貴州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

楊秀莊，牟克林

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

貴州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

楊秀莊，牟克林

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

該文利用常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料及衛(wèi)星雷達(dá)資料分析了貴州銅仁梵凈山地區(qū)的一次中β尺度大暴雨，本次暴雨尺度小，且降水受地形影響明顯，對(duì)局地性暴雨的研究是一個(gè)比較好的個(gè)例。通過(guò)分析可知，本次暴雨是高空淺槽過(guò)境，弱冷空氣侵入梵凈山地區(qū)以及地形抬升的共同作用，產(chǎn)生強(qiáng)降水，地面有明顯的輻合線，地面、低層水汽含量大值區(qū)為特大暴雨的產(chǎn)生提供了必要的水汽條件。衛(wèi)星云圖、雷達(dá)上表現(xiàn)為一個(gè)較小的對(duì)流單體向西北移動(dòng)到梵凈山地區(qū)后加強(qiáng)發(fā)展，降水增大造成特大暴雨，且降水為淺對(duì)流，云頂高度不高。回波上表現(xiàn)為暖云降水，降水率高，降水強(qiáng)度大。

貴州;中β尺度;特大暴雨;地形抬升

1 引言

暴雨天氣一直是氣象防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)，特別是中小尺度系統(tǒng)引起的局地暴雨及大暴雨天氣，往往造成比較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?；谟^測(cè)事實(shí)，氣象學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，暴雨是在有利的大尺度環(huán)流背景下引發(fā)的中小尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的結(jié)果，直接造成出現(xiàn)暴雨的通常是一些β中尺度天氣系統(tǒng)。近幾年來(lái)，有關(guān)地形在降水過(guò)程中的作用一直是氣象學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，很多專家對(duì)地形誘發(fā)的中尺度系統(tǒng)暴雨進(jìn)行了相關(guān)的研究［1-7］，得出一些比較有用的結(jié)論。譬如孫繼松［1］分析了地形和城市環(huán)流誘發(fā)的中β尺度暴雨，指出地形坡度越大的地方，產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，中尺度系統(tǒng)的水平尺度越小，降水的局地性越強(qiáng)，強(qiáng)度越大;王婷［2］、孫?。?］、孫淑清［4］等都對(duì)引發(fā)暴雨、特大暴雨的中尺度系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的分析。本文選取貴州銅仁地區(qū)一次影響較大的特大暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析其云圖及雷達(dá)回波特征，希望在復(fù)雜地形條件下能更好的利用衛(wèi)星雷達(dá)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)局地的暴雨及特大暴雨。

2 降水特征

2011年9月17日傍晚至18日，貴州銅仁地區(qū)出現(xiàn)中β尺度大暴雨和特大暴雨，范圍主要在梵凈山周圍的印江東部、松桃西部及江口北部，具體時(shí)間為17日18時(shí)-18日06時(shí)，此次降水時(shí)間短、尺度小、降水率高、強(qiáng)度大，最大降水出現(xiàn)在梵凈山為330.8 mm，其次為石梁的223.6 mm，這種局地的短時(shí)強(qiáng)降水是防災(zāi)減災(zāi)關(guān)注的重點(diǎn)。

統(tǒng)計(jì)自動(dòng)站17日18時(shí)-18日06時(shí)12 h降水量可知，12 h降水＞200 mm的有2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分別是梵凈山、石梁，降水量＞100 mm有5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，＞50 mm有6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。降水空間呈不均勻分布，特大暴雨、大暴雨主要分布在梵凈山一帶，暴雨主要分布在梵凈山以東地區(qū)，其余地區(qū)降水很弱。

分析梵凈山、石梁17日18時(shí)—18日18時(shí)逐小時(shí)雨量可知梵凈山的降水分為2個(gè)階段，第1階段從17日20時(shí)開(kāi)始，之后逐漸增大，至18日01時(shí)結(jié)束。第2階段03時(shí)降水重新開(kāi)始，至07時(shí)結(jié)束。第1階段降水率很大，最大降水率59.4 mm/h，為對(duì)流性降水。第2階段降水稍弱，最大降水率也達(dá)28.9 mm/h，也為對(duì)流云或混合云降水。第1階段前5 h的降水就超過(guò)200 mm，說(shuō)明主要的降水時(shí)段為20-24時(shí)。石梁的降水主要從17日21時(shí)開(kāi)始，至18日06時(shí)結(jié)束，大的降水時(shí)段主要在01時(shí)、04-05時(shí)，最大降水率達(dá)45.7 mm/h。盡管梵凈山和石梁都是由強(qiáng)的對(duì)流性降水造成的特大暴雨，但從降水時(shí)段來(lái)看，降水時(shí)段相差較遠(yuǎn)，說(shuō)明影響它們的不是同一個(gè)降水單體。

