贵州梵净山一次中尺度暴雨分析

贵州梵净山一次中尺度暴雨分析

1中尺度系统暴雨的产生机理雨一直是气象灾害现象的中心，特别是由小型汽车系统引起的室内雨和风暴，往往会造成巨大的人为和财产损失。基于观测事实,气象学家们认识到,暴雨是在有利的大尺度环流背景下引发的中小尺度天气系统发生发展的结果,直接造成出现暴雨的通常是一些β中尺度天气系统。近几年来,有关地形在降水过程中的作用一直是气象学家们关注的焦点问题,很多专家对地形诱发的中尺度系统暴雨进行了相关的研究,得出一些比较有用的结论。譬如孙继松分析了地形和城市环流诱发的中β尺度暴雨,指出地形坡度越大的地方,产生的上升运动越强,中尺度系统的水平尺度越小,降水的局地性越强,强度越大;王婷、孙健、孙淑清等都对引发暴雨、特大暴雨的中尺度系统进行了相关的分析。本文选取贵州铜仁地区一次影响较大的特大暴雨过程进行分析,重点分析其云图及雷达回波特征,希望在复杂地形条件下能更好的利用卫星雷达监测及预报局地的暴雨及特大暴雨。2降水时空分布2011年9月17日傍晚至18日,贵州铜仁地区出现中β尺度大暴雨和特大暴雨,范围主要在梵净山周围的印江东部、松桃西部及江口北部,具体时间为17日18时-18日06时,此次降水时间短、尺度小、降水率高、强度大,最大降水出现在梵净山为330.8mm,其次为石梁的223.6mm,这种局地的短时强降水是防灾减灾关注的重点。统计自动站17日18时-18日06时12h降水量可知,12h降水>200mm的有2个乡镇,分别是梵净山、石梁,降水量>100mm有5个乡镇,>50mm有6个乡镇。降水空间呈不均匀分布,特大暴雨、大暴雨主要分布在梵净山一带,暴雨主要分布在梵净山以东地区,其余地区降水很弱。分析梵净山、石梁17日18时—18日18时逐小时雨量可知梵净山的降水分为2个阶段,第1阶段从17日20时开始,之后逐渐增大,至18日01时结束。第2阶段03时降水重新开始,至07时结束。第1阶段降水率很大,最大降水率59.4mm/h,为对流性降水。第2阶段降水稍弱,最大降水率也达28.9mm/h,也为对流云或混合云降水。第1阶段前5h的降水就超过200mm,说明主要的降水时段为20-24时。石梁的降水主要从17日21时开始,至18日06时结束,大的降水时段主要在01时、04-05时,最大降水率达45.7mm/h。尽管梵净山和石梁都是由强的对流性降水造成的特大暴雨,但从降水时段来看,降水时段相差较远,说明影响它们的不是同一个降水单体。3有利于地面辐合,为暴雨天气提供较好的环境场图1为17日20时高空形势分布图。图1a为500hPa的实况场,从图中可以看到,在贵州的西部地区有浅槽,在西风带系统引导下,浅槽向东移动,到18日08时(图略)浅槽移动到江西地区,浅槽诱发地面低值系统的产生,有利于地面辐合,这为梵净山地区的特大暴雨提供了较好的环境场。700hPa和850hPa从17日20时—18日08时一直受偏南气流控制,这利于南海的水汽可以源源不断向梵净山地区输送,为暴雨天气的产生提供较好的水汽条件。925hPa17日20时为偏东气流,18日08时转为偏东北气流,说明北方有弱冷空气南下,从温度场上看,等温线也有明显的南压,也证实了这一点。分析本次过程地面形势场的演变可知在铜仁的东部地区有地面辐合线,辐合线以东受偏东气流影响,说明有弱冷空气经湖南渗透到铜仁地区,冷空气势力比较弱,到18日05时,地面辐合线仍然存在,辐合线以东转为偏东北气流影响,冷空气势力加强,本次过程就是在这样的形势下发生的特大暴雨。4暴雨区地面风场的演变图2为怀化站点9月17日20时T-lnP图和风矢端图。由于铜仁地区附近的探空站点怀化最近,故采用怀化站的探空情况大体表示铜仁地区的层结情况。T-lnP图显示,铜仁东部地区呈上干下湿的层结状态,湿层从地面一直延伸到500hPa附近,底层温度递减率较小,有一定的CIN,有利于低层水汽和不稳定能量的聚积,在适当的触发机制下,容易引发对流。图中还可以看到怀化站点的CAPE值较大,K=40,各种对流参数也利于对流。从风场的情况看,低层为偏东风,风速较大,到中层转为偏西风,垂直风切变较大,风随高度呈顺时针旋转,说明低层到中层有暖平流。从中层到高层,风逆时针旋转为东北偏北风,有较强的冷平流,冷平流厚度较厚。