遵義市一次局地大暴雨過(guò)程診斷分析

楊 熠，劉 博，謝和林

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563000；2.天津市氣象臺(tái)，天津 300074)

遵義市一次局地大暴雨過(guò)程診斷分析

楊 熠1，劉 博2，謝和林1

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563000；2.天津市氣象臺(tái)，天津 300074)

利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP1°×1°再分析資料及多普勒雷達(dá)產(chǎn)品等資料,從影響系統(tǒng)、鋒面特征、層結(jié)條件、水汽分布、地形等方面對(duì)2015年8月11日至8月12日遵義東部局地大暴雨過(guò)程的成因進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：遵義市上空高空槽移動(dòng)比低層切變線快，有利于對(duì)流性天氣的發(fā)生，且鋒生作用也增強(qiáng)了高空槽的動(dòng)力抬升能力；“口袋式”的地形、輻合線的生成并增強(qiáng)對(duì)降水效率的提高有正貢獻(xiàn)；不穩(wěn)定的大氣層結(jié)、足夠的水汽供應(yīng)和恰當(dāng)?shù)乃麉R聚均表明遵義市東部有產(chǎn)生強(qiáng)降水的物理機(jī)制；并且通過(guò)分析雷達(dá)資料，預(yù)報(bào)員能夠較好地辨別出輻合線的位置和強(qiáng)度，有利于開(kāi)展氣象服務(wù)。

大暴雨；鋒生；輻合線；降水效率

1 引言

遵義市近幾年來(lái)，不管是2013年6月9日的全市區(qū)域性暴雨，還是2014年習(xí)水縣“8.11”局地性暴雨[1]，給遵義人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失。雖然有許多學(xué)者對(duì)遵義市暴雨預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，但大暴雨落區(qū)和量級(jí)預(yù)報(bào)仍然困擾著預(yù)報(bào)員，如果能做到提前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)強(qiáng)降雨量級(jí)和落區(qū)，那么，我們就能為決策者提供科學(xué)的決策依據(jù)，在防災(zāi)減災(zāi)工作安排部署中做到早轉(zhuǎn)移、早預(yù)防、零傷亡，將人民生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低。所以，本文對(duì)2015年8月11—12日遵義東部局地大暴雨過(guò)程形成原因進(jìn)行診斷分析，希望為遵義大暴雨預(yù)報(bào)提供一定依據(jù)。

2 降水實(shí)況

2015年8月11日08時(shí)—12日08時(shí)(北京時(shí)，下同)遵義市出現(xiàn)9鄉(xiāng)鎮(zhèn)大暴雨，26鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨，暴雨區(qū)域主要集中在遵義東部(見(jiàn)圖1a)。最大累計(jì)雨量為181.1 mm，出現(xiàn)在湄潭縣馬山鎮(zhèn)，最大小時(shí)雨量為58.9 mm，出現(xiàn)在湄潭縣復(fù)興鎮(zhèn)。由圖1b可知，持續(xù)性的強(qiáng)降雨是馬山鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨的重要原因，馬山鎮(zhèn)的主要降水時(shí)段發(fā)生在12日02—06時(shí)，小時(shí)雨量多在25 mm以上，其中，02—03時(shí)雨量最大，達(dá)到36.2 mm。

圖1 2015年8月11日08時(shí)—12日08時(shí)遵義市累計(jì)雨量(a)及湄潭馬山鎮(zhèn)主要降水時(shí)段小時(shí)雨量(b)Fig.1 Cumulative rainfall in Zunyi(a) and rainfall in the main precipitation period at Mashan town(b) from 08∶00 August 11, 2015 to 08∶00 August 12, 2015(BJS,the same below)

3 影響系統(tǒng)分析

由2015年8月11日20時(shí)實(shí)況可知(圖略)，西太平洋副熱帶高壓西伸到了青藏高原以西，副高主體位于30°N以南，在河套平原上空有一低渦系統(tǒng)，其高空槽從河套南部延伸至貴州西北部，槽后有冷平流，有利于槽加深發(fā)展[2]；700 hPa和850 hPa在貴州西部邊緣有一切變線，遵義市東部主要受東北氣流和西南氣流影響；地面上貴州西部有一輻合線。到了12日08時(shí)，高空槽往東南方向移動(dòng)至湘黔交界處，低層切變線穩(wěn)定不變，地面輻合線消失。由此可見(jiàn)，遵義市上空高空槽移動(dòng)比低層切變線快，為對(duì)流性天氣的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)流背景。

4 局地大暴雨形成的物理機(jī)制

4.1 鋒面特征分析

由圖2a可知，12日02時(shí)，106.5°～108°E、700～900 hPa之間存在一條θse高能舌和低能舌的匯合帶，有明顯的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)[3]，說(shuō)明在遵義市中東部有鋒面存在。

鋒生函數(shù)可以從定量的角度來(lái)分析具體的天氣現(xiàn)象、氣象要素的變化狀況[4]。在僅考慮水平與垂直鋒生而忽略非絕熱加熱作用時(shí)，濕絕熱過(guò)程中的鋒生函數(shù)表述如下[5]：

