方 標(biāo)，羅曉松，陳關(guān)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(zāi)大暴雨天氣過(guò)程雷達(dá)特征分析

方 標(biāo)，羅曉松，陳關(guān)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(dá)資料，從天氣形勢(shì)、回波演變、回波垂直結(jié)構(gòu)和回波速度產(chǎn)品4個(gè)方面對(duì)2014年5月24日—25日貴州省銅仁市致災(zāi)大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)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(chǎn)生了銅仁自西向東的大暴雨天氣過(guò)程。②混合型降水回波內(nèi)部有多個(gè)尺度不等的對(duì)流回波形成“列車效應(yīng)”，造成持續(xù)性暴雨，而對(duì)流單體在較短時(shí)間內(nèi)消失則造成了短時(shí)強(qiáng)降水。③VIL數(shù)值大的區(qū)域出現(xiàn)大的降水過(guò)程的可能性較大。④PPI徑向圖像上，低層輻合高層輻散的風(fēng)場(chǎng)配置，有利于降水持續(xù)或加強(qiáng)。短歷時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在逆風(fēng)區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。⑤風(fēng)廓線(VWP)產(chǎn)品不同時(shí)期特殊結(jié)構(gòu)特征對(duì)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(yīng)；輻合輻散；“ND”產(chǎn)品

1 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，氣象災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響也越來(lái)越大，其中局地性的暴雨往往能夠造成重大災(zāi)害，山洪、泥石流等由短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的次生災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)，氣象部門一直把對(duì)暴雨天氣的研究放在首位，相關(guān)的研究和業(yè)務(wù)表明多普勒天氣雷達(dá)是監(jiān)測(cè)局地性暴雨最為有用的工具之一。近年來(lái)，有許多專家、學(xué)者對(duì)暴雨的形成機(jī)制進(jìn)行了大量分析研究[1-3]，但是其中還有很多問(wèn)題亟待解決。銅仁市地處云貴高原向湘西丘陵過(guò)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(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重城市內(nèi)澇、山體滑坡等自然災(zāi)害。而對(duì)銅仁區(qū)域的暴雨研究一直在進(jìn)行[4-6]，卻多是利用常規(guī)資料進(jìn)行形勢(shì)分析，而利用雷達(dá)資料對(duì)該區(qū)域的暴雨進(jìn)行研究寥寥無(wú)幾，為此，本文在筆者之前研究的基礎(chǔ)上，采用多普勒雷達(dá)資料對(duì)2014年5月24日—25日致災(zāi)大暴雨進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)了該區(qū)域暴雨產(chǎn)生時(shí)多普勒雷達(dá)產(chǎn)品的一些新的、特有的性質(zhì)，以期能夠更好地為今后暴雨天氣提供參考，更好地服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)工作體系。

2 天氣過(guò)程概況與災(zāi)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(lái)的第1次大暴雨過(guò)程，強(qiáng)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(jì)24日20時(shí)—25日20時(shí)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(qiáng)降水時(shí)段為25日04—06時(shí)，東部區(qū)域強(qiáng)降水時(shí)段為05—07時(shí)，最大雨強(qiáng)為96.9 mm/h。

2.2 災(zāi)情信息

此次大暴雨天氣過(guò)程，造成銅仁市3人死亡、城區(qū)內(nèi)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(zāi)人口231 256人，農(nóng)作物受災(zāi)10 820hm2，沖毀橋梁12座，公路損毀300多處，造成直接經(jīng)濟(jì)損失33 597萬(wàn)元。

3 天氣系統(tǒng)分析

從500 hPa天氣圖上，24日08時(shí)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(fēng)氣流中，副熱帶高壓588線從24日08時(shí)位于貴州南部至24日20時(shí)北抬至貴州北部，中高緯貝湖大槽東移南壓，帶動(dòng)冷空氣南下，重慶南部西南偏西風(fēng)由12 m/s增大到16 m/s，此時(shí)副高外圍偏西南偏西暖濕氣流與北方南下的偏北風(fēng)冷氣團(tuán)在貴州北部匯合，導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。副高在貴州北部南北擺動(dòng)且維持到25日20時(shí)，則銅仁持續(xù)處于副高外圍偏西暖濕氣流中；26日08時(shí)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(shí)貴州省受西南氣流影響，在川東北形成低渦切變，貴陽(yáng)—懷化—長(zhǎng)沙一線存在一西南急流區(qū)，最大達(dá)14 m/s，貴州境內(nèi)溫度露點(diǎn)差均≤2℃，比濕為11～12 g/kg，空氣處于飽和狀態(tài)；到24日20時(shí)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(fēng)略有減弱，低渦切變維持到25日08時(shí)，銅仁一直處于低渦東南側(cè)的切變線中；25日20時(shí)低渦東移至湖北西部，貴州為一致的西南風(fēng)控制輻合切變偏北，銅仁降雨減弱，26日08時(shí)低渦減弱，貴州轉(zhuǎn)為西北氣流控制。

