貴州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

楊秀莊，牟克林

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

貴州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

楊秀莊，牟克林

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

該文利用常規觀測資料、自動站資料及衛星雷達資料分析了貴州銅仁梵凈山地區的一次中β尺度大暴雨，本次暴雨尺度小，且降水受地形影響明顯，對局地性暴雨的研究是一個比較好的個例。通過分析可知，本次暴雨是高空淺槽過境，弱冷空氣侵入梵凈山地區以及地形抬升的共同作用，產生強降水，地面有明顯的輻合線，地面、低層水汽含量大值區為特大暴雨的產生提供了必要的水汽條件。衛星云圖、雷達上表現為一個較小的對流單體向西北移動到梵凈山地區后加強發展，降水增大造成特大暴雨，且降水為淺對流，云頂高度不高。回波上表現為暖云降水，降水率高，降水強度大。

貴州;中β尺度;特大暴雨;地形抬升

1 引言

暴雨天氣一直是氣象防災減災的重點，特別是中小尺度系統引起的局地暴雨及大暴雨天氣，往往造成比較大的人員傷亡和財產損失。基于觀測事實，氣象學家們認識到，暴雨是在有利的大尺度環流背景下引發的中小尺度天氣系統發生發展的結果，直接造成出現暴雨的通常是一些β中尺度天氣系統。近幾年來，有關地形在降水過程中的作用一直是氣象學家們關注的焦點問題，很多專家對地形誘發的中尺度系統暴雨進行了相關的研究［1-7］，得出一些比較有用的結論。譬如孫繼松［1］分析了地形和城市環流誘發的中β尺度暴雨，指出地形坡度越大的地方，產生的上升運動越強，中尺度系統的水平尺度越小，降水的局地性越強，強度越大;王婷［2］、孫健［3］、孫淑清［4］等都對引發暴雨、特大暴雨的中尺度系統進行了相關的分析。本文選取貴州銅仁地區一次影響較大的特大暴雨過程進行分析，重點分析其云圖及雷達回波特征，希望在復雜地形條件下能更好的利用衛星雷達監測及預報局地的暴雨及特大暴雨。

2 降水特征

2011年9月17日傍晚至18日，貴州銅仁地區出現中β尺度大暴雨和特大暴雨，范圍主要在梵凈山周圍的印江東部、松桃西部及江口北部，具體時間為17日18時-18日06時，此次降水時間短、尺度小、降水率高、強度大，最大降水出現在梵凈山為330.8 mm，其次為石梁的223.6 mm，這種局地的短時強降水是防災減災關注的重點。

統計自動站17日18時-18日06時12 h降水量可知，12 h降水＞200 mm的有2個鄉鎮，分別是梵凈山、石梁，降水量＞100 mm有5個鄉鎮，＞50 mm有6個鄉鎮。降水空間呈不均勻分布，特大暴雨、大暴雨主要分布在梵凈山一帶，暴雨主要分布在梵凈山以東地區，其余地區降水很弱。

分析梵凈山、石梁17日18時—18日18時逐小時雨量可知梵凈山的降水分為2個階段，第1階段從17日20時開始，之后逐漸增大，至18日01時結束。第2階段03時降水重新開始，至07時結束。第1階段降水率很大，最大降水率59.4 mm/h，為對流性降水。第2階段降水稍弱，最大降水率也達28.9 mm/h，也為對流云或混合云降水。第1階段前5 h的降水就超過200 mm，說明主要的降水時段為20-24時。石梁的降水主要從17日21時開始，至18日06時結束，大的降水時段主要在01時、04-05時，最大降水率達45.7 mm/h。盡管梵凈山和石梁都是由強的對流性降水造成的特大暴雨，但從降水時段來看，降水時段相差較遠，說明影響它們的不是同一個降水單體。

