低空暖式切變線引發局地特大暴雨成因初探范文

本站小編為你精心準備了低空暖式切變線引發局地特大暴雨成因初探參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《貴州氣象雜志》2016年第5期

摘要:

利用常規觀測、加密自動站降水及NCEP1°×1°再分析資料，結合銅仁多普勒雷達觀測資料對2015年7月14日夜間發生在貴州省松桃縣的一次局地特大暴雨進行分析，結果發現:此次局地特大暴雨是發生在中層500hPa中低緯“ω”環流型穩定形勢下;低層高濕高能環境為暴雨提供了充足的水汽和能量;地面弱冷空氣入侵激發了對流的產生，是產生強降水的觸發條件;梵凈山地形對氣流既有抬升又有增強氣流輻合的作用，對流單體不斷在其迎風坡產生;雷達回波顯示對流回波單體沿著地面中尺度輻合線生成、發展、合并、移動和消亡，出現了明顯的列車效應，地面輻合線對對流單體起著組織、加強和引導作用;暴雨區位于850hPa暖式切變線南側、地面冷鋒前部、地面中尺度輻合線北側，而地面中尺度輻合線北側1～1.5個緯距內是強降水的主要落區。

關鍵詞:

暖式切變;暴雨落區;中尺度輻合線;地形作用;列車效應

1引言

由切變線引發的暴雨天氣較為常見，尤其是暖式切變線引發的局地暴雨，對農業生產、交通運輸等造成的影響不可忽視，不少氣象學者對切變線進行了研究并取得了許多成果。朱乾根［1］對江淮切變線進行了分析研究并總結出切變線上降水的分布特征;張洪英等［2］研究發現低層冷式切變線是引發大暴雨的主要系統，暴雨主要產生在低空冷式切變線右側、西南低渦的東北象限以及低空急流的左前方，也是高低空急流耦合區;欒懷德等［3］對一次低空暖切變線引發的暴雨天氣過程進行了分析，并指出暴雨主要產生在暖切變線強盛時和轉為冷槽時的變性階段;楊曉霞等［4］研究指出低層暖式切變線輻合、暖平流以及中高層正渦度平流、側向輻合和傾斜渦度發展，使垂直渦度增大、上升運動發展;吳國雄等［5］分析出高層具有高位渦的干冷空氣侵入，將誘發低層中尺度渦旋發展上升運動增強，觸發對流不穩定能量釋放，產生強降水;楊成芳等［6］利用加密探測資料分析了冷式切變線類大暴雨的動力結構。張京英等［7］研究指出冷式切變線強回波單體或短帶位于切變線南側，而暖式切變線強回波單體或短帶基本位于切變線雨帶的中間;方翀等［8］對北京特大暴雨中尺度對流條件的研究表明，低層切變線與地面輻合線相交的地區，是對流單體初生和強烈發展的區域;楊曉霞等［9］研究發現有利的地形對局地短時極強降水有重要作用，低層暖式切變線和500hPa低槽的位置不同、中高層冷空氣的侵入強度、位置不同造成強降水的強度位置也不同;侯淑梅等［10］對大氣空間結構分析指出暖區暴雨發生時冷空氣較強，伸展高度較高，暴雨區位于冷鋒前1個緯距內、θse暖脊脊線與地面交點、強上升運動中心;孫興池等［11］對緯向切變線的落區進行了精細化的分析，認為影響系統的空間結構及冷暖空氣的相互作用對暴雨落區的精細化預報至關重要。以上氣象學者及專家從切變線暴雨的分布特征、水汽條件、熱力條件、動力結構、地形作用及大氣空間結構等方面入手進行了研究，揭示了切變線暴雨的產生原因。然而，由于強降水天氣是在天氣尺度環流背景下由中小尺度系統直接影響產生，其降水范圍小、強度大、突發性強、誘發因素多，對其發生時間、落區位置和強度大小的把握仍是目前預報中的難點，仍需要進一步的研究。此外，地域的差異，地形的不同導致的結果也不盡相同，比如文中梵凈山的特殊地形對局地特大暴雨的形成有至關重要作用，因此對切變線暴雨的研究仍有必要。2015年7月14日20時—15日08時，受高空淺槽和低層暖式切變線的影響，貴州省松桃縣出現了特大暴雨，強降水集中在22時—次日04時，其6h累計最大雨量夢溪站達246.9mm，最大小時雨強夢溪站為79.7mm。針對此次極端強降水貴州省銅仁市氣象局及松桃縣氣象局及時暴雨紅色預警，銅仁市氣象局多次分區全網短信達200余萬人次。本次強降水具有突發性強、降水集中、災害性大的特點，松桃縣出現了山體滑坡、城市內澇、房屋垮塌等災害，全縣12.5萬余人受災，緊急轉移5518人，直接經濟損失共1.21億元。本文利用常規觀測、加密自動站降水及NCEP1°×1°再分析資料，分別從水汽、動力、熱力條件及地形作用幾方面來作探討，結合銅仁多普勒雷達分鐘數據，與地面系統對比分析，揭示了產生短時極端降水的原因，為今后業務工作中預報此類暴雨提供參考，以達到防災減災的目的。