在850 hPa圖上，24日08時(shí)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(zhǎng)沙也形成一低空急流軸，懷化的最大風(fēng)力達(dá)20 m/s，貴州境內(nèi)溫度露點(diǎn)差均≤1℃，比濕為14～16 g/kg，空氣處于飽和狀態(tài)；24日20時(shí)在重慶南部有弱低渦形成，銅仁受低渦東南側(cè)的暖切變影響，急流維持；25日08時(shí)低渦南壓至銅仁境內(nèi)，銅仁處于低空急流北側(cè)，低渦中心控制區(qū)，降雨加強(qiáng)。直至25日20時(shí)切變南壓，轉(zhuǎn)為東北氣流控制，雨勢(shì)才逐漸減弱。

在地面環(huán)流形勢(shì)圖上，24日08時(shí)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(dá)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(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。24日20時(shí)冷鋒有所東移南壓，貴州中部有地面輻合線形成；25日05時(shí)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(shí)冷暖空氣在貴州北部交匯，強(qiáng)對(duì)流天氣加強(qiáng)。25日14時(shí)后冷鋒南壓過(guò)銅仁區(qū)域，雨勢(shì)則逐漸減弱。

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

綜上所述，造成銅仁市此次特大暴雨天氣過(guò)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(dòng)氣流中，中高緯為多槽脊形勢(shì)，且有不斷發(fā)展東移的高空槽帶動(dòng)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(chǎn)生了銅仁自西向東的暴雨、局地大暴雨的天氣過(guò)程。

4 雷達(dá)回波特征分析

4.1 組合反射率演變分析

24日23時(shí)31分始(圖略)，在銅仁市石阡西南區(qū)域有層狀云回波進(jìn)入，回波強(qiáng)度最強(qiáng)在35 dBz左右。該回波沿著西南—東北運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度約為20 km/h。25日02時(shí)41分，之前的回波逐漸發(fā)展演變成為具有4個(gè)較強(qiáng)回波中心的混合型降水回波，此時(shí)回波最強(qiáng)為47.50 dBz，隨后逐漸演變成為多個(gè)強(qiáng)回波單體，這些強(qiáng)回波單體依次經(jīng)過(guò)銅仁市石阡東北部區(qū)域，03時(shí)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(jìn)，從04時(shí)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(jìn)江口區(qū)域，截止05時(shí)29分，石阡東北區(qū)域的回波已轉(zhuǎn)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(qiáng)發(fā)展，從04時(shí)19分回波圖可以看出，在江口區(qū)域有3個(gè)對(duì)流回波單體持續(xù)發(fā)展，并緩慢向東移動(dòng)，截止05時(shí)29分，回波單體演變?yōu)槠胀ń邓夭ǎ涿娣e也相應(yīng)減小，從而造成了銅仁市東部區(qū)域的短時(shí)強(qiáng)降水。06時(shí)15時(shí)，之前的普通降水回波再一次發(fā)展增強(qiáng)并緩慢向東移動(dòng)，從而造成了碧江區(qū)域的降水過(guò)程。因此，造成銅仁大暴雨天氣過(guò)程主要是積層混合云降水回波內(nèi)部有多個(gè)尺度不等的對(duì)流回波相繼經(jīng)過(guò)暴雨發(fā)生地形成“列車效應(yīng)”，從而造成持續(xù)性暴雨，并且這些對(duì)流單體在較短時(shí)間內(nèi)消失造成了短時(shí)強(qiáng)降水。

4.2 回波垂直結(jié)構(gòu)特性

4.2.1 回波頂高 郭艷[7]等在對(duì)江西省人工作業(yè)條件指標(biāo)分析時(shí)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(guò)程的回波頂高發(fā)現(xiàn)，回波進(jìn)入銅仁市區(qū)域內(nèi)時(shí)其回波頂高明顯降低，在04時(shí)19分，銅仁市西部區(qū)域的回波頂高最大為14.9 km，而相應(yīng)區(qū)域的回波強(qiáng)度最強(qiáng)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(qiáng)度為最強(qiáng)50.00 dBz，但其回波頂高最高約為9.2 km，而此次最強(qiáng)降水就發(fā)生在該時(shí)刻后不久。說(shuō)明在此次強(qiáng)降水過(guò)程中，回波頂高與反射率因子強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，這是否可作為短時(shí)強(qiáng)降水較為直觀的參考因子之一，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