从风矢端图上可以更清楚看到风场随高度的演变。这种底层暖湿、高层干冷的层结属于位势不稳定层结。分析暴雨区地面风场的情况,降水开始前,在铜仁东部地面有辐合线,东南风较强,从接下来几个时次的演变情况看,辐合线向西北移动,其产生的对流系统也向西北移动。分析暴雨区地面的露点温度,可知,地面站点的露点普遍>20℃,说明地面湿度大,水汽相当充沛,边界层辐合容易产生暴雨。850hPa吹东南气流,暴雨区低层及边界层有较暖湿的气流从东南向西北吹,地面辐合线在东南气流引导下向西北移动。铜仁地区海拔高度低,平均为300～400m左右,但是梵净山地区海拔为2400多米,且坡度大,有利于形成尺度将小的强风暴。我们知道,坡度越大,上升运动越强,但是产生的风暴尺度越小。当较强的东南风气流到达铜仁地梵净山地区时,由于地形的抬升作用,上升运动产生或加强,有利于产生和加强对流风暴。5对流云团分布图3为17日18时—18日06时风云2E的TBB随时间演变图。图中显示,在18时,铜仁地区的南部出现了对流云,云顶亮温为-10℃,19时,对流云在东南风的引导下向西北方向移动到印江东部地区,20时,对流云停滞少动,但迅速发展增大,云顶亮温达-30℃以上,面积也有所扩大,说明对流云团移到梵净山地区时,由于地形的抬升作用,对流迅速发展,云团不断发展壮大。21-23时,云团仍继续发展,云顶亮温达-40℃。由于高层为强的冷平流,以下沉气流为主,对流云团发展到达中层后,向上发展变得困难,故对流云团最大TBB为-40℃左右。02-06时,对流云团减弱,至04时,基本没有出现TBB<0℃的云系。但是,从地面降水分析,02-04时,降水仍在持续,有的地方还出现了较强的对流性降水,如石梁03-05时2h降水接近100mm,这使得较强的降水没有与之匹配的云团相对应。分析认为,可能有两方面的原因,一方面降水云系越来越低,较强的降水为浅对流性降水,另外一种可能的原因由于对流云团尺度很小,而红外云图在贵州地区的分辨率接近或达到10km左右,较低的分辨率无法监测到降水尺度很小的对流云图。6回波强度及降水率此次降水尺度较小,为了更有效地对中小尺度的降水进行探讨,我们对造成强降水的系统进行雷达回波分析。17日17时,在江口附近,有雷暴单体出现,说明刚开始时的雷暴并不是由地形抬升引起的,而是由地面辐合线造成的雷暴单体。17-19时,雷暴单体不强,降水率也相对不大,向西北方向移动,当移动到梵净山地区时,雷暴单体迅速发展,回波强度、面积都增大,最强回波强度达50dBz,强的回波从20-23时基本维持在梵净山一带,造成了强降水持续稳定的降落在梵净山,形成特大暴雨。23时回波开始减弱,梵净山的回波最强只有35dBz左右,降水也开始减弱。分析石梁等乡镇第2阶段形成的强降水,选取18日03:46分的雷达回波(图略),从图中可以看到,大的回波区主要在印江的东面,造成了印江东面几个乡镇的暴雨。石梁的强降水却没有有效的监测到,从整个过程降水开始到结束,石梁及梵净上北面的大范围强降水都没有监测到其对应的强回波。分析认为最有可能的原因是三穗雷达受梵净山阻挡,雷达只能扫描到其高仰角的回波,低仰角的不能完全扫描到,平均下来就造成了这些地区的雷达回波强度变弱,回波强度不能有效的反应降水真实的强度,这也是短时预报员经常容易疏忽的地方。一般来说,尽管回波强度达40dBz,但也没有那么大的降水率,但此次降水过程较强的回波却出现了很强的降水率,这个造成降水的结构类型有关。分析17日21:55分的回波剖面图(图略),较大的反射率因子都在1～4km高度,而当天的探空图上显示0℃高度约在5km左右,说明降水回波都在0℃层以下,属于暖云降水,降水率高,从而造成了特大暴雨的产生。7影响强降水的气象因素①这次降水过程尺度小、时间短、强度大,属于典型的中β尺度特大暴雨。②可能的触发机制初步分析为地面弱冷空气影响铜仁东部,地面风场辐合产生对流云团,在东南气流的引导下移到梵净山地区,由于地形的抬升作用加强,产生强降水。同时,地面、低层相当大的水汽含量为特大暴雨的产生提供了必要的水汽条件。③卫星云图、雷达上表现为一个较小的对流单体向西北移动到梵净山地区后加强发展,降水增大造成特大暴雨,且降水为浅对流,云顶高度不高。回波上表现