2015年盛夏梵凈山區域特大暴雨的雷達產品特征分析

方 標，鄧 岑，陳 軍，楊 群，呂大偉

(1．貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400；2．貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300；4．中國人民解放軍94563部隊，山東 威海 264411)

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2015年盛夏梵凈山區域特大暴雨的雷達產品特征分析

方 標1,3，鄧 岑2，陳 軍3，楊 群3，呂大偉4

(1．貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400；2．貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300；4．中國人民解放軍94563部隊，山東 威海 264411)

該文利用C波段新一代多普勒天氣雷達探測資料和區域加密自動站降水量資料，對2015年7月14日20時—15日08時貴州松桃縣有氣象資料以來最強的特大暴雨過程的特征和成因進行了分析研究，結果表明：受貝加爾湖南部高層的深厚低槽和中低層四川盆地東部低渦切變線以及地面冷鋒的共同作用，引發了貴州東北部—松桃縣出現特大暴雨天氣過程。低空西南急流把低緯海洋上的水汽源源不斷輸送進暴雨區；低層輻合、高層輻散是暴雨產生的動力條件；強回波緩慢移動和垂直發展旺盛是局地暴雨產生的前兆特征；逆風區的出現及持續表明降水會持續、加強，強降水發生在逆風區的邊緣地帶；VWP圖像上，低層暖濕、高層干冷的層結結構表明降水即將發生，降水發展期間VWP上暖平流特征明顯，低層切變層加深增厚，中低層“ND”區域上下蔓延預示著降水趨于停止。

特大暴雨；低空急流；逆風區；VWP

1 引言

貴州松桃縣位于武陵山脈主峰梵凈山東麓，地處黔、湘、渝兩省一市的交界地帶。2015年7月15日凌晨松桃出現了有氣象記錄以來的最強暴雨，造成縣城嚴重內澇，給農業生產和人民生活帶來了極大不便。針對短時強降水天氣，許多學者都從天氣系統、雷達回波等各方面進行了系統的分析和研究，張沛源等[1]研究了速度圖上逆風區對識別暴雨的意義。楊曉霞、陳艷秋[2-3]等利用多普勒雷達速度資料分析認為，強降水的發生與低空急流的加強等有關。吳紅秀[4]等在運用雷達產品進行分析滇西北高原一次局地暴雨時指出：在回波強度場上,2個中尺度回波塊在移動過程中不斷集結加強,VIL值在強降雨時段表現為單峰型,暴雨落區中小尺度回波系統的滾動更迭,回波中-γ尺度逆風區輻合中心的作用,是暴雨落區形成的重要因素。孔啟亮[5]在對梅汛期區域性暴雨研究時發現回波的質心高度和邊界層風速的有無躍增能夠較好地反映降水的潛力。王嘯華[6]在對江蘇南部兩場暴雨進行分析時指出“逆風區”與“列車效應”的重疊區對應著短時強降水。陳曦[7]在對江蘇地區的暴雨進行分析時強調雷電發生隨時間演變與雷達回波強度時空分布較為吻合，能提前1～2 h預警。方標[8]等對銅仁市一次局地大暴雨天氣過程進行分析，得出在混合降水回波中存在多個對流回波柱，且強回波核位于云體中下部的回波垂直結構特性是識別、判斷局地大暴雨天氣的重要特征。大量的山區局地暴雨研究分析結論為我們做短時暴雨預報提供了參考依據，但是對于貴州松桃地區的暴雨分析研究卻甚少，因此，本文從此次過程的大氣環流演變特征和回波發展演變特征進行跟蹤分析和研究，以期為今后的短期暴雨預報預警提供思路和方法。

2 資料來源及說明

本文涉及到的雷達資料為銅仁新一代多普勒天氣雷達回波產品。該雷達站位于銅仁市川硐鎮云盤村楊石坡，其海拔高度790.6 m。在分析該次過程時我們從回波演變、徑向速度場、速度方位顯示風廓線3個方面進行。由于此次暴雨強中心位于雷達站西北側，距離雷達站約為50 km范圍內，因此雷達數據可用性較高。雨量資料是銅仁市區域自動站兩要素自動監測資料。

