花垣县一次暴雨过程诊断分析

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  摘要:本文利用MICAPS分析资料、自动站观测资料及雷达资料,通过对大气环流背景及物理量诊断分析2018年6月30~7月1日发生在花垣县的一次暴雨天气过程,结果表明:高空低槽、中低层切变线是此次暴雨过程的主要影响系统,西南急流低层水汽输送辐合提供了充足的水汽条件;低层辐合、高层辐散的垂直动力场结构为此次暴雨的发生提供了动力条件,中低层暖切触发不稳定能量释放,有利于强对流的产生。
  关键词:暴雨;高空低槽;切变线;强对流
  引 言
  花垣县位于湘西土家族苗族自治州西北部,地处云贵高原东部边缘,湘黔渝交界处,西邻贵州松桃、重庆秀山,地势东南面三面高,北部低,中部缓呈三级台阶状,形成高山台地、丘陵地带和沿河平川三个台阶型地貌带。花垣县属于亚热带季风山地湿润气候区,气象灾害频繁,暴雨、雷电、干旱、冰雹等灾害时有发生,由气象灾害引发的滑坡、泥石流、山洪等灾害也相当严重,对经济社会的发展、人民群众的生活以及生态环境造成较大的影响。暴雨一直以来都是国内外学者广泛关注、研究的热点和难点之一,气象学者经过长期不懈的努力,对我国暴雨的研究不断深入,掌握了解了暴雨天气气候规律,为短期预报提供一手背景资料,为决策服务提供一定的科学依据。本文对花垣县一次暴雨过程分布规律和特点进行诊断分析,期望能对花垣县防灾减灾工作提供重要决策依据。
  1 环流背景及过程概况
  2018年6月29日20时(北京时,下同),500hPa高空为“两槽一脊”形势,有利于极地冷空气不断沿东亚大槽西侧随西北气流引导南下,,其中6月30日20时(图1)处在500hPa槽后西北气流影响下,850hPa有暖切,受此切边影响,花垣县上空产生降水回波;1日08时(图2),形势不变,受到稳定少动中低层暖切影响降水回波持续生成;1日20时(图3)环流拉平,转为弱脊影响,中低层切边减弱消失,降水明显减弱;2日08时,584南移,中低层有弱切变影响,降水较弱并趋于停止(图4)。此次过程花垣县共有十个站点出现暴雨,其中过程最大雨量为84.6㎜,出现在雅桥乡。
  2 雷达回波特征分析
  2.1雷达资料分析——基本反射率因子
  此次降水的特点是雨强不大,但持续时间长,通过回波强度分析为层状云和积状云混合降水回波影响。
  从图中可以看到,30日19时58分(图5a)回波开始影响到花垣。21时08分(图5b)至22时00分(图5c)花垣东边有一50dBZ中心回波带存在10个体扫;22时05分(图5d)又起来一个50dBZ中心回波带,直到23时09分(图5e)此中心一直在往花垣东部移动。7月1日00时13分(图5f),花垣西北侧形成一条东北西南向强回波带(40-50dBZ);受此强回波带影响,花垣出现较强降水过程;5时14分(图5h)回波开始减弱消散;5时48分(图5i)回波消散,但是花垣县西北侧又出现一条南北向回波带向东发展移动。综上所述,此次过程回波移动缓慢,持续时间长,强度较大,不断生成发展。
  3 卫星资料分析
  对于本次积状云与层状云降水,红外卫星云图并不明显。30日19时花垣境内以低云为主,降水强度不大。30日21时有云团发展,从云图上看云不高,但是回波在不断加强,到7月1日01时,一东北西南向云带在发展,但此时最强短时强降水已过,转为稳定降水夹杂局地短时强降水,对比实况可知,当云图没有明显反应,只有浅色低云时回波正在不断发展加强,对应的是云生成发展的过程,主要的短时强降水和强回波就发生在这个时段,当云发展旺盛后回波反而趋于减弱,以稳定降水为主。
  4 水汽条件
  对6月30日20时至7月1日14时水汽通量及水汽通量散度场分析可知,30日20时~7月1日02时,受西南风持续影响,水汽充沛,且有辐合切变生成,此时段不断有回波生成,水汽辐合中心在上空维持,水汽通量散度最小值低于-4×10-5· g·cm-2·hPa-1·s-1。7月1日02时~08时,水汽辐合中心向南移动,回波持续稳定。08时~14时水汽通量散度值明显增大,并逐渐转为正值,降水随之减弱、停止。从比湿值(图略)看,30日20时~1日20时700hPa比湿维持在11~12g/kg,达到暴雨统计阈值。由此可见,30日20时至1日08时有充沛的水汽支持,水汽充足,降水时间持续长,且强降雨时段与水汽辐合有较好的对应关系。
