花垣縣一次暴雨過程診斷分析

劉戀　周聰　張清超

摘要：本文利用MICAPS分析資料、自動(dòng)站觀測(cè)資料及雷達(dá)資料，通過對(duì)大氣環(huán)流背景及物理量診斷分析2018年6月30～7月1日發(fā)生在花垣縣的一次暴雨天氣過程，結(jié)果表明：高空低槽、中低層切變線是此次暴雨過程的主要影響系統(tǒng)，西南急流低層水汽輸送輻合提供了充足的水汽條件;低層輻合、高層輻散的垂直動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)為此次暴雨的發(fā)生提供了動(dòng)力條件，中低層暖切觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，有利于強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：暴雨;高空低槽;切變線;強(qiáng)對(duì)流

引 言

花垣縣位于湘西土家族苗族自治州西北部，地處云貴高原東部邊緣，湘黔渝交界處，西鄰貴州松桃、重慶秀山，地勢(shì)東南面三面高，北部低，中部緩呈三級(jí)臺(tái)階狀，形成高山臺(tái)地、丘陵地帶和沿河平川三個(gè)臺(tái)階型地貌帶。花垣縣屬于亞熱帶季風(fēng)山地濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣象災(zāi)害頻繁，暴雨、雷電、干旱、冰雹等災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，由氣象災(zāi)害引發(fā)的滑坡、泥石流、山洪等災(zāi)害也相當(dāng)嚴(yán)重，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、人民群眾的生活以及生態(tài)環(huán)境造成較大的影響。暴雨一直以來都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注、研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，氣象學(xué)者經(jīng)過長(zhǎng)期不懈的努力，對(duì)我國(guó)暴雨的研究不斷深入，掌握了解了暴雨天氣氣候規(guī)律，為短期預(yù)報(bào)提供一手背景資料，為決策服務(wù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。本文對(duì)花垣縣一次暴雨過程分布規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行診斷分析，期望能對(duì)花垣縣防災(zāi)減災(zāi)工作提供重要決策依據(jù)。

1 環(huán)流背景及過程概況

2018年6月29日20時(shí)（北京時(shí)，下同），500hPa高空為“兩槽一脊”形勢(shì)，有利于極地冷空氣不斷沿東亞大槽西側(cè)隨西北氣流引導(dǎo)南下，，其中6月30日20時(shí)（圖1）處在500hPa槽后西北氣流影響下，850hPa有暖切，受此切邊影響，花垣縣上空產(chǎn)生降水回波;1日08時(shí)（圖2），形勢(shì)不變，受到穩(wěn)定少動(dòng)中低層暖切影響降水回波持續(xù)生成;1日20時(shí)（圖3）環(huán)流拉平，轉(zhuǎn)為弱脊影響，中低層切邊減弱消失，降水明顯減弱;2日08時(shí)，584南移，中低層有弱切變影響，降水較弱并趨于停止（圖4）。此次過程花垣縣共有十個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨，其中過程最大雨量為84.6㎜，出現(xiàn)在雅橋鄉(xiāng)。

2 雷達(dá)回波特征分析

2.1雷達(dá)資料分析——基本反射率因子

此次降水的特點(diǎn)是雨強(qiáng)不大，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，通過回波強(qiáng)度分析為層狀云和積狀云混合降水回波影響。

從圖中可以看到，30日19時(shí)58分（圖5a）回波開始影響到花垣。21時(shí)08分（圖5b）至22時(shí)00分（圖5c）花垣東邊有一50dBZ中心回波帶存在10個(gè)體掃;22時(shí)05分（圖5d）又起來一個(gè)50dBZ中心回波帶，直到23時(shí)09分（圖5e）此中心一直在往花垣東部移動(dòng)。7月1日00時(shí)13分（圖5f），花垣西北側(cè)形成一條東北西南向強(qiáng)回波帶（40-50dBZ）;受此強(qiáng)回波帶影響，花垣出現(xiàn)較強(qiáng)降水過程;5時(shí)14分（圖5h）回波開始減弱消散;5時(shí)48分（圖5i）回波消散，但是花垣縣西北側(cè)又出現(xiàn)一條南北向回波帶向東發(fā)展移動(dòng)。綜上所述，此次過程回波移動(dòng)緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度較大，不斷生成發(fā)展。