4.2.2 反射率因子剖面 方標(biāo)[6]等在對(duì)銅仁市一次局地大暴雨天氣進(jìn)行分析時(shí)指出，混合型降水回波中如果存在多個(gè)對(duì)流回波柱，且強(qiáng)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(gè)對(duì)流回波柱，水平尺度都比較大，約為30 km左右，而這2個(gè)對(duì)流回波柱伸展高度并不高。但是這些對(duì)流回波不斷新生并發(fā)展，并相繼經(jīng)過(guò)石阡、思南、江口等地，形成“列車效應(yīng)”而造成持續(xù)性暴雨。因此，在實(shí)際的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)時(shí)，當(dāng)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(dá)石阡區(qū)域反射率因子剖面圖

4.3 雷達(dá)速度產(chǎn)品分析

徑向速度圖像和VWP產(chǎn)品的典型特征對(duì)暴雨的預(yù)警預(yù)報(bào)有較好的指示作用，對(duì)其發(fā)生發(fā)展變化原因進(jìn)行深入分析，能更清晰的認(rèn)識(shí)天氣形勢(shì)變化在雷達(dá)圖像上的反映，加深理解雷達(dá)圖像與天氣系統(tǒng)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[8]。此次大暴雨天氣過(guò)程，其暴雨落區(qū)分為東西兩個(gè)區(qū)域，而銅仁新一代天氣雷達(dá)位于碧江區(qū)川硐鎮(zhèn)，距離其強(qiáng)降水的西部區(qū)域較遠(yuǎn)，因此對(duì)其西部區(qū)域采用PPI的徑向速度分析；VWP產(chǎn)品代表雷達(dá)站上空半徑50 km范圍內(nèi)的平均風(fēng)場(chǎng)，而東部區(qū)域強(qiáng)降水區(qū)域恰好位于銅仁雷達(dá)50 km范圍內(nèi)，而因此采用VWP產(chǎn)品進(jìn)行分析。

4.3.1 徑向速度圖像特征分析 從04時(shí)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(biāo)注所示)，在1.5°徑向速度PPI上，在石阡區(qū)域存在正負(fù)速度模糊的輻合輻散共軛區(qū)域，石阡區(qū)域位于邊遠(yuǎn)地帶，在2.4°PPI圖上，石阡區(qū)域?yàn)檩椛^(qū)域，這種低層輻合、高層輻散的風(fēng)場(chǎng)配置使周圍水汽聚合抬升，有利于降水的發(fā)展加強(qiáng)，低層輻合線對(duì)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(jìn)入的回波在此聚集、發(fā)展，降水將有所增強(qiáng)。而實(shí)況顯示，強(qiáng)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(qiáng)度來(lái)看，其石阡區(qū)域的回波維持較大值，與實(shí)況對(duì)比，石阡區(qū)域的強(qiáng)降水時(shí)段為此后的2 h內(nèi)，雨勢(shì)得到了迅速增強(qiáng)，達(dá)到了最大。

圖3 04時(shí)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(guò)程石阡區(qū)域的0.5°徑向速度(圖略)時(shí)發(fā)現(xiàn)，石阡區(qū)域自03時(shí)14分就存在逆風(fēng)區(qū)，這比強(qiáng)降水的時(shí)間提前了差不多1 h，因此在實(shí)際的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中應(yīng)加以分析考慮。同時(shí)，逆風(fēng)區(qū)的斷裂位置，對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降水區(qū)域。

