方 標，羅曉松，陳關清，楊 群

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

銅仁市2014年5月25日致災大暴雨天氣過程雷達特征分析

方 標，羅曉松，陳關清，楊 群

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

利用常規(guī)天氣圖資料和多普勒雷達資料，從天氣形勢、回波演變、回波垂直結構和回波速度產品4個方面對2014年5月24日—25日貴州省銅仁市致災大暴雨天氣過程進行分析，結果表明：①500 hPa高層副熱帶高壓持續(xù)，貴州北部處于副高外圍，配合中低空低渦切變及低空急流，地面抬升，產生了銅仁自西向東的大暴雨天氣過程。②混合型降水回波內部有多個尺度不等的對流回波形成“列車效應”，造成持續(xù)性暴雨，而對流單體在較短時間內消失則造成了短時強降水。③VIL數(shù)值大的區(qū)域出現(xiàn)大的降水過程的可能性較大。④PPI徑向圖像上，低層輻合高層輻散的風場配置，有利于降水持續(xù)或加強。短歷時強降水出現(xiàn)在逆風區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。⑤風廓線(VWP)產品不同時期特殊結構特征對降水的前夕、發(fā)展及降水末期均有較好的指示作用。

大暴雨；列車效應；輻合輻散；“ND”產品

1 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，氣象災害對經濟社會的影響也越來越大，其中局地性的暴雨往往能夠造成重大災害，山洪、泥石流等由短時強降水引發(fā)的次生災害時有發(fā)生。長期以來，氣象部門一直把對暴雨天氣的研究放在首位，相關的研究和業(yè)務表明多普勒天氣雷達是監(jiān)測局地性暴雨最為有用的工具之一。近年來，有許多專家、學者對暴雨的形成機制進行了大量分析研究[1-3]，但是其中還有很多問題亟待解決。銅仁市地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，地貌以低中山丘陵為主，一次局地性暴雨常常會導致較為嚴重城市內澇、山體滑坡等自然災害。而對銅仁區(qū)域的暴雨研究一直在進行[4-6]，卻多是利用常規(guī)資料進行形勢分析，而利用雷達資料對該區(qū)域的暴雨進行研究寥寥無幾，為此，本文在筆者之前研究的基礎上，采用多普勒雷達資料對2014年5月24日—25日致災大暴雨進行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)了該區(qū)域暴雨產生時多普勒雷達產品的一些新的、特有的性質，以期能夠更好地為今后暴雨天氣提供參考，更好地服務于防災減災工作體系。

2 天氣過程概況與災情

2.1 天氣概況

2014年5月24日夜間到25日貴州省銅仁市出現(xiàn)了入汛以來的第1次大暴雨過程，強降水主要集中在銅仁市西部(石阡縣、思南縣)和東部區(qū)域(江口縣、碧江區(qū))。統(tǒng)計24日20時—25日20時的24 h雨量顯示：全市出現(xiàn)26站大暴雨(最大為江口太坪165.6 mm)，74站暴雨，127站大雨，69站中雨，其中西部區(qū)域強降水時段為25日04—06時，東部區(qū)域強降水時段為05—07時，最大雨強為96.9 mm/h。

2.2 災情信息

此次大暴雨天氣過程，造成銅仁市3人死亡、城區(qū)內澇、大面積供水供電中斷，石阡、江口縣道路交通基本癱瘓，受災人口231 256人，農作物受災10 820hm2，沖毀橋梁12座，公路損毀300多處，造成直接經濟損失33 597萬元。

3 天氣系統(tǒng)分析

從500 hPa天氣圖上，24日08時在貝加爾湖地區(qū)為一寬廣大槽影響，其槽底延伸至川西高原，貴州中北部處于副熱帶高壓外圍西風氣流中，副熱帶高壓588線從24日08時位于貴州南部至24日20時北抬至貴州北部，中高緯貝湖大槽東移南壓，帶動冷空氣南下，重慶南部西南偏西風由12 m/s增大到16 m/s，此時副高外圍偏西南偏西暖濕氣流與北方南下的偏北風冷氣團在貴州北部匯合，導致強對流天氣的發(fā)生。副高在貴州北部南北擺動且維持到25日20時，則銅仁持續(xù)處于副高外圍偏西暖濕氣流中；26日08時副高北抬至重慶南部，銅仁受西北氣流控制，降雨逐漸減弱。

