段对应较弱降水过程。图 3 中，区 域 u 扰动风场强度 ud 在 7 月 7 日 20 时之前，均大于 8m/s，指出存在较强的不稳定。在 7 月 6 日 20 时，第一大段降水过程降水峰值前 12 小时，ud 增大至极值，为 12.9m/s，远远大 于 8m/s，此时出现了很强的亚临界对称不稳定。在这之后，ud 开始减弱并减弱至小于 8m/s。 从 7 月 8 日 20 时开始， ud 增强，到 7 月 10 日 20 时达到极大值 11.4m/s，明显大于 8m/s，出现了较强的亚临界不稳定，此后 12 小时，于 7 月 11 日 08 时出现第二大段降水过程的峰值。区域 v 扰动风场强度 vd 也有类似变化， vd 绝对值在 7 月 8 日 08 时之前，均大于 8m/s。 在 7 月 6 日 20 时，第一大段降水峰值前 12 小时， vd 绝对值也增大至极值，为 14.0m/s，远远大于 8m/s。在这之后，vd 绝对值开始减弱并减弱至小于 8m/s。从 7 月 8 日 20 时开始，vd也开始增强，到 7 月 10 日 08 时达到极大值 11.9m/s，此后 24 小时，于 7 月 11 日 08 时出现 了第二大段降水过程峰值。同时观察Vd 的变化，发现也有类似 ud 和 vd 的变化趋势。由此可 见， ud 和 vd 绝对值的增强均分别超前于暴雨的增强。特别， ud 和 vd 绝对值增强到其极大值均分别对强暴雨的发生有提前 12 或 24 小时的指示作用。7051870606706187070670718708067081870906709187100671018711067111820-2-4-6-8-10图 4 区域 30°35°N，115°120°E 线性对称稳定性变化图（折线代表 S min 值）。由图 4 可见，7 月 5 日 18 时7 月 8 日 12 时，线性对称稳定性指数 S min 基本近似大于 等于 0，这表明该区域在此时段内是线性对称稳定的；另一方面，7 月 5 日 20 时7 月 6 日20 时，纬向扰动风场强度均远大于 8m/s，并在 7 月 6 日 20 时达极大值 12.9m/s，显然这两 个条件满足非线性亚临界对称不稳定判据。从而第一大段强降水过程为非线性亚临界对称不稳定所激发。而在 7 月 8 日 12 时7 月 12 日 00 时，线性对称稳定性指数 S min 均明显小于0，表明此时段为线性对称不稳定；另一方面，7 月 8 日 20 时7 月 11 日 08 时，纬向扰动 风场强度 ud 随时间逐渐增大，到 7 月 10 日 20 时达最大值 11.4m/s，远大于 8m/s，且这一段时间纬向扰动风场强度大于等于 8m/s，也部分满足非线性亚临界对称不稳定条件。显然，第二大段较弱降水过程既有非线性亚临界对称不稳定也有线性对称不稳定。（二）由于北半球 f 等值线平行于纬圈，vd 表示经向扰动，穿越等 f 线，显然可将 vd 视为是非地转分量。由图 3，7 月 5 日 20 时，经向扰动风场强度 vd 绝对值增强为 11m/s，并随 时间持续增强，到 7 月 6 日 20 时，即 7 月 7 日 08 时降水峰值前 12 小时，vd 绝对值达最大值 14m/s，即非地转达到最强，预示此后将出现强暴雨。这是因为非地转最强时，上层辐散，下层辐合最强，从而垂直上升速度最大，辐合更多的水汽，水汽上升凝结，从而形成强暴雨。 因此， vd 绝对值的极大值对强暴雨发生有提前 12 小时的指示作用。7 月 5 日 20 时7 月 8 日 14 时，vd 0，为北风扰动，带来较强的冷空气，且在 7 月 6日 20 时，vd 绝对值最大，北风扰动最强，冷空气最强，12 小时后即发生最强降水，这也表 示了冷锋前缘在此时刻到达；即第一大段降水过程是冷空气降水过程。