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气象与防汛

作者: 时间:2016-04-19  稿件上传:咸宁市水务局

  ——咸宁市气象局首席预报员、总工程师王能根

  

  1 咸宁气候概况

  咸宁市属亚热带大陆性季风气候,气候温和,降水充沛,日照充 足,四季分明,雨热同季,无霜期长。冬季盛行偏北风,偏冷干燥; 夏季盛行偏南风,高温多雨。

  年平均气温为16.9℃,极端最高气温41.7℃(2003-08-01),极端最低气温为零下15.4℃(1969-01-31)。

  年平均降水量为1599.3毫米(1981201030年平均),最少年份为1966年,1010.7毫米,最多年份为2010年,2339.7毫米;年均汛期降雨量(59月)911毫米,最少年份是1966年,425.6毫米,最多年份是1999年,1514.9毫米;年均暴雨5次以上,最多11次(1980年仅一年,10次暴雨的年份有199919964年),最少2次(19581966等共有9年),主要集中在5~7月(年均3次以上,占6成),其中汛期有4次以上,占全年的80%。最大日降雨量206.6毫米(1962-06-23),1958年以来日降雨量200毫米以上的仅有两次,另一次是201.5毫米(2011-06-14)。

  年平均日照时数为1758.4小时,大于O℃的年平均积温在6000℃以上,年平均无霜期为245258天。

  春季一般从3月下旬开始,至5月下旬止,约60--70天。春季冷空气活动频繁,暖湿气流逐渐活跃,多阴雨天气,且常有低温冷害发生,对春播生产和夏收作物生长不利。 

    夏季一般始于5月下旬,止于9月下旬,约120-130天。初夏6月和7月多梅雨,“入梅”的平均日期是617日,“出梅”的平均日期是75日。梅雨期内降水多,强度大,常导致洪涝发生。盛夏酷热,入伏后降水渐少,时有伏旱。“立秋”节气过后,一般有段高温炎热天气,俗称“秋老虎”。 

    秋季,控制本市的天气系统主要是地面高压,故天高气爽,降水减少,容易导致干旱,影响秋播生产。秋季一般从9月下旬开始,到11月结束,约50-60天,一般在11月下旬开始出现初霜冻。 

    冬季一般自11月下旬开始,至次年3月下旬止,约120余日。冬季本市常由大陆性天气系统控制,加之境内地形北低南高,冷空气可长驱直人,故冬季寒冷干燥。1月是一年当中最冷的月份,1月和2月是全年降水最少的月份。

  2 基本气象知识

      2.1 大气中的水汽凝结现象

      为什么天上有云?为什么下雨(雪)?为什么有雾?石头与水泥地上有时为什么会有水珠?其实说来很简单,都是空气中的水汽凝结现象。大气中的水汽为什么会发生凝结现象?这是因为大气中经常出现冷却降温现象。冷却降温使大气中的水汽压达到饱和状态,造成了水汽凝结。

      * 水汽压与饱和水汽压

  空气中含有的水汽所产生的压强,叫水汽压。

  空气中的水汽压不能无限制地增加,在一定的温度下,如果水汽压增大到某一个极限值,空气中水汽就达到饱和,如果超过这个极限值,将会有一部分水汽凝结成液态水,这一极限值称为该温度下的饱和水汽压。根据理论计算和实验证明,饱和水汽压与温度有关,随温度的升高而迅速增大。

  

      温度越高,空气容纳的水汽越多,温度越低空气所能容纳的水汽就越少。当空气冷却(温度降低)的时候,易造成水汽压达到超饱和状态,水汽就会出现凝结(华)现象,产生降雨(雪)。   

  2.2 大气的冷却方式

  大气的冷却方式主要有如下4种:

  1)绝热冷却:指空气在上升过程中,因体积膨胀对外做功而导致空气本身的冷却。随着高度升高,温度降低,饱和水汽压减小,空气至一定高度就会出现过饱和状态。这一方式对于云的形成具有重要作用。

  干空气上升100m降温1 ℃,湿空气上升100m降温0.65 ℃,这就是干、湿空气的绝热直减率。千万别小瞧这0.65 ℃,它是产生降雨的直接原因之一。假设地面地面温度为25 ℃时,1m3饱和湿空气上升到5000m,降温量则为:0.65 ℃×5000=32.5 ℃,温度由25 ℃时1m3饱和湿空气在25 ℃含水汽30.3g-17.5℃时1m3饱和湿空气只能含水汽1.1g,水汽几乎全部凝结出来了。

  2)辐射冷却:在晴朗无风的夜间,由于地面的辐射冷却,导致近地面层空气的降温。当空气中温度降低到露点温度以下时,水汽压就会超过饱和水汽压产生凝结。辐射雾就是水汽以这种方式凝结形成的。咸宁市夜间晴空下最大辐射冷却(降温)量可达18℃以上,一般情况下也能达到10℃以上。

