神農架多發暴雨成因及對農業的影響分析

張福林

（湖北省神農架林區氣象局，神農架 442400）

神農架多發暴雨成因及對農業的影響分析

張福林

（湖北省神農架林區氣象局，神農架 442400）

2014年，神農架初秋降水異常，暴雨多發，局地降水強度大，對農業影響嚴重。文章利用相關資料，對多發暴雨天氣成因及對農業的影響進行分析。分析發現，神農架山脈地形對暴雨強度和落區有較大影響，暴雨多發，使秋作物產量和質量下降，甚至造成水毀農田災害。

暴雨 環流 中尺度云團 地形作用 農業影響

文章主要從2014年9月1日大暴雨個例出發，依據數值預報模式，結合衛星、雷達資料和區域自動站資料，進行診斷分析，并就當地地形對暴雨影響進行探討，以期總結出該地域初秋多發暴雨的主要天氣系統和地形影響成因，為今后當地暴雨預報和農事活動，提供參考和決策。

1 降雨實況及農業影響

2014年8月下旬至9月，鄂西山區神農架發生了罕見的多發暴雨災害天氣，40 d內降雨總量達1 208.8 mm（神農頂站為例），期間出現了3次大暴雨和7次暴雨，是神農架有觀測資料記錄以來，測到的最強多發暴雨過程（圖1 a）。同時，西南部暴雨強度大，頻率高（圖1 b），其中最強降水中心位于神農頂和大九湖，且西南部面雨量普遍高于東北部。由于異常暴雨影響，全區受災人口 1 985 人，農作物受災面積 723.47 hm2，成災面積699.87 hm2，絕收面積260 hm2。公路、河堤 、橋梁、電站、景區內服務設施等受損嚴重，經濟損失約 3 200 萬元。

2 環流背景特征

從歐洲中心中高度場（圖2 a）上可以看出，中高緯的200 hPa 高度上，為“二槽一脊”型。其中，低壓槽低值中心位于巴爾喀什湖以北地區，在貝加爾湖以西有一高壓脊，貝加爾湖以東及我國內蒙以西地區，為較深厚的低壓槽。這種形勢有利于北方冷空氣在脊前偏強的西北氣流引導下，進入神農架上空，形成極端降水；在神農架附近的對流層中低層，為氣旋性環流，且有明顯的輻合，在低層存在氣旋性切變。而中緯度南亞高壓東側鄂西上空，為反氣旋性距平環流控制，持續維持偏西與偏北風的分流區，呈現為顯著的輻散，在神農架地區形成了高層輻散與中低層輻合的相互配合，造成該地區強烈的上升運動。

在鄂西地區初秋，非極端降水時期（圖2 b），副熱帶高壓588線在鄂西地區初秋，降水期西伸一般能達到100°E 左右，這也是1年中，位置最偏西時期。在 500 hPa 高度上，副高西伸位置則到達95°E 附近，副高南側不斷有氣旋發展，低緯度熱帶氣旋活躍，促使副高位置少動，暴雨區正位于副高西北側。700 hpa有一支強盛的西南風急流，自西南地區延伸橫穿湖北，切變線呈東北-西南走向，位于河南中部-陜南-四川東南部一線，神農架區位于切變線以南；850 hpa陜南與四川交界處有一弱低渦存在，神農架區位于低渦的東南象限。

可見神農架初秋，極端降水的形成與副熱帶高壓脊線的異常西伸北抬有著密切的聯系。在副熱帶地區，副熱帶高壓比以往位置更偏西偏北，這有利于的水汽沿副高邊緣向鄂西地區輸送，并與來自北方的冷空氣交匯于鄂西地區上空，從而形成強降水。分析7場暴雨和3場大暴雨發生期間的副高變化，大致表現為西伸北抬加強后，又東退，并由于熱帶低壓、臺風異常活躍，阻止副高南落。正是副高的西進東退與北側冷空氣系統的重建，而造成暴雨多發。

3 水汽動力條件

暴雨必不可少的條件之一是水汽。低層急流的配合，對初秋暴雨的水汽輸送起到了重要作用。暴雨過程中，神農架水汽含量約為8～14 g/kg （圖3 a），并有2條水汽輸送軸線，一條呈南北向，說明水汽來自南海；另一條呈東西向，水汽來自西太平洋（圖3 b），這2條水汽通量相匯于暴雨區上風方，為暴雨提供源源不斷的水汽。而且，川南-湖北-河南持續維持西南至東北向的正渦度平流區，神農架處在負垂直速度的大值區，對應較強的上升運動區，暴雨就發生在最強上升運動區，其南北各有一個負渦度區，有下沉運動補償。

