V-3θ圖在綏化市主汛期突發強降水中的應用

王安娜 王力艷

摘 要：主要分析綏化市5種暴雨類型（鋒面暴雨、鋒面暖區暴雨、低渦暴雨、溫帶氣旋暴雨和西風槽與副高共同作用下的暴雨）發生時，綏化市周邊探空站的V-3θ結構圖。V-3θ圖在主汛期突發強降水中的應用表明，V-3θ圖可以顯示出暴雨和強對流天氣的征兆。V-3θ圖的應用有利于提高災害性天氣預報的準確性。

關鍵詞：V-3θ圖;暴雨

綏化市位于黑龍江省中南部，夏季降雨集中。全市年平均降水量510mm左右，北部年平均降水量在531mm左右，中部年平均降水量在513mm左右，南部年平均降水量在456mm左右，主汛期降水量約占全年總降水量的60%左右，暴雨是主汛期的主要災害性天氣之一。短時強降水、雷雨大風、冰雹等災害性天氣對生產生活的影響很大，有時會給國民經濟和人民生命財產帶來巨大損失。因此，準確預報出突發強降水天氣發生、發展的強度、落區以及影響的時空范圍非常重要。

1 V-3θ圖簡要介紹

V-3θ中的V是指風矢量，是探空資料中的風向風速觀測數據，θsed是指以露點溫度計算的假相當位溫。θ*是指假相當位溫值（假定為飽和狀態下），體現了大氣的水汽飽和狀態。θ代表位勢溫度。

公式：θ=T（P0/P）R/Cp

公式中有5個氣象要素，P0代表為海平面氣壓，P代表任意高度的氣壓，R代表氣壓常數，CP代表定壓比熱。

2 V-3θ圖暴雨天氣的特征

主要分析綏化市5種暴雨類型發生時，綏化市周邊三個探空站（哈爾濱站、齊齊哈爾站、伊春站）V-3θ結構圖，以期找到V-3θ結構圖特征用來預報綏化市暴雨的特征和規律。

2.1 鋒面型暴雨

鋒面型暴雨在綏化市的暴雨類型中所占比率最大。在鋒面型暴雨中，主要的影響系統一般有：鋒面、冷渦、切變線、高空槽（中高緯）、低層的偏南或西南急流、偏北大風。分析表明，當鋒面型暴雨出現時以上影響系統不一定同時出現，各種影響系統可隨機組合，這就給暴雨預報帶來不確定性，鋒面出現時暴雨發生的頻率最高，與此同時在不同季節，產生暴雨的主要影響系統也不一樣。

鋒面型暴雨的V-3θ特征：

（1）存在超低溫現象，超低溫構成了極度不均勻大氣垂直結構，導致對流層滾流的發生和發展，進而引發大暴雨的產生。在三條線的的抬頭處和150-300hPa折拐處，在對流層頂存在超低溫薄層，一般為大暴雨的先兆。

（2）θ曲線在各層上存在向左折拐的現象，特別是當T軸與θ*和θsed成整體準直角或者在對流層中下層成鈍角。夏季時在對流層中低層，常出現T軸與θ*和θsed成整體的鈍角，對流層高層為準直角。秋季時，常出現T軸與θ*和θsed成銳角，并存在向右傾的現象，但右傾中也會有左傾的非規則情況。在容易產生連續性強降水的天氣中，經常出現θ*和θsed基本重合的暖層云上，有冷暖層云交替出現的現象。

（3）在鋒面型暴雨中，對流層中下層的θ*線和θsed線成準平行，并且在整體較為接近。在垂直風向上，對流層中低層會出現偏東氣流轉偏西氣流的情況。

2.2 鋒面暖區型暴雨

春夏季常出現鋒面暖區型暴雨，這種強降水類型有分布不均勻的特征，多有江淮、華北、河套低壓等北上、東移形成。產生鋒面暖區暴雨的主要以高空槽和低空西南急流配合較為常見。

V-3θ結構圖中鋒面暖區暴雨的結構特征：

（1）對流層頂存在超低溫。大氣垂直結構的極度不均勻就是由超低溫構成的，這是這種結構促成了對流層滾流的發生、發展以及大暴雨的發生。

（2）整層水汽漸趨飽和。（圖1）中，中低層飽和線距離較遠，表明水汽還未達到飽和。（圖2）中，整層水汽接近飽和，此時飽和線距離非常接近，最近處距離小于3K。

（3）在θ、θsed和θ*三條曲線特征上，有在不同高度層上出現較多折拐的情況。在鋒面暖區暴雨中容易伴有強對流云的發展，此時大氣的靜力不穩定性較大。

（4）風場結構在垂直氣流為順滾流（上層是西北氣流，低層是西南氣流），非常有利水汽的上升，是形成暴雨的重要條件。對流層中底層與高層可出現的風向與鋒面暴雨型基本相同。