3 暴雨概況

2015年7月14日20時—15日08時，貴州銅仁市松桃縣內出現了有氣象記錄以來的最大降雨天氣過程。據銅仁市區域自動站監測顯示，暴雨區主要分布在銅仁市松桃縣境內，此次降水過程共出現了3站特大暴雨、15站大暴雨、18站暴雨，雨量分布見圖1a。主要降雨過程發生在14日22時—15日04時之間，最大雨強出現在松桃孟溪79.7 mm/h(圖1b)，出現時間為15日02—03時，12 h累積降雨量為281.2 mm。強降雨導致松江河水位猛漲，引發松桃有水文記載以來最大洪澇災害，據統計，此次強降雨天氣過程全縣12.8萬人受災，受損房屋402戶932間，發生地質災害5起，城市嚴重內澇，全縣區域停水停電，交通處于癱瘓狀態，直接經濟損失4.58億元。

4 環流形勢演變特征

從14日20時500 hPa圖(圖略)上可看出，在50°N以北的烏拉爾山地區為低槽區，貝加爾湖北部是高壓脊區，并形成“西槽東脊”的阻塞環流形勢。而在50°N以南的巴爾喀什湖—青藏高原的高壓脊同貝加爾湖南部的低槽構成“西脊東槽”形勢。這樣在貝加爾湖地區建立了穩定的北脊南槽形勢。貴州位于貝加爾湖南部低槽前部的西南氣流中，風速為8～10 m/s。15日08時貝加爾湖低槽加強向南發展，槽底伸至貴州中部，槽前西南風速加大達10～12 m/s，有利于低緯海洋上的水汽向貴州輸送的同時，暴雨發生發展。15日20時貝加爾湖一帶槽脊減弱并東移，貴州逐漸為槽后西北氣流所控制，降雨停止。

14日20時700 hPa上(圖略)，在四川東部至湖北西南部形成一條東北西南向切變線，貴州處于切變線南側的西南氣流中，風速為10 m/s，貴州東北部松桃地區比濕為7～9 g/kg,利于出現降水；15日08時川東切變線東移，切變線兩側的風速增大，在重慶東部新生成一低渦，松桃處于此低渦南側風速達12～16 m/s的西南急流中，對應比濕為9～11 g/kg；就在低空急流逐漸形成、切變線東移的過程中，松桃產生暴雨。綜述，隨著川東低渦切變線的東移加強，低空急流建立，把低緯水汽不斷輸向貴州東北部，其比濕增大，松桃地區的降雨發生并增強，達到強暴雨的量級。15日20時當低渦切變線移至鄂、湘—黔東南時，松桃境內的降雨逐漸減弱。

在14日20時低層850 hPa上(圖略)，新生切變線位于重慶—湖北西部一帶，貴州處于切變線南側的西南氣流中，風速為4～6 m/s，松桃境內比濕為15～16 g/kg；15日08時在重慶—貴州東部建立一低渦切變線，大氣處于飽和狀態，暴雨發生發展。15日20時低渦切變線東移至鄂湘一帶，貴州逐漸轉為偏北風，降雨減弱并停止。

在地面圖上(圖略)，14日20時貝加爾湖地區至四川北部有冷空氣堆積，冷高壓最強中心值達1 017.5 hPa，貴州地區則處于地面低壓倒槽控制中，其貴州東北部松桃境內低壓中心值達999 hPa。松桃14日14時的最高氣溫達到了35 ℃，溫度露點差值為10 ℃，到14日20時松桃境內氣溫仍達25 ℃，地面溫度露點差值達2～3 ℃，處于高溫高濕的空氣中,此時靠近松桃的湖南懷化探空站顯示對流有效位能(CAPE)值達到了3 954 J/kg，K指數為35 ℃，SI指數為-1.71 ℃，大氣處于強烈不穩定狀態；一旦有冷空氣侵入，則有利于強對流天氣的發生。15日02時當北方南下的冷空氣進入貴州，引發松桃產生短時強降雨。

總之，受貝加爾湖南部高層深厚低槽和中低層四川東部低渦切變線以及地面冷鋒共同影響，低空急流將低緯充沛水汽不斷輸送進貴州，致使貴州東北部松桃出現了本次特大暴雨天氣過程。

