一次有臺(tái)風(fēng)影響的廣元市中東部暴雨過程分析

摘 要：利用地面自動(dòng)站降水資料、MICAPS高空實(shí)況資料、雷達(dá)資料和數(shù)值預(yù)報(bào)資料，對2019年7月19日廣元市中東部出現(xiàn)的一次暴雨天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，暴雨過程期間，受高空低值系統(tǒng)和低層暖濕氣流的共同影響，同時(shí)伴隨有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，低層水汽條件和能量條件充沛。臺(tái)風(fēng)在此次過程中的作用，一是阻擋高空低值系統(tǒng)的東移，使影響系統(tǒng)較長時(shí)間維持在暴雨區(qū)；二是臺(tái)風(fēng)北側(cè)偏東風(fēng)氣流將大量水汽源源不斷向暴雨區(qū)輸送。低渦切變線有利于水汽的輻合上升，在不穩(wěn)定的暖濕大氣層結(jié)中，地面弱冷空氣入侵觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放。雷達(dá)特征顯示廣元市中東部為明顯的片狀混合云回波，中心回波強(qiáng)度超過45 dBZ，與強(qiáng)降雨中心落區(qū)一致。此次過程數(shù)值預(yù)報(bào)對形勢的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，對量級(jí)預(yù)報(bào)也有較好把握，但對落區(qū)預(yù)報(bào)較實(shí)況存在一定偏差，僅具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：暴雨；臺(tái)風(fēng)；雷達(dá)回波；低渦切變線；數(shù)值預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）27-0111-04

Abstract： Using the precipitation data of automatic ground stations， MICAPS high-altitude live data， radar data and numerical forecast data， this paper analyzes a rainstorm weather process that occurred in the middle east of Guangyuan on July 19， 2019. The results show that during the rainstorm process， affected by the high-altitude low value system and the low-level warm and humid air flow， there will occur typhoon activity， and the low-level water vapor conditions and energy conditions are abundant. The roles of the typhoon in this process include blocking the eastward movement of the high-altitude low value system， so that the impact system will remain in the rainstorm area for a long time and continuously transporting a large amount of moisture to the rainstorm area from the easterly airflow on the north side of the typhoon. The low vortex shear line is conducive to the convergence and ascent of water vapor. In unstable warm and humid atmospheric structures， the invasion of weak cold air on the ground triggers the release of unstable energy. The radar features show obvious patchy mixed cloud echoes in the central and eastern parts of Guangyuan， with a central echo intensity exceeding 45 dBZ， which is consistent with the central area of heavy rainfall. The numerical forecast of this process is more accurate to the situation and has a good grasp of the magnitude forecast， but there is a certain deviation in the forecast of the falling area compared with the actual situation， which only has a certain reference value.

Keywords： rainstorm; typhoon; radar echo; low vortex shear line; numerical prediction

位于青藏高原東麓的四川盆地地區(qū)，夏季常因高原低值系統(tǒng)東移活動(dòng)發(fā)生暴雨天氣，暴雨是四川地區(qū)夏季的主要災(zāi)害性天氣之一。由于其持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大，常造成山體滑坡、泥石流和洪澇等災(zāi)害，給國民經(jīng)濟(jì)和人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大損失。

持續(xù)性暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件有：穩(wěn)定的大氣形勢、充足的水汽以及對流不穩(wěn)定能量的釋放和再生[1-2]。有不少研究針對臺(tái)風(fēng)和其他天氣系統(tǒng)相互作用并誘發(fā)產(chǎn)生暴雨天氣，取得了有意義的成果[3-13]。朱洪巖等[14]通過數(shù)值研究表明，臺(tái)風(fēng)東側(cè)的水汽向中緯度槽前輸送，可直接影響槽前降水的強(qiáng)度。因此對臺(tái)風(fēng)與青藏高原東側(cè)多種天氣系統(tǒng)相互作用誘發(fā)暴雨的研究，對深入認(rèn)識(shí)廣元地區(qū)產(chǎn)生這類暴雨的原因和提高預(yù)報(bào)水平具有積極意義。

