文摘

使用站降水和再分析数据,我们检查了大规模的发行量的演变与强降雨事件发生在7月21日,2012(721强降雨)。本研究着重于一个大规模发行量角色名叫“Okhotsk-Japan (OKJ)循环模式”在导致暴雨的情况。我们发现721年的暴雨发生的背景下OKJ循环,持续约10天。然而,模式是不同于正常OKJ循环,这个循环模式伴随着一个阻塞在乌拉尔山脉和贝加尔湖湖。这种差异是由于季节性变化的基本流程。相关的罗斯贝波向东传播OKJ主导模式的持续期间。这导致低压系统的开发在贝加尔湖湖和鄂霍次克海海脊的削弱。缓慢进化OKJ流通创造了一个有利环境的水分运输中国北方,协助721暴雨的生成。

1。介绍

北京地区经历了灾难性的洪水造成的降雨在7月21日,2012(721暴雨,见秋的细节报告20121])。平均雨量数据在整个北京地区的降雨量达到190.3毫米,最大225毫米(北京是一个大城市。有16个行政区域。雨量计固定在每一行政区)。721年的暴雨,暴雨最强的几个在北京在过去的61年里,造成直接经济损失16亿,至少79人丧生。集中强降雨的原因是值得关注的问题不仅为气象科学研究人员,而且对于大多数北京公民。北京的城市,与东亚季风气候的明显特征,位于渤海西部的华北平原。“7月下旬至8月上旬期间主要在夏季季风雨季(2]。平均副热带高压的位置有利于水分向北交通,导致暴雨的形成融合在中国北部(~ 40°N)。721年的暴雨是一个典型的案例在中国北方主要洪水季节。许多研究调查了在中国北方暴雨洪水的主要季节,例如,暴雨研究河北(北京附近)和北京地区1963年8月初(3,4]。占主导地位的循环出现在贝加尔湖附近的一个宽脊湖和中国北方的一个小槽。另一个例子是一个持续的暴雨发生在中国北部,黄河在1958年7月,的原因是一个狭窄的南北剪切导致向南转移的正涡度。强降雨记录的案例研究可以大大提高暴雨产生的物理机制的理解,具有共同的特征而且独特的点。上面的暴雨的研究大多集中在当地的系统和水分运输条件,这不是我们的主要担忧,但他们中讨论部分5。

另一方面,一个名叫Okhotsk-Japan远程并置对比现象(OKJ)模式占主导地位在欧亚大陆特别是初夏(5- - - - - -7]。维护这种模式是由于能量色散的罗斯贝波传播从贝加尔湖湖的上游区域通过鄂霍次克海海日本东部海域。OKJ模式有利于维护稳定的美誉,是一个持久的降水现象在中国~ 30°N初夏(见图(6)的详细信息)。陈和翟发现double-blocking高循环类型可能与OKJ模式可能是负责持续的极端降水事件说中国8]。然而,尚不清楚之间的关系是什么OKJ模式和强降雨。因此,研究大气环流与暴雨的发生需要加强,尤其是在暴雨的反应此模式。为了理解降水发生的物理机制,为暴雨预报提供有力的参考依据,进行详细分析大规模大气环流721暴雨,特别在夏天从罗斯比波能量传播的角度。

2。数据

每日20:00降水数据到下一个20:00(当地时间)是由信息部门提供的气象科学院在2012年7月。每日大气数据,如风能、位势高度、湿度和压力来自国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP / NCAR)全球再分析数据集2.5°×2.5°空间分辨率和17个垂直层从1000 hPa 10 hPa (9]。为研究选择的时间是2012年7月。

