喻長(zhǎng)建，陳姣榮，喻 宇

(1.湖南省岳陽(yáng)市氣象局,湖南 岳陽(yáng) 414000;2.湖南省湘陰縣氣象局,湖南 湘陰 414600)

0 引言

洞庭湖區(qū)地處中緯度亞熱帶地區(qū),是受氣象災(zāi)害影響嚴(yán)重的地區(qū),暴雨是洞庭湖區(qū)汛期主要災(zāi)害性天氣[1-3],多年來(lái)許多學(xué)者對(duì)暴雨時(shí)空分布、中尺度系統(tǒng)特征、數(shù)值模擬研究、氣候變化特征進(jìn)行了深入的研究[4-7]，暴雨個(gè)例分析、成因分析仍是當(dāng)前氣象工作者的重要課題[8-9]。黃秋霞等[10]基于昌吉市2008—2015年逐時(shí)自動(dòng)降水資料,分析了主汛期(5—8月)降水日變化特征。葉成志等[11]根據(jù)地形作用對(duì)“碧利斯”臺(tái)風(fēng)造成的湖南大暴雨環(huán)流特征進(jìn)行了分析。喻長(zhǎng)建等[12]根據(jù)地形作用指出藥姑山、幕阜山、連云山山地是岳陽(yáng)盛夏強(qiáng)對(duì)流天氣的主要發(fā)源地。上述研究為本文提供了有價(jià)值的借鑒，但針對(duì)岳陽(yáng)市暴雨時(shí)空分布規(guī)律的研究較少，因此本文應(yīng)用EC形勢(shì)場(chǎng)資料和降水量實(shí)況資料，對(duì)岳陽(yáng)的暴雨時(shí)空分布規(guī)律及其天氣形勢(shì)進(jìn)行分析研究，為預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 岳陽(yáng)地形特征

岳陽(yáng)市西部為湖區(qū)、東部為山區(qū)(見(jiàn)圖1)。華容縣位于北洞庭湖平原，湘陰縣位于南洞庭湖平原，臨湘市、平江縣為藥姑山、幕阜山、連云山山地，岳陽(yáng)縣、汨羅市則為湖區(qū)與山地的丘陵地帶。藥姑山位于臨湘市東側(cè)龍?jiān)脆l(xiāng)，海拔高度為1 260 m，幕阜山主峰位于平江縣東北南江和虹橋之間，海拔高度1 596 m，連云山主峰位于平江縣東南獻(xiàn)沖鄉(xiāng)，海拔高度1 600 m，幕阜山、連云山呈東北—西南走向，兩山之間為東北—西南低谷山地，在山谷之間形成一條河流為汨羅江向西偏北流入洞庭湖，幕阜山北側(cè)也有一東北—西南低谷山地，也形成一條河流為新墻河向西流入洞庭湖，藥姑山、幕阜山、連云山呈南北向排列，是影響湘東北地區(qū)天氣的主要地形。

圖1 岳陽(yáng)各站白天暴雨逐時(shí)平均雨量(單位:mm)Fig.1 Average hourly precipitation of daytime rainstorm at each station in Yueyang (mm)

2 暴雨資料來(lái)源及分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 資料來(lái)源

暴雨資料來(lái)源于岳陽(yáng)國(guó)家氣象站和區(qū)域氣象站共計(jì)238站，以白天(08—20時(shí))或晚上(20—08時(shí)) 12 h成片≥5站雨量≥50 mm作為暴雨個(gè)例統(tǒng)計(jì)。資料年代為2015—2017年。

2.2 暴雨區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)

