戴勁,游梟雄,葉梓杰,何寧
摘要 利用高空、地面常規(guī)觀測資料,NCEP格點再分析資料和多普勒雷達資料,分析湘潭早春的一次強降水過程形成原因。結果表明:(1)暴雨發(fā)生時,中低空的急流發(fā)展旺盛,850 hPa、700 hPa切變線位置重合(2)地面有低壓倒槽發(fā)展,地面輻合線是主要的觸發(fā)系統(tǒng)。(3)高層輻散對應低層輻合,有利于上升運動。(4)東西向的強對流回波排列成行,以“列車效應”形式造成湘潭北部強降雨。
關鍵詞 強降雨;西南急流;列車效應
中圖分類號:P458.121.1 文獻標識碼:B 文章編號:2095–3305(2022)03–0039–03
暴雨是湘潭市主要的氣象災害之一,主要發(fā)生在汛期(4—9月),可形成洪澇災害,威脅生命財產(chǎn),2021年3月15—16日受高空槽,中低層切變線、地面輻合線影響,湘潭市出現(xiàn)了一次強降雨天氣過程,其中湘潭市北部出現(xiàn)了大暴雨。近年來,許多專家研究了暴雨[1-2]。童哲堂[3]分析廣東2次大暴雨診斷得出,暴雨落區(qū)與水汽通量散度、螺旋度、垂直速度大值區(qū)有較好的對應關系;周慧等[4]分析 2016年湖南一次極端持續(xù)性暴雨成因得出,強降雨不僅與高低空影響系統(tǒng)有關,還與中尺度系統(tǒng)和地形有關。
1 降水實況
2021年3月15—16日湘潭市中北部出現(xiàn)大到暴雨、局地大暴雨天氣,并伴有雷電。據(jù)區(qū)域自動氣象觀測站監(jiān)測,3月15日20:00—16日20:00共出現(xiàn)23站大雨、47站暴雨、3站大暴雨(圖1),最大降水量為133.1 mm(雨湖區(qū)白沖村);強降水時段為15日夜間至16日凌晨。此次強降水導致多處受災,湘鄉(xiāng)市龍洞鎮(zhèn)發(fā)生3處山體滑坡,油菜地、秧苗地被淹,直接經(jīng)濟損失22萬元;韶山村韶山鄉(xiāng)出現(xiàn)山體滑坡、房屋倒塌現(xiàn)象,造成一定的經(jīng)濟損失。
2 強降水成因分析
2.1 天氣形勢分析
15日08:00綜合圖2a上,500 hPa上
從貴州至廣西一帶有高空槽發(fā)展東移,湖南地區(qū)處于槽前強西南氣流中。700 hPa西南急流發(fā)展旺盛,急流軸位于華南北部至華東一線,湘中以北存在切變線。而850 hPa上,西南急流更加強盛,懷化的風速達到20 m/s,長沙的風速為18 m/s,湘西北有風速輻合,地面暖低壓發(fā)展,15日白天,全省均為陣型降水,局地強降水主要發(fā)生在急流左側、暖切南側地區(qū),益陽桃江縣在兩小時以內(nèi)達到暴雨量級。在15日20:00綜合圖2b上,500 hPa有小槽過境,700 hPa上長沙以南仍為西南急流控制,湘中以北有風速輻合,在重慶地區(qū)出現(xiàn)一低渦,850 hPa切變線有所東移南壓,在湘中以北地區(qū),湘潭20:00左右出現(xiàn)地面輻合線,15日晚上湖南地面有暖低壓發(fā)展,湘中以北受強烈發(fā)展的地面倒槽控制,15日白天湘潭最高氣溫均達28℃以上,且濕度增大;在高溫高濕條件下,降水進一步在輻合線附近生成。
2.2 物理量場分析
2.2.1 水汽條件 水汽通量散度的變化能很好地反映水汽的聚集情況,湘潭強降水發(fā)生前3月15日20:00(圖3a)925 hPa水汽輻合中心位于貴州南部,中心附近東北部的益陽、長沙有強降水發(fā)生,其水汽通量散度在-0.6×10-7 hPa-1·cm-2·s-1 ~-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1之間。隨著冷空氣南下,16日02:00(圖3b)水汽輻合大值區(qū)北抬且強度增強,四川和江西東北部出現(xiàn)兩處水汽輻合中心,湘中和以北地區(qū)位于在兩個中心之間,其水汽通量散度保持在-0.6 ×10-7 hPa-1·cm-2·s-1 ~-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1的強度,但范圍有所擴大,且湘東北水汽通量散度強度增強至-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1以上,強降水區(qū)南移至湘潭北部。本次暴雨區(qū)出現(xiàn)在水汽輻合中心區(qū)域附近強度相對較小的水汽輻合區(qū),因此在初春季節(jié)預報中不能忽視。
2.2.2 動力條件 分析這次強降水過程的動力條件進行發(fā)現(xiàn)(圖4),925 hPa散度場輻合區(qū)與水汽輻合區(qū)對應較好,15日20:00強輻合區(qū)主要位于低層850 hPa附近102°E~107°E(圖4a),湘潭附近低層為輻合區(qū),但850 hPa以上基本為輻散區(qū),整層維持上升運動;至16日02:00強輻合區(qū)位于900 hPa附近116°E~120°E(圖4b),湘潭低層輻合維持,上升速度減慢。
2.2.3 熱力條件 根據(jù)此次過程主要強降水落區(qū)上空假相當位溫()和相對濕度的徑度垂直分布情況(圖5),15日20:00(圖5a)湘潭上空濕層較為深厚,850~600 hPa有濕度高值中心,1000-600達到16 K,850 hPa以下有水汽的輻合,此時有弱降水開始發(fā)生。至16日02:00(圖5b),中底層濕度進一步飽和,600 hPa以下的垂直遞減率明顯下降,1000-600僅為4 K左右,相對濕度>80%區(qū)域維持在700 hPa以下,其中850~950 hPa達到100%,此時為強降水發(fā)生時段。
2.3 雷達回波特征分析