3所示。降水和循环演化之间的关系

图1展示了进化的逐日降水雨量计标准的北京2012年7月,2012年7月21日及其分布。大雨从下午下跌期间主要在7月21日放送。然而,每日从20:00降水量测量下20:00(当地时间)。大雨天在这里显示为2因为降雨期间穿过天行7月21日20:00。接受中国媒体的巧合,我们仍然叫721暴雨,这意味着雨主要落在7月21日。降雨集中在两天当总降雨量超过160毫米(图1(一))。maxima只是集中在北京在7月21日中国北方(图1 (b))。雨强带拉伸方向northeast-southwest从北京到四川盆地。图2显示了每日位势高度的分布在500 hPa (Z500)于7月16日至25日,2012年。注意,在中纬度槽或脊伴随相对冷或温暖的空气,风吹大致沿着轮廓线高度。简洁的原因,我们省略了领域的温度和风力图2。s形西风带显示一个大的振幅在子午方向自7月16日和一个槽和两个山脊位于贝加尔湖以西的地区(~ 93°E)湖东部的乌拉尔山脉(~ 70°E),和西部的鄂霍次克海海(~ 120°E),分别。阻塞指数由气候预测中心(图中未显示)表明,与温暖的空气阻塞高压形成东部的乌拉尔山脉自7月17日和7月21日东搬到120°E。注意北和南风相遇在北京7月21日(图省略)。这些事实表明,中高档纬度循环与轻微的向东运动保持一个相对稳定的模式。这种循环模式的向东传播的岭东鄂霍次克海海叠加在7月18日副热带高压和一个小槽出现在该地区从渤海(40°N, 118°E)长江河口(30°N, 113°E)。然后,岭东鄂霍次克海的海开始削弱,和中国北方地区面临一个弱脊在东部和西部的槽于7月19日至21日注意脊在乌拉尔山脉很快搬到贝加尔湖以北7月22日湖,导致阻塞形势下原位更加突出。在鄂霍次克海脊海7月24日后消失。

4所示。的能量色散OKJ模式

的s形波扰动模式于7月16日至25日Z500上面提到的类似OKJ模式。通过比较图2和图王等。6),高、低中心显示类似的分布,特别是在贝加尔湖湖的东部。OKJ模式作为一个驻波来自里海通过上游地区鄂霍次克海海日本东部海域。OKJ波,通常发生在6月,可以帮助保持一个稳定的流型对东亚特别是通过加强在鄂霍次克海海脊和梅雨锋。OKJ模式发生在仲夏的概率相对较低(5,7]。典型的OKJ与正相模式有两个隆起和两个波谷定位在乌拉尔山脉附近,鄂霍次克海海,贝加尔湖湖,日本东部海域,分别,这也可以在图中找到2。索引设计的王et al。10)来描述典型的OKJ模式如下:

表达了规范化Z500异常,计算气候异常除以标准差。积极的指数表明不规则地高鄂霍次克海海附近的高和低高度在贝加尔湖和大海东日本地区。我们分配给第一个网格点(57.5°N, 137.5°E)两次其他两个网格点的重量使重量之和等于零所建议的华莱士和Gutzler [11]。图3显示了为期九天的移动平均的进化OKJ指数在7月份。拱形的指数呈现变化的曲线形状,这是超出30于7月12日至22日。这提出了一个重要OKJ模式。上面的索引值是60于7月14日至21日,以上100年7月16日。OKJI高于30持续10天左右。注意OKJ指数只反映了平均强度三个网格点周围的行动中心(1)。实际行动中心的位置会稍微偏离三个网格点。此外,暴雨发生5天后当OKJ指数达到最大值,这意味着OKJ模式只提供了一个大规模的情况,有利于产生暴雨。我们不能修复的时间发生的大雨只有索引的强烈信号。这里我们研究驻波的作用自循环模式保持稳定。图4显示了Z500及其波活动通量的分布于7月17日至27日。为了更好地识别天气尺度的驻波,我们应用为中心的为期九天的移动平均在每个图片的标注日期。水平波活动通量(HWAF)是垂直[提供的计算公式12),小王和川端(13]给出细节。HWAF代表固定传播波能量的大小和方向的两个维度。驻波的能量传播的群速度通常比平均风速快得多。下游传播可以加强每一个似稳定的循环系统。大胆的电弧沿OKJ大致描绘了能量传播模式跟踪图4。有两个隆起和一个槽位于乌拉尔山脉以东(~ 75°E),在鄂霍次克海海(~ 140°E),和贝加尔湖附近的湖(~ 105°E), 7月17日以来的分别。在乌拉尔山脉的东南发展成为阻塞在7月21日,然后加强稍微向东移动。强大的波活动通量在7月21日之前两种途径传播:一波来自上游地区的乌拉尔山脉贝加尔湖湖和另一个从鄂霍次克海海以东海域的日本。打破了HWAF在贝加尔湖以东地区湖,这意味着波能量堆积在乌拉尔山脉的上游地区,导致阻塞高压的发展。通量的两束被连接在破碎区域由于传播加强上游于7月21日至22日。波能迅速分散到下游地区。之间的连接波能量传播和强降水的情况下正在研究中。