  3)平流冷却:暖湿空气流经冷的下垫面时,将热量传递给冷的地表,造成近地面层的空气温度降低。

  如果暖空气与冷地面温度相差较大,暖空气水份较大,就会产生凝结。湖边或海边容易出现大雾就是这个道理。

  当然,冷空气移到暖地面时也会造成地面温度骤降。比如冷锋南下大范围长时间降温,晴夜山谷冷气团移动造成局地短时降温(黑山曾出现1小时降温3℃)等。当原地空气温度较高,高空有冷平流侵入,出现上干冷下暖湿的大气层结时,易诱发不稳定能量释放,出现强对流天气(雷雨、大风、冰雹等)!

  4) 混合冷却:当两个温度相差较大的空气团相遇合并时,暖空气一侧就会产生混合冷却;当接近饱和的两团空气水平混合后,也可能产生凝结。毛毛雨就是这样形成的。也有叫接触冷却一说。如初夏水泥地与石头上的水珠就是暖湿空气接触到冷物体时的结果 。

  天气预报中重点关心的大气冷却现象主要是绝热冷却和辐射冷却。

  辐射冷却与雾、低温、露水、霜冻预报有关。

  绝热冷却与降雨密切相关,绝热冷却是通过空气作上升运动来实现的,空气上升运动形成的巨大的冷却量足已将暖湿空气达到超饱和状态,造成水汽的大量凝结。

  大气的上升运动又分为辐合上升运动与对流上升运动。在一次降雨过程中此两种运动可能会兼而有之。

  2.3 上升运动

  2.3.1 辐合产生的上升运动

  人们感觉到的风是空气的水平运动,当出现逆时钟旋转的风时,空气就呈辐合状态(低压中),碰挤在一起的空气只能作上升运动。这就是空气辐合产生的上升运动(图2)。冷空气南下与暖湿空气相遇也是一种辐合抬升运动。当辐合上升运动同时在大气的多个层次产生时。辐合作用则为更强烈。

  自然界一般没有对头风,这是由于地转偏向力的作用,北半球空气辐合时风是逆时针方向旋转的,辐散时是顺时钟方向旋转的,气象专业人员从风的方向就可以分辨出低压与高压——辐合与辐散——上升与下沉运动了。

  2.3.2 层结不稳定产生的对流上升运动

  地面增热或高空有冷平流,造成低层气温大大高于中上层,空气出现上浮现象时,气象上称为层结不稳定(气块一旦离开原来位置,就加速上升) 。对流上升时的降温冷却就会造成水汽凝结。

  2.4 咸宁降雨(雪)的水汽来源

  地球的洋面上空存在充沛的水汽。陆地上降雨的水汽则基本上来自于海洋上空。

  咸宁市降雨的水汽来源有三个区域:

  一是自孟加拉湾与印度洋 输送高度在3000——5000米上空,主要在冬半年(秋末——初春)。

  二是南海 输送高度一般在1000——2500米上空,亦是副热带高压西则西南气流造成咸宁降雨的典型形势。

  三是东海   是台风低压造成咸宁降雨的典型形势。

  水汽判定较为简便,一是有西南气流,二是温度露点(T-Td)差小。

  咸宁市上空出现充沛水汽的机会很多,有水汽不一定会有雨。形成降雨除要具备必要的水汽条件外,还要有让空气作上升运动的天气系统,只有这样水汽才能出现降温而发生凝结。当没有此类系统出现时,咸宁市上空的水汽就成为“过道水汽”。

  同一次降雨,上空高低层水汽来源也可以不同,3000米以上一般来孟加拉湾,1500米以下一般来自南海。

  2.5 咸宁市降雨(雪)的天气系统

  2.5.1 冷空气南下路径

  一般说来,锋面到达时多阵雨,接着是连续性降雨,700hpa槽线过后,降雨就停止了。 冷空气南下路径不同,空中湿度不同,天气也就不相同。影响我市的冷空气路径可以分为三条:

  第 一条为西北路径:冷空气从新疆经河套西部进入四川重庆一带,冷锋过后高压中心可达江南。咸宁吹西北风或西风。

  第二条为东北路径:冷空气从蒙古经华北影响我市。冷锋过后高压中心在华北和江苏一带入海。咸宁吹东北风。

  第三条为偏北路径:它是界于上述两条路径之间。有时与偏东路径天气相同,有时跟西北路径相似。这要根据空中槽线的匹配而定。

  2.5.1.1 东北路冷空气南下的降雨特点

  东北路冷空气南下是指冷空气从华北南下。是咸宁天气变坏的指标之一。阴雨天气常常打起“持久战”,可谓东北风不息,阴雨不止。东北路冷空气的特征是冷空气的主体一直在华北,不能到达长江流域,浅薄的冷空气源源不断从东北方向南下,1500米以上往往为西南暖湿气流所盘踞,形成冷暖空气大面积交汇,阴雨天气连绵数百乃至上千公里。