分析組合反射率因子可知(圖6),15日下午(圖6a),在長沙區(qū)域內(nèi)有若干個對流回波排列成線,移動緩慢,湘潭地區(qū)為分散性的積狀云回波,出現(xiàn)陣性降水天氣,長沙境內(nèi)的回波自西向東移動的過程中,逐漸合并,不斷加強發(fā)展,到15日21:00(圖6b), 發(fā)展成為一條長300 km,寬為100 km的東西向強回波帶,此條回波帶穩(wěn)定少動,長時間影響長沙地區(qū),造成長沙地區(qū)15日下午出現(xiàn)強降水。16日凌晨,整條強回波帶開始南壓,影響湘潭市北部,強回波中心>45 dBZ,排列成行,在湘潭市北部不斷生成—發(fā)展—加強,強回波帶在同一區(qū)域維持了近6 h,16日00:00~04:00為影響的最強時段,韶山市黃田村降水量為72.9 mm,林家灣降水量為67.3 mm,如意鄉(xiāng)降水量為53.1 mm。由于地面輻合線和850 hPa接近東—西橫向的切變線一直穩(wěn)定維持在湘潭區(qū)域內(nèi),使降雨回波移動方向與回波帶的走向基本一致,形成“列車效應”,是湘潭北部產(chǎn)生大暴雨的直接原因[5]。
3 各家模式對比分析
3.1 模式高度場對比
根據(jù)上述分析,由于各時段均出現(xiàn)了降水落區(qū)和強度不同程度的偏差,因此分別分析了15日20:00、16日08:00的高度場。
如圖7所示,實況15—16日湘潭市受多波動環(huán)流影響,均處于槽前,而EC模式預報15日20:00環(huán)流較為平直,未報出明顯的槽變化,16日08:00槽速度較實況慢,深度較實況淺。總體來說,此次高度場預報未體現(xiàn)出高空槽對湘潭市的影響。
3.2 模式風場對比
如圖8所示,實況上3月15日西南氣流在湘西南有風速輻合,急流核位于湘南至兩廣一帶,切變位于湘中以北,呈東北—西南向,16日切變維持,位置略有南壓,湘南的西南急流逐漸減弱,EC模式15日850 hPa風場24 h預報與實況較為一致,能較好地反映出實況場中急流的位置和強度,前48 h預報較實況更為接近,但兩個時次總體西南風速預報的比實況弱,16日切變位置預報較實況明顯偏南,湘中一帶風向預報偏差較大。
4 結論
(1)暴雨發(fā)生時,湘潭市處于高空槽前西南暖濕氣流中,有充分的水汽和較強的上升運動,地面有暖低壓發(fā)展,積聚了大量的不穩(wěn)定能量,地面輻合線是主要的觸發(fā)系統(tǒng)。
(2)從物理量場分析得出:初春季節(jié),在強的水汽輻合中心邊緣或較弱的水汽輻合區(qū)也能產(chǎn)生強降水;中低層的水汽輻合區(qū)和散度場輻合區(qū)有較好的對應,加上不穩(wěn)定能量的維持,最終造成強降雨的發(fā)生。
(3)由于地面輻合線和850 hPa接近東—西橫向的切變線一直穩(wěn)定維持在湘潭區(qū)域內(nèi),以積狀云為主的東西向強對流回波帶移動緩慢,形成“列車效應”,是湘潭北部產(chǎn)生大暴雨的直接原因。
參考文獻
[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京:科學出版社,1980.
[2] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理和方法[M]北京:氣象出版社,2007.
[3] 童哲堂,胡昌瓊,汪高明,等.2008年盛夏湖北一次連續(xù)性暴雨天氣過程分析[J].暴雨災害,2010,29(2):186-192.
[4] 周慧,蔡榮輝,尹冬德,等.2016年7月湖南一次極端持續(xù)性暴雨成因分析[J].干旱氣象,2018,36(1):56-63.
[5] 許美玲,尹麗云,金少華,等.云南突發(fā)性特大暴雨過程成因分析[J].高原氣象,2013,32(4):1062-1073.
責任編輯:黃艷飛
Analysis of the Causes of a Heavy Rainfall in Xiangtan Early Spring in 2021
DAI Jin et al(Xiangtan Meteorological Bureau, Xiangtan, Hunan 411100)
Abstract Using high-altitude and ground routine observation data, NCEP grid reanalysis data and Doppler radar data, the reasons for the formation of a heavy rainfall in Xiangtan in early spring were analyzed. The results show that: (1) When a heavy rain occurs, the mid-to-low-altitude jet stream developed vigorously, and the positions of the 850 hPa and 700 hPa shear lines coincide. (2) There was low-pressure inverted trough development on the ground, and the ground convergence line was the main trigger system. (3) High-level divergence corresponds to low-level convergenced, which was conducive to upward movement. (4) The strong convective echoes in the east-west direction were arranged in rows, causing heavy rainfall in the northern part of Xiangtan in the form of “train effect”.
Key words Heavy rainfall; Southwest jet; Train effect