5 雷達產品特征分析

5.1 回波演變分析

跟蹤分析此次降水過程銅仁多普勒天氣雷達監測的反射率因子(1.5°仰角)演變圖(圖2)可以發現：在強降水發生區域，19時48分，松桃區域存在分散弱回波，回波強度總體偏弱，整體強度在40 dBz以下，移動方向自西南—東北，之后回波加強發展，20時30分，在松桃西部形成兩個較強的A、B回波中心(圖2b)，回波強度較之前明顯加強，回波中心強度為60 dBz，隨后回波繼續發展，移動速度緩慢、呈穩靜狀態，22時14分，之前的A、B兩塊回波移動到松桃中部及以西演變形成兩個較大強回波中心C和D(圖2c)，強中心面積分別為5 km×5 km、10 km×10 km，回波強中心強度為64 dBz，然后該兩回波強中心逐漸向東北方向發展，與此同時，松桃西南方向的強回波不斷往東北方向移動，23時38分(圖2d)，在松桃中部及以北以東區域形成兩大片強回波中心E、F，隨著時間的推移，F塊回波緩慢向北偏東移動，而E塊回波卻基本保持穩定少動狀態，E、F兩片強回波組合成一片強度更強的回波，15日01時01分(圖2e)，松桃北部區域(圖中圈定范圍)的強回波中心強度維持在65 dBz左右，而松桃西南部區域(圖中箭頭指向方向)的回波源源不斷移動至松桃中部以北、以東區域，該區域的回波穩定少動，強度維持在60 dBz以上。相應的0 ℃和-20 ℃等溫線的高度分別為5.5 km和7 km，從垂直剖面圖來看(圖2g)，強度>40 dBz的回波伸展高度達到了7 km，強度>45 dBz的回波升展高度也達到了5.5 km，說明該回波垂直發展旺盛。截止04時20分，這個強回波中心才離開松桃中部以北、以東區域。而實況顯示，在強回波維持穩定少動狀態時段，松桃中部以北、以東區域3 h最大累積雨量為163.8 mm，雨強為79.7 mm/h。

圖2 雷達回波演變Fig.2 Evolution of Radar echo

5.2 徑向速度場分析

5.2.1 逆風區 方標[9]在對貴州石阡一次暴雨進行分析時指出：“逆風區”的出現通常伴隨著強降水的發生，強降水發生在逆風區的斷裂位置。分析此次降水過程的基本徑向速度圖(圖3)可以看出，在00時46分時0.5°仰角上(圖3a)，松桃中部以北區域(圖中圓圈部分)存在一明顯的中尺度輻合區(亦稱“逆風區”)，該逆風區的面積約5 km×5 km，最大正速度為25 m/s,最大負速度為-25 m/s,1.5°仰角上(圖3b)，“逆風區”仍然存在，只是該“逆風區”是由大面積的正速度區包圍的負速度區，面積較之前有所降低，在2.4°仰角上(圖3c)，該“逆風區”面積約為5 km2，較低仰角面積出現了明顯減小趨勢。“逆風區”的正負性質對換表明該區域存在低層輻合、高層輻散風場配置，有利于降水的發生。此外“逆風區”在該區域長時間停滯不動，持續時間達到2 h以上，直到02時51分才離開松桃區域，而實況顯示在“逆風區”維持穩靜少動狀態時段，在“逆風區”的邊緣地帶出現了小時雨強最強降水，這與該區域中、低層輻合流場的出現和維持有著密切的關系。

圖3 00時46分銅仁雷達徑向速度圖Fig.3 The velocity of radar radial at 00∶46 in Tongren

5.2.2 低空急流 王福俠[10]在對河北29次暴雨進行統計分析時指出：低空急流是產生暴雨的主要原因之一，低空急流的正、負速度區關于顯示中心呈現對稱分布。另外，文中所指的低空急流是持續時間較長在1～4 km高度風速≥12 m/s的低空急流。從此徑向速度圖(圖4)上可以發現：在14日21時48分，0.5°仰角上(圖4a)，在雷達站周圍存在一個正負速度對，大小均為25 m/s的速度區，其中雷達站以西、以北區域存在正速度區，在雷達站以東、以南為負速度區，正負速度區相對于雷達站呈現“S狀”分布，并且這個“S狀”分布隨著仰角的抬升呈現順時針旋轉，說明西南暖濕氣流發展旺盛，而這種現象自14日21時48分就出現，一致持續到15日03時43分，實況顯示強降水發生22—04時，并且較強降水發生在低空急流持續近10 min之后，因此，徑向速度圖上正負速度區的“S狀”順時針的旋轉以及較長時間的持續是造成此次強降水的一個重要特征。