2環流形勢

2．1高空形勢

7月14日20時500hPa高空圖上(圖略)貝加爾湖南側有一低渦，低渦南測延伸一條槽線，槽線經河套地區—四川西部，其中四川境內的槽轉為橫槽，槽后有冷平流，槽前有暖平流。副高位于西太平洋上，副高西側為一熱帶低壓，四川橫槽與海上熱帶系統之間為一高壓脊，兩低一高形勢形成“ω”環流型。700hPa(圖1a)暖切變線位于長江中上游川西—湖北一帶，松桃位于切變線南側西南風暖平流區里，西南風速10m/s，850hPa(圖1c)暖切變線位于黔北—湘北一帶，松桃位于切變線南側西南風暖平流區里，西南風速4m/s，松桃強降水位于其南側。15日08時，500hPa圖上橫槽維持少動，略有南壓，熱帶低壓發展略有東移，584線脊線位置略向東北方向移動，“ω”環流形勢仍然維持。700hPa(圖1b)暖切變線東移到長江中下游湖北—安徽一帶，此時低渦已形成，低渦西南側冷切變線位于重慶南部—貴州中部一帶，松桃位于切變線南側西南氣流里，西南風速增至14m/s，850hPa(圖1d)暖切變線也東移到湖北—安徽一帶，冷切變線南壓至重慶南部—貴州東南部一帶，松桃位于切變線南側西南氣流里，西南風速已達到16m/s。綜上可知，從14日20時—15日08時500hPa兩低一高的“ω”環流形勢維持，低空西南風速躍增，暖平流增強，松桃受暖式切變線影響，強降水位于切變線南側。

2．2地面形勢

14日白天，貴州省受熱低壓控制，熱低壓中心位于云南東部，貴州東部銅仁最高氣溫達34～36℃，松桃縣處于熱低壓1000hPa控制區偏東部，白天氣溫達到35℃。14日20時，熱低壓減弱，貴州省西北部弱空氣緩慢向南滲透，冷高壓中心值為1007.5hPa，地面冷鋒位于省西北部邊沿，1000hPa等壓線仍然控制貴州省，此時貴州省中部一線地面形成向東北伸展的低壓倒槽，地面中尺度輻合線開始形成，松桃處于地面中尺度輻合線北側，地面觀測資料顯示21時松桃開始降水，降水在輻合線附近產生。14日23時(圖2a)，西北冷空氣繼續滲透，中心強度增強，中心值達1010hPa，地面冷鋒進一步向東南方向移動至省西北部遵義、畢節境內，鋒面附近降水沿著鋒面產生且分散;地面低壓倒槽減弱西退，低壓中心1000hPa線西退至云南中部，1002.5hPa線控制貴州省，松桃仍然位于地面輻合線附近，23時3h降水(圖2d)顯示地面降水較強且位于輻合線附近北側。15日02時(圖2b)，貴州省西北部冷高壓有所減弱，高壓中心值變為1007.5hPa，地面冷鋒略向東南移動，進入遵義、畢節中部，鋒面附近降水增強，降水分散;地面低壓倒槽增強東進，1000hPa線控制貴州省，松桃仍然位于地面輻合線附近，3h降水(圖2e)增強并位于輻合線附近北側。15日05時(圖2c)，地面冷高壓維持不變，冷鋒繼續向東南方向移動至銅仁西北部、遵義南部、貴陽和安順中部，鋒面附近降水維持，但地面低壓倒槽繼續增強東進，向東北方向伸展，1000hPa線仍然控制貴州省，松桃仍然位于地面輻合線附近，3h降水減弱(圖2f)，降水位于輻合線附近北側。15日08時(圖略)，冷高壓維持，但地面低壓1000hPa范圍減小，在松桃東側形成低壓中心，勢力減弱，冷空氣向東南方向快速移動，地面冷鋒移至銅仁南部、黔東南北部、黔南北部一帶，松桃強降水結束，地面輻合線南壓，松桃境內由偏東氣流轉為西北氣流。從以上分析可知，從14日20時—15日05時，地面冷鋒從貴州省西北方向進入，05時到達銅仁西北部，松桃未受冷鋒影響，屬于西南風里的暖區降水;與此同時，從14日21時—15日05時松桃強降水持續，降水發生在地面輻合線附近;地面低壓倒槽經歷弱、變強、強、變弱的過程、其突變階段與強降水具有一定的對應關系。