3 衛(wèi)星資料分析

對(duì)于本次積狀云與層狀云降水，紅外衛(wèi)星云圖并不明顯。30日19時(shí)花垣境內(nèi)以低云為主，降水強(qiáng)度不大。30日21時(shí)有云團(tuán)發(fā)展，從云圖上看云不高，但是回波在不斷加強(qiáng)，到7月1日01時(shí)，一東北西南向云帶在發(fā)展，但此時(shí)最強(qiáng)短時(shí)強(qiáng)降水已過，轉(zhuǎn)為穩(wěn)定降水夾雜局地短時(shí)強(qiáng)降水，對(duì)比實(shí)況可知，當(dāng)云圖沒有明顯反應(yīng)，只有淺色低云時(shí)回波正在不斷發(fā)展加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的是云生成發(fā)展的過程，主要的短時(shí)強(qiáng)降水和強(qiáng)回波就發(fā)生在這個(gè)時(shí)段，當(dāng)云發(fā)展旺盛后回波反而趨于減弱，以穩(wěn)定降水為主。

4 水汽條件

對(duì)6月30日20時(shí)至7月1日14時(shí)水汽通量及水汽通量散度場(chǎng)分析可知，30日20時(shí)～7月1日02時(shí)，受西南風(fēng)持續(xù)影響，水汽充沛，且有輻合切變生成，此時(shí)段不斷有回波生成，水汽輻合中心在上空維持，水汽通量散度最小值低于-4×10-5· g·cm-2·hPa-1·s-1。7月1日02時(shí)～08時(shí)，水汽輻合中心向南移動(dòng)，回波持續(xù)穩(wěn)定。08時(shí)～14時(shí)水汽通量散度值明顯增大，并逐漸轉(zhuǎn)為正值，降水隨之減弱、停止。從比濕值（圖略）看，30日20時(shí)～1日20時(shí)700hPa比濕維持在11～12g/kg，達(dá)到暴雨統(tǒng)計(jì)閾值。由此可見，30日20時(shí)至1日08時(shí)有充沛的水汽支持，水汽充足，降水時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)，且強(qiáng)降雨時(shí)段與水汽輻合有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5 動(dòng)力條件

6月30～7月1日，從700hPa的垂直速度和850hPa的風(fēng)場(chǎng)（圖略）分析可知，30日20時(shí)至1日02時(shí)700hPa垂直速度明顯加大，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，有一較強(qiáng)上升中心，其值為-1.2×10-2·hPa·s-1;同時(shí)850hPa有一穩(wěn)定少動(dòng)的暖式切變存在，為降水提供了持續(xù)的動(dòng)力抬升條件。1日02時(shí)至08時(shí)，垂直速度減弱，垂直速度平均為0.4×10-2·hPa·s-1。從散度垂直剖面圖（圖略）也可以看出，在整個(gè)夜間降水時(shí)段，200hPa至500hPa平均散度為正值3 s-1左右，500hPa至925hPa平均散度為負(fù)值-3.5 s-1左右，屬于低空輻合、高空輻散的配置，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持。