在統(tǒng)計(jì)的暴雨個(gè)例中，以暴雨站數(shù)≥總站數(shù)的25%的個(gè)例作為全市性暴雨過(guò)程，全市性暴雨過(guò)程之外分北部、中部、南部和東部山區(qū)4個(gè)區(qū)域性暴雨類型，以華容、岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘暴雨站數(shù)≥該區(qū)域總站數(shù)的10%的個(gè)例作為北部暴雨過(guò)程，以岳陽(yáng)縣(南北延伸)暴雨站數(shù)≥該區(qū)域總站數(shù)10%的個(gè)例作為中部暴雨過(guò)程，以湘陰、汨羅、平江暴雨站數(shù)≥該區(qū)域總站數(shù)10%的個(gè)例作為南部暴雨過(guò)程，以平江、岳陽(yáng)縣東部、臨湘東部暴雨站數(shù)≥該區(qū)域總站數(shù)10%的個(gè)例作為東部山區(qū)暴雨過(guò)程。各區(qū)域暴雨站數(shù)<該區(qū)域總站數(shù)10%的個(gè)例均作為局部暴雨過(guò)程。由于目前區(qū)域氣象站數(shù)據(jù)還存在數(shù)據(jù)缺測(cè)和數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中刪除少量數(shù)據(jù)缺測(cè)站和數(shù)據(jù)失真站。

2.3 暴雨概況

2015—2017年全市共有暴雨過(guò)程90次，其中全市性暴雨10次，區(qū)域性暴雨51次(其中北部暴雨16次，中部暴雨7次，南部暴雨17次，東部山區(qū)暴雨11次)，局部暴雨29次(未討論)。

3 暴雨時(shí)空分布特征

3.1 暴雨日變化特征

根據(jù)2015—2017年6個(gè)國(guó)家氣象站暴雨個(gè)例逐時(shí)雨量資料，分白天和晚上分別統(tǒng)計(jì)岳陽(yáng)國(guó)家氣象站暴雨過(guò)程日變化規(guī)律。

3.1.1 白天暴雨變化規(guī)律 表1為岳陽(yáng)各站近3 a 43站次白天暴雨逐時(shí)平均雨量，表中可見(jiàn)岳陽(yáng)暴雨可分為集中型暴雨、持續(xù)型暴雨和波動(dòng)型暴雨3類，集中型暴雨有華容站和平江站，華容站暴雨時(shí)間短，強(qiáng)度大，15—18時(shí)3 h雨量為56.5 mm，平江站暴雨時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)降水從08時(shí)持續(xù)到16時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)為12.6 mm，出現(xiàn)在11—12時(shí)；持續(xù)型暴雨有岳陽(yáng)站，除9—10時(shí)降水較小外，大于5 mm的小時(shí)平均雨量持續(xù)了10 h；波動(dòng)型暴雨有臨湘、湘陰、汨羅站，分別有3個(gè)高峰時(shí)段，臨湘站高峰時(shí)段為08—09時(shí)和12—13時(shí)、16—17時(shí)，湘陰站高峰時(shí)段為08—09時(shí)和12—13時(shí)、19—20時(shí)，汨羅站高峰時(shí)段為08—09時(shí)和13—15時(shí)、18—19時(shí)。

表1 岳陽(yáng)各站白天暴雨逐時(shí)平均雨量(單位:mm)Tab.1 Average hourly precipitation of daytime rainstorm at each station in Yueyang (unit:mm)

3.1.2 晚上暴雨變化規(guī)律 表2為岳陽(yáng)各站近3 a 56站次晚上暴雨逐時(shí)平均雨量，集中型暴雨有汨羅站，04—08時(shí)4h雨量為55.1 mm；持續(xù)型暴雨有岳陽(yáng)、臨湘站，岳陽(yáng)、臨湘>5 mm的小時(shí)平均雨量分別持續(xù)了11 h和10 h；波動(dòng)型暴雨有華容、湘陰、平江站，華容站為間隔較均勻的3波降水，出現(xiàn)在22時(shí)、02時(shí)、06時(shí)，湘陰也為3波降水，每波降水均比華容晚1h，并且具有后半夜比前半夜降水強(qiáng)的特征，平江站則為前、后兩波降水強(qiáng)、00—04時(shí)降水弱的特征。

