德宏一次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程分析*

湯歆婷，李慧芹

(1.云南省瑞麗市氣象局，云南 瑞麗 678600；2.云南省德宏自治州氣象局，云南 芒市 678400)

德宏一次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程分析*

湯歆婷1，李慧芹2

(1.云南省瑞麗市氣象局，云南 瑞麗 678600；2.云南省德宏自治州氣象局，云南 芒市 678400)

該文應(yīng)用常規(guī)探空資料、地面氣象資料以及多普勒天氣雷達(dá)資料，從中尺度分析、雷達(dá)組合反射率演變特征、徑向速度場(chǎng)、垂直累積液態(tài)水含量(VIL)等方面，對(duì)2016年8月27日德宏短時(shí)強(qiáng)降水天氣進(jìn)行分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)：①?gòu)?qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前近地層水汽充足，低層存在一定的垂直風(fēng)切變，大氣層結(jié)屬于條件不穩(wěn)定，中尺度輻合線、干線的抬升作用觸發(fā)對(duì)流發(fā)展；②導(dǎo)致短時(shí)強(qiáng)降水的多單體風(fēng)暴由外地移來(lái)的回波與本地塊狀回波聚合加強(qiáng)而來(lái)；③邊界層入流急流是形成短時(shí)強(qiáng)降水的根本原因，它導(dǎo)致了低層中尺度輻合，與回波的聚合和發(fā)展存在緊密聯(lián)系；④強(qiáng)降水過(guò)程中VIL與降水量具有相同的變化趨勢(shì)，并存在一定的提前量。

短時(shí)強(qiáng)降水；入流急流；垂直累積液態(tài)水含量

1 引言

短時(shí)強(qiáng)降水指1 h雨量≥20 mm或3 h雨量≥50 mm的降水事件[1]。短時(shí)強(qiáng)降水作為一種常見的災(zāi)害性天氣，具有突發(fā)性強(qiáng)、降水集中、歷時(shí)短且局地性強(qiáng)、預(yù)報(bào)難度大的特點(diǎn)，常常引發(fā)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，造成人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重大損失。加強(qiáng)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的分析研究及監(jiān)測(cè)預(yù)警具有非常重要的意義，對(duì)此很多專家做了大量的研究工作。俞小鼎[1]對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的主要思路和方法進(jìn)行了綜述。郝瑩[2]等建立了短時(shí)強(qiáng)降水的三種概念模型，總結(jié)出有利于其發(fā)生的大尺度影響系統(tǒng)。彭九慧[3]等細(xì)致分析了強(qiáng)降水開始前和強(qiáng)降水期間的多普勒雷達(dá)特征。喬琪[4]、賀長(zhǎng)春[5]等對(duì)云貴高原特殊地理背景下的短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行了診斷分析。這些研究都得出了一些有益的結(jié)論，對(duì)實(shí)際工作有顯著的指導(dǎo)意義。在此基礎(chǔ)上，本文應(yīng)用常規(guī)探空、地面氣象資料以及多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)德宏2016年8月27日發(fā)生的一次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)，為做好短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)警提供有用的參考。

2 降水實(shí)況

圖1 2016年8月27日03—09時(shí)德宏短時(shí)強(qiáng)降水分布Fig.1 Short duration precipitation distribution

2016年8月27日03—09時(shí)，德宏1個(gè)縣級(jí)測(cè)站、16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水(圖1)，最強(qiáng)降水出現(xiàn)在芒市，07時(shí)雨量52.5 mm，累計(jì)降水72.0 mm，極大風(fēng)速12.2 m/s。強(qiáng)天氣造成芒市多地遭受洪澇災(zāi)害，致使2 101人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積52.46 hm2，造成房屋、家電、交通工具不同程度受損。

3 天氣背景

2016年8月26日20時(shí)500 hPa高空?qǐng)D，副高勢(shì)力強(qiáng)盛，588線北抬至35°以北，大陸高壓中心位于青藏高原東部，德宏處于其南側(cè)，有東北風(fēng)、東南風(fēng)輻合，風(fēng)速12 m/s，孟灣西北部熱帶風(fēng)暴活躍(圖略)。700 hPa上，怒江—臨滄為一準(zhǔn)南北走向的切變線(圖略)。

圖2 2016年8月26日20時(shí)云南中尺度分析Fig.2 Mesoscale analysis at 20∶00, August 26th, 2016 (棕色箭頭表示700 hPa顯著流線；藍(lán)色箭頭表示500 hPa顯著流線；棕色雙實(shí)線表示700 hPa切變線；黃色虛線表示700 hPa與500 hPa溫度差，從16 ℃起間隔2 ℃分析；綠色線段表示地面溫度露點(diǎn)差，數(shù)值為5 ℃；綠色陰影表示雨區(qū)；黑色線段表示地面輻合線；點(diǎn)劃線表示干線。)