3 環(huán)流形勢(shì)

圖1為17日20時(shí)高空形勢(shì)分布圖。圖1a為500 hPa的實(shí)況場(chǎng)，從圖中可以看到，在貴州的西部地區(qū)有淺槽，在西風(fēng)帶系統(tǒng)引導(dǎo)下，淺槽向東移動(dòng)，到18日08時(shí)(圖略)淺槽移動(dòng)到江西地區(qū)，淺槽誘發(fā)地面低值系統(tǒng)的產(chǎn)生，有利于地面輻合，這為梵凈山地區(qū)的特大暴雨提供了較好的環(huán)境場(chǎng)。700 hPa和850 hPa從17日20時(shí)—18日08時(shí)一直受偏南氣流控制，這利于南海的水汽可以源源不斷向梵凈山地區(qū)輸送，為暴雨天氣的產(chǎn)生提供較好的水汽條件。925 hPa 17日20時(shí)為偏東氣流，18日08時(shí)轉(zhuǎn)為偏東北氣流，說(shuō)明北方有弱冷空氣南下，從溫度場(chǎng)上看，等溫線也有明顯的南壓，也證實(shí)了這一點(diǎn)。分析本次過(guò)程地面形勢(shì)場(chǎng)的演變可知在銅仁的東部地區(qū)有地面輻合線，輻合線以東受偏東氣流影響，說(shuō)明有弱冷空氣經(jīng)湖南滲透到銅仁地區(qū)，冷空氣勢(shì)力比較弱，到18日05時(shí)，地面輻合線仍然存在，輻合線以東轉(zhuǎn)為偏東北氣流影響，冷空氣勢(shì)力加強(qiáng)，本次過(guò)程就是在這樣的形勢(shì)下發(fā)生的特大暴雨。

圖1 2011 年9 月17 日高空形勢(shì)圖，a、b、c、d 分別為 500hPa、700hPa、850hPa、925hPa

4 溫濕場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)

圖2為懷化站點(diǎn)9月17日20時(shí)T-lnP圖和風(fēng)矢端圖。由于銅仁地區(qū)附近的探空站點(diǎn)懷化最近，故采用懷化站的探空情況大體表示銅仁地區(qū)的層結(jié)情況。T-lnP圖顯示，銅仁東部地區(qū)呈上干下濕的層結(jié)狀態(tài)，濕層從地面一直延伸到500 hPa附近，底層溫度遞減率較小，有一定的CIN，有利于低層水汽和不穩(wěn)定能量的聚積，在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制下，容易引發(fā)對(duì)流。圖中還可以看到懷化站點(diǎn)的CAPE值較大，K=40，各種對(duì)流參數(shù)也利于對(duì)流。從風(fēng)場(chǎng)的情況看，低層為偏東風(fēng)，風(fēng)速較大，到中層轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，垂直風(fēng)切變較大，風(fēng)隨高度呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明低層到中層有暖平流。從中層到高層，風(fēng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為東北偏北風(fēng)，有較強(qiáng)的冷平流，冷平流厚度較厚。從風(fēng)矢端圖上可以更清楚看到風(fēng)場(chǎng)隨高度的演變。這種底層暖濕、高層干冷的層結(jié)屬于位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)。

分析暴雨區(qū)地面風(fēng)場(chǎng)的情況，降水開(kāi)始前，在銅仁東部地面有輻合線，東南風(fēng)較強(qiáng)，從接下來(lái)幾個(gè)時(shí)次的演變情況看，輻合線向西北移動(dòng)，其產(chǎn)生的對(duì)流系統(tǒng)也向西北移動(dòng)。分析暴雨區(qū)地面的露點(diǎn)溫度，可知，地面站點(diǎn)的露點(diǎn)普遍＞20℃，說(shuō)明地面濕度大，水汽相當(dāng)充沛，邊界層輻合容易產(chǎn)生暴雨。850 hPa吹東南氣流，暴雨區(qū)低層及邊界層有較暖濕的氣流從東南向西北吹，地面輻合線在東南氣流引導(dǎo)下向西北移動(dòng)。銅仁地區(qū)海拔高度低，平均為300～400 m左右，但是梵凈山地區(qū)海拔為2 400多米，且坡度大，有利于形成尺度將小的強(qiáng)風(fēng)暴。我們知道，坡度越大，上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，但是產(chǎn)生的風(fēng)暴尺度越小。當(dāng)較強(qiáng)的東南風(fēng)氣流到達(dá)銅仁地梵凈山地區(qū)時(shí)，由于地形的抬升作用，上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生或加強(qiáng)，有利于產(chǎn)生和加強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴。