1 過程概況

受高空低值系統(tǒng)和低層暖濕氣流的共同影響，同時(shí)伴隨有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，2019年7月18日20時(shí)至19日20時(shí)廣元市中東部地區(qū)出現(xiàn)了一次大雨到暴雨，局部大暴雨天氣過程，暴雨落區(qū)較為集中，降雨時(shí)段主要出現(xiàn)在18日22時(shí)至19日16時(shí)，全市有16站雨量超過100 mm，87站雨量超過50 mm，54站雨量超過25 mm，最大雨量出現(xiàn)在旺蒼縣棗林鄉(xiāng)153.5 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在19日03時(shí)至04時(shí)蒼溪縣城區(qū)54.4 mm。從小時(shí)雨強(qiáng)來看，此次暴雨過程以對流性降水為主，強(qiáng)降雨時(shí)段分布不均，南部強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在19日01時(shí)至07時(shí)和12時(shí)至14時(shí)，北部主要集中在19日07時(shí)至12時(shí)，小時(shí)雨強(qiáng)20～50 mm。

2 環(huán)流背景與主要影響系統(tǒng)

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

分析此次天氣過程是一次低槽東移型暴雨天氣過程，18日20時(shí)500 hPa亞歐中高緯為“兩槽一脊”的環(huán)流形勢，在貝湖西部有一低渦中心，低渦西部的偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，經(jīng)巴湖至河套的廣大地區(qū)進(jìn)入盆地，高原低槽已東移至甘肅南部至川西高原西北部一線；同時(shí)，此次過程伴隨有東部沿海的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，臺(tái)風(fēng)北部偏東氣流不斷引導(dǎo)暖濕氣流進(jìn)入盆地。19日08時(shí)高空槽東移加深，位于川西高原至云南西部一線，廣元市處于槽前偏南氣流控制之下，臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)略有向北移動(dòng)，對影響廣元的低槽形成阻擋作用，這樣的環(huán)流形勢有利于廣元地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性較強(qiáng)降雨。19日20時(shí)低槽東移至廣元市東部，降雨趨于結(jié)束。

2.2 700 hPa和850 hPa環(huán)流形勢

于波等[15]指出，西南低渦在四川盆地東部長時(shí)間的停滯少動(dòng)是造成暴雨天氣過程的重要原因。此次暴雨過程的主要影響系統(tǒng)是穩(wěn)定維持的低空切變線。7月18日20時(shí)700 hPa，廣元受低渦北部倒槽切變影響，且臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)在東部沿海穩(wěn)定維持，導(dǎo)致切變線在廣元中部持續(xù)時(shí)間較長，非常有利于廣元地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降雨天氣；19日08時(shí)西南渦略有北移，中心大致位于廣元南部，使得廣元地區(qū)的強(qiáng)降水區(qū)域略有北移。18日20時(shí)850 hPa，廣元處于一支偏東氣流和偏北氣流的風(fēng)向風(fēng)速輻合中。直到19日20時(shí)，700 hPa和850 hPa東部海面臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)在北移過程中略有東退，且影響范圍有明顯減弱趨勢，廣元地區(qū)的切變線已東移至東部邊緣，全市大部受偏北氣流控制，降雨結(jié)束。

2.3 地面形勢

地面形勢場反映此次過程地面有弱冷空氣影響。17日晚上四川盆地受高空弱脊控制，有利于不穩(wěn)定能量的積累。18日19時(shí)廣元3 h變壓出現(xiàn)正值，表明有弱冷空氣入侵盆地，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放。18日20時(shí)地面場顯示在青海東部有冷高壓中心，強(qiáng)度較弱，19日04時(shí)地面24小時(shí)變壓場上廣元地區(qū)出現(xiàn)正變壓，有利于強(qiáng)降水天氣的產(chǎn)生和維持。