表2 岳陽(yáng)各站晚上暴雨逐時(shí)雨量(單位:mm)Tab.2 Hourly rainfall of Yueyang rainfall stations at night (unit: mm)

3.2 暴雨空間分布特征

3.2.1 全市暴雨平均雨量分布和暴雨頻次分布特征 2015—2017年全市61次暴雨過(guò)程平均雨量分布(圖略)，平均雨量≥50 mm降水區(qū)主要出現(xiàn)在臨湘市東部的龍?jiān)?、觀山、許畈、明星、城南、詹橋、羊樓司、臨湘站、苗圃基地、桃礦站，平均雨量≥40 mm降水區(qū)主要出現(xiàn)在華容縣東部、岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘市大部、岳陽(yáng)縣東北部、平江縣幕阜山區(qū)，最大降水中心出現(xiàn)在臨湘市龍?jiān)凑?，平均雨?5 mm。

圖2為2015—2017年全市61次暴雨過(guò)程頻次分布圖，暴雨頻次≥17次的區(qū)域分布在臨湘市的藥姑山區(qū)、平江縣的幕阜山區(qū)和連云山區(qū)。藥姑山區(qū)≥17次的暴雨區(qū)域有龍?jiān)础⒈谏?、詹橋、觀山、大云山和相思6個(gè)站，≥13次暴雨有33站；連云山區(qū)≥17次暴雨有蘆頭林場(chǎng)和石牛寨2個(gè)站，≥13次暴雨有11站；幕阜山區(qū)≥17次暴雨有幕阜山站，≥13次暴雨有3站。

圖2 岳陽(yáng)市暴雨頻次分布圖Fig.2 Frequency distribution map of rainstorm in Yueyang city

藥姑山區(qū)范圍廣，坡度平，非常有利于氣流的上升運(yùn)動(dòng)，加之洞庭湖蒸發(fā)的水汽正好由西南氣流輸送到藥姑山區(qū)，因而藥姑山區(qū)是岳陽(yáng)市暴雨最易產(chǎn)生和暴雨強(qiáng)度最大的地區(qū)；連云山區(qū)坡度較陡，山頂較高，有利于局地的上升運(yùn)動(dòng)，也是暴雨極易產(chǎn)生和局地暴雨強(qiáng)度較大的區(qū)域；幕阜山區(qū)雖有暴雨極易產(chǎn)生的區(qū)域，但暴雨強(qiáng)度均小于藥姑山區(qū)和連云山區(qū)；華容、湘陰地處湖區(qū)平原，暴雨頻次和強(qiáng)度都最小。綜合全市暴雨平均雨量分布和暴雨頻次分布，岳陽(yáng)市暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在東部山區(qū)，地形是岳陽(yáng)市暴雨出現(xiàn)頻率高和暴雨強(qiáng)度大的重要因素，天氣系統(tǒng)是暴雨出現(xiàn)的觸發(fā)因素。

3.2.2 全市性暴雨強(qiáng)度分布特征 2015—2017年全市性大范圍暴雨過(guò)程共計(jì)10次，其平均雨量分布如圖3所示，平均暴雨區(qū)范圍包括華容縣南部、岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘市中部、南部、岳陽(yáng)縣、湘陰縣北部、汨羅市北部、平江縣局部；大于75 mm暴雨范圍出現(xiàn)在岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘市西南部、岳陽(yáng)縣中北部；最大降水中心出現(xiàn)在岳陽(yáng)市區(qū)東風(fēng)湖站，平均雨量85.1 mm。

圖3 岳陽(yáng)全市性暴雨強(qiáng)度分布圖Fig.3 Distribution map of heavy rainfall intensity in Yueyang city

從全市性大范圍暴雨過(guò)程出現(xiàn)的強(qiáng)度和范圍來(lái)看，全市性大范圍暴雨受天氣系統(tǒng)影響更明顯，地形影響也是全市性大范圍暴雨的重要影響因素。因而暴雨區(qū)從洞庭湖東岸一直伸展到臨湘市、岳陽(yáng)縣的東部山區(qū)。

