習(xí)水2014年8月11日特大暴雨天氣過程的成因分析

肖 蕾，郭曉超，姚正蘭，周麗娟

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002；2.四川省成都市氣象局，四川 成都 610031)

習(xí)水2014年8月11日特大暴雨天氣過程的成因分析

肖 蕾1，郭曉超1，姚正蘭1，周麗娟2

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002；2.四川省成都市氣象局，四川 成都 610031)

利用常規(guī)、非常規(guī)資料對(duì)2014年8月11日貴州習(xí)水發(fā)生的特大暴雨天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：習(xí)水此次特大暴雨主要是在高空低槽發(fā)展加深、中低層低渦東移、地面輻合系統(tǒng)共同影響下產(chǎn)生的。低渦切變和地面輻合線在習(xí)水境內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持影響是本次大暴雨的主要原因。雷達(dá)組合反射率因子表現(xiàn)為回波呈帶狀分布，具有典型“列車效應(yīng)”；反射率因子剖面圖上表現(xiàn)出暖云降水的特征，降水效率高；徑向速度圖顯示，強(qiáng)降雨時(shí)段低層存在明顯的低空急流和垂直風(fēng)切變，有利于降水的持續(xù)發(fā)展；從水汽通量散度場(chǎng)得知水汽供應(yīng)充足；河谷地形對(duì)降雨有增幅作用。

列車效應(yīng)；低空急流；暖云降水；低渦切變；地形

1 引言

暴雨作為一種重要的災(zāi)害性天氣，一直深受氣象部門及政府部門的高度重視，也是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。不少學(xué)者針對(duì)不同區(qū)域和季節(jié)的暴雨進(jìn)行了大量研究，無論是在形成機(jī)理上還是監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)上都進(jìn)行了較全面的探討，得到不少有意義的結(jié)論[1]。伍紅雨[2]對(duì)2005年5月31日—6月1日貴州省一次大暴雨天氣過程進(jìn)行數(shù)值模擬表明，西南渦是造成大暴雨的主要影響系統(tǒng)。陳忠明等[3]、池再香等[4-5]研究指出，西南低渦東部低空急流活動(dòng)將影響低渦的維持與發(fā)展。方標(biāo)等[6]對(duì)銅仁市一次局地大暴雨天氣的雷達(dá)回波特征分析表明，在混合降水云系中，分散積層混合型回波在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)聚集穩(wěn)定、少動(dòng)、呈“準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)”和強(qiáng)回波雨帶構(gòu)成的“列車效應(yīng)”是大暴雨天氣發(fā)生的主要原因。張艷梅等[7]利用貴州52個(gè)測(cè)站1961—2006年歷年夏季(6—8月)逐日降水資料分析了貴州夏季暴雨的時(shí)空分布特征，認(rèn)為貴州夏季暴雨呈增加趨勢(shì)，并存在明顯的年際、年代際變化特征。貴州地區(qū)對(duì)自然災(zāi)害的抗御能力較為脆弱，一旦發(fā)生暴雨，極易形成山洪地質(zhì)災(zāi)害和其他次生災(zāi)害，且該地區(qū)暴雨多數(shù)生命史短、 強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)，所造成的危害特別大，因此，對(duì)貴州局地暴雨的研究仍有待于繼續(xù)和深入[8]。2014年8月11日，貴州省遵義市習(xí)水縣出現(xiàn)歷史罕見的特大暴雨(以下簡(jiǎn)稱“8·11”特大暴雨)，本文利用常規(guī)、非常規(guī)資料對(duì)“8·11”特大暴雨過程進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析天氣形勢(shì)、物理量場(chǎng)、雷達(dá)回波特征，以及地形對(duì)降水的影響。通過分析，總結(jié)出本次局地強(qiáng)降水發(fā)生的特點(diǎn)和成因，為今后暴雨預(yù)報(bào)服務(wù)提供參考。

2 降雨實(shí)況

2014年8月10日夜間—11日上午，遵義市習(xí)水縣出現(xiàn)歷史罕見的特大暴雨，暴雨有17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大暴雨有6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，特大暴雨有2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖1a，暴雨中心習(xí)水縣良村鎮(zhèn)333.2 mm，過程降水量突破歷史極值，強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在10日22時(shí)—11日04時(shí)圖1b。此次暴雨過程雨量分布極不均勻，強(qiáng)降水主要集中在習(xí)水境內(nèi)，且具有歷時(shí)短、強(qiáng)度大的顯著中尺度特征。由于雨量集中，強(qiáng)度大，來勢(shì)兇猛，造成河流水位超過警戒線，引起山洪、滑坡、泥石流等災(zāi)害，導(dǎo)致大量房屋嚴(yán)重受損，農(nóng)作物絕收，家庭財(cái)產(chǎn)損失慘重，因?yàn)?zāi)死亡13人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失12.67億元。