圖4 2015年7月14日21時48分不同仰角徑向速度圖Fig.4 The different elevation of Radial velocity at July 14, 2015 21∶48

5.3 速度方位顯示風廓線

為了更好地研究雷達站周圍50 km范圍內其風場的演變規律，應用多普勒天氣雷達風廓線產品變化與銅仁市自動站逐小時降水進行了對比分析。夏文梅[8]在對南京地區的暴雨進行分析時指出，在降水前夕、降水維持增強和降水消亡的不同時段風廓線產品都呈現出相應的圖像特征。因此本文亦從這3個時段進行分析。

5.3.1 降水前VWP特征 夏文梅[11]指出：中層水汽層的突然向下延伸是降水即將開始的信號。分析此次過程的VWP變化可知，在14日20時40分之前(圖略)，在1.8 km以下，風向桿為偏西上升氣流，在2～8 km范圍基本維持 “ND”區域(ND表示靜止風)，可見低層暖濕，中高層相對冷干。在較強降水發生前1 h左右，14日20時56分(圖5)，在2.4～4.6 km范圍內，其“ND”穩靜狀態被打破，取而代之的是約為5 m/s的偏南風，隨著時間的推移，偏南風向上向下延伸，在5 km以下均為5 m/s的偏南風，說明在低層上升運動比較明顯，在5～9 km范圍，風向為偏東的上升氣流，截止21時32分，整個“ND”區域被偏南、偏東上升氣流所取代，形成一條比較深厚的水汽通道，整個時間約為30 min。從風場的垂直廓線可看出，在8 km以下，風向隨著高度呈現順時針旋轉，呈暖平流特征，而8 km以上，風向隨著高度呈現逆時針旋轉，呈冷平流特征，這樣就形成了低層暖濕，高層干冷的層結結構，有利于降水的發生。

5.3.2 降水發展期間VWP特征 由ω方程可知[12],暖平流產生上升運動,冷平流產生下沉運動,暖平流是維持降水的重要原因。分析此次降水過程強降水階段VWP產品特征(圖6)發現，風向隨著高度的增加呈現順時針旋轉，風速也隨著增加，西南風的厚度擴展到8.5 km，說明西南暖濕氣流明顯加強，上升運動明顯，降水維持將進一步加強。因此降水發展期間在VWP上暖平流特征明顯。

另外，對比強降雨發生前VWP中低層時發現：在強降雨發生階段，在2～4 km高度上，強降水發生階段的切變層比發生前有一定增加，表現為加深增厚。

5.3.3 降水末期VWP特征 在強降水結束階段(圖略)，04時07分，VWP圖像在2～6 km高度范圍內開始出現“ND”，隨后“ND”區域迅速上下蔓延，中層風向的完整性遭到破壞，這說明中層降水云系逐漸消散。隨著時間的推移，中層“ND”區域不斷上下發展切斷了水汽的垂直輸送，或者動量無法傳輸，因此降水逐漸減弱停止。

6 小結

經對2015年7月14日20時至15日08時貴州松桃特大暴雨天氣過程分析，得到以下主要結論：

①受貝加爾湖南部高層深厚低槽和中低層四川東部低渦切變線以及地面冷鋒共同影響，低空急流將低緯充沛水汽不斷輸送進貴州，致使貴州東北部松桃出現了本次特大暴雨天氣過程。

②強回波緩慢移動和垂直發展旺盛是局地暴雨產生的前兆特征。

③低層輻合、高層輻散風場配置，有利于降水的發生。逆風區中輻合流場的出現和維持表明降水進一步持續發展，強降水發生逆風區的邊緣地帶，正負速度區的“S狀”順時針旋轉以及較長時間的持續是造成此次強降水的一個重要原因。