圖2 2015年12日02時(shí)沿28°N的θse(a,實(shí)線，單位：℃ )和風(fēng)場(chǎng)經(jīng)度—高度剖面圖和925 hPa 鋒生函數(shù)(b,單位：10-9K·m-1·s-1) ☆：馬山鎮(zhèn)(下同)Fig.2 Theta se (a,solid line ,Unit:℃ )and wind field longitude - height profile along the 28°N and frontogenesis function (b,Unit:10-9K·m-1·s-1) in the 925 hPa at 02∶00 May 12，2015 ☆：Mashan town(The same below)

F=

通過(guò)上式計(jì)算遵義市925 hPa的鋒生函數(shù)發(fā)現(xiàn)，在12日02時(shí)，遵義西部地區(qū)F為負(fù)值區(qū)，有鋒消作用，除此之外別的地方均為正值區(qū)，有鋒生作用(圖 2b)。其中，鋒生高值中心位于遵義市中部和東北部，而大暴雨區(qū)域F值為4×10-9K·m-1·s-1。綜上所述，遵義市東部有鋒面形成且鋒生，這就可使高空槽在移動(dòng)過(guò)程中所觸發(fā)的動(dòng)力抬升作用變得更強(qiáng)。

4.2 層結(jié)條件分析

在大暴雨關(guān)鍵區(qū)選馬山鎮(zhèn)作為代表，由圖3可知，8月 11日 20時(shí)，從800～200 hPa始終維持著飽和的水汽層結(jié)，濕層比較深厚，800 hPa以下風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有暖平流，有利于對(duì)流發(fā)生；12日08時(shí)，500～300 hPa之間出現(xiàn)了未飽和層結(jié)，表明有干冷空氣入侵，這就使得原本不穩(wěn)定的層結(jié)變得更不穩(wěn)定；而整個(gè)時(shí)間段內(nèi)馬山站的大氣可降水量和K指數(shù)都維持在52 mm和38 ℃以上，均指向遵義市東部有利于產(chǎn)生對(duì)流性降水的不穩(wěn)定層結(jié)。

圖3 馬山鎮(zhèn)斜溫圖：(a)8月11日20時(shí)，(b)8月12日08時(shí) (綠線：相對(duì)濕度隨高度的變化曲線；藍(lán)線：露點(diǎn)溫度隨高度的變化曲線；黑線：狀態(tài)曲線；紅線：層結(jié)曲線)Fig.3 Gradient temperature figure at Mashan town:(a)at 20∶00 August 11,(b)at 08∶00 August 12

4.3 水汽條件分析

12日02時(shí)，遵義市700 hPa高度上來(lái)自孟加拉灣的水汽輸送明顯(圖4a)，大部分地區(qū)水汽輸送>6g·cm-1·hPa-1·s-1；貴州省的東北部有個(gè)水汽通量輻合中心(圖4b)，強(qiáng)度<-2×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，馬山鎮(zhèn)處于水汽輻合區(qū)域內(nèi)。到12日08時(shí)，遵義市上空水汽輸送只是略有減弱(圖略)，但馬山鎮(zhèn)卻是位于水汽通量輻散區(qū)域內(nèi)，不利于水汽的匯聚?？梢?jiàn)，源自孟加拉灣的水汽輸送保證了此次大暴雨過(guò)程所需的水汽供應(yīng)，遵義市東部處于水汽輻合區(qū)附近則有利于水汽匯聚于此，這樣才使該地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水變得有可能。

4.4 地形影響

通過(guò)分析遵義市地形分布(圖略)，100 mm以上的大暴雨區(qū)四周除南側(cè)外，其余地方的海拔都比其高，高度差大約是50～150 m之間，所以，當(dāng)風(fēng)吹入這種“口袋式”的地形后，有利于風(fēng)形成繞流，產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)[6]。結(jié)合暴雨過(guò)程雨區(qū)分布圖看(圖1a),表明這種地形對(duì)降水效率的提高有正貢獻(xiàn)。

5 雷達(dá)資料分析

5.1 組合反射率

根據(jù)雷達(dá)組合反射率逐時(shí)演變圖來(lái)看(圖略)，01時(shí)，湄潭北部、鳳岡西部分布有片狀混合降水回波，回波強(qiáng)度普遍在20～35 dBz，發(fā)生大暴雨區(qū)域的上空有回波強(qiáng)度>30 dBz對(duì)流單體生成；03時(shí)，對(duì)流單體強(qiáng)度減弱；但是在04時(shí)10分(圖5)，又有3個(gè)獨(dú)立的單體出現(xiàn)，編號(hào)從左到右依次為1、2、3號(hào)；04時(shí)41分，1、2號(hào)單體合并成4號(hào)，3號(hào)單體也發(fā)展加強(qiáng)，回波中心強(qiáng)度增強(qiáng)達(dá)45 dBz；04時(shí)57分，3號(hào)和4號(hào)單體開(kāi)始進(jìn)行合并，回波中心強(qiáng)度普遍在35～45 dBz，回波強(qiáng)核面積增大，合并后的回波在產(chǎn)生大暴雨區(qū)域上空維持了半個(gè)多小時(shí)；05時(shí)32分，回波整體開(kāi)始東移；06時(shí)15分，回波整體逐步移出湄潭境內(nèi)，降水過(guò)程逐步減弱，趨于結(jié)束。根據(jù)觀測(cè)資料顯示，在單體合并且回波最強(qiáng)的兩個(gè)階段大暴雨區(qū)域最大小時(shí)雨強(qiáng)分別為35.2 mm/h(05時(shí))和58.9 mm/h(06時(shí))。