3 環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)分析

3.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

暴雨發(fā)生前的8月10日20時(shí)，500 hPa上(圖略)亞歐中高緯為多波動(dòng)型，低槽位于河套以西—川南一線，貴州省受槽前西南氣流影響，588 dagpm線位于華南到江南東部。11日08時(shí)，河套西部—川南低槽東移減弱至川東地區(qū)，貴州仍處于槽前西南氣流控制，588 dagpm線東退南壓至菲律賓以西。隨著高空低槽東移南亞帶動(dòng)低層系統(tǒng)移出遵義市，暴雨過程趨于結(jié)束。

圖1 2014年8月10日20時(shí)—11日08時(shí)遵義市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計(jì)降水量(單位：mm)(a)及暴雨中心良村鎮(zhèn)逐小時(shí)降水量(單位：mm·h-1)(b)

3.2 中低層影響系統(tǒng)

8月10日20時(shí)，700 hPa四川東部存在西南低渦，貴州省受西南氣流影響，風(fēng)速為4～6 m/s。本次過程貴州省北部地區(qū)一直處于飽和濕區(qū)(T-Td<1℃)。圖2a顯示，暴雨發(fā)生前的8月10日20時(shí)，850 hPa 為風(fēng)速6～8 m/s東南風(fēng)控制，雖然風(fēng)速未達(dá)到急流的標(biāo)準(zhǔn)，南海上來的東南氣流建立了水汽通道，重慶西部存在西南低渦，低渦發(fā)展緩慢東移，人字形切變線中冷式切變線自西向東影響遵義市，暴雨隨之發(fā)生，期間貴州省北部一直處于飽和濕區(qū)(T-Td<1℃)。11日08時(shí)，西南低渦移動(dòng)到重慶中部，隨后迅速東南壓至湖南東南部，貴州省轉(zhuǎn)為偏北氣流控制，貴州南部也轉(zhuǎn)為由中南半島北上風(fēng)速4～6 m/s的偏南氣流控制，暴雨過程結(jié)束。

3.3 地面中尺度輻合線

如圖2(b)所示，10日23時(shí)至11日05時(shí)，地面圖上重慶南部到貴州省西部的輻合線東北西南向經(jīng)遵義市西部習(xí)水，穩(wěn)定少動(dòng)維持影響，直到11日08時(shí)輻合線迅速南壓至貴州省中部一線。

圖2 850 hPa 10日20時(shí)要素場(chǎng)疊加10日20時(shí)、11日08時(shí)、11日20時(shí)低渦的位置及移動(dòng)路徑(空心線為切變線，空心箭頭為低渦移動(dòng)路徑，數(shù)字為溫度露點(diǎn)差)(a)10日23時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)疊加10日23時(shí)、11日02時(shí)、11日05時(shí)、11日08時(shí)地面輻合線位置(b)

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件分析

10日20時(shí)850 hPa水汽通量散度場(chǎng)上，貴州北部存在水汽輻合中心，水汽通量散度在(-15～-25)×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1之間， 降雨進(jìn)行時(shí)的11日02時(shí)，水汽通量散度中心北抬至貴州省中部以北，中心值為-35×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。習(xí)水縣處于輻合中心西北側(cè)的水汽通量散度梯度大值區(qū)，水氣通量散度在(-15～-30)×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1之間，暴雨落區(qū)即處在水汽通量散度最大梯度帶上(圖3a)。到11日08時(shí)水汽通量散度明顯減小，此時(shí)強(qiáng)降雨趨于結(jié)束。10日20時(shí)—11日08時(shí)比濕場(chǎng)上得知(圖略)，700 hPa貴州西北部到重慶南部10～12 g/kg之間，850 hPa上貴州西北部比濕>16 g/kg，水汽充沛。