4 山地地形作用影響

地形對暴雨的影響較大，地形性強迫抬升和輻合是觸發暴雨的重要機制，當山地走向與背風向交角較大時，暖濕氣流沿坡爬升，對流旺盛，雨量加大，形成迎風坡降雨中心，地形阻擋，也使降水系統移速減慢，雨時延長。神農架林區地形復雜，高低相差懸殊，西南高東北低，神農頂海拔3 106.2 m，主峰近似東西向，這種高海拔地形，對底層東南風或西南風的動力抬升與北方氣流的阻滯作用是暴雨持續時間較長的重要因素。積分時間越長，地形效應越明顯。除此之外，當天氣尺度系統所形成的不穩定環境條件具備時，強迫上升可以激發對流發生，觸發中尺度雨團及中尺度系統。

此次多發暴雨，受神農架地形影響很大，在相同環境背景下，神農架西南部降水顯著多于東北部。因此證明，地形動力抬升和阻擋作用，在降水強度和分布上都起著關鍵作用。

圖1a 2014年8月23日至9月30日，神農頂站各日降水量（單位：mm）

圖1b 2014年8月25至9月1日神農架境內累計降水量分布

圖2a 2014年09月1日08時EC 200 hpa高度場

圖2b 2014年08月31日20時綜合分析

5 衛星云圖及多普勒雷達的應用

從實時的衛星云圖動態變化看，β中尺度云團自西南向東北移動，移動過程中，不斷合并加強組成新的中尺度暴雨云團（圖4 a）。通過對多普勒天氣雷達的觀測分析發現，多次暴雨均為積層混合型絮狀回波，受神農架山脈地形的影響，無論回波移動方向如何，較強回波均在迎風坡加強、移速減慢（圖4 b），對應降水加強。從當地的雷達回波監測看，各次暴雨大致分2個階段，首先以混合性降水為主，以后轉為穩定性降水。

6 秋季暴雨對神農架農業的影響

神農架秋作物種類多，主要糧食作物有玉米、水稻、紅薯等。此外，還有大豆、蔬菜等經濟作物。農業是當地的重要經濟來源之一。2014年，神農架初秋，降水異常，暴雨多發、頻發，局地降水強度大，持續時間長，對玉米、中稻等作物成熟收獲影響較大，秋作物無法及時收獲，玉米子粒發生霉變，紅薯塊莖腐爛。長時間的多發暴雨，導致農田內澇，甚至造成水災。農業生產可依據暴雨災害預測、預警信息及時排水，防止澇害。對已成熟作物及時搶收，減少損失。因此，加強初秋多發暴雨成因分析研究，及時發布暴雨災害預測、預警信息，對農業防災、救災和抗災具有重要意義。

圖3a 2014年9月1日08時850 hpa比濕

圖3b 2014年9月1日08時850 hpa水汽通量散度

圖4a 2014年9月1日6∶30紅外云

圖4b 2014年9月1日03∶56神農架雷達組合反射率

7 結論

（1）西太平洋副熱帶高壓、貝加爾湖低槽是鄂西初秋降水的主要影響系統。當貝加爾湖低槽深后，且副熱帶高壓偏西偏強，熱帶氣旋活躍時，有利于鄂西神農架多初秋降水暴雨；對流層中低層長時間維持著氣旋性環流，低層水汽輻合明顯，導致暴雨甚至大暴雨頻頻出現。

（2）神農架地形強迫抬升和輻合是觸發暴雨的重要機制。在相同環境背景下，神農架西南部降水顯著多于東北部。由此證明，地形動力抬升和阻擋作用，在降水強度和分布上都起著關鍵作用。

（3）頻發暴雨正是多個β中尺度云團，由地形抬升觸發或經川東移出時，在神農架合并加強造成的。多普勒天氣雷達的觀測分析發現，受神農架山脈地形的影響，回波移動中較強回波均在迎風坡加強、移速減慢，對應降水加強。

（4）初秋是收播的關鍵農事季節，加強初秋暴雨，尤其多發暴雨成因分析研究，及時發布暴雨災害預測、預警信息，為農業防災、救災和抗災提供決策依據，具有重要意義。