5 云圖分析

圖3為17日18時(shí)—18日06時(shí)風(fēng)云2E的TBB隨時(shí)間演變圖。圖中顯示，在18時(shí)，銅仁地區(qū)的南部出現(xiàn)了對(duì)流云，云頂亮溫為-10℃，19時(shí)，對(duì)流云在東南風(fēng)的引導(dǎo)下向西北方向移動(dòng)到印江東部地區(qū)，20時(shí)，對(duì)流云停滯少動(dòng)，但迅速發(fā)展增大，云頂亮溫達(dá)-30℃以上，面積也有所擴(kuò)大，說(shuō)明對(duì)流云團(tuán)移到梵凈山地區(qū)時(shí)，由于地形的抬升作用，對(duì)流迅速發(fā)展，云團(tuán)不斷發(fā)展壯大。21-23時(shí)，云團(tuán)仍繼續(xù)發(fā)展，云頂亮溫達(dá)-40℃。由于高層為強(qiáng)的冷平流，以下沉氣流為主，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展到達(dá)中層后，向上發(fā)展變得困難，故對(duì)流云團(tuán)最大TBB為-40℃左右。02-06時(shí)，對(duì)流云團(tuán)減弱，至04時(shí)，基本沒(méi)有出現(xiàn)TBB＜0℃的云系。但是，從地面降水分析，02-04時(shí)，降水仍在持續(xù)，有的地方還出現(xiàn)了較強(qiáng)的對(duì)流性降水，如石梁03-05時(shí)2 h降水接近100 mm，這使得較強(qiáng)的降水沒(méi)有與之匹配的云團(tuán)相對(duì)應(yīng)。分析認(rèn)為，可能有兩方面的原因，一方面降水云系越來(lái)越低，較強(qiáng)的降水為淺對(duì)流性降水，另外一種可能的原因由于對(duì)流云團(tuán)尺度很小，而紅外云圖在貴州地區(qū)的分辨率接近或達(dá)到10 km左右，較低的分辨率無(wú)法監(jiān)測(cè)到降水尺度很小的對(duì)流云圖。

6 雷達(dá)回波分析

此次降水尺度較小，為了更有效地對(duì)中小尺度的降水進(jìn)行探討，我們對(duì)造成強(qiáng)降水的系統(tǒng)進(jìn)行雷達(dá)回波分析。17日17時(shí)，在江口附近，有雷暴單體出現(xiàn)，說(shuō)明剛開(kāi)始時(shí)的雷暴并不是由地形抬升引起的，而是由地面輻合線造成的雷暴單體。17-19時(shí)，雷暴單體不強(qiáng)，降水率也相對(duì)不大，向西北方向移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到梵凈山地區(qū)時(shí)，雷暴單體迅速發(fā)展，回波強(qiáng)度、面積都增大，最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)50dBz，強(qiáng)的回波從20-23時(shí)基本維持在梵凈山一帶，造成了強(qiáng)降水持續(xù)穩(wěn)定的降落在梵凈山，形成特大暴雨。23時(shí)回波開(kāi)始減弱，梵凈山的回波最強(qiáng)只有35 dBz左右，降水也開(kāi)始減弱。分析石梁等鄉(xiāng)鎮(zhèn)第2階段形成的強(qiáng)降水，選取18日03：46分的雷達(dá)回波(圖略)，從圖中可以看到，大的回波區(qū)主要在印江的東面，造成了印江東面幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的暴雨。石梁的強(qiáng)降水卻沒(méi)有有效的監(jiān)測(cè)到，從整個(gè)過(guò)程降水開(kāi)始到結(jié)束，石梁及梵凈上北面的大范圍強(qiáng)降水都沒(méi)有監(jiān)測(cè)到其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)回波。分析認(rèn)為最有可能的原因是三穗雷達(dá)受梵凈山阻擋，雷達(dá)只能掃描到其高仰角的回波，低仰角的不能完全掃描到，平均下來(lái)就造成了這些地區(qū)的雷達(dá)回波強(qiáng)度變?nèi)?，回波?qiáng)度不能有效的反應(yīng)降水真實(shí)的強(qiáng)度，這也是短時(shí)預(yù)報(bào)員經(jīng)常容易疏忽的地方。