3 環流形勢

圖1為17日20時高空形勢分布圖。圖1a為500 hPa的實況場，從圖中可以看到，在貴州的西部地區有淺槽，在西風帶系統引導下，淺槽向東移動，到18日08時(圖略)淺槽移動到江西地區，淺槽誘發地面低值系統的產生，有利于地面輻合，這為梵凈山地區的特大暴雨提供了較好的環境場。700 hPa和850 hPa從17日20時—18日08時一直受偏南氣流控制，這利于南海的水汽可以源源不斷向梵凈山地區輸送，為暴雨天氣的產生提供較好的水汽條件。925 hPa 17日20時為偏東氣流，18日08時轉為偏東北氣流，說明北方有弱冷空氣南下，從溫度場上看，等溫線也有明顯的南壓，也證實了這一點。分析本次過程地面形勢場的演變可知在銅仁的東部地區有地面輻合線，輻合線以東受偏東氣流影響，說明有弱冷空氣經湖南滲透到銅仁地區，冷空氣勢力比較弱，到18日05時，地面輻合線仍然存在，輻合線以東轉為偏東北氣流影響，冷空氣勢力加強，本次過程就是在這樣的形勢下發生的特大暴雨。

圖1 2011 年9 月17 日高空形勢圖，a、b、c、d 分別為 500hPa、700hPa、850hPa、925hPa

4 溫濕場及風場

圖2為懷化站點9月17日20時T-lnP圖和風矢端圖。由于銅仁地區附近的探空站點懷化最近，故采用懷化站的探空情況大體表示銅仁地區的層結情況。T-lnP圖顯示，銅仁東部地區呈上干下濕的層結狀態，濕層從地面一直延伸到500 hPa附近，底層溫度遞減率較小，有一定的CIN，有利于低層水汽和不穩定能量的聚積，在適當的觸發機制下，容易引發對流。圖中還可以看到懷化站點的CAPE值較大，K=40，各種對流參數也利于對流。從風場的情況看，低層為偏東風，風速較大，到中層轉為偏西風，垂直風切變較大，風隨高度呈順時針旋轉，說明低層到中層有暖平流。從中層到高層，風逆時針旋轉為東北偏北風，有較強的冷平流，冷平流厚度較厚。從風矢端圖上可以更清楚看到風場隨高度的演變。這種底層暖濕、高層干冷的層結屬于位勢不穩定層結。

分析暴雨區地面風場的情況，降水開始前，在銅仁東部地面有輻合線，東南風較強，從接下來幾個時次的演變情況看，輻合線向西北移動，其產生的對流系統也向西北移動。分析暴雨區地面的露點溫度，可知，地面站點的露點普遍＞20℃，說明地面濕度大，水汽相當充沛，邊界層輻合容易產生暴雨。850 hPa吹東南氣流，暴雨區低層及邊界層有較暖濕的氣流從東南向西北吹，地面輻合線在東南氣流引導下向西北移動。銅仁地區海拔高度低，平均為300～400 m左右，但是梵凈山地區海拔為2 400多米，且坡度大，有利于形成尺度將小的強風暴。我們知道，坡度越大，上升運動越強，但是產生的風暴尺度越小。當較強的東南風氣流到達銅仁地梵凈山地區時，由于地形的抬升作用，上升運動產生或加強，有利于產生和加強對流風暴。

5 云圖分析

圖3為17日18時—18日06時風云2E的TBB隨時間演變圖。圖中顯示，在18時，銅仁地區的南部出現了對流云，云頂亮溫為-10℃，19時，對流云在東南風的引導下向西北方向移動到印江東部地區，20時，對流云停滯少動，但迅速發展增大，云頂亮溫達-30℃以上，面積也有所擴大，說明對流云團移到梵凈山地區時，由于地形的抬升作用，對流迅速發展，云團不斷發展壯大。21-23時，云團仍繼續發展，云頂亮溫達-40℃。由于高層為強的冷平流，以下沉氣流為主，對流云團發展到達中層后，向上發展變得困難，故對流云團最大TBB為-40℃左右。02-06時，對流云團減弱，至04時，基本沒有出現TBB＜0℃的云系。但是，從地面降水分析，02-04時，降水仍在持續，有的地方還出現了較強的對流性降水，如石梁03-05時2 h降水接近100 mm，這使得較強的降水沒有與之匹配的云團相對應。分析認為，可能有兩方面的原因，一方面降水云系越來越低，較強的降水為淺對流性降水，另外一種可能的原因由于對流云團尺度很小，而紅外云圖在貴州地區的分辨率接近或達到10 km左右，較低的分辨率無法監測到降水尺度很小的對流云圖。