7 月 8 日 14 时7月 12 日 08 时，vd 0，为南风扰动，带来较强的暖空气，且在 7 月 10 日 08 时，vd 绝对值达极大值，南风扰动较强，暖空气较强，24 小时后即发生较强降水，即第二大段降水过程为暖空气降水过程。由以上两点综合分析：（1）7 月 5 日 20 时7 月 12 日 08 时的降水过程可分为两大段。 第一大段为 7 月 5 日 20 时7 月 9 日 08 时的降水过程，包括两次强降水过程，是冷空气降 水过程，其前期对应典型的非线性亚临界对称不稳定；第二大段为 7 月 9 日 08 时7 月 12 日 08 时的降水过程，是暖空气降水过程，在这段降水过程中，非线性亚临界对称不稳定与线性对称不稳定共同起作用。ud 和 vd 绝对值的增强均分别超前于暴雨的增强，特别，ud 和vd 绝对值增强到其极大值均分别对强暴雨的发生有提前 12 或 24 小时的指示作用，并且对 强降水的指示作用比对弱降水指示作用更明显，对强降水发生有提前 12 小时的指示作用。（2） vd 视为非地转分量，当其绝对值达极大，即非地转最强，预示此后 12 小时出现强暴 雨。另一方面， vd 作为冷暖空气的指标，当其绝对值达极大，即南下冷空气和北上暖空气 达最强，也预示其后 12 或 24 小时将出现强暴雨。可见，当非地转达最强和冷暖空气达最强均对强暴雨发生有提前 12 或 24 小时的指示作用。6. 数值模拟6.1模式简介利用 WRF 模式对 7 月 6 日 08 时至 7 月 7 日 20 时的暴雨过程进行数值模拟试验。模式 使用双向嵌套的方式，模拟域中心取在 113.62°E，34.38°N；父网格点数取 149×139，格距30km，父网格与子网格时空比率为 31；垂直层数取 23；长波辐射方案取 rrtm 方案；短波 辐射方案取 Dudhia 方案；父区域微物理过程取 Ferrier(new Eta)方案，子区域微物理过程取 Lin et al 方案；表面层过程取 monin-obukhov 方案；陆面过程取 thermal diffusion 过程；边界 层取 YSU 方案；积云对流参数化取 Grell-Devenyi 方案；模式积分时间为 36 小时，父区域 积分步长为 180 秒，子区域积分步长为 60 秒。模式初始场使用 NCEP（1°×1°）再分析资料， 时间间隔 6 小时。图 5 模式模拟的 36 小时降水（单位：mm）。图 6 插值后的实况 36 小时降水（单位：mm）对比图 5 和图 6，模拟的降水区域分布整体上与实况降水分布较吻合，整体比实况偏南 约一个纬度。但降水中心模拟较好，实况中心降水在 120mm 以上，约位于 33°N，118°E； 模拟中心降水 170mm,约位于 32.5°N，117.7°E，模拟中心与实况中心位置和强度较为接近。 模拟的降水情况在 116°E 以东与实况较为相近，以西比实况降水偏大偏南，这可能是由于约31°32°N，115°116.5°存在大别山区，地形较为复杂，再分析资料不够准确影响造成的。 高度场、流场模拟结果与实况场也较为接近（图略）。 数值试验结果表明，该数值模式能较好地模拟这次强降水过程。由于 7 月 6 日 20 时至 7 月 7 日 14 时降水阶段降水中心集中在 117°118°E，32.5°N 附 近，并且模拟的降水在该区域与实况对应较好，因此取 32.5°N，117.7°E 作为模拟的降水大 值中心。由于降水主要呈东西带状分布，因此主要沿 117.7°E 剖面对此次暴雨发生发展的机 制进行简单分析。6.2 模拟结果6.2.1u 扰动、v 扰动、高低空急流与区域降水的时空变化图 7 850Hpa 低空急流，200Hpa 高空急流与降水沿 117.7°E 剖面的时间纬度图。