  5 动力条件
  6月30~7月1日,从700hPa的垂直速度和850hPa的风场(图略)分析可知,30日20时至1日02时700hPa垂直速度明显加大,上升运动增强,有一较强上升中心,其值为-1.2×10-2·hPa·s-1;同時850hPa有一稳定少动的暖式切变存在,为降水提供了持续的动力抬升条件。1日02时至08时,垂直速度减弱,垂直速度平均为0.4×10-2·hPa·s-1。从散度垂直剖面图(图略)也可以看出,在整个夜间降水时段,200hPa至500hPa平均散度为正值3 s-1左右,500hPa至925hPa平均散度为负值-3.5 s-1左右,属于低空辐合、高空辐散的配置,有利于上升运动的发展和维持。
  6 热力及不稳定条件分析
  从不稳定条件来看,这次过程不稳定能量较大,属于暖区降水,降水持续时间较长,部分地区出现短时强降水。就不稳定能量指数来看,30日20时~1日08时,K指数在35~38℃之间,有雷暴发生;抬升指数LI在整个降水大的时段处于-4到-6之间属于非常不稳定,其余时段处于-3到0属于不稳定;CAPE值较大,主要降水时段开始前在2000J/kg以上,受中低层暖切影响,不稳定触发,能量得到释放,引发了短时强降水,最大小时雨强为80.0mm/h。综上,此次强降水过程均有较好的能量条件,对流性天气以短时强降水为主,并伴有雷暴。
  7数值预报产品检验   7.1 500hPa高度场检验
  检验500hPa中低纬环流场发现:EC模式预报(24h时效)对于6月30~7月1日前后花垣县发生强降水时段的高空槽脊所在位置、强度预报基本一致;预报副高位置比实况偏西一点;台风位置预报与实况基本一致。同时对比08时和20时的预报结论,整体预报误均差较小。
  7.2 风场检验
  EC模式预报对30日20时、1日08时的850hPa风场预报基本一致,但是花垣县北部北部站点风场角度有偏差,实况为偏东风,预报为偏东南风。对预报切变位置移动有所影响,但总体对切变位置预报准确。1日08时,花垣县北部站点预报与实况也有角度差距,实况为偏北风,预报为偏东北风;对比降水实况,此次过程主要就是中低层切变稳定少动,花垣县周边受此切变影响,不斷有回波生成,造成了成片暴雨,以及短时强降水。
  7.3 模式降水预报检验
  此次过程,以6月30日夜间EC和日本模式12h预报结论作对比。对比结果表明:EC模式预报出了花垣县有大雨的可能,日本模式只报了小雨,两家均没有预测暴雨。EC模式对此次降水有一定的指导意义。
  8 小结
  (1)此次暴雨过程主要影响系统为:高空低槽、中低层切变线,要多考虑降水回波持续在暖式切变附近生成,回波基本不移动这一情况。
  (2)由于风速较小,没有明显的引导气流,导致回波在切变附近不断生成发展。此次暴雨过程回波总体特征是移动缓慢,持续时间长,强度较大,不断生成发展
  (3)此次强降水过程有充沛的水汽支持,水汽充足,降水时间持续长,且强降雨时段与水汽辐合有较好的对应关系。
  (4)此次强降水时段700hPa比湿值维持在10g/kg以上;850hPa比湿≥12g/kg,低空辐合、高空辐散的配置,非常有利于上升运动的发展加强。另外,K指数38℃以上,抬升指数为负值,此次发生强降水的时间都有较好的热力和不稳定条件,所以短时强降水特征明显。
  参考文献
  [1]花垣县地方志编纂委员会.《花垣年鉴》.九州出版社,2018年.78-80.
  [2]张国娟,胡伯谦,刘彦华.河北省50余年长短历时暴雨时空变化特征.南水北调与水利科技,2010,8(5):89-91.
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