在中低層700 hPa圖上，24日08時貴州省受西南氣流影響，在川東北形成低渦切變，貴陽—懷化—長沙一線存在一西南急流區(qū)，最大達14 m/s，貴州境內溫度露點差均≤2℃，比濕為11～12 g/kg，空氣處于飽和狀態(tài)；到24日20時川東低渦維持，湘北—貴州北部位于低渦東南部切變影響，西南風略有減弱，低渦切變維持到25日08時，銅仁一直處于低渦東南側的切變線中；25日20時低渦東移至湖北西部，貴州為一致的西南風控制輻合切變偏北，銅仁降雨減弱，26日08時低渦減弱，貴州轉為西北氣流控制。

在850 hPa圖上，24日08時貴州省西南至湖北中部為一西南東北向的切變線，在百色—懷化—長沙也形成一低空急流軸，懷化的最大風力達20 m/s，貴州境內溫度露點差均≤1℃，比濕為14～16 g/kg，空氣處于飽和狀態(tài)；24日20時在重慶南部有弱低渦形成，銅仁受低渦東南側的暖切變影響，急流維持；25日08時低渦南壓至銅仁境內，銅仁處于低空急流北側，低渦中心控制區(qū)，降雨加強。直至25日20時切變南壓，轉為東北氣流控制，雨勢才逐漸減弱。

在地面環(huán)流形勢圖上，24日08時貴州處于低壓控制中，其低壓中心為1 007.5 hPa，銅仁午后最高溫達26～28℃，處于高溫高濕的空氣中，北方有從新疆至四川西北路南下的冷空氣影響，一旦冷空氣影響到銅仁地區(qū)，則有利于強對流天氣的發(fā)生。24日20時冷鋒有所東移南壓，貴州中部有地面輻合線形成；25日05時冷鋒南壓至重慶南部一線，銅仁處于冷鋒前，地面暖低壓略西退，此時冷暖空氣在貴州北部交匯，強對流天氣加強。25日14時后冷鋒南壓過銅仁區(qū)域，雨勢則逐漸減弱。

圖1 2014年5月24日20時500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)、地面環(huán)流形勢(d)

綜上所述，造成銅仁市此次特大暴雨天氣過程主要的影響系統(tǒng)是：500 hPa高層副熱帶高壓持續(xù)在貴州中北部，貴州北部處于副高外圍偏西多波動氣流中，中高緯為多槽脊形勢，且有不斷發(fā)展東移的高空槽帶動冷空氣南下影響，配合中低空低渦切變及低空急流，地面冷空氣觸發(fā)抬升作用下，產生了銅仁自西向東的暴雨、局地大暴雨的天氣過程。

4 雷達回波特征分析

4.1 組合反射率演變分析

24日23時31分始(圖略)，在銅仁市石阡西南區(qū)域有層狀云回波進入，回波強度最強在35 dBz左右。該回波沿著西南—東北運動，移動速度約為20 km/h。25日02時41分，之前的回波逐漸發(fā)展演變成為具有4個較強回波中心的混合型降水回波，此時回波最強為47.50 dBz，隨后逐漸演變成為多個強回波單體，這些強回波單體依次經過銅仁市石阡東北部區(qū)域，03時03分起，位于銅仁思南西部的混合型回波自西向東偏南以45 km/h的速度快速移進，從04時19分回波圖可以看到，思南西部區(qū)域與石阡東北區(qū)域的回波聚集、發(fā)展，隨后迅速減弱并移進江口區(qū)域，截止05時29分，石阡東北區(qū)域的回波已轉變成為普通層狀云回波，大部分移出石阡區(qū)域。另一方面，在銅仁市東北區(qū)域的回波在江口區(qū)域加強發(fā)展，從04時19分回波圖可以看出，在江口區(qū)域有3個對流回波單體持續(xù)發(fā)展，并緩慢向東移動，截止05時29分，回波單體演變?yōu)槠胀ń邓夭?，其面積也相應減小，從而造成了銅仁市東部區(qū)域的短時強降水。06時15時，之前的普通降水回波再一次發(fā)展增強并緩慢向東移動，從而造成了碧江區(qū)域的降水過程。因此，造成銅仁大暴雨天氣過程主要是積層混合云降水回波內部有多個尺度不等的對流回波相繼經過暴雨發(fā)生地形成“列車效應”，從而造成持續(xù)性暴雨，并且這些對流單體在較短時間內消失造成了短時強降水。