（实线表示高空急流， 虚线表示低空急流，阴影表示降水）由图 7 可见，由 7 月 6 日 12 时开始，高空急流随时间增强，于 7 月 6 日 18 时在 37°N 处出现风速为 50m/s 的高空急流核，并继续增强，于 7 月 7 日近 00 时仍在 37°N 附近高空急 流风速达到极大值 53m/s。随后，7 月 7 日 02 时在 30°N 附近出现风速为 12m/s 的低空急流 核，并继续增强，于 7 月 7 日 06 时，在 32°N 附近，低空急流核风速增强为 14m/s。7 月 7日 07 时半，在 32°N 附近，低空急流风速达极大值 15m/s，而降水强度在 32.5°N 附近于 7月 7 日 08 时，达到极大值 65mm。由此可见，高空急流风速极大值超前于低空急流风速极 大值达 7 个多小时，而低空急流风速极大值超前于降水强度极大值约半个小时。同时，雨带 位于 200Hpa 高空急流轴南侧与 850Hpa 低空急流轴北侧之间，并明显偏向低空急流轴一侧。图 8 850Hpa，200Hpa，u 高低空扰动风场与降水沿 117.7°E 剖面的时间纬度图。（实线表示 u 高空扰 动，虚线表示 u 低空扰动，阴影表示降水）由图 8 可见，7 月 6 日 21 时开始，位于 37°N 高空急流纬向扰动风场（u 高空扰动风场） 随时间增强，7 月 7 日 02 时，在 38°N 高空急流纬向扰动风场达极大值 3.5m/s。1 小时后即7 月 7 日 03 时，在 33°N 附近低空急流纬向扰动风场（u 低空扰动风场）出现极大值 3.2m/s。 在 7 月 7 日 08 时，降水强度极大值出现。由此可见，高空急流纬向扰动风场极大值超前于 低空急流纬向扰动风场极大值约 1 个小时；而低空急流纬向扰动风场极大值又超前于降水强 度极大值约 5 个小时，并且可见低空急流纬向扰动风场极大值出现位置与降水强度极大值出 现位置近于重合。图 9 高低空 u 扰动风场、高低空急流与降水沿 117.7°E 剖面的时间纬度图。（细实线表示高空急流， 粗实线表示 u 高空扰动。细虚线表示低空急流，粗虚线表示 u 低空扰动，阴影表示降水）由图 9 可见，在 37°N 附近，7 月 7 日近 00 时，200Hpa 高空急流风速出现极大值 53m/s，随后于 7 月 7 日 02 时，在 38°N 高空急流纬向扰动风场达极大值 3.5m/s。1 小时后即 7 月 7日 03 时，在 33°N 附近低空急流纬向扰动风场出现极大值 3.2m/s，而在 32°N 附近，于 7 月7 日 07 时多低空急流风速达极大值 15m/s。随后，7 月 7 日 08 时 32.5°N 处出现降水强度极 大值 65mm。由此可见，高空急流极大值超前于高空急流纬向扰动风场极大值约 2 个小时； 高空急流纬向扰动风场极大值超前于低空急流纬向扰动风场极大值约 1 个小时；而低空急流 纬向扰动风场极大值又超前于低空急流风速极大值约 4 个多小时；低空急流风速极大值超前 于降水强度极大值约半小时。高空急流纬向扰动风场极大值位于高空急流风速极大值北侧约1 个纬度（约 100km）。低空急流纬向扰动风场极大值位于低空急流风速极大值北侧约 1 个 纬度（约 100km），且低空急流纬向扰动风场极大值出现位置近似与降水强度极大值位置相 重合。图 10 850Hpa，200Hpa，v 高低空扰动风场与降水沿 117.7°E 剖面的时间纬度图。（实线表示 v 高空扰 动，虚线表示 v 低空扰动，阴影表示降水）由图 10 可见，在 7 月 6 日 20 时，位于 37°N 高空急流经向扰动（v 高空扰动风场）开 始增强，在 38°N 附近，7 月 7 日 02 时高空急流经向扰动风场达到极大值 3m/s，此后约 7 月 7 日 07 时位于 32°N 附近，低空急流经向扰动风场（v 低空扰动风场）达到极大值 3m/s。 其后约 1 小时，出现了降水强度极大值。