4.2 動(dòng)力條件及不穩(wěn)定能量分析

良村鎮(zhèn)(106.3°E，28.5°N)渦度垂直時(shí)間剖面圖上(圖3b)，在11日02時(shí)強(qiáng)降雨進(jìn)行時(shí)低層存在輻合中心，對(duì)應(yīng)400 hPa以上為輻散，輻散中心位于150 hPa附近。從天氣形勢(shì)也分析出，貴州北部處于南亞高壓脊線附近的強(qiáng)輻散區(qū)(圖略)，對(duì)低層產(chǎn)生強(qiáng)的抽吸作用，高層輻散、低層輻合，增強(qiáng)了對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)。從10日20時(shí)垂直速度垂直空間剖面圖(圖3c)上，貴州西北部從低層到400 hPa均為強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。強(qiáng)降水發(fā)生前，垂直上升運(yùn)動(dòng)高度高，說明對(duì)流發(fā)展旺盛。

圖3 11日02時(shí)水汽通量散度場(chǎng)(單位：10-7g·cm-2·hPa-1·s-1)(a)；良村鎮(zhèn)附近渦度垂直時(shí)間剖面(單位：l/s)(b)；10日20時(shí)良村鎮(zhèn)附近垂直速度空間剖面圖(單位：hPa/s)(c)

10日20時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)(圖略)得知，高能舌從云南向貴州延伸至重慶，遵義全市θse處在80℃以上的高能區(qū)內(nèi)，700 hPa和500 hPa均處在以青藏高原地區(qū)高能中心的大范圍高能區(qū)，在72～80℃之間，高能條件下有利于暴雨的形成和發(fā)展。

5 雷達(dá)回波分析

5.1 強(qiáng)度場(chǎng)特征

圖4為8月10日20時(shí)，雷達(dá)組合反射率演變圖。習(xí)水縣良村鎮(zhèn)出現(xiàn)風(fēng)暴單體，回波向東北方向移動(dòng)，隨后，在習(xí)水縣東部、仁懷、金沙等地陸續(xù)有新生單體產(chǎn)生并向東北移動(dòng)合并，形成“列車效應(yīng)”。俞小鼎等[9]指出，當(dāng)颮線的移動(dòng)速度矢量基本平行于其走向時(shí)，颮線中的強(qiáng)降水單體依次經(jīng)過同一地點(diǎn)，即所謂的列車效應(yīng)，產(chǎn)生大的累積雨量。回波單體呈準(zhǔn)西南東北向的帶狀分布，與地面輻合線位置和走向基本一致。在回波的移動(dòng)過程中，地面輻合線附近不斷有風(fēng)暴單體生成和合并。21時(shí)29分，習(xí)水縣東部已發(fā)展為結(jié)構(gòu)緊密的帶狀回波。在10日22時(shí)—11日04時(shí)，良村鎮(zhèn)出現(xiàn)持續(xù)性的40～50 dBz的強(qiáng)回波區(qū)。期間良村鎮(zhèn)出現(xiàn)了強(qiáng)降水，持續(xù)6 h短時(shí)強(qiáng)降水，且連續(xù)2 h雨強(qiáng)超過60 mm。地面中尺度輻合線的生消演變與強(qiáng)回波和強(qiáng)降水中心發(fā)生或增強(qiáng)的時(shí)間、區(qū)域均有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這說明地面輻合線在暴雨過程中不可忽視的作用，也是本次出現(xiàn)局地強(qiáng)降水的根本原因。

對(duì)10日22時(shí)59分良村鎮(zhèn)雷達(dá)反射率因子作垂直剖面，如圖4所示，可以看出存在低層回波中心(low echo centroid，簡(jiǎn)稱LEC)，根據(jù)貴陽探空估算出0℃層高度大約為4.5 km，對(duì)本次降水過程中其它時(shí)段和其它地點(diǎn)的雷達(dá)反射率因子做垂直剖面，其強(qiáng)回波中心都集中在0℃層以下，因此本次降水為暖云降水。根據(jù)云的微物理理論，暖云降水效率較高，降水系統(tǒng)中的暖云層越厚，越有利于高降水效率的產(chǎn)生[9]。

圖4 8月10日雷達(dá)組合反射率演變圖

圖5 10日22時(shí)59分良村鎮(zhèn)的雷達(dá)垂直剖面圖

5.2 速度圖分析

10日20時(shí)52分，低層為東南風(fēng)，中高層為西南風(fēng)(圖5)，風(fēng)向隨高度呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說明有暖平流存在，增加不穩(wěn)定性。2 km以下存在垂直風(fēng)切變(從速度廓線圖也可以看出該垂直切變的存在)，有利于降水的維持。