綜合此次降水過(guò)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(fēng)場(chǎng)配置，有利于降水持續(xù)或加強(qiáng)。短歷時(shí)強(qiáng)降水就出現(xiàn)在逆風(fēng)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(chǎn)品特征 在25日03時(shí)03分之前(圖略)，在2.4 km以下基本維持南風(fēng)，2.4 km以上全部為“ND”區(qū)域，可見(jiàn)低層暖濕，中高層相對(duì)冷干，且其維持穩(wěn)靜狀態(tài)。如圖4，03時(shí)08分開(kāi)始，在8～12 km高度層出現(xiàn)北風(fēng)(包括西北風(fēng)和東北風(fēng))方向的風(fēng)向桿，高層穩(wěn)靜狀態(tài)遭到破壞，不久后，風(fēng)向桿上下延生發(fā)展，其面積不斷擴(kuò)大，04時(shí)03分開(kāi)始與中層連接，04時(shí)19分與下層完全連接，形成深厚的水汽層，歷時(shí)約為1 h。與此同時(shí)，03時(shí)25分開(kāi)始，在3～7 km左右層亦出現(xiàn)北風(fēng)(主要為西北風(fēng))的風(fēng)桿，中層穩(wěn)靜狀態(tài)亦受到破壞，風(fēng)向桿迅速上下發(fā)展延生，于03時(shí)35分與低層連接，

圖4 2014年5月25日03時(shí)08分-04時(shí)03分VWP圖

形成水汽層，形成時(shí)間約為10 min。最后，低中高層風(fēng)桿逐漸全部連接，為水汽的垂直傳輸提供了通道。從風(fēng)場(chǎng)的垂直廓線可看出，在8 km以下，風(fēng)向隨著高度呈現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，呈暖平流特征，而8 km以上，風(fēng)向隨著高度呈現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，呈冷平流特征，這樣就形成了低層暖濕，高層干冷的層結(jié)結(jié)構(gòu)，有利于降水的發(fā)生。另外，7 km以上維持一個(gè)高空大風(fēng)區(qū)域，1.5 h后銅仁市東部區(qū)域(雷達(dá)站附近)強(qiáng)降水開(kāi)始。因此，中高層風(fēng)向桿不斷向下延生擴(kuò)展，與低層風(fēng)向桿連接，是預(yù)報(bào)降水開(kāi)始的一個(gè)參考因子。4.3.3 降水期間大風(fēng)區(qū)的變化 降水期間，其VWP圖上中高層大風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)及其位置的變化對(duì)降水的發(fā)生、維持和加強(qiáng)密切相關(guān)[10]。如圖9所示，在04時(shí)46分低層以西南風(fēng)為主，風(fēng)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(fēng)，這個(gè)深厚的西北大風(fēng)隨著時(shí)間的推移其底高降低，從05時(shí)02分的6.0 km降低到05時(shí)35分4.8 km，僅僅只用了33 min，而這33 min內(nèi)，就是銅仁市東部區(qū)域降水最強(qiáng)時(shí)段，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到了96.9 mm/h。因此，中高層大風(fēng)區(qū)位置降低可以作為短時(shí)臨近預(yù)報(bào)強(qiáng)降水很好的參考因子。

圖5 降水發(fā)展期間 VWP圖像上大風(fēng)區(qū)底高的變化

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

5 小結(jié)

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(dòng)氣流中，中高緯為多槽脊形勢(shì)，且有不斷發(fā)展東移的高空槽帶動(dòng)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(chǎn)生了銅仁自西向東的暴雨、局地大暴雨的天氣過(guò)程。

②積層混合云降水回波內(nèi)部有多個(gè)尺度不等的對(duì)流回波相繼經(jīng)過(guò)暴雨發(fā)生地形成“列車效應(yīng)”，從而造成持續(xù)性暴雨，并且這些對(duì)流單體在較短時(shí)間內(nèi)消失造成了短時(shí)強(qiáng)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(guò)程的可能性較大。

④PPI徑向圖像上，低層輻合高層輻散的風(fēng)場(chǎng)配置，有利于降水持續(xù)或加強(qiáng)。短歷時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在逆風(fēng)區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)時(shí)間比強(qiáng)降水出現(xiàn)早，逆風(fēng)區(qū)的斷裂位置，對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降水區(qū)域。

⑤風(fēng)廓線(VWP)產(chǎn)品不同時(shí)期特殊的特征對(duì)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(fēng)向桿不斷向下延生擴(kuò)展，與低層風(fēng)向桿連接；降水增強(qiáng)時(shí)，中高層大風(fēng)區(qū)位置的快速降低；降水末期，風(fēng)向桿高度逐漸被“ND”取代，水汽輸送被切斷，動(dòng)量傳輸無(wú)法進(jìn)行，降水逐漸減弱而停止。

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2014-07-26

方標(biāo)(1987—)，男(仡佬族)，助工，主要從事天氣雷達(dá)觀測(cè)及產(chǎn)品分析工作。

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

1003-6598(2015)01-0055-05

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