由此可见，在降水区域北侧高空经向扰动风场极大 值出现时间超前于低空经向扰动风场极大值约 5 小时，且降水强度极大值出现位置近似于低 空经向扰动风场极大值出现位置。图 11 高低空 v 扰动风场、高低空急流与降水沿 117.7°E 剖面的时间纬度图。（细实线表示高空急流， 粗实线表示 v 高空扰动。细虚线表示低空急流，粗虚线表示 v 低空扰动，阴影表示降水）由图 11 可见，在 37°N 附近，7 月 7 日 00 时，200Hpa 高空急流风速出现极大值 53m/s， 随后于 7 月 7 日 02 时，在 38°N 附近高空急流经向扰动风场达极大值 3m/s。约 5 小时后即 7 月 7 日 07 时，在 32°N 附近低空急流经向扰动风场出现极大值 3m/s，而在其附近，稍后约0.5 小时低空急流风速达极大值 15m/s。至 7 月 7 日 08 时，32.5°N 处降水强度极大值出现。 由此可见，高空急流极大值超前于高空急流经向扰动风场极大值约 2 个小时；高空急流经向 扰动风场极大值超前于低空急流经向扰动风场极大值约 5 个小时；而低空急流经向扰动风场 极大值又超前于低空急流风速极大值约 0.5 个小时。高空急流经向扰动风场极大值位于高空 急流风速极大值北侧约 1 个纬度（约 100km）。低空急流经向扰动风场极大值位于低空急流 风速极大值北侧附近，且低空急流经向扰动风场极大值出现位置近似与降水强度极大值位置 相重合。由以上综合分析，可绘出表 1，反映非线性亚临界对称不稳定发生所激发的强暴雨对应 的高低空急流风速及其扰动风场，降水强度五者极大值之间的时空配置。表 1 高低空急流风速，高低空急流 u（v）扰动风场，降水强度五者极大值之间的时空配置。出现时间出现位置高空急流风速极大值7 月 7 日 00 时37°N 附近高空急流扰动风场极大 值u（纬向）方向7 月 7 日 02 时38°N 附近v（经向）方向7 月 7 日 02 时38°N 附近低空急流扰动风场极大 值u（纬向）方向7 月 7 日 03 时33°N 附近v（经向）方向约 7 月 7 日 07 时32°N 附近低空急流风速极大值约 7 月 7 日 07 时半32°N 附近降水强度极大值7 月 7 日 08 时32.5°N 附近为了分析在降水区域附近高低空急流的垂直分布发展，绘出 30°35°N，沿 117.7°E 的绝对风速剖面图（图 12）。（a）7.6.08 时(b) 7.6.20 时(c) 7.7.06 时(d)7.7.08 时图 12 部分时次 30°35°N，沿 117.7°E 高低空绝对风速垂直剖面图。（图中阴影部分表示风速大于等于16m/s，并在其中标出了 16m/s 和 30m/s 等值线）由图 12.(a)(d)可见，7 月 6 日 08 时（图 12.(a)），30m/s 等值线在 200Hpa 高层向南伸 至 33.5°N 附近，16m/s 等值线位于 500Hpa 附近。到 7 月 6 日 20 时（图 12.(b)），高层高空 急流迅速增强到其极大值，使得 30m/s 等风速线南进至约 32.3°N，同时使得 16m/s 等风速线 向下伸展至 550Hpa，且在约 31.2°N，520Hpa 处出现一分裂出的 16m/s 等风速线中心，可见 有明显的高层急流纬向动量下传，而且高空急流增强到其极大值，预示未来 12 小时将发生 强暴雨。到 7 月 7 日 06 时（图 12.(c)），200Hpa 的高空急流减弱，但 16m/s 的等风速线继 续向下伸展至约 800Hpa，并在 31.8°N，约 760Hpa 处形成另一个小的 16m/s 等风速中心。 显然，此时高层急流纬向动量进一步下传，使得此时低层 800Hpa 附近出现低空急流。至 7 月 7 日 08 时（图 12.(d)），200Hpa 高空急流略有减弱，但 16m/s 等风速线继续向下伸展至 约 840Hpa，并由 7 月 7 日 06 时两个小 16m/s 等风速中心合并为一个大中心，显然，高层急 流纬向动量向低层有较大的下传。