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        岳陽2015—2017年暴雨空間分布與天氣形勢特征分析

        2020-07-28 11:48:28喻長建陳姣榮喻宇鐘澤洲
        關(guān)鍵詞:臨湘市平江縣岳陽市

        喻長建 陳姣榮 喻宇 鐘澤洲

        (1 岳陽市氣象局,岳陽 414000;2 湘陰縣氣象局,湘陰 414600;3 汨羅市氣象局,汨羅 414400)

        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]。多年來許多學(xué)者對暴雨時空分布、日變化特征、高山站風(fēng)對特定區(qū)暴雨的作用和地形對暴雨的影響進行了深入研究[4-8],暴雨過程的環(huán)流形勢分型對提高暴雨預(yù)報能力有很大的促進作用[9-11]。葉成志等[12]根據(jù)地形作用對“碧利斯”臺風(fēng)造成的湖南大暴雨環(huán)流特征進行了分析。喻長建等[13]根據(jù)地形作用指出藥姑山、幕阜山、連云山山地是岳陽盛夏強對流天氣的主要發(fā)源地。本文利用2015—2017年全市暴雨個例,統(tǒng)計了岳陽暴雨空間分布規(guī)律,為暴雨預(yù)報落區(qū)、范圍提供有效參考;利用歐洲中期天氣預(yù)報中心(ECMWF,以下簡稱EC)細(xì)網(wǎng)格850 hPa和700 hPa天氣形勢特征分析,為預(yù)報岳陽暴雨強度、落區(qū)提供客觀、有效的科學(xué)依據(jù)。

        1 岳陽地形特征

        岳陽市西部為湖區(qū)、東部為山區(qū)(圖1)。華容縣位處北洞庭湖平原,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)龍源鄉(xiāng),海拔高度為1260 m,幕阜山主峰位于平江縣東北南江和虹橋之間,海拔高度1596 m,連云山主峰位于平江縣東南獻沖鄉(xiāng),海拔高度1600 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 岳陽市地形圖Fig. 1 Topographic map of Yueyang

        2 暴雨資料來源及分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

        2.1 資料來源及統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)

        暴雨資料來源于岳陽國家氣象站和區(qū)域氣象站共計238站,以白天(08—20時)或夜間(20—08時)12 h成片≥10站雨量≥50.0 mm作為暴雨個例統(tǒng)計,以白天(08—20時)或夜間(20—08時)12 h成片≥3站雨量≥100.0 mm作為大暴雨個例統(tǒng)計。資料覆蓋時間段為2015—2017年。

        在統(tǒng)計的暴雨個例中,以暴雨站數(shù)≥總站數(shù)的25%的個例作為全市性暴雨過程,全市性暴雨個例之外的暴雨分為區(qū)域性暴雨和跨區(qū)域暴雨,暴雨區(qū)集中在華容縣、岳陽市區(qū)、臨湘市作為北部暴雨,暴雨區(qū)集中在岳陽縣作為中部暴雨,暴雨區(qū)集中在湘陰縣、汨羅市、平江縣作為南部暴雨,暴雨區(qū)集中在平江縣、岳陽縣東部、臨湘市東部作為東部山區(qū)暴雨,暴雨區(qū)同時出現(xiàn)在兩個區(qū)域作為跨區(qū)域暴雨。

        國家氣象站和區(qū)域氣象站雨量資料均經(jīng)過質(zhì)量控制,在質(zhì)控中凡是出現(xiàn)一次缺測或失真數(shù)據(jù)的站點,該站點數(shù)據(jù)不參與統(tǒng)計。全市238個測站經(jīng)過質(zhì)量控制后,刪除62個數(shù)據(jù)失真測站,保留176個測站數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