圖4 2015年11日18時(shí)(世界時(shí))遵義市700 hPa水汽通量(a，單位：g/(cm·hPa·s))和水汽通量散度(b，單位：10-8g/(cm2·hPa·s))Fig.4 700hPa water vapor flux(a,Unit: g/(cm·hPa·s))and water vapor flux divergence (b,Unit:10-8g/(cm2·hPa·s))in Zunyi at 18∶00 August 11，2015(UTC)

圖5 2015年8月12日04—05時(shí)強(qiáng)降雨雷達(dá)組合反射率演變圖(0.5°仰角，紅色橢圓區(qū)域?yàn)榇蟊┯曷鋮^(qū)位置)Fig.5 The evolution of radar composite reflectivity from 04∶00 to 05∶00 August 12,2015(BJS,the same below)

5.2 徑向速度

從12日01—06時(shí)徑向速度逐小時(shí)演變圖來(lái)看(圖略)，04時(shí)41分，在湄潭東北部低層有輻合線生成；04時(shí)57分，輻合線影響范圍變大，但基本沒(méi)移動(dòng)；05時(shí)32分，向著雷達(dá)的風(fēng)速增強(qiáng)，說(shuō)明輻合線在發(fā)展，輻合強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)(圖6)；06時(shí)15分風(fēng)速開(kāi)始減小，即輻合強(qiáng)度減弱。

由此可以看出，小時(shí)雨強(qiáng)較強(qiáng)的時(shí)段也就是輻合線生成發(fā)展的那個(gè)時(shí)段，那么，輻合線出現(xiàn)且增強(qiáng)為降水效率的增加提供了正貢獻(xiàn)。

圖6 2015年8月12日05時(shí)32分1.5°仰角徑向速度圖Fig.6 1.5 ° Angle radial velocity diagramat at 05∶32 August 12,2015

6 結(jié)論

①本次大暴雨過(guò)程25 mm/h 以上的強(qiáng)水維持達(dá)5 h，雨強(qiáng)大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)是大暴雨形成的重要原因。遵義市上空出現(xiàn)的前傾槽型式，為對(duì)流性天氣的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)流背景。

②鋒面的形成且鋒生，增強(qiáng)了高空槽在移動(dòng)過(guò)程中所觸發(fā)的動(dòng)力抬升作用；不穩(wěn)定的大氣層結(jié)、足夠的水汽供應(yīng)和恰當(dāng)?shù)乃麉R聚都證明遵義市東部有產(chǎn)生強(qiáng)降水的物理機(jī)制。

③“口袋式”的地形、輻合線的生成并增強(qiáng)對(duì)降水效率的提高有正貢獻(xiàn)，夯實(shí)了大暴雨出現(xiàn)的基礎(chǔ)。另外，從雷達(dá)組合反射率和徑向速度圖上，能夠較好地辨別出輻合線的位置和強(qiáng)度。

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DiagnosticAnalysisofaLocalRainstormProscessinZunyi

YANG Yi1，LIU Bo2，XIE Helin1

(1.Zunyi Meteorological Office,Guizhou,Zunyi,563000; 2.Tianjin Meteorological Observatory, Tianjin 300074)

A heavy rainstorm process took place in Zunyi from August 11 to 12 in 2015.By using conventional observation data,NCEP 1°×1°reanalysis data and radar echo data, the rainstorm process is analysed. The results indicate:(1)The precipitation more than 25mm/h maintained up to 5h,which made konwn that strong rainfall and long duration were the most important reasons for the formation of heavy rainstorm.The titled trough pattern over the Zunyi area provided a favorable circulation background.(2)The front formation and frontogenesis，which enhanced dynamic uplifting .Unstable atmosphere,water vapor transportation and proper water vapor collection showed that the eastern part of Zunyi had the physcial mechanism of heavy rainstorm. (3)The “pocket” topography ,formation and enhancement of the convergence line had a positive contribution to the improvement of precipitation efficiency,and reinforce the foundation of heavy rainstorm.In addition, the position and intensity of convergence line could be well distinguished from radar combination reflectivity and radial velocity map.

heavy rainstorm; frontogenesis; convergence line;precipitation efficiency

1003-6598(2017)05-0046-05

2017-04-05

楊熠(1990-)，女，助工，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)工作，E-mail:598218366@qq.com。

遵義市氣象局青年基金科研項(xiàng)目(QN[2017]03)：西太平洋副高位置與黔北暴雨的相關(guān)性研究。

B