3水汽與能量條件

水汽是形成降水必不可少的條件。14日18時松桃本站相對濕度RH由62%突增至91%，23時RH由92%增至97%，15日00時RH已完全飽和達到98%，從15日00—05時水汽均達到飽和，最高達99%，近地面形成高濕狀態。02時低層700hPa(圖3a)水汽通道主要是孟加拉灣，水汽輻合位于急流軸左側和其前部風速輻合的地方，松桃處于西南氣流風速輻散區，水汽較少;而850hPa(圖3b)水汽通道是南海，松桃位于西南急流頂部風速輻合區，水汽充足;08時700hPa(圖略)切變線東移南壓至銅仁西北部，西南急流東移北抬至湖南境內，松桃處于水汽輻散區，而850hPa(圖略)切變線移至銅仁中部，松桃位于急流軸左側水汽輻合區里，水汽充沛。14日白天，銅仁大部最高氣溫在34℃以上，能量較高;松桃附近懷化站14日20時探空圖顯示CAPE值達3954.4J/Kg，而對流抑制能量較小，K指數為35℃，大氣中層較干，低層相對較濕，大氣對流不穩定性較高，有利于雷暴的產生。綜上可知，松桃產生強降水期間，低層具有高濕高能的環境，有利于強降水天氣的產生。

4地形與中尺度輻合線

地形對降水的作用不可忽視，吳慶梅等［12］研究指出地形的抬升作用對暴雨有明顯的增強作用，降水過程中有地形雨帶的形成;朱素行等［13］研究指出中尺度山脈迎風、背風坡均以層云降水為主，層云降水強度在迎風坡強于背風坡，對流降水在迎風坡主要為淺對流，背風坡主要為深對流，對流降水強度在背風坡強于迎風坡;李子良等［14］研究指出地形降水是水汽、氣流和地形相互作用而形成的，小山脈地形降水主要發生在山脈的迎風坡。銅仁市位于貴州省東北部，境內平均海拔在400～800m(圖4)，最高為銅仁中部準南北走向的梵凈山，海拔為2255m，可到達850hPa等壓面，松桃縣位于銅仁市東北部。從海拔等高線圖可知梵凈山與最東邊的萬山(海拔為884m)之間形成一狹窄通道，低層西南風可通過“狹管效應”而增強風速，觀測表明，松桃10m風速14日21時為0.7m/s，22時為1.2m/s，23時為1.6m/s，15日00時為4.3m/s，01時風速為2.1m/s，02時風速為2.8m/s，03時風速為0.2m/s，04—05時為1.2m/s，06時又減弱為0.3m/s，風向由NNE逐漸轉為NE，地面冷空氣逐步加強。其上游銅仁站10m風速觀測顯示，20時—次日05時，風速逐漸增加，最大為2.9m/s，風向由SEE風逐漸轉為SE風，與松桃的偏北風形成地面切變，即地面中尺度輻合線，這說明地面中尺度輻合線在20時開始形成，松桃位于輻合線北側。700hPa西南風速從14日20時—15日08時由10m/s增至14m/s，同時850hPa西南風速由4m/s躍增至16m/s，而強降水發生在14日23時—15日03時，由此可推測低層西南風風速躍增對降水強度的加強起到了明顯的促進作用。地面中尺度輻合線對局地對流天氣的產生具有重要作用，陳軍等［15］研究指出降水易發生在低空急流左側和熱低壓東部第一象限和第四象限疊加區內，而強雷暴易發生在地面輻合線和850hPa切變線之間的熱低壓第一象限里;胡潤山等［16］研究表明在滿足對流發生的不穩定條件和水汽條件下，中尺度輻合線產生對流性局地強降水;李青春等［17］研究指出強降水與暖濕輸送帶上的地面切變線有關，近地面層輻合切變線的形成和發展與降雨云帶的生成有密切關系;此外近地面層輻合線還會觸發強降水發生［18－19］。14日20時松桃處于低空西南風暖區里，地面中尺度輻合線開始形成，松桃境內局部降水開始產生，松桃位于地面偏東風與偏南風的切變處北側，即地面中尺度輻合線略偏北側，切變線一直延伸至梵凈山東側迎風坡中部，受高大地形影響輻合線在此終斷。隨著低空西南風速的躍增，地面風速也增大，地面切變線兩側風速加大，輻合加強，降水加強。梵凈山東側切變線端點是觸發強降水產生的源頭(圖4)，一方面，松桃境內大面積偏北風和偏東風在此匯合，狹管效應使得梵凈山東側偏北氣流分量加大，與偏南風的輻合也就加強;另外一方面，端點輻合中心氣流受到迎風坡地形的抬升作用，強烈的抬升作用使得降水強度加強。15日08時由于冷切變的東移，松桃轉為偏北風，氣流相比偏東風對地形的切變作用減小得多，輻合減弱，因此降水減弱。同時，地面冷鋒下坡增溫作用，鋒消作用明顯，因此06—08時松桃境內降水逐漸減弱。由上可知，地面中尺度輻合線是產生強降水的觸發機制，梵凈山山脈的阻擋不僅增強了氣流的輻合，還對氣流具有抬升作用，兩個作用增強了降水的強度。