3 物理機(jī)制討論

3.1 水汽條件

暴雨過程需要豐富的水汽輸送和水汽的輻合[1]。700 hPa和850 hPa上從東部海面至四川盆地東北部形成了一條水汽輸送帶，本次過程的水汽主要就來源于臺(tái)風(fēng)北側(cè)偏東風(fēng)氣流的水汽輸送，雖未達(dá)到急流強(qiáng)度，但源源不斷的水汽在廣元地區(qū)集聚。從本地水汽條件來看，7月18日20時(shí)700 hPa廣元周邊探空站比濕為10～11 g/kg，溫度露點(diǎn)差小于3 ℃，850 hPa比濕為15～17 g/kg，溫度露點(diǎn)差小于2 ℃；到7月19日08時(shí)700 hPa比濕為12 g/kg，溫度露點(diǎn)差小于1 ℃，850 hPa比濕為17～18 g/kg，溫度露點(diǎn)差小于1 ℃，均滿足低槽東移型廣元區(qū)域性暴雨的本地指標(biāo)。

3.2 動(dòng)力條件

在四川暴雨的研究中，李玉蘭等[16]認(rèn)為，穩(wěn)定的天氣形勢下，低層偏東氣流、南方暖濕氣流和北方冷空氣持續(xù)交匯于暴雨區(qū)是主要原因。此次過程中，低渦切變線位于廣元中部，切變線后部有偏北氣流，并伴有冷平流向南移動(dòng)，促使不穩(wěn)定能量釋放。從水汽通量散度分布可知（圖1），在700 hPa和850 hPa廣元地區(qū)均是水汽通量散度的負(fù)值區(qū)，且850 hPa達(dá)到-25 g/（hPa·cm2·s），表明有強(qiáng)烈的水汽輻合，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)對流發(fā)展，同時(shí)低層的暖濕氣流攜帶大量的水汽和熱量不斷往廣元地區(qū)輸送，有利于輻合上升運(yùn)動(dòng)的維持和發(fā)展，促使在廣元地區(qū)形成持續(xù)強(qiáng)降雨。

3.3 能量條件

對流不穩(wěn)定層結(jié)的建立和維持有利于強(qiáng)降雨的發(fā)生和持續(xù)。18日20時(shí)達(dá)州探空站（圖略）顯示有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量，對流有效位能（CAPE）值827.2 J/kg，沙式指數(shù)（SI）為-0.99，反映大氣層結(jié)穩(wěn)定程度的K指數(shù)達(dá)到38.8，濕層深厚，抬升凝結(jié)高度（LCL）和自由對流高度（LFC）均較低，且能量圖呈狹長型，根據(jù)本地預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，這樣的形態(tài)非常有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。19日08時(shí)不穩(wěn)定能量繼續(xù)維持，且有加強(qiáng)的趨勢，有利于強(qiáng)降雨的持續(xù)。

4 雷達(dá)特征

對此次暴雨天氣過程的1.5°仰角反射率因子CR019產(chǎn)品（圖2）分析可知，7月18日夜間22時(shí)青川西部的塊狀回波逐漸發(fā)展成片，同時(shí)在劍閣東部開始有帶狀回波生成；19日00時(shí)57分（圖2（a））青川南部有強(qiáng)回波生成，中心強(qiáng)度超過35 dBZ，開始有局地較強(qiáng)降水出現(xiàn)，此時(shí)在蒼溪、旺蒼和昭化有分散對流云團(tuán)生成并發(fā)展；隨后廣元中東部混合云回波快速加強(qiáng)并逐漸連成帶狀，回波中心強(qiáng)度達(dá)到40～45 dBZ，對應(yīng)此時(shí)有局地大于20 mm/h的強(qiáng)降水出現(xiàn)；03時(shí)32分（圖2（b））片狀強(qiáng)回波主要位于廣元中東部，其中蒼溪縣西部的回波中心強(qiáng)度超過45 dBZ，最大小時(shí)雨強(qiáng)蒼溪縣城區(qū)達(dá)到54.4 mm；此后片狀混合云回波緩慢向西、向北移動(dòng)，07時(shí)03分（圖2（c）），中心強(qiáng)度超過45 dBZ的區(qū)域有所加大；08時(shí)42分（圖2（d））片狀混合云回波主要位于市轄三區(qū)東部和旺蒼縣西部，其中心強(qiáng)度維持在45 dBZ以上；11時(shí)后逐步減弱至30 dBZ以下，維持2 h后全市大部回波迅速減弱，降雨強(qiáng)度也快速減小，但在劍閣縣南部有分散對流回波發(fā)展加強(qiáng)，中心強(qiáng)度超過45 dBZ，個(gè)別站點(diǎn)小時(shí)雨強(qiáng)超過40 mm；之后全市回波進(jìn)一步減弱，直到16時(shí)左右降水回波基本移出廣元市，降雨基本結(jié)束。