4.2 回波垂直結構特性

4.2.1 回波頂高 郭艷[7]等在對江西省人工作業(yè)條件指標分析時指出，回波頂高越高，降水的潛力也就越大。跟蹤觀察此次降水過程的回波頂高發(fā)現(xiàn)，回波進入銅仁市區(qū)域內時其回波頂高明顯降低，在04時19分，銅仁市西部區(qū)域的回波頂高最大為14.9 km，而相應區(qū)域的回波強度最強為37.00 dBz，較銅仁東部的回波明顯偏??；相反，銅仁東部區(qū)域的回波強度為最強50.00 dBz，但其回波頂高最高約為9.2 km，而此次最強降水就發(fā)生在該時刻后不久。說明在此次強降水過程中，回波頂高與反射率因子強度呈現(xiàn)明顯的負相關，這是否可作為短時強降水較為直觀的參考因子之一，還有待進一步驗證。

4.2.2 反射率因子剖面 方標[6]等在對銅仁市一次局地大暴雨天氣進行分析時指出，混合型降水回波中如果存在多個對流回波柱，且強回波核位于云體中下部，則可以判斷為有暴雨發(fā)生。由圖2可以看出，在混合型的降水回波中存在2個對流回波柱，水平尺度都比較大，約為30 km左右，而這2個對流回波柱伸展高度并不高。但是這些對流回波不斷新生并發(fā)展，并相繼經過石阡、思南、江口等地，形成“列車效應”而造成持續(xù)性暴雨。因此，在實際的短時臨近預報時，當出現(xiàn)類似的剖面，則發(fā)生暴雨的可能性較大。

圖2 2014年5月25日03：46銅仁雷達石阡區(qū)域反射率因子剖面圖

4.3 雷達速度產品分析

徑向速度圖像和VWP產品的典型特征對暴雨的預警預報有較好的指示作用，對其發(fā)生發(fā)展變化原因進行深入分析，能更清晰的認識天氣形勢變化在雷達圖像上的反映，加深理解雷達圖像與天氣系統(tǒng)間的對應關系[8]。此次大暴雨天氣過程，其暴雨落區(qū)分為東西兩個區(qū)域，而銅仁新一代天氣雷達位于碧江區(qū)川硐鎮(zhèn)，距離其強降水的西部區(qū)域較遠，因此對其西部區(qū)域采用PPI的徑向速度分析；VWP產品代表雷達站上空半徑50 km范圍內的平均風場，而東部區(qū)域強降水區(qū)域恰好位于銅仁雷達50 km范圍內，而因此采用VWP產品進行分析。

4.3.1 徑向速度圖像特征分析 從04時19分不同仰角徑向速度PPI圖上(圖3)可以看出，在0.5°徑向速度PPI上，石阡區(qū)域存在一明顯的輻合區(qū)域(如圖中圓圈標注所示)，在1.5°徑向速度PPI上，在石阡區(qū)域存在正負速度模糊的輻合輻散共軛區(qū)域，石阡區(qū)域位于邊遠地帶，在2.4°PPI圖上，石阡區(qū)域為輻散區(qū)域，這種低層輻合、高層輻散的風場配置使周圍水汽聚合抬升，有利于降水的發(fā)展加強，低層輻合線對降水回波的維持起著重要作用。因此，源源不斷從遵義區(qū)域進入的回波在此聚集、發(fā)展，降水將有所增強。而實況顯示，強降水區(qū)域位于石阡縣城及附近以北的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從此刻反射率因子強度來看，其石阡區(qū)域的回波維持較大值，與實況對比，石阡區(qū)域的強降水時段為此后的2 h內，雨勢得到了迅速增強，達到了最大。

圖3 04時19分不同仰角徑向速度PPI(單位：m/s)與反射率因子(單位：dBz)

跟蹤分析此次過程石阡區(qū)域的0.5°徑向速度(圖略)時發(fā)現(xiàn)，石阡區(qū)域自03時14分就存在逆風區(qū)，這比強降水的時間提前了差不多1 h，因此在實際的短時臨近預報中應加以分析考慮。同時，逆風區(qū)的斷裂位置，對應著強降水區(qū)域。

綜合此次降水過程的PPI徑向圖像變化可以發(fā)現(xiàn)，低層輻合高層輻散的風場配置，有利于降水持續(xù)或加強。短歷時強降水就出現(xiàn)在逆風區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。

4.3.2 降水前夕VWP產品特征 在25日03時03分之前(圖略)，在2.4 km以下基本維持南風，2.4 km以上全部為“ND”區(qū)域，可見低層暖濕，中高層相對冷干，且其維持穩(wěn)靜狀態(tài)。如圖4，03時08分開始，在8～12 km高度層出現(xiàn)北風(包括西北風和東北風)方向的風向桿，高層穩(wěn)靜狀態(tài)遭到破壞，不久后，風向桿上下延生發(fā)展，其面積不斷擴大，04時03分開始與中層連接，04時19分與下層完全連接，形成深厚的水汽層，歷時約為1 h。與此同時，03時25分開始，在3～7 km左右層亦出現(xiàn)北風(主要為西北風)的風桿，中層穩(wěn)靜狀態(tài)亦受到破壞，風向桿迅速上下發(fā)展延生，于03時35分與低層連接，