6 熱力及不穩(wěn)定條件分析

從不穩(wěn)定條件來看，這次過程不穩(wěn)定能量較大，屬于暖區(qū)降水，降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，部分地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。就不穩(wěn)定能量指數(shù)來看，30日20時(shí)～1日08時(shí)，K指數(shù)在35～38℃之間，有雷暴發(fā)生;抬升指數(shù)LI在整個(gè)降水大的時(shí)段處于-4到-6之間屬于非常不穩(wěn)定，其余時(shí)段處于-3到0屬于不穩(wěn)定;CAPE值較大，主要降水時(shí)段開始前在2000J/kg以上，受中低層暖切影響，不穩(wěn)定觸發(fā)，能量得到釋放，引發(fā)了短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)為80.0mm/h。綜上，此次強(qiáng)降水過程均有較好的能量條件，對(duì)流性天氣以短時(shí)強(qiáng)降水為主，并伴有雷暴。

7數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)

7.1 500hPa高度場(chǎng)檢驗(yàn)

檢驗(yàn)500hPa中低緯環(huán)流場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：EC模式預(yù)報(bào)（24h時(shí)效）對(duì)于6月30～7月1日前后花垣縣發(fā)生強(qiáng)降水時(shí)段的高空槽脊所在位置、強(qiáng)度預(yù)報(bào)基本一致;預(yù)報(bào)副高位置比實(shí)況偏西一點(diǎn);臺(tái)風(fēng)位置預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致。同時(shí)對(duì)比08時(shí)和20時(shí)的預(yù)報(bào)結(jié)論，整體預(yù)報(bào)誤均差較小。

7.2 風(fēng)場(chǎng)檢驗(yàn)

EC模式預(yù)報(bào)對(duì)30日20時(shí)、1日08時(shí)的850hPa風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)基本一致，但是花垣縣北部北部站點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)角度有偏差，實(shí)況為偏東風(fēng)，預(yù)報(bào)為偏東南風(fēng)。對(duì)預(yù)報(bào)切變位置移動(dòng)有所影響，但總體對(duì)切變位置預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。1日08時(shí)，花垣縣北部站點(diǎn)預(yù)報(bào)與實(shí)況也有角度差距，實(shí)況為偏北風(fēng)，預(yù)報(bào)為偏東北風(fēng);對(duì)比降水實(shí)況，此次過程主要就是中低層切變穩(wěn)定少動(dòng)，花垣縣周邊受此切變影響，不斷有回波生成，造成了成片暴雨，以及短時(shí)強(qiáng)降水。

7.3 模式降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

此次過程，以6月30日夜間EC和日本模式12h預(yù)報(bào)結(jié)論作對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明：EC模式預(yù)報(bào)出了花垣縣有大雨的可能，日本模式只報(bào)了小雨，兩家均沒有預(yù)測(cè)暴雨。EC模式對(duì)此次降水有一定的指導(dǎo)意義。

8 小結(jié)

（1）此次暴雨過程主要影響系統(tǒng)為：高空低槽、中低層切變線，要多考慮降水回波持續(xù)在暖式切變附近生成，回波基本不移動(dòng)這一情況。

（2）由于風(fēng)速較小，沒有明顯的引導(dǎo)氣流，導(dǎo)致回波在切變附近不斷生成發(fā)展。此次暴雨過程回波總體特征是移動(dòng)緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度較大，不斷生成發(fā)展

（3）此次強(qiáng)降水過程有充沛的水汽支持，水汽充足，降水時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)，且強(qiáng)降雨時(shí)段與水汽輻合有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（4）此次強(qiáng)降水時(shí)段700hPa比濕值維持在10g/kg以上;850hPa比濕≥12g/kg，低空輻合、高空輻散的配置，非常有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展加強(qiáng)。另外，K指數(shù)38℃以上，抬升指數(shù)為負(fù)值，此次發(fā)生強(qiáng)降水的時(shí)間都有較好的熱力和不穩(wěn)定條件，所以短時(shí)強(qiáng)降水特征明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]花垣縣地方志編纂委員會(huì).《花垣年鑒》.九州出版社，2018年.78-80.

[2]張國(guó)娟，胡伯謙，劉彥華.河北省50余年長(zhǎng)短歷時(shí)暴雨時(shí)空變化特征.南水北調(diào)與水利科技，2010，8（5）：89-91.