圖6 22時(shí)52分速度圖和風(fēng)廓線圖

10日21時(shí)存在低空急流(速度達(dá)13 m/s)圖略，從后續(xù)的雷達(dá)徑向速度圖得知，低空急流維持到11日02時(shí)38分。高空探測(cè)資料沒有很好反映出低空急流，這是因?yàn)橛^測(cè)時(shí)間密度太低(08時(shí)、20時(shí))，雷達(dá)資料很好地刻畫了這一重要特征，彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)的不足。屠妮妮等[10]分析指出低空急流處在不穩(wěn)定的狀態(tài)中，它在低層所提供的水汽、不穩(wěn)定層結(jié)和動(dòng)力環(huán)境條件下容易得到猛烈發(fā)展，低空急流與暴雨是相互促進(jìn)的正反饋的關(guān)系。低空急流的存在，有利于暴雨的發(fā)生，暴雨的發(fā)生又促進(jìn)了急流的形成和維持。低空急流為暴雨區(qū)提供水汽的水平輸送。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降雨集中在10時(shí)22時(shí)—11日04時(shí)，與低空急流存在時(shí)間基本一致。

6 地形的作用

習(xí)水縣地處大婁山山系西北坡與四川盆地南緣的過渡地帶，境內(nèi)屬中山峽谷地貌，地勢(shì)東高西低，東部至高點(diǎn)黃沙巖海拔1 871.9 m，西部赤水河出境處的小壩鄉(xiāng)河灘地是最低點(diǎn)，海拔275.0 m。本次強(qiáng)降水區(qū)域在大婁山系西北坡，主要位于習(xí)水境內(nèi)，其中特大暴雨鄉(xiāng)鎮(zhèn)良村鎮(zhèn)(333.2 mm)、大坡鄉(xiāng)、三岔河鄉(xiāng)、溫水鎮(zhèn)、寨壩鎮(zhèn)處于過渡地帶中習(xí)水河流域的河谷地帶。丁仁海等[11]提出：山區(qū)的濕熱條件及不穩(wěn)定能量均強(qiáng)于周邊地區(qū)，非均勻下墊面的熱力作用和山區(qū)地形作用形成地面中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合及其所造成的上升運(yùn)動(dòng)對(duì)低空急流起加強(qiáng)作用，并且影響強(qiáng)對(duì)流天氣的形成和發(fā)展，使山區(qū)暴雨量及強(qiáng)度增大。付顯榮[12]等在2012 年 7 月貴州西部一次局地暴雨診斷分析中作了地形對(duì)暴雨影響的分析，表明：河谷地形有利于其區(qū)域上空的水汽積聚。因此，地形作用使降水效率更高、雨強(qiáng)更大。

7 結(jié)論和討論

①500 hPa低槽、低層低渦切變及地面輻合線保障了本次過程的動(dòng)力觸發(fā)條件；中低層偏南暖濕氣流的維持，雷達(dá)徑向速度圖上強(qiáng)降雨時(shí)段低空急流的存在，為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽和能量條件；強(qiáng)降雨落區(qū)出現(xiàn)在水汽通量散度最大梯度區(qū)域。

②地面中尺度輻合線的生消演變與強(qiáng)回波和強(qiáng)降水中心發(fā)生或增強(qiáng)的時(shí)間、區(qū)域均有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)強(qiáng)降水的產(chǎn)生具有指示意義；雷達(dá)回波為帶狀回波，回波移動(dòng)速度矢量基本平行于其走向，在回波的后方不斷有新生單體補(bǔ)充和合并，形成“列車效應(yīng)”，致使強(qiáng)回波在局地持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，造成局地強(qiáng)降水；回波強(qiáng)中心位于0℃以下，是典型的暖云降水，暖云的降水效率非常高，有利于特大暴雨的發(fā)生；在2 km以下存在垂直風(fēng)切變，有利于系統(tǒng)的發(fā)展和降水的維持；河谷地形對(duì)強(qiáng)降雨有增幅作用。

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2014-11-07

黔氣科合KF[2015]03號(hào)“雷達(dá)和雨量計(jì)聯(lián)合估測(cè)降水技術(shù)研究”。

肖蕾(1985—)，女(仡佬族)，助工，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)工作。

1003-6598(2015)05-0019-05

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