此时，降水强度达到极大值，可见，200Hpa 高空急流纬 向动量随时间向低层下传，下传至约 800Hpa 激发低空急流的形成；并且高空急流纬向动量 随时间向低层下传对强暴雨发生发展有重要的激发作用。6.2.2 垂直速度、涡度、散度的时空变化(a)2005.7.6.14 时(b)2005.7.6.20 时(c)2005.7.7.02 时(d)2005.7.7.08 时图 13 部分时次 30°35°N 沿 117.7°E 剖面的 v-w 合成风图。（w 值为原来值的 10 倍）由图 13.(a)(d)可见，在 7 月 6 日 14 时（图 13.(a)），高层 200350Hpa 出现很强的 冷空气南进，并在 33.5°N 处，550300Hpa 中高层出现明显上升气流。到 7 月 6 日 20 时（图13.(b)），高层 150400Hpa 冷空气增强南进，中高层垂直上升气流南进到约 33.2°N，并向 下移动到 600420Hpa。到 7 月 7 日 02 时（图 13.(c)），高层 150350Hpa 冷空气继续增 强南进，中层的垂直上升气流继续南进到约 32.7°N，且向下移动到 680450Hpa，与前相比， 单位经向距离内垂直上升气流的流线数明显增加，即流线大大加密，从而表明垂直上升速度 大大增强，并在 500Hpa 附近出现明显的无辐散层，也即高层出现了很强的辐散，低层出现 了很强的辐合。这预示着 6 小时后出现强暴雨。至 7 月 7 日 08 时（图 13.(d)），高层冷空 气明显减弱，500Hpa 附近垂直上升气流继续南移到 32.5°N，且垂直上升速度继续增强，垂 直上升气流区向低层和高层迅速伸展到 900250Hpa 区域。同时，950800Hpa，由南向北 暖空气迅速增强，其对应的低空急流迅速增强，此时出现降水强度的极大值。为了研究主要高低层上，涡度、散度随时空配置，做 200Hpa 和 850Hpa 沿 117.7°E 剖 面的涡度、散度时间纬度图（图 14）。（a）200Hpa 沿 117.7°E 剖面的涡度时间纬度图（b）200Hpa 沿 117.7°E 剖面的散度时间纬度图（c）850Hpa 沿 117.7°E 剖面的散度时间纬度图（d）850Hpa 沿 117.7°E 剖面的涡度时间纬度图图 14：200Hpa 和 850Hpa 沿 117.7°E 剖面的涡度、散度时间纬度图。（实线为正涡度和正散度， 虚线为负涡度和负散度，纵轴为时间轴，横轴为纬度轴。涡度和散度单位：10-4s-1）由图 14 可见，（一）在高层 200Hpa：（）涡度场（图 14.(a)）：在 7 月 6 日 08 时，位于约 34°N 处出现负涡度极大值-8（单位：10-4s-1，下同），并随时间继续增大，到 7 月 6日 14 时，在 34°N 北侧增大到新的极大值-10。随着时间的增加，34°N 附近涡度保持为负值-5-10 之间，并随时间向南位移到 32.5°N 北侧。到 7 月 6 日 23 时，负涡度迅速增大到极 大值-10，预示此后约 5 小时相应的散度场将迅速增强。随后负涡度稍有减弱后继续增强， 随时间继续向南位移到 32.5°N 处。至 7 月 7 日 02 时，仍达很大负涡度值-10，并随时间增 加，负涡度迅速增大，到 7 月 7 日 07 时达到新的极大值-15。（）散度场（图 14.(b)）： 与上述涡度场相对应，在 7 月 6 日 09 时，位于 34°N 散度为零，与相应涡度场极大值相比 约滞后 1 小时。此后散度随时间迅速增大，到 7 月 6 日 14 时，散度达到其极大值+11，与相 应涡度场另一极大值同时出现。随时间的增加，34°N 附近散度保持为正值 0+2 之间，并 随时间向南位移到 32.5°N 附近。到 7 月