2.3 低渦型暴雨

造成黑龍江省暴雨的主要高空系統是東北低渦。低渦產生暴雨主要在低渦的前部西南風與東南風的暖切變明顯處和低渦西北部偏東風暖平流處（回流天氣造成黑龍江省東部暴雨）。由于Ω型流場維持時間較長，易造成持續降雨，同時還會有短時強降水。

低渦型暴雨的V-3θ特征：

2013年6月29日-7月5日的一次東北低渦系統，在黑龍江中西部維持直至衰亡，造成較大范圍量級的降水。在冷渦中心西南部有干切入，偏南部的暖濕急流帶來豐沛水汽輸送，這是冷渦活動過程中產生暴雨的主要因素。冷渦西南部干冷空氣和冷渦偏南部暖濕急流交界地區降水量級較大，一般為發生暴雨的主要地區。

（1）存在明顯的超低溫現象。

（2）在非均勻結構上，在不同高度上三條θ線都存在折拐。

（3）水汽條件上，低渦型暴雨的相對濕度較好，θsed與θ*之差較小。

（4）在垂直風場上，對流層中低層出現三四象限的風向，風向從偏東風到偏西風，對流層中層為偏西風，底層以偏南風為主，對流層高層為西北風，整體表現為風速迅速增大，為順滾流。直到2013年7月3日-4日，此種結構特征逐漸消失，降水過程漸趨結束。

2.4 溫帶氣旋型暴雨

臺風一般不直接影響我省，而是在北上的過程中變性成溫帶氣旋進入我省，給我市帶來暴雨天氣。這種類型強降水主要分布在氣旋中心，并與其移動路徑和強度有關。一般情況下：變性臺風在副熱帶高壓西側沿偏南氣流北上時，冷空氣的補充，促使變性臺風加強，蒙古國西風槽和變性臺風的結合，導致降水進一步加強，暴雨去主要位于變性臺風中心和北部的東南與東北風輻合區內。東北與西北輻合區也有較大暴雨。

溫帶氣旋型暴雨的V-3θ結構特征：

（1）在V-3θ結構圖中，有弱的逆溫層存在，在925hPa層以上，T軸與θ*和θsed夾角大約為90°，θ線有明顯向左折的趨勢并存在拐點，θ*和θsed的距離小于10K，表明上空濕度大即水汽非常充沛。

（2）存在超低溫結構，順滾流呈西北式，高空存在東北氣流，可據此判斷為臺風外圍地區的暴雨。除了垂直風的出現不利于暴雨的形成，其余的條件均有利于暴雨的發生。

2.5 副熱帶高壓與西風帶低槽共同作用下形成的暴雨

夏季，若西太平洋副熱帶高壓處于穩定或加強的狀態，就會對東移或靠近的西風帶低槽產生阻擋，使得副熱帶高壓西北側的暖濕空氣與冷空氣相遇，形成穩定的輻合流場，產生強降水。西南氣流提供大量水汽和能量來源，西風帶冷空氣則是潛熱釋放的觸發機制。西太平洋副熱帶高壓穩定且位置偏北，脊線在30-35°N附近，副熱帶高壓主體成帶狀（或塊狀）。歐洲存在穩定的阻塞高壓，隨著西風帶低槽的東移，烏拉爾山東部的主體冷空氣分裂出一部分隨著西風帶到達東亞，與副熱帶高壓西側的暖濕空氣相遇，在交綏處產生暴雨。

溫帶氣旋型暴雨的V-3θ結構特征：

（1）在V-3θ結構中，有超低溫的現象存在。

（2）在V-3θ的非均勻結構上，T軸與θ*和θsed成準直角或鈍角，θ隨高度的增加有左拐現象出現。

（3）在垂直方向上，相對濕度分布是上干下濕或這在中間的某一層濕度值較大，由此造成了暴雨分布的不均勻現象。垂直風向上，底層一般是偏南氣流，高層一般為偏北氣流，整體呈現為順滾流。

3 小結

（1）V-3θ結構圖分析方法在綏化市的5種主汛期突發性強降水的預報中有實際應用意義。

（2）綏化市主汛期突發性強降水的各種暴雨類型，均有各自的V-3θ結構的基本特征，在此基礎上，還體現在不同季節、不同影響系統下，水汽條件和風的垂直分布、V-3θ結構圖上的非均勻結構都有各自的特點。

（3）利用V-3θ結構圖可提前6h-24h在大氣能量結構、上層的超低溫、風矢、水汽及不穩定能量的垂直分布上揭示災害性天氣的轉折性變化。

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