5。水蒸气运输

降水的水汽运输体积是至关重要的,特别是对于强降雨。暴风雨不会发生,除非有功能强大的收敛的水蒸气运输。721年的暴雨只是例子。图5显示了水汽通量及其收敛域。大融合中心一直保持青藏高原的西南部。稀疏的,零散的水汽辐合中心于7月15日至19日发生在中国南部。一个小范围的水汽辐合中心与最大值开始出现在中国北方,包括北京7月20日。水蒸气收敛突然增加到峰值在7月21日大雨下降,这可能会引起通过对流潜热释放。这是因为一个气旋旋转槽前的北京附近能产生广泛的对流活动。大量水汽辐合中心发生在华北7月24日,然后再向东北移动。华北的水汽来源主要来自南海,水蒸气运输的副热带高压的南风。

为了连接高纬度的环流与水蒸气运输在中国北方,我们计算的时间演化日常Z500偏差,表面压力,850 hPa水汽通量散度在北京大胆的弧形线条图4如图6。OKJ轨道是指示性的大胆的弧形线连接高程异常中心。−,高度偏离中心的“+ +”在高纬度地区一直保持在分A、B和C,“尤其是于7月15日至23日,这表明,高纬度的环流相对稳定。主要是有三个OKJ-like沿直线传播连接操作中心,如图6(一)。上游地区的波能达到A点7月11日,E点7月14日在第一个传播。波的能量直接从上游地区的旅行点A到E于7月16日至19日在第二扩散。第三传播于7月20日至22日在相对较短的距离。注意,高振幅在7月18 - 20 C小,恰逢通量打破区域图4。周围有强阳性高度异常点B乌拉尔山脉附近阻塞高压控制在此期间。另一方面,7月21日北京的压力达到最小值与最强的水蒸气融合,如图6 (b)。有趣的是,北京的压力变化趋势正好与消极Z500异常在C点,这表明OKJ传播延迟影响循环生成在北京。

为了检查如果强降雨的对流不稳定是至关重要的,我们计算许多元素包括等效势对流层温度和对流可用势能(图省略)。不幸的是,我们找不到任何结果,可以显式地解释道。北京附近的对流不稳定存在。然而,最强的信号出现在北京和大雨。