對(duì)2016年8月26日20時(shí)環(huán)境場(chǎng)進(jìn)行中尺度分析(圖2)，滇西地區(qū)T700-500≥18 ℃，大氣層結(jié)條件不穩(wěn)定。云南中低層存在東北—西南走向的大風(fēng)速帶，且500 hPa顯著流線位于700 hPa顯著流線北側(cè)。在700 hPa顯著流線出口前側(cè)、500 hPa顯著流線的下方，低層風(fēng)具有明顯的氣旋式切變。由風(fēng)向切變、風(fēng)速輻合，可以確定700 hPa切變線附近為低層最大輻合區(qū)，對(duì)流通常在對(duì)流層低層的強(qiáng)輻合區(qū)附近發(fā)生和發(fā)展，芒市位于輻合區(qū)內(nèi)。芒市北側(cè)的干線兩側(cè)露點(diǎn)溫度相差10 ℃，水平濕度不連續(xù)也能引起大氣層結(jié)不穩(wěn)定，由于干線具有自身垂直環(huán)流，可導(dǎo)致強(qiáng)烈的對(duì)流風(fēng)暴，是對(duì)流的觸發(fā)機(jī)制之一。大理—昆明、臨滄—普洱各有一西北—東南走向的地面輻合線，輻合線附近已出現(xiàn)降水，芒市被Td≤5 ℃的濕舌覆蓋，近地層水汽條件有利于強(qiáng)降水的形成。

圖3 2016年8月26日20時(shí)騰沖探空站T-lnP圖Fig.3 T-lnP map of Tengchong air sounding station at at 20∶00, August 26th, 2016

結(jié)合T-lnP圖(圖3)，近地層相對(duì)濕度≥80%，水汽條件較好，500 hPa附近相對(duì)濕度≥80%，中層高濕有利于雷暴生成發(fā)展。自由對(duì)流高度LFC為585.8 hPa，對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)海拔約3 850 m左右，芒市海拔807～2 377 m，相對(duì)高度不高，適當(dāng)?shù)臄_動(dòng)下即可觸發(fā)對(duì)流釋放能量。0～3 km垂直風(fēng)切變12 m/s，方向東南，垂直風(fēng)切變是有組織強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵條件。

對(duì)流有效位能CAPE對(duì)于氣塊抬升具有積極作用，CAPE值越高，氣塊達(dá)到自由對(duì)流高度以后能夠獲得的動(dòng)量越大。而對(duì)流抑制能量CIN對(duì)于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的情況往往是具有一較為合適的值：太大，抑制對(duì)流程度大，對(duì)流不容易發(fā)生；太小，不穩(wěn)定能量不容易在低層積聚，對(duì)流調(diào)整易發(fā)生，從而使對(duì)流不能發(fā)展到較強(qiáng)的程度。26日08時(shí)，騰沖探空資料顯示CAPE值30.3 J/kg，CIN值327.3 J/kg，26日20時(shí)，CAPE值168.2 J/kg，CIN值244.9 J/kg。CAPE明顯增大，CIN逐漸減小，表明大氣能量積累并集中釋放。

綜合以上分析，水汽條件較好，大氣層結(jié)條件不穩(wěn)定且存在較高的可釋放能量，抬升條件有低空切變線、地面輻合線、干線作為觸發(fā)機(jī)制，同時(shí)低層存在一定的垂直風(fēng)切變，強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展條件全部得到滿足[6、7]。

4 多普勒雷達(dá)分析

4.1 組合反射率演變特征

圖4 組合反射率演變Fig.4 combination flection factor chart of Doppler radar

04時(shí)04分雷達(dá)回波觀測(cè)到兩個(gè)中-β系統(tǒng)，颮線A位于雷達(dá)南側(cè)，中心最大回波強(qiáng)度50～55 dBz，頂高為14～14.5 km，向西北方向移動(dòng)；颮線B位于雷達(dá)東側(cè)，中心最大回波強(qiáng)度45～50 dBz，頂高14～14.5 km，向西移動(dòng)。颮線A、B近似垂直于環(huán)境場(chǎng)低層垂直風(fēng)切變，有利于颮線內(nèi)風(fēng)暴單體長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展維持[8、9]。颮線A、B在移動(dòng)過(guò)程中回波帶寬度加大，結(jié)構(gòu)逐漸失去組織性，颮線A北端出現(xiàn)后向傳播的強(qiáng)風(fēng)暴S1。芒市位于颮線B向西移動(dòng)的一側(cè)，04時(shí)44分出現(xiàn)局地的對(duì)流云團(tuán)S2，05時(shí)18分S2發(fā)展為中心最大回波強(qiáng)度達(dá)53 dBz的多單體風(fēng)暴，接著S1、S2進(jìn)入消亡期，回波頂降低，中心最大回波強(qiáng)度降至48 dBz以下。05時(shí)57分3個(gè)減弱的系統(tǒng)對(duì)流云團(tuán)S1、S2、颮線B在芒市合并為多單體風(fēng)暴S，生命期延長(zhǎng)，能量集中，回波中心強(qiáng)度增至50 dBz，強(qiáng)回波范圍擴(kuò)大，并向西緩慢移動(dòng)。06時(shí)31分風(fēng)暴開始減弱，主體移過(guò)芒市。根據(jù)5 min雨量統(tǒng)計(jì)，06時(shí)-06時(shí)30分芒市測(cè)站降水44.8 mm。