5 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

5.1 形勢檢驗(yàn)

總體來看，歐洲細(xì)網(wǎng)格數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（EC-thin）對形勢的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，預(yù)報(bào)的500 hPa低槽東移和臺(tái)風(fēng)北抬，700 hPa低渦切變線在廣元中部長時(shí)間維持，850 hPa切變線東移以及地面弱冷空氣的入侵，都與實(shí)況有較好的一致性。

5.2 降水量檢驗(yàn)

從各家模式以2019年7月17日20時(shí)和18日08時(shí)為起報(bào)時(shí)次預(yù)報(bào)的此次過程24小時(shí)降雨量可知，歐洲數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（EC）7月17日20時(shí)起報(bào)的和中國氣象局?jǐn)?shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（GRAEPS）7月18日08時(shí)起報(bào)的，均預(yù)報(bào)出了此次暴雨過程，但暴雨落區(qū)與實(shí)況相比偏小，均在廣元南部出現(xiàn)漏報(bào)；而西南區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（SWC）表現(xiàn)最差，明顯漏報(bào)了此次過程。從2個(gè)起報(bào)時(shí)次的預(yù)報(bào)調(diào)整來看，較為穩(wěn)定，EC將落區(qū)明顯向南調(diào)整，同時(shí)量級(jí)調(diào)小，而SWC將西部量級(jí)略有調(diào)大。

6 結(jié)論

1）此次暴雨受高原低值系統(tǒng)和低層暖濕氣流的共同影響，同時(shí)伴隨有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，配合在廣元中部穩(wěn)定維持的低空切變線，冷暖氣流交匯，產(chǎn)生強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)對流發(fā)展，對暴雨的發(fā)生發(fā)展和維持十分有利。

2）暴雨落區(qū)的水汽條件和能量條件充沛，本次過程的水汽主要來源于臺(tái)風(fēng)北側(cè)偏東風(fēng)氣流的水汽輸送，高溫高濕的環(huán)境為暴雨的發(fā)生積蓄了大量不穩(wěn)定能量。地面弱冷空氣的侵入使不穩(wěn)定能量得以釋放，導(dǎo)致了強(qiáng)降雨的出現(xiàn)。

3）臺(tái)風(fēng)在此次過程中的作用，一是對高空低值系統(tǒng)的東移形成阻擋作用，使影響系統(tǒng)較長時(shí)間維持在暴雨區(qū)，二是臺(tái)風(fēng)北側(cè)偏東風(fēng)氣流將大量水汽源源不斷向暴雨區(qū)輸送。

4）雷達(dá)特征顯示廣元市中東部有明顯的片狀混合云回波，中心回波強(qiáng)度超過45 dBZ，強(qiáng)降雨中心落區(qū)的南北移動(dòng)與片狀混合云回波的南北移動(dòng)一致。

5）從數(shù)值預(yù)報(bào)來看，EC模式對形勢的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，EC模式和GRAEPS 模式對量級(jí)預(yù)報(bào)也有較好把握，但對落區(qū)預(yù)報(bào)較實(shí)況存在一定偏差，而SWC模式表現(xiàn)最差，明顯漏報(bào)了此次過程。同時(shí)，此次過程有臺(tái)風(fēng)影響，對預(yù)報(bào)結(jié)論也產(chǎn)生了一些不確定因素，在以后的預(yù)報(bào)工作中還要進(jìn)一步加強(qiáng)對有臺(tái)風(fēng)影響的暴雨天氣過程的總結(jié)和研究。

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