5雷達回波變化特征

多普勒雷達在短臨預報和監測方面起著至關重要作用，不少專家和學者已對其降水估測和應用方面進行了許多研究［20－23］。14日20時，松桃地面由偏南風開始轉為偏東風，地面中尺度輻合線開始形成，松桃處于輻合線附近，受輻合線北側偏北風帶來的弱冷空氣觸發作用，松桃西部局地對流泡開始產生。圖中菱形符號位置是準南北走向的梵凈山地形，對流回波不斷在此生成、分裂、合并、東移、和傳播，形成列車效應，導致松桃局地強降水發生。7月14日20時14分(圖5a)回波圖顯示在梵凈山東側形成了3塊對流回波，回波最強達到50dBz以上，此時梵凈山東側開始出現降水。北端的回波發展，向東北移動減弱消失，而南側的回波不斷發展向東北方向移動，新回波不斷生成;21時17分(圖5b)雷達回波顯示新對流回波單體沿著梵凈山東側的迎風坡生成，并不斷發展，回波排列成條狀，條狀回波由許多對流單體組成;21時48分(圖5c)新的對流回波單體在條狀回波東南側生成，對流單體在地面輻合線的作用下，發展加強，并向條狀回波靠攏、合并;00時46分(圖5d)隨著偏北風的加強，地面輻合線有所南壓，條狀對流回波在松桃境內有所南壓，此時沿著輻合線附近出現一條雨帶，最強小時雨強達60mm;01時48分(圖5e)條狀回波帶繼續維持發展，強度加強，此時松桃中部輻合線一帶已出現兩個強的對流中心，中心值大于60dBz，致使松桃夢溪小時雨量達到79.7mm，雨帶達到最強;03時17分(圖5f)梵凈山西側冷鋒降水層狀云回波開始靠近，松桃境內對流回波開始減弱，地面輻合線繼續南壓;07時38分(圖略)冷鋒已移至松桃中部，回波以層狀云回波為主，松桃處于鋒后，降水較弱，10時30分，冷鋒移出松桃，降水停止。由此可知，輻合線北側弱冷空氣觸發了松桃強降水的產生，對流回波沿著地面輻合線生成、發展、分裂、合并和傳播，強降水主要位于地面輻合線的北側，地面輻合線對對流回波單體起著組織、加強和引導作用。

6結論與討論

①由于副高穩居西太平洋上使得中層500hPa中低緯“ω”環流型形勢穩定、低層切變線維持，地面低壓倒槽歷經變強、變弱的過程，其突變的階段與強降水時段具有一定的對應關系。

②低層高能高濕環境為暴雨提供了充足的水汽和能量，強降水發生前CAPE值達3954.4J/kg，K指數為35℃，大氣中層較干，低層相對較濕，大氣對流不穩定性較高，有利于強降水的產生。

③準南北走向的梵凈山山脈阻斷了地面中尺度輻合線，高大的梵凈山地形(海拔2255m)迎風坡對偏東風和偏北風形成的匯合氣流既有抬升又有增強氣流輻合的作用，加劇了對流天氣，對流單體不斷在其迎風坡產生。