        2.2 暴雨概況

        2015—2017年全市共有暴雨過程61次,其中全市性暴雨10次,跨區(qū)域暴雨6次,區(qū)域性暴雨45次,61次暴雨過程中有大暴雨17次。

        3 暴雨空間分布特征

        3.1 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次暴雨過程平均雨量分布如圖2所示,平均雨量≥50.0 mm降水區(qū)主要出現(xiàn)在臨湘市東部的藥姑山區(qū),分別是龍源、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≥40.0 mm降水區(qū)主要出現(xiàn)在華容縣東部、岳陽市區(qū)、臨湘市大部、岳陽縣東北部、平江縣連云山區(qū),最大降水中心出現(xiàn)在臨湘市龍源站,平均雨量55.0 mm。

        圖2 岳陽市暴雨平均雨量分布圖Fig. 2 Distribution of average rainstorm amount in Yueyang

        圖3為2015—2017年全市61次暴雨過程頻次分布圖,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)域有龍源、壁山、詹橋、觀山、大云山和相思6個站,≥13次的有33站;連云山區(qū)≥17次的有蘆頭林場和石牛寨2個站,≥13次的有11站;幕阜山區(qū)≥17次的有幕阜山站,≥13次的有3站。

        圖3 岳陽市暴雨頻次分布圖Fig. 3 Frequency distribution of rainstorm in Yueyang

        綜合圖2和圖3的暴雨規(guī)律,并結(jié)合圖1地形,通過分析得出:臨湘市東部的藥姑山區(qū)范圍廣,坡度平,非常有利于氣流的上升運動,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)是岳陽市暴雨最易產(chǎn)生和暴雨強度最大的地區(qū);平江縣東南部的連云山區(qū)坡度較陡,山頂較高,有利于局地的上升運動,也是暴雨極易產(chǎn)生和局地暴雨強度較大的區(qū)域;平江縣東北部的幕阜山區(qū)雖有暴雨極易產(chǎn)生的區(qū)域,但暴雨強度均小于藥姑山區(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,岳陽市暴雨主要出現(xiàn)在東部山區(qū),地形是岳陽市暴雨出現(xiàn)頻率高和暴雨強度大的重要因素,天氣系統(tǒng)是暴雨出現(xiàn)的觸發(fā)因素。

        3.2 全市性大范圍暴雨強度分布特征

        2015—2017年全市性大范圍暴雨過程共計10次,其平均雨量分布如圖4所示。平均暴雨區(qū)范圍包括華容縣南部、岳陽市區(qū)、臨湘市中部、南部、岳陽縣、湘陰縣北部、汨羅市北部、平江縣局部;>75.0 mm暴雨范圍出現(xiàn)在岳陽市區(qū)、臨湘市西南部、岳陽縣中北部;最大降水中心出現(xiàn)在岳陽市區(qū)東風(fēng)湖站,平均雨量85.1 mm。

        從全市性大范圍暴雨過程出現(xiàn)的強度和范圍來看,全市性大范圍暴雨受天氣系統(tǒng)影響更明顯,地形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、岳陽縣的東部山區(qū)。

        圖4 岳陽全市性暴雨強度分布圖Fig. 4 Distribution of heavy rainfall intensity in Yueyang

        3.3 區(qū)域性暴雨分布特征

        2015—2017年全市16次北部暴雨、7次中部暴雨、17次南部暴雨、11次東部山區(qū)暴雨個例,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的176個測站數(shù)據(jù)統(tǒng)計區(qū)域暴雨平均雨量。

        圖5a~5d分別為北部暴雨、中部暴雨、南部暴雨、東部山區(qū)暴雨強度分布圖,北部暴雨平均雨量以華容縣東部、岳陽市區(qū)、臨湘市大部雨量最大,最強暴雨中心出現(xiàn)在臨湘市許畈站,平均暴雨量64.4 mm;中部暴雨平均雨量以岳陽縣中東部、臨湘市南部雨量最大,最強暴雨中心出現(xiàn)在岳陽縣甘田站,平均暴雨量65.2 mm;南部暴雨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)暴雨平均雨量以平江縣東部地區(qū)雨量最大,最強暴雨中心出現(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,東部暴雨強度高于西部,藥姑山區(qū)暴雨不僅次數(shù)多,同樣強度大。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,是岳陽市區(qū)域性暴雨中心。