6。讨论和总结

上述结果表明,721年的暴雨发生的背景下OKJ-like循环不断地生成波能量传播在中高档纬度。OKJ很少发生在7月,尤其是7月下旬,不同于正常OKJ 6月波的存在。OKJ模式对应与7月在乌拉尔山阻塞高压,而不是6月在鄂霍次克海海。东波能量色散,鄂霍次克海海之间的山脊和贝加尔湖湖保持稳定,但强度有所减弱比正常模式。自宽槽稳定从贝加尔湖湖延伸在中国新疆,前部的流槽逐渐占主导地位的中国北方,西南与温暖的空气从较低的纬度会见了中纬度西风寒冷的空气。作为东亚夏季大气中往往表现quasi-barotropic,上部和下部空气大致吹在中国北部方向相同,这表明水蒸气收敛在一个相当深层。因此,逐渐进化循环有利于暴雨在中国北部。注意,721暴雨是一个很少涉及OKJ模式的具体情况。OKJ模式这是一个必要条件而不是充分条件的强降雨发生。大规模的缓慢进化循环可能产生暴雨的可能性发生在中国北部的任何地方,不限于北京。 We would like to emphasize that this stable circulation indeed provided a favorable situation for inducing the heavy rainfall in North China. The OKJ pattern lasts for about 9 days whereas the rainstorm only lasts for about 16 hours when the OKJ pattern decayed. A large amount of Rossby wave energy dispersed to downstream areas due to the adjustment of the circulation over the Ural Mountains for developing the blocking high. This dispersion might result in strengthening of the low over the Baikal Lake and weakening of the ridge over the Okhotsk Sea (Figure4)。循环系统进化向东缓慢的似稳波传播OKJ模式,这将有助于突然释放的能量在当地主要能量堆积的地方。暴雨可能瞬时能量释放的反射。图6(一)显示三个有效波能量光束从A点到上游地区的扩散点d e 11-24 7月期间。相关的强降雨-高程异常在C点加强期间,波能量束强烈扩散。这种现象意味着天气预报员可能开始考虑突然变化时发生能源堆积由于OKJ第一波传播从上游地区的乌拉尔山脉。然而,我们不能确定准确的时间和地点的突然改变,主要是由于循环的进化速度的综合效应,地形影响,水蒸气运输,等等。721暴雨只是情况下和所有条件达到最佳配置。因此,暴雨可能发生在中国北部有一天一周内7月下旬只要OKJ波能量分散点c需要综合信息预测暴风雨将在何时何地发生。请注意,没有一个明确的沉重的降水情况和阻塞指数之间的联系或OKJ指数。

OKJ模式很少发生在7月,而它经常发生在6月伴随高鄂霍次克海。7月下旬,在鄂霍次克海海域近年热差异减少,夏季季风转变向北从长江北中国。因此,鄂霍次克海高7月份很难发展。换句话说,在鄂霍次克海阻塞高压的形成海会导致降水集中在长江和淮河流域盆地,但不是在中国北方5]。基本流程的季节性变化造成了这种差异。乌拉尔山脉周围的阻塞高压首先发达。向东传播的能量加强了西风环流的s型扰动在下游区域。因此,弱在鄂霍次克海海脊形成,导致定位槽之间的华北地区西和岭东。这种情况下沉淀在这一领域中受益。s型扰动是反映OKJ传播积极的阶段(10]。请注意,有一个活跃的台风叫卡努7月下旬,沿着边缘线的副热带高压。台风到达中国东海7月17日,向北在济州岛7月18日登陆。强热带风暴登陆朝鲜7月19日,降级为热带低气压,搬出去的韩国在7月21日。在某种程度上,在朝鲜半岛台风活动发挥了作用在防止快速向东传播midhigh纬度系统。无论如何,暴雨不是单一因素引起的,也就是说,大气环流的演变。协同效应的其他因素包括在北京地区的地形条件和不稳定发展的中尺度系统也很重要,这都需要进一步的研究。

结果如下:(1)721年的暴雨发生的背景下OKJ循环,持续10天左右;(2)这个循环的特点是阻塞在乌拉尔山脉和贝加尔湖湖,这是不同于正常OKJ循环由于季节性变化的基本流程。贝加尔湖周围的东罗斯比波传播坏了湖和再生7月20日,导致低压系统的发展在贝加尔湖湖和在鄂霍次克海海脊的削弱;,(3)OKJ循环慢慢向东移动,创造了一个有利环境的水分运输中国北方,协助在721年的一代强降雨。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金项目(41375091和41375091号)和中国科技部(没有。2012 cb417202)。