      2.5.1.2西北路冷空气南下降雨特点

  西北路冷空气南下是指冷空气从西北方南下。降雨来去匆匆!从冷空气过境时算起,降雨一般在24小时内就可以结束。这是因为高空低槽与地面冷锋距离近,地面冷高压中心很快控制长江流域,高空槽线移过咸宁,上空为偏北气流,水汽来源被切断的缘故。

  2.5.2 暴雨

   

   

  12小时

  RR

  24小时

  RR

  毛毛雨、零星小雨、小雨、间断小雨、阵雨

  0.14.9

  0.19.9

  中雨

  5.014.9

  10.024.9

  大雨

  15.029.9

  25.049.9

  暴雨

  30.069.9

  50.099.9

  大暴雨

  70.0140.0

  100.0199.9

  特大暴雨

  140.0

  200.0

  零星小雪、小雪、间断小雪、阵雪

  0.10.9

  0.12.4

  中雪

  1.02.9

  2.54.9

  大雪

  3.05.9

  5.09.9

  暴雪

  6.0

  10.0

  雨量的等级表

      咸宁市暴雨类型较多,从影响系统来看,主要有冷空气与低槽型、暖式切变型、冷式切变型与台风低压4种。上述暴雨发生时,中空都有一支西南急流(≥12/秒)相配,它好象一条高速运行的传送带,源源不断地将水汽输送到暴雨发生地。

      1)冷空气与低槽型

      咸宁市冷空气配低槽暴雨约占咸宁暴雨70%。它出现之前,单站要素往往表现为强烈的降压、升温与增湿。

  地面天气图上,北方有明显的冷空气南下(路径不限),高空有明显的低槽东移(图)。长江中下游为一致的西南暖湿气流。长沙一带西南地区风达到1220/米(急流)。受冷空气的抬升与槽前辐合双重作用,暖湿气流强烈上升,大量水汽得以凝结。有利于强降水的形成。由于系统性上升运动,大气层结不稳定,往往伴有雷雨天气发生,春季与初夏的雷雨大风往往就出现在这样的天气形势下。

  

  2)暖切暴雨

  咸宁市暖式切变线暴雨常常出现在春夏之交。简称暖切暴雨。

  暖切暴雨出现前单站要素没有明显的升温降压特征。地面也没有明显的冷空气南下。它所需的辐合作用主要是由中低空系统来完成的。

  3)台风暴雨

  毫无疑问,造成咸宁暴雨的台风为登陆台风,而且它必须在福建与浙江登陆。其中,福建登陆台风造成咸宁降雨的概率有60%,浙江登陆台风造成咸宁降雨的概率约20%。

  台风登陆后低压移动路径也很重要,台风低压直接影响咸宁或到达湖南一带最容易造成咸宁出现暴雨。

  台风低压的暴雨强度和降水时间与台风低压环流的范围有关。也与低压南侧急流有关,没有急流相配的台风低压不易造成暴雨。

      2.5.3 雷雨

  咸宁市的雷雨分为系统性(亦称系统辐合型)雷雨和热力性雷雨两类。系统性雷雨大多出现在春季与初夏,46月间平均67天就会有一次雷雨天气,冬季偶然出现的雷雨也属系统性的。热力性雷雨均出现在夏季,咸宁78月里平均3天就有一天打雷。

  各月雷暴日数

  

      从上表看出:咸宁雷雨集中在盛夏季节,并可以判断出咸宁热雷雨远远多于系统性雷雨,因为盛夏季节不会有如此多的低值系统影响。

      产生系统性雷雨的天气系统也是空中低槽与冷锋、切变线、台风低压等。在春季,系统性雷雨出现前本地都有回暖过程(升温、增湿与降压),只要空中有低值系统过境,几乎都会出现雷雨天气。可以说,春季只要有剧烈的天气出现,都离不开雷雨天气,所以雷雨也是暴雨的孪生兄弟。

  2.6 梅雨

  咸宁市夏季为太平洋副热带高气压控制,“梅雨”出现在副高北上控制我市的过程中,是南北两种不同类型的气团交汇的结果。副高北缘的西南气流将充足的水汽输送到江淮流域。不仅维持了梅雨期连续性降水,而且为暴雨提供了充沛的水气来源。

      梅雨季节开始的第一天称为“入梅”,结束的一天称为“出梅”。 咸宁市“入梅”的平均日期是617日,“出梅”的平均日期是75日。它与我国雨带移动相吻合(图3)。出梅就是副热带高压控制我市的日期,高温晴热天气就接踵而来了!