6 雷達回波分析

此次降水尺度較小，為了更有效地對中小尺度的降水進行探討，我們對造成強降水的系統進行雷達回波分析。17日17時，在江口附近，有雷暴單體出現，說明剛開始時的雷暴并不是由地形抬升引起的，而是由地面輻合線造成的雷暴單體。17-19時，雷暴單體不強，降水率也相對不大，向西北方向移動，當移動到梵凈山地區時，雷暴單體迅速發展，回波強度、面積都增大，最強回波強度達50dBz，強的回波從20-23時基本維持在梵凈山一帶，造成了強降水持續穩定的降落在梵凈山，形成特大暴雨。23時回波開始減弱，梵凈山的回波最強只有35 dBz左右，降水也開始減弱。分析石梁等鄉鎮第2階段形成的強降水，選取18日03：46分的雷達回波(圖略)，從圖中可以看到，大的回波區主要在印江的東面，造成了印江東面幾個鄉鎮的暴雨。石梁的強降水卻沒有有效的監測到，從整個過程降水開始到結束，石梁及梵凈上北面的大范圍強降水都沒有監測到其對應的強回波。分析認為最有可能的原因是三穗雷達受梵凈山阻擋，雷達只能掃描到其高仰角的回波，低仰角的不能完全掃描到，平均下來就造成了這些地區的雷達回波強度變弱，回波強度不能有效的反應降水真實的強度，這也是短時預報員經常容易疏忽的地方。

一般來說，盡管回波強度達40dBz，但也沒有那么大的降水率，但此次降水過程較強的回波卻出現了很強的降水率，這個造成降水的結構類型有關。分析17日21：55分的回波剖面圖(圖略)，較大的反射率因子都在1～4 km高度，而當天的探空圖上顯示0℃高度約在5 km左右，說明降水回波都在0℃層以下，屬于暖云降水，降水率高，從而造成了特大暴雨的產生。

7 結論和討論

①這次降水過程尺度小、時間短、強度大，屬于典型的中β尺度特大暴雨。

②可能的觸發機制初步分析為地面弱冷空氣影響銅仁東部，地面風場輻合產生對流云團，在東南氣流的引導下移到梵凈山地區，由于地形的抬升作用加強，產生強降水。同時，地面、低層相當大的水汽含量為特大暴雨的產生提供了必要的水汽條件。

③衛星云圖、雷達上表現為一個較小的對流單體向西北移動到梵凈山地區后加強發展，降水增大造成特大暴雨，且降水為淺對流，云頂高度不高。回波上表現為暖云降水，降水率高，降水強度大。

④對于中小尺度的強降水，由于監測、預報能力的不足，常常漏報，如何提高中小尺度強降水的短時臨近預警能力、如何提前捕捉這種短時強降水的風壓場信息從而及時發出預警，這些都給短時臨近預報員帶來了很大的挑戰。

⑤貴州屬于多山地區，山體阻擋不僅產生地物雜波，還使得山后的降水回波出現失真，造成真實的回波遠大于觀測到的回波，導致短時預報員容易疏忽，造成漏報。

［1］ 孫繼松，楊波.地形與城市環流共同作用下的β中尺度暴雨［J］.大氣科學，2008，32(6)：1352-1364.

［2］ 王婷，吳池勝，馮瑞權.2005年6月廣東一次暴雨過程的中尺度對流系統的數值研究［J］.大氣科學，2008，32(1)：184-196.

［3］ 孫健，劉淑媛，陶祖鈺，等.1998年6月8-9日香港特大暴雨中尺度對流系統分析［J］.大氣科學，2004，28(5)：713-721.

［4］ 孫淑清，周玉淑.近年來我國暴雨中尺度動力分析研究進展［J］.大氣科學，2007，31(6)：1171-1188.

［5］ 孫繼松.氣流的垂直分布對地形雨落區的影響［J］.高原氣象，2005，24(1)：62-69.

［6］ 孫繼松，王華，王令，等.城市邊界層過程在北京2004年7月10日局地暴雨過程中的作用［J］.大氣科學，2006，30(2)：221-234.

［7］ 孫繼松.城市中尺度天氣動力學研究中的一些問題［J］.科學研究月刊，2006，22(10)：8-12.

P458.1+21.1

B

1003-6598(2012)04-0006-04

2012-01-15

楊秀莊(1983—)，男，工程師，主要從事短時臨近天氣預報預警工作。