3.2.3 區(qū)域性暴雨分布特征 圖4分別為北部暴雨、中部暴雨、南部暴雨、東部山區(qū)暴雨強(qiáng)度分布圖，北部暴雨(共16次)平均雨量以華容縣東部、岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘市大部雨量最大，最強(qiáng)暴雨中心出現(xiàn)在臨湘市許畈站，平均暴雨量64.4 mm；中部暴雨(共7次)平均雨量以岳陽(yáng)縣中東部、臨湘市南部雨量最大，最強(qiáng)暴雨中心出現(xiàn)在岳陽(yáng)縣甘田站，平均暴雨量65.2 mm；南部暴雨(共17次)平均雨量以湘陰縣東南部、汨羅市南部、平江縣南部雨量最大，最強(qiáng)暴雨中心出現(xiàn)在平江縣河?xùn)|站，平均暴雨量63.0 mm；東部山區(qū)暴雨(共11次)平均雨量以平江縣東部地區(qū)雨量最大，最強(qiáng)暴雨中心出現(xiàn)在平江縣石牛寨站，平均暴雨量80.0 mm。

區(qū)域性暴雨綜合顯示，東部暴雨強(qiáng)度高于西部，藥姑山區(qū)暴雨不僅次數(shù)多，同樣強(qiáng)度大。平江幕阜山區(qū)既是南部暴雨中心，又是東部暴雨中心，有暴雨重疊區(qū)域，是岳陽(yáng)市區(qū)域性暴雨中心。

圖4 北部暴雨(a)、中部暴雨(b)、南部暴雨(c)、東部山區(qū)暴雨(d)強(qiáng)度Fig.4 Are storm intensity in Northern(a),central(b),Southern(c) and Eastern mountainous areas(d) respectively

4暴雨出現(xiàn)時(shí)850 hPa的形勢(shì)特征

根據(jù)暴雨出現(xiàn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的850 hPa EC實(shí)況形勢(shì)，以影響最明顯的形勢(shì)統(tǒng)計(jì)影響系統(tǒng)，多個(gè)影響系統(tǒng)時(shí)以影響最強(qiáng)烈的形勢(shì)作為主要影響系統(tǒng)，其它形勢(shì)為輔助系統(tǒng)。低渦形勢(shì)為111.5～113.5°E、28.5～30°N范圍出現(xiàn)環(huán)流中心，中心高度值一般低于148 hPa，低槽、冷切變形勢(shì)為112～114°E、28～30°N范圍出現(xiàn)氣旋性曲率或風(fēng)向切變，一般低槽為南北向，冷切變?yōu)槠憋L(fēng)與偏南風(fēng)的風(fēng)向切變，暖切變形勢(shì)為113.5°E附近、28.5～30°N范圍出現(xiàn)西南風(fēng)與東南風(fēng)的風(fēng)向切變，橫切變形勢(shì)為113.5°E附近、28.5～30°N范圍出現(xiàn)偏西風(fēng)與偏東風(fēng)的風(fēng)向切變，急流形勢(shì)為112°E以東、27.5°N以北區(qū)域出現(xiàn)12 m/s以上西南風(fēng)速，急流強(qiáng)時(shí)可達(dá)20 m/s以上，當(dāng)關(guān)鍵區(qū)出現(xiàn)低渦、低槽、冷暖切變并同時(shí)存在急流時(shí)，低渦、低槽、冷暖切變作為主要影響系統(tǒng)，急流作為輔助系統(tǒng)。