        4 暴雨出現(xiàn)時的中低層形勢分型

        為便于分析,選擇850 hPa、700 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)資料較全的47次暴雨個例進行天氣形勢分析,結(jié)果顯示,影響岳陽市暴雨的中低層環(huán)流形勢主要有6種,分別是低渦急流型、低渦切變型、急流輻合型、暖切變影響型、切變控制型、切變東移南壓型。各類天氣形勢分型對應(yīng)的暴雨個例數(shù)、全區(qū)暴雨數(shù)、跨區(qū)暴雨數(shù)、區(qū)域性暴雨數(shù)和大暴雨數(shù)見表1。

        圖5 北部暴雨(a)、中部暴雨(b)、南部暴雨(c)、東部(d)山區(qū)暴雨強度Fig. 5 Storm intensity in northern (a), central (b), southern (c) and eastern (d) mountainous areas respectively

        表1 天氣形勢分型對應(yīng)的暴雨分類數(shù)(單位:個)Table 1 Classification of rainstorms for various weather patterns (unit: number of events)

        4.1 低渦急流型

        850 hPa EC細(xì)網(wǎng)格初始場或3 h、6 h、9 h、12 h預(yù)報場2個時次以上在28.5°—29.5°N、110.5°—113°E范圍內(nèi)有低渦環(huán)流,低渦移動方向為東偏北方向,低渦東側(cè)有≥16 m/s的西南急流存在。配合700 hPa EC細(xì)網(wǎng)格在28.5°—29.5°N、110.5°—112°E范圍內(nèi)有低渦環(huán)流,低渦中心落后于850 hPa,低渦東側(cè)有≥20 m/s的西南急流存在。形勢分型見圖6,此類過程降水強度大、范圍廣,暴雨區(qū)出現(xiàn)在低渦的東部、急流最強盛區(qū)域或急流出口區(qū),9次過程有5次為全市性暴雨,1次跨區(qū)暴雨,3次區(qū)域性暴雨,其中7次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖6 低渦急流型暴雨Fig. 6 Rainstorm affected by low vortex torrential type

        4.2 低渦切變型

        850 hPa EC細(xì)網(wǎng)格初始場或3 h、6 h、9 h、12 h預(yù)報場2個時次以上在28°—29°N、110.5°—113°E范圍內(nèi)有切變存在,切變線上有弱低渦環(huán)流,低渦沿切變向東偏北方向移動,切變南側(cè)有12 m/s左右的西南急流。配合700 hPa EC細(xì)網(wǎng)格在28°—29°N、110.5°—113°E范圍內(nèi)有切變存在,切變線上有弱低渦環(huán)流,切變南側(cè)有12 m/s左右的西南氣流。形勢分型見圖7,此類過程降水強度較大、范圍集中,暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在850 hPa切變南側(cè)、12 m/s西南氣流區(qū)附近,4次過程3次為本市南部區(qū)域性暴雨,1次為跨區(qū)暴雨,其中1次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖7 低渦切變型暴雨Fig. 7 Rainstorm affected by low vortex shear type

        4.3 急流輻合型

        850 hPa EC細(xì)網(wǎng)格初始場或3 h、6 h、9 h、12 h預(yù)報場在湘中、湘南及洞庭湖區(qū)西南氣流逐漸加強,并出現(xiàn)成片≥14 m/s的西南急流,在洞庭湖區(qū)西部或北部出現(xiàn)≥8 m/s以上的風(fēng)速輻合。配合700 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格在湘中、湘南及洞庭湖區(qū)出現(xiàn)成片的≥14 m/s的西南急流。形勢分型見圖8,此類過程降水強度大、范圍集中且較大,暴雨區(qū)出現(xiàn)在急流最強盛區(qū)域或急流出口區(qū),10次過程有3次全區(qū)性暴雨,1次跨區(qū)暴雨,6次區(qū)域性暴雨,其中7次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖8 急流輻合型暴雨Fig. 8 Rainstorm affected by rapid convergence type