④地面中尺度輻合線北側弱冷空氣觸發了局地對流泡的產生，雷達資料監測顯示對流回波沿著地面輻合線生成、發展、分裂、合并和傳播，地面輻合線對對流回波單體起著組織、加強和引導作用;暴雨區位于850hPa暖式切變線南側、地面冷鋒前部、地面中尺度輻合線北側，而地面中尺度輻合線北側1～1.5個緯距內是強降水的主要落區。文中根據地面加密觀測小時資料和雷達分鐘數據對局地降水的落區位置、鋒面的位置及降水與地面中尺度輻合線和地形的位置關系進行了詳細分析，揭示了產生局地大暴雨的成因。但是局地的梵凈山高大地形影響作用仍需要進一步研究，盡管雷達回波可以清楚看到梵凈山附近回波，但由于地面觀測站點較少，梯度觀測資料幾乎沒有，復雜的地形對降水的作用仍需要進一步探討。

參考文獻：

［1］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，2000:436－460．

［2］張洪英，王英，趙敏芬，等．低空冷式切變線引發區域性大暴雨成因分析［J］．氣象科技，2010(S1):29－34．

［3］欒懷德，劉恭淑，高慧君．一次低空暖切變線引發的暴雨天氣過程分析［J］．山東氣象，2007，27(1):12－14．

［4］楊曉霞，蔣義芳，胡順起，等．2009年“8•17”魯南低渦暖式切變線極強降水分析［J］．暴雨災害，2013，32(3):224－234．

［5］吳國雄，蔡雅萍．風垂直切變和下滑傾斜渦度發展［J］．大氣科學，1997，21(3):273－282．

［6］楊成芳，閻麗鳳，周雪松．利用加密探測資料分析冷式切變線類大暴雨的動力結構［J］．氣象，2012，38(7):819－827．

［7］張京英，朱時良，王慶華，等．冷式和暖式切變線暴雨多普勒雷達資料對比分析［J］．氣象科學，2007，27(B12):44－51．

［8］方翀，毛冬艷，張小雯，等．2012年7月21日北京地區特大暴雨中尺度對流條件和特征初步分析［J］．氣象，2012，38(10):1278－1287．

［9］楊曉霞，吳煒，姜鵬，等．山東省三次暖切變線極強降水的對比分析［J］．氣象，2013，39(12):1550－1560．

［10］侯淑梅，孫興池，范蘇丹，等．切變線冷區和暖區暴雨落區分析［J］．大氣科學學報，2014，37(3):333－343．

［11］孫興池，王西磊，周雪松．緯向切變線暴雨落區的精細化分析［J］．氣象，2012，38(7):779－785．

［12］吳慶梅，楊波，王國榮，等．北京地形和熱島效應對一次β中尺度暴雨的作用［J］．氣象，2012，38(2):174－181．

［13］朱素行，徐海明，徐蜜蜜．亞洲夏季風區中尺度地形降水結構及分布特征［J］．大氣科學，2010，34(1):71．

［14］李子良．地形降水試驗和背風回流降水機制［J］．氣象，2006，32(5):10－15．

［15］陳軍，李小蘭，喻義軍，等．貴州一次暖區持續性區域大暴雨成因分析［J］．氣象研究與應用，2015，36(4):21－27．

［16］胡潤山，余永利，楊春倉．中尺度輻合線的三維空間結構分析研究［J］．中國氣象學會2006年年會“災害性天氣系統的活動及其預報技術”分會場論文集，2006．

［17］李青春，苗世光，鄭祚芳，等．北京局地暴雨過程中近地層輻合線的形成與作用［J］．高原氣象，2011，30(5):1232－1242．

［18］崔庭，杜曉玲，孫旭東．地面輻合線鋒生激發黔西南州冰雹天氣的個例分析［J］．云南地理環境研究，2013，25(2):101－105．

［19］張群，張維桓，姜勇強．邊界層輻合線發展成颮線的數值試驗［J］．氣象科學，2001，21(3):308－315．

［20］肖現，廖菲，肖輝，等．北京對流性降水的雨滴尺寸分布瞬時特征與雷達降水的關系［J］．熱帶氣象學報，2010，26(4):445－451．

［21］徐八林，劉黎平，王改利．超低仰角掃描改進高山雷達降水估測［J］．高原氣象，2011，30(5):1337－1345．

［22］范江琳，青泉，馬力．基于不同海拔高度的雷達降水估測試驗［J］．氣象科學，2014，34(1):66－71．

［23］方標，嚴小冬，龍俐，等．銅仁市一次局地大暴雨天氣的雷達回波特征分析［J］．貴州農業科學，2014，42(4):112－116．

［24］劉會榮，李崇銀．干侵入對濟南“7．18”暴雨的作用［J］．大氣科學，2010，34(2):374－386．

作者:李小蘭 陳軍 喻義軍 滕林 胡蓉 單位:貴州省玉屏縣氣象局 貴州省銅仁市氣象局 貴州省印江縣氣象局 貴州省劍河縣氣象局