2015—2017年61次暴雨過(guò)程的850 hPa影響系統(tǒng)：暴雨出現(xiàn)時(shí)的急流影響22次，占35%；冷切變影響18次，占30%；低渦影響10次，占16%；低槽影響3次，占5%；暖切變(橫切變)影響4次，占7%；系統(tǒng)不明顯4次，占7%。10次低渦影響過(guò)程中有3次伴有冷切變、4次暖切變、2次橫切變；18次冷切變影響過(guò)程中有5次伴有急流。冷切變、急流和低渦是造成岳陽(yáng)暴雨的主要天氣系統(tǒng)。

5 小結(jié)與討論

岳陽(yáng)國(guó)家氣象站暴雨日變化存在集中型暴雨、持續(xù)型暴雨和波動(dòng)型暴雨3類特征：集中型暴雨主要出現(xiàn)在華容站、平江站白天和汨羅站晚上，華容站集中在15—18時(shí)，平江站集中在08—16時(shí)，汨羅站集中在04—08時(shí)；持續(xù)型暴雨主要出現(xiàn)在岳陽(yáng)站全天和臨湘站晚上；波動(dòng)型暴雨出現(xiàn)在臨湘、湘陰、汨羅站白天和華容、湘陰、平江站晚上，除平江站晚上為2波降水外，其它站白天晚上均為3波降水，湘陰站晚上具有后半夜比前半夜降水強(qiáng)的特征，平江站則為前、后兩波降水強(qiáng)、00—04時(shí)降水弱的特征。以上特征充分說(shuō)明：位于湖區(qū)平原的華容站的白天暴雨主要為午后熱力作用形成，洞庭湖面的水汽供應(yīng)是岳陽(yáng)站持續(xù)型暴雨的水汽來(lái)源，藥姑山特殊地形是臨湘站暴雨的重要因素，天氣影響系統(tǒng)是形成波動(dòng)型暴雨的直接因素。集中型暴雨主要與熱力作用和地形相關(guān)，持續(xù)型暴雨主要取決于洞庭湖的水汽來(lái)源，波動(dòng)型暴雨主要受天氣系統(tǒng)影響。

藥姑山區(qū)范圍廣，坡度平，非常有利于氣流的上升運(yùn)動(dòng)，加之洞庭湖蒸發(fā)的水汽正好由西南氣流輸送到藥姑山區(qū)，因而藥姑山區(qū)是岳陽(yáng)市暴雨最易產(chǎn)生和暴雨強(qiáng)度最大的地區(qū)；連云山區(qū)坡度較陡，山頂較高，有利于局地的上升運(yùn)動(dòng)，也是暴雨極易產(chǎn)生和局地暴雨強(qiáng)度較大的區(qū)域；幕阜山區(qū)雖有暴雨極易產(chǎn)生的區(qū)域，但暴雨強(qiáng)度均小于藥姑山區(qū)和連云山區(qū)；華容、湘陰地處湖區(qū)平原，暴雨頻次和強(qiáng)度都最小。全市性大范圍暴雨過(guò)程主要受天氣系統(tǒng)影響，其次為地形影響，暴雨區(qū)范圍包括華容縣南部、岳陽(yáng)市區(qū)、臨湘市大部、岳陽(yáng)縣、湘陰縣北部、汨羅市北部、平江縣局部。區(qū)域性暴雨綜合顯示，東部暴雨強(qiáng)度高于西部，平江幕阜山區(qū)既是南部暴雨中心，又是東部暴雨中心，有暴雨重疊區(qū)域，是岳陽(yáng)市區(qū)域性暴雨中心。坡度較平的迎風(fēng)坡加洞庭湖水汽輸送是岳陽(yáng)暴雨中心的產(chǎn)生原因，山高坡陡僅是局地暴雨的產(chǎn)生原因。

暴雨過(guò)程的850 hPa影響系統(tǒng)以急流和冷切變影響最多，低渦影響居次，低槽、暖切變或橫切變影響較少。低渦影響過(guò)程中常伴有冷切變、暖切變、橫切變影響；冷切變影響過(guò)程中常伴有急流。冷切變、急流和低渦是造成岳陽(yáng)暴雨的主要天氣系統(tǒng)。