      气象部门将梅雨分为几个等级,即“涝梅”、“常梅”、“短梅”、“空梅”。 “涝梅”又称为“长梅”,即“梅雨”的时间特别长。 “短梅”、“空梅” 也称这为梅雨不明显。1954年我国江淮流域出现了百年一遇的特大洪水,这次大水,就是由持续时间特别长的梅雨造成的。这一年长江中下游地区5 7月三个月的雨量,一般都达到800-1000毫米,为该地区正常年份全年雨量的2/3;部分地区雨量多达1500-2000毫米,多于同一地区一年的雨量,导致洪水泛滥成灾。另外,1983年、1998年也算得上一个“长梅”。

      “涝梅” 最大的特征就是暴雨多。连续性暴雨也常常发生在“涝梅”中。21世纪的前10年咸宁市梅雨不明显,但从20102011年却是典型的“涝梅”。

      出现这种现象的原因是副高北移时的情形与往年不同,它在北纬20度停留时间太长,导致两广和湖南发大水,再次北移时,很快控制长江中下游地区,梅雨就不见踪影了。这种连续空梅现象近50年尚未出现过,要引起我们的高度关注。

     

  2.7 预警信号

  2007612中国气象局发出2007年第16号令,在在中华人民共和国领域和中华人民共和国管辖的其他海域发布与传播气象灾害预警信号。

  气象灾害预警信号(以下简称预警信号),是指各级气象主管机构所属的气象台站向社会公众发布的预警信息。预警信号由名称、图标、标准和防御指南组成,分为台风、暴雨、暴雪、寒潮、大风、沙尘暴、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻、大雾、霾、道路结冰等。

  各级气象主管机构所属的气象台站应当充分利用广播、电视、固定网、移动网、因特网、电子显示装置等手段及时向社会发布预警信号。

  在少数民族聚居区发布预警信号时除使用汉语言文字外,还应当使用当地通用的少数民族语言文字。

  广播、电视等媒体和固定网、移动网、因特网等通信网络应当配合气象主管机构及时传播预警信号,使用气象主管机构所属的气象台站直接提供的实时预警信号,并标明发布预警信号的气象台站的名称和发布时间,不得更改和删减预警信号的内容,不得拒绝传播气象灾害预警信号,不得传播虚假、过时的气象灾害预警信号。

  地方各级人民政府及其有关部门在接到气象主管机构所属的气象台站提供的预警信号后,应当及时公告,向公众广泛传播,并按照职责采取有效措施做好气象灾害防御工作,避免或者减轻气象灾害。

  暴雨预警信号分为蓝色、黄色、橙色、红色,危险等级依次增大。

  1)暴雨蓝色预警信号 

  标准:12小时内降雨量将达50毫米以上,或者已达50毫米 以上且降雨 可能持续。

         防御指南:

  1.政府及相关部门按照职责做好防暴雨准备工作;

  2.学校、幼儿园采取适当措施,保证学生和幼儿安全;

  3.驾驶人员应当注意道路积水和交通阻塞,确保安全;

  4.检查城市、农田、鱼塘排水系统,做好排涝准备。

  2)暴雨黄色预警信号

  标准: 6小时内降雨量达50毫米以上,或已达50毫米以上且降雨可能持续。

  防御指南:

  1.政府及相关部门按照职责做好防暴雨工作;

  2.交通管理部门应当根据路况在强降雨路段采取交通管制措施,在积水路段实行交通引导;

  3.切断低洼地带有危险的室外电源,暂停在空旷地方的户外作业,转移危险地带人员和危房居民到安全场所避雨;

  4.检查城市、农田、鱼塘排水系统,采取必要的排涝措施。

  3)暴雨橙色预警信号   

     标准: 3小时内降雨量将达50毫米以上,或者已达50毫米以上且 降雨可能持续。

     防御指南:

     1.政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急工作;

     2.切断有危险的室外电源,暂停户外作业;

     3.处于危险地带的单位应当停课、停业,采取专门措施保护已到校学生、幼儿和其他上班人员的安全;

     4.做好城市、农田的排涝,注意防范可能引发的山洪、滑坡、泥石流等灾害。

  4)暴雨红色预警信号 

     标准: 3小时内降雨量将达100毫米以上,或者已达100毫米以上且   降雨可能持续。

     防御指南:

     1.政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急和抢险工作;

     2.停止集会、停课、停业(除特殊行业外);

     3.做好山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御和抢险工作。

  咸宁市1981201030年月平均降水量表

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

  8

  9

  10

  11

  12

  71.8

  88.2

  130.4

  180.2

  199.3

  230.8

  237.3

  155.5

  88.0

  93.6

  78.0

  46.2