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        2021年湘潭初春一次強(qiáng)降雨成因分析

        2022-06-01 09:40:24戴勁,游梟雄,葉梓杰,何寧
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2022年3期
        關(guān)鍵詞:強(qiáng)降雨

        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(dá)資料,分析湘潭早春的一次強(qiáng)降水過程形成原因。結(jié)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(yīng)低層輻合,有利于上升運(yùn)動。(4)東西向的強(qiáng)對流回波排列成行,以“列車效應(yīng)”形式造成湘潭北部強(qiáng)降雨。

        關(guān)鍵詞 強(qiáng)降雨;西南急流;列車效應(yīng)

        中圖分類號:P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(zāi)害之一,主要發(fā)生在汛期(4—9月),可形成洪澇災(zāi)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(qiáng)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(yīng)關(guān)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(qiáng)降雨不僅與高低空影響系統(tǒng)有關(guān),還與中尺度系統(tǒng)和地形有關(guān)。

        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(qiáng)降水時段為15日夜間至16日凌晨。此次強(qiáng)降水導(dǎo)致多處受災(zāi),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(jì)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(jì)損失。

        2 強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)盛,懷化的風(fēng)速達(dá)到20 m/s,長沙的風(fēng)速為18 m/s,湘西北有風(fēng)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(qiáng)降水主要發(fā)生在急流左側(cè)、暖切南側(cè)地區(qū),益陽桃江縣在兩小時以內(nèi)達(dá)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(fēng)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(qiáng)烈發(fā)展的地面倒槽控制,15日白天湘潭最高氣溫均達(dá)28℃以上,且濕度增大;在高溫高濕條件下,降水進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度增強(qiáng),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(qiáng)度,但范圍有所擴(kuò)大,且湘東北水汽通量散度強(qiáng)度增強(qiáng)至-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1以上,強(qiáng)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(qiáng)度相對較小的水汽輻合區(qū),因此在初春季節(jié)預(yù)報中不能忽視。

        2.2.2 動力條件 分析這次強(qiáng)降水過程的動力條件進(jìn)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(yīng)較好,15日20:00強(qiáng)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(yùn)動;至16日02:00強(qiáng)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(qiáng)降水落區(qū)上空假相當(dāng)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(dá)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(jìn)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(dá)到100%,此時為強(qiáng)降水發(fā)生時段。

        2.3 雷達(dá)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)降水。16日凌晨,整條強(qiáng)回波帶開始南壓,影響湘潭市北部,強(qiáng)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(qiáng),強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)”,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(qiáng)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(yù)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??傮w來說,此次高度場預(yù)報未體現(xiàn)出高空槽對湘潭市的影響。

        3.2 模式風(fēng)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(fēng)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(fēng)場24 h預(yù)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(qiáng)度,前48 h預(yù)報較實況更為接近,但兩個時次總體西南風(fēng)速預(yù)報的比實況弱,16日切變位置預(yù)報較實況明顯偏南,湘中一帶風(fēng)向預(yù)報偏差較大。

        4 結(jié)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(qiáng)的上升運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(yīng),加上不穩(wěn)定能量的維持,最終造成強(qiáng)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(qiáng)對流回波帶移動緩慢,形成“列車效應(yīng)”,是湘潭北部產(chǎn)生大暴雨的直接原因。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京:科學(xué)出版社,1980.

        [2] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)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(zāi)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(zé)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

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