圖4 2014年5月25日03時08分-04時03分VWP圖

形成水汽層，形成時間約為10 min。最后，低中高層風桿逐漸全部連接，為水汽的垂直傳輸提供了通道。從風場的垂直廓線可看出，在8 km以下，風向隨著高度呈現(xiàn)順時針旋轉，呈暖平流特征，而8 km以上，風向隨著高度呈現(xiàn)逆時針旋轉，呈冷平流特征，這樣就形成了低層暖濕，高層干冷的層結結構，有利于降水的發(fā)生。另外，7 km以上維持一個高空大風區(qū)域，1.5 h后銅仁市東部區(qū)域(雷達站附近)強降水開始。因此，中高層風向桿不斷向下延生擴展，與低層風向桿連接，是預報降水開始的一個參考因子。4.3.3 降水期間大風區(qū)的變化 降水期間，其VWP圖上中高層大風區(qū)的出現(xiàn)及其位置的變化對降水的發(fā)生、維持和加強密切相關[10]。如圖9所示，在04時46分低層以西南風為主，風速隨高度的增加增大，在6 km以上區(qū)域，維持著厚度為6 km左右的西北大風，這個深厚的西北大風隨著時間的推移其底高降低，從05時02分的6.0 km降低到05時35分4.8 km，僅僅只用了33 min，而這33 min內，就是銅仁市東部區(qū)域降水最強時段，小時雨強達到了96.9 mm/h。因此，中高層大風區(qū)位置降低可以作為短時臨近預報強降水很好的參考因子。

圖5 降水發(fā)展期間 VWP圖像上大風區(qū)底高的變化

4.3.4 降水末期VWP產品的特征 隨著強降水發(fā)生，能量得到了快速釋放，從07時45分起，大風區(qū)底高快速升高，30 min內到達7 km高度處。而從08時12分始(圖略)，VWP圖像在6 km高度處開始出現(xiàn)“ND”，08時45分“ND”區(qū)域迅速上下蔓延，中層風向桿完整性遭到破壞，這說明中層降水云系逐漸消散。09時12分風向桿所在高度迅速下降，1 h內下降了4 km，到6.8 km。10時17分風向桿高度下降至4 km左右。風向桿高度變化所反映的水汽輸送的切斷，或者動量無法傳輸，是此類降水無法維持而停止的主要原因。因此可以利用此特性預報強降水的結束時間。

5 小結

①500 hPa高層副熱帶高壓持續(xù)在貴州中北部，貴州北部處于副高外圍偏西多波動氣流中，中高緯為多槽脊形勢，且有不斷發(fā)展東移的高空槽帶動冷空氣南下影響，配合中低空低渦切變及低空急流，地面冷空氣觸發(fā)抬升作用下，產生了銅仁自西向東的暴雨、局地大暴雨的天氣過程。

②積層混合云降水回波內部有多個尺度不等的對流回波相繼經過暴雨發(fā)生地形成“列車效應”，從而造成持續(xù)性暴雨，并且這些對流單體在較短時間內消失造成了短時強降水。

③垂直累積液態(tài)含水量(VIL)數(shù)值大的區(qū)域出現(xiàn)大的降水過程的可能性較大。

④PPI徑向圖像上，低層輻合高層輻散的風場配置，有利于降水持續(xù)或加強。短歷時強降水出現(xiàn)在逆風區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。逆風區(qū)的出現(xiàn)時間比強降水出現(xiàn)早，逆風區(qū)的斷裂位置，對應著強降水區(qū)域。

⑤風廓線(VWP)產品不同時期特殊的特征對降水的前夕、發(fā)展及降水末期均有較好的指示作用。降水前夕，中高層風向桿不斷向下延生擴展，與低層風向桿連接；降水增強時，中高層大風區(qū)位置的快速降低；降水末期，風向桿高度逐漸被“ND”取代，水汽輸送被切斷，動量傳輸無法進行，降水逐漸減弱而停止。

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2014-07-26

方標(1987—)，男(仡佬族)，助工，主要從事天氣雷達觀測及產品分析工作。

多普勒天氣雷達資料在銅仁市人工增雨中的應用研究(黔氣科合QN[2014]19號)。

1003-6598(2015)01-0055-05

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