4.2 徑向速度場(chǎng)分析

圖5 06∶03 0.5°仰角徑向速度場(chǎng)(a)，放大窗口(b)Fig.5 radial velocity(a),enlarged drawing(b)

從徑向速度場(chǎng)(圖5a)上來(lái)看，2 km以下零速度線呈內(nèi)“弓”型，表明低層為匯合型流場(chǎng)[10]，存在一條中尺度輻合線。颮線B后側(cè)的東南風(fēng)入流急流不斷增強(qiáng)，至06時(shí)03分急流核最大風(fēng)速達(dá)24.9 m/s以上，出現(xiàn)速度模糊。多單體風(fēng)暴S可分析出多個(gè)輻合速度對(duì)(圖5b)，截取最強(qiáng)單體的速度剖面圖(圖6)分析發(fā)現(xiàn)，邊界層存在入流急流，導(dǎo)致低層的中尺度輻合，它與降水回波的匯聚和發(fā)展緊密聯(lián)系，是形成短時(shí)強(qiáng)降水的根本原因。同時(shí)低層輻合高層輻散的配置，有利于風(fēng)暴的維持和發(fā)展。

圖6 06∶03風(fēng)暴S最強(qiáng)單體速度剖面圖Fig.6 velocity profile

4.3 垂直累積液態(tài)水含量(VIL)

圖7 VIL及降水量時(shí)間演變特征Fig.7 variation of vertically integrated liquid water and precipitation

05時(shí)35分芒市VIL值在5 kg/m2以下，05時(shí)46分出現(xiàn)8 kg/m2的強(qiáng)中心，05時(shí)51分強(qiáng)中心最大值迅速增至16.7 kg/m2。

對(duì)比分析VIL與降水量隨時(shí)間變化曲線(圖7)，發(fā)現(xiàn)VIL與降水量具有相同的變化趨勢(shì)，都對(duì)應(yīng)有一個(gè)波谷和一個(gè)波峰，并且VIL的變化較降水量有一定的提前量。05時(shí)35分 VIL減小至2.9 kg/m2，05時(shí)45 min降水量也開始減小，06時(shí)達(dá)到最小值5 min雨量2.7 mm；05時(shí)40分開始VIL迅速增大，至05時(shí)51分達(dá)到最大16.7 kg/m2，降水量則在06時(shí)10分達(dá)到最大值，5 min雨量10.9 mm。

VIL值的大小能預(yù)測(cè)未來(lái)降水潛力的大小，VIL最大值的出現(xiàn)較降水量最大值的出現(xiàn)有一定的提前量，是判別強(qiáng)對(duì)流天氣造成暴雨、冰雹等災(zāi)害性天氣的有效工具之一[11]。

5 結(jié)論

①此次短時(shí)強(qiáng)降水是在有利的天氣尺度背景下，有較好的水汽條件和不穩(wěn)定條件，由中尺度輻合線觸發(fā)形成的，強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的關(guān)鍵條件是中低層存在一定的垂直風(fēng)切變。

②合適的CIN值為短時(shí)強(qiáng)降水提供了儲(chǔ)備能量。

③從雷達(dá)回波演變特征來(lái)看，此次短時(shí)強(qiáng)降水屬于聚合加強(qiáng)型。受中尺度輻合線影響，外地移來(lái)的回波與本地塊狀回波聚合加強(qiáng)，特點(diǎn)是雨強(qiáng)大，持續(xù)時(shí)間短，1 h雨量主要集中在5個(gè)體掃。

④中低層入流急流導(dǎo)致中尺度輻合，進(jìn)一步導(dǎo)致降水回波的匯聚和發(fā)展，是形成此次短時(shí)強(qiáng)降水的根本原因。

⑤在此次過(guò)程中，VIL與降水量相比，具有相同的變化趨勢(shì)，并存在一定的提前量，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的短臨預(yù)報(bào)預(yù)警具有很好的指示意義。

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Analysis of a short-duration heavy precipitation in Dehong

TANG Xinting1，LI Huiqin2

(1.Ruili Meteorological Observatory,Ruili 678600, China; 2.Dehong Meteorological Observatory,Dehong 678400, China)

The conventional observation data and Doppler weather radar data were used to analyze the short duration precipitation on August 27th, 2016 in Dehong from several aspects, and then draw some conclusions. It is found: (1) Convective weather area was in the environment of conditional instability, and there is enough moisture and vertical wind shear. The environment was in favor of producing and developing severe storm leading to thunderstorm and strong rainfall. Mesoscale convergence line and dry line resulted in rising airflow which made thunderstorm produce and develop. (2) The multi-cell storms that lead to short duration heavy rainfall were enhanced by the echoes from the field and the local echoes. (3)The low-level jet stream is the root cause of heavy precipitation. (4) By comparison, VIL and precipitation had the same varying tendency, and the change of VIL was ahead of the precipitation.

short duration heavy precipitation; jet stream; vertically integrated liquid water content

2017-01-20

湯歆婷(1990—)，女，助工，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)及短臨預(yù)警工作，E-mail:xiaoqishibao@126.com。

1003-6598(2017)03-0056-05

P458.1+21

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