        4.4 暖切變影響型

        850 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格初始場或3 h、6 h、9 h、12 h預(yù)報場2個時次以上在28°—30°N、112°—115°E范圍內(nèi)有暖切變存在,切變北側(cè)為偏東氣流,切變南側(cè)為西南氣流,切變區(qū)域較寬廣。700 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格形勢與850 hPa相近。形勢分型見圖9,此類過程降水強度較大、范圍較小,暴雨區(qū)出現(xiàn)在曲率最大的區(qū)域或風(fēng)速輻合最大的區(qū)域。5次過程均為區(qū)域性暴雨,其中1次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖9 暖切變影響型暴雨Fig. 9 Rainstorm affected by warm shear type

        4.5 切變控制型

        850 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格在湘北有東北—西南向切變緩慢東移南壓進入洞庭湖區(qū),維持時間在12 h以上,切變北側(cè)為東北(偏北)氣流,切變南側(cè)為西南氣流(大多≥12m/s),切變移距12 h大多≤1個經(jīng)緯距。當(dāng)850 hPa切變壓至岳陽北部時,700 hPa一般為≥12 m/s的西南急流,暴雨區(qū)在岳陽北部或中部,多為區(qū)域性暴雨。當(dāng)850 hPa切變壓至岳陽南部時,700 hPa一般有切變相配合,并出現(xiàn)≥12 m/s的西南急流,暴雨區(qū)在岳陽南部或東部山區(qū),并可出現(xiàn)大暴雨。形勢分型見圖10,此類過程降水強度較大、范圍集中且較大。11次過程中其中1次為全區(qū)暴雨,2次為跨區(qū)暴雨,8次為區(qū)域性暴雨,其中2次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖10 切變控制型暴雨Fig. 10 Rainstorm affected by shear control type

        4.6 切變東移南壓型

        850 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格在湘北有東北—西南向切變東移南壓南壓過洞庭湖區(qū),影響時間在6~9 h,切變北側(cè)為偏北氣流,切變南側(cè)為西南急流(大多≥12 m/s),切變移距6 h超過2個經(jīng)緯距。配合700 hPa的EC細(xì)網(wǎng)格一般為≥14 m/s西南急流,或有小槽或切變影響洞庭湖區(qū)。形勢分型見圖11。此類過程降水強度較大,范圍集中,多為區(qū)域性暴雨,暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在850 hPa切變南側(cè)、西南急流區(qū)附近。當(dāng)850 hPa西南急流風(fēng)速≥20 m/s時有大暴雨出現(xiàn)。8次過程均為區(qū)域性暴雨,其中2次過程出現(xiàn)大暴雨。

        圖11 切變東移南壓型暴雨Fig. 11 Rainfall affected by shear-eastward-moving and south-pressure type

        5 小結(jié)與討論

        藥姑山區(qū)范圍廣、坡度平,非常有利于氣流的上升運動,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)是岳陽市暴雨最易產(chǎn)生和暴雨強度最大的地區(qū);連云山區(qū)坡度較陡、山頂較高,有利于局地的上升運動,也是暴雨極易產(chǎn)生和局地暴雨強度較大的區(qū)域;幕阜山區(qū)雖有暴雨極易產(chǎn)生的區(qū)域,但暴雨強度小于藥姑山區(qū)和連云山區(qū)。地形是岳陽市暴雨出現(xiàn)頻率高和暴雨強度大的重要因素,天氣系統(tǒng)是暴雨出現(xiàn)的觸發(fā)因素。

        低渦急流型降水強度大、范圍廣,多為全市性暴雨或大暴雨;急流輻合型降水強度大、范圍集中且較大,多為區(qū)域性暴雨或大暴雨;切變控制型降水強度較大、范圍集中、多為區(qū)域性暴雨或跨區(qū)暴雨;低渦切變型、切變東移南壓型降水強度較大、范圍集中,多為區(qū)域性暴雨;暖切變影響型降水強度較大、范圍較小,多為區(qū)域性暴雨。

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