一般來(lái)說(shuō)，盡管回波強(qiáng)度達(dá)40dBz，但也沒(méi)有那么大的降水率，但此次降水過(guò)程較強(qiáng)的回波卻出現(xiàn)了很強(qiáng)的降水率，這個(gè)造成降水的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。分析17日21：55分的回波剖面圖(圖略)，較大的反射率因子都在1～4 km高度，而當(dāng)天的探空?qǐng)D上顯示0℃高度約在5 km左右，說(shuō)明降水回波都在0℃層以下，屬于暖云降水，降水率高，從而造成了特大暴雨的產(chǎn)生。

7 結(jié)論和討論

①這次降水過(guò)程尺度小、時(shí)間短、強(qiáng)度大，屬于典型的中β尺度特大暴雨。

②可能的觸發(fā)機(jī)制初步分析為地面弱冷空氣影響銅仁東部，地面風(fēng)場(chǎng)輻合產(chǎn)生對(duì)流云團(tuán)，在東南氣流的引導(dǎo)下移到梵凈山地區(qū)，由于地形的抬升作用加強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)降水。同時(shí)，地面、低層相當(dāng)大的水汽含量為特大暴雨的產(chǎn)生提供了必要的水汽條件。

③衛(wèi)星云圖、雷達(dá)上表現(xiàn)為一個(gè)較小的對(duì)流單體向西北移動(dòng)到梵凈山地區(qū)后加強(qiáng)發(fā)展，降水增大造成特大暴雨，且降水為淺對(duì)流，云頂高度不高。回波上表現(xiàn)為暖云降水，降水率高，降水強(qiáng)度大。

④對(duì)于中小尺度的強(qiáng)降水，由于監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)能力的不足，常常漏報(bào)，如何提高中小尺度強(qiáng)降水的短時(shí)臨近預(yù)警能力、如何提前捕捉這種短時(shí)強(qiáng)降水的風(fēng)壓場(chǎng)信息從而及時(shí)發(fā)出預(yù)警，這些都給短時(shí)臨近預(yù)報(bào)員帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

⑤貴州屬于多山地區(qū)，山體阻擋不僅產(chǎn)生地物雜波，還使得山后的降水回波出現(xiàn)失真，造成真實(shí)的回波遠(yuǎn)大于觀測(cè)到的回波，導(dǎo)致短時(shí)預(yù)報(bào)員容易疏忽，造成漏報(bào)。

［1］ 孫繼松，楊波.地形與城市環(huán)流共同作用下的β中尺度暴雨［J］.大氣科學(xué)，2008，32(6)：1352-1364.

［2］ 王婷，吳池勝，馮瑞權(quán).2005年6月廣東一次暴雨過(guò)程的中尺度對(duì)流系統(tǒng)的數(shù)值研究［J］.大氣科學(xué)，2008，32(1)：184-196.

［3］ 孫健，劉淑媛，陶祖鈺，等.1998年6月8-9日香港特大暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)分析［J］.大氣科學(xué)，2004，28(5)：713-721.

［4］ 孫淑清，周玉淑.近年來(lái)我國(guó)暴雨中尺度動(dòng)力分析研究進(jìn)展［J］.大氣科學(xué)，2007，31(6)：1171-1188.

［5］ 孫繼松.氣流的垂直分布對(duì)地形雨落區(qū)的影響［J］.高原氣象，2005，24(1)：62-69.

［6］ 孫繼松，王華，王令，等.城市邊界層過(guò)程在北京2004年7月10日局地暴雨過(guò)程中的作用［J］.大氣科學(xué)，2006，30(2)：221-234.

［7］ 孫繼松.城市中尺度天氣動(dòng)力學(xué)研究中的一些問(wèn)題［J］.科學(xué)研究月刊，2006，22(10)：8-12.

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B

1003-6598(2012)04-0006-04

2012-01-15

楊秀莊(1983—)，男，工程師，主要從事短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)預(yù)警工作。