圖5 2015年5月14日20時40分—21時32分VWP圖(單位：m·s-1)Fig.5 VWP on May 14, 2015 20∶40—21∶32

圖6 2015年5月15日02時09分—03時02分VWP圖(單位：m·s-1)Fig.6 VWP on May 14, 2015 02∶09—03∶02

④從風場的垂直廓線可看出，低層暖濕，高層干冷的層結結構，有利于降水的發生；降水發展期間VWP上暖平流特征明顯，低層切變層加深增厚；中低層“ND”區域上下蔓延，水汽的垂直輸送被切斷，動量無法傳輸，降水趨于停止。

[1] 張沛源，陳榮林.多普勒速度圖上的暴雨判據研究[J]．應用氣象學報，1995，6(3):373-376．

[2] 楊曉霞，王建國，楊學斌，等．2007年7月18—19日山東省大暴雨天氣分析[J].氣象，2008，34(4):61-70．

[3] 陳艷秋，袁子鵬，黃閣，等．一次中尺度急流激發的遼寧大暴雨觀測分析[J]．氣象，2009，35(2):41-48．

[4] 吳紅秀，和衛東，焦澤紅，等．滇西北高原一次局地暴雨的雷達產品分析[J]．干旱氣象，2012，30(4): 645-648．

[5]孔啟亮,孫翠梅,李建國,等.梅汛期區域性暴雨的多尺度分析及臨近預警[J].氣象科學,2014(5).

[6]王嘯華,鄭媛媛,徐芬,等.2011年江蘇南部兩場大暴雨對比分析[J].氣象科學,2015(4).

[7]陳曦,徐芬,王振會,等.用雷達反演資料診斷江蘇地區一次暴雨過程[J].氣象科學,2015(5).

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[10]王福俠,俞小鼎,王宗敏,等.河北暴雨的多普勒天氣雷達徑向速度特征[J].氣象,2014(2).

[11]夏文梅，陳楠，程婷，等．多普勒天氣雷達風廓線產品在降水過程中的特征分析[J].氣象，2008，34(10)：20-26.

[12]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, 2003：366.

Analysis of radar product features of heavy rain in Fanjing Mountain in summer of 2015

FANG Biao1,3，DENG Cen2，CHEN Jun3，YANG Qun3，LV Dawei4

(1.Meteorological Bureau of Jiangkou County，Guizhou Province, Jiangkou 554400, China; 2.Meteorological Bureau of Yuping County，Guizhou Province，Yuping 554000, China; 3.Meteorological Bureau of Tongren，City，Guizhou Province, Tongren 554300, China；4.The Chinese People's Liberation Army 94563 Troops，Weihai 264411, China)

The new generation of Doppler weather radar detection data and regional automatic station precipitation data were used to carry out analysis and research on the characteristics and causes of the strongest heavy rain occurred ever in the existence of the meteorological data, which happened in Songtao Guizhou On July 2015 14 20 o'clock to 15 days 08 o'clock. And Results show: the interaction of Baikal senior Ministry of deep low trough and low-level Sichuan basin east of vortex and shear line and surface cold front, results in heavy rainfall weather process occurred in northeastern Guizhou, Songtao. Low level southwest jet stream drove the low latitude water vapor into the storm area; The low level convergence and upper level divergence is the dynamic conditions of the rainstorm; Radar echo moving speed is slow and strong vertical development is precursory characteristics of the heavy rain, and upwind continue show that the precipitation will continue to strengthen, The edge of the heavy rain occurred against the wind；VWP images, low-level warm wet, top of the dry and cold stratification structure show that precipitation is about to occur, the precipitation during the development of warm advection on VWP characteristics significantly, low-rise shear layer deepen thickening, up and down in the lower "ND" regional spread indicates precipitation tends to stop.

heavy rain; low level jet;upwind;VWP

1003-6598(2016)05-0025-07

2016-05-26

方標(1987—)，男，助工，主要從事天氣雷達觀測及產品分析工作，E-mail: trqxfangbiao@sina.com。

貴州省科技廳聯合基金項目：復雜地址條件下采動裂隙“0”型圈內瓦斯運移規律及抽采的研究與應用(黔科合LH[20147484)資助。

P458.1+21.1

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