涪陵 2010年5月6日暴雨天气过程分析

廖晓荔,徐进明,徐 洪,黄跃华,田凤国

(重庆市涪陵区气象局,重庆 涪陵 408000)

涪陵 2010年5月6日暴雨天气过程分析

廖晓荔,徐进明,徐 洪,黄跃华,田凤国

(重庆市涪陵区气象局,重庆 涪陵 408000)

利用常规资料和卫星云图及雷达回波等资料,对涪陵区 2010年5月6日出现的暴雨天气过程进行分析,结果表明:暴雨发生前涪陵区维持晴好天气,积聚了大量不稳定能量,动力和热力条件促进上升运动发展,生成中小尺度云团,中小尺度对流云团则是造成这次暴雨的直接系统。

暴雨;冷空气;对流云团

1 引言

涪陵区暴雨年平均出现 2.6次,多集中在每年的 6—8月,尤以 6月下旬—7月上旬最多,暴雨初日最早出现在 4月9日 (2005年)。2010年涪陵区大雨开始于 3月23日,较历年提前近 1个月。5月6日,在高空低槽、切变线和冷空气的共同影响下,涪陵区出现了 2010年第一场暴雨,并伴有雷电和大风。最强降水出现在我区长江以北,其中 3个乡镇达大暴雨,对当地经济造成较大损失。从历史资料统计对比来看,5月6日涪陵本站 24h降水量87.1mm,排历史日最大降水量 17位,而辖区内李渡区域自动站 24h降水量 152.6mm,为涪陵区有气象历史记录以来最强的一次降水。李渡区域自动站自 6日 00时至 05时连续多个时次出现小时降雨量超过 20mm的雨量,在涪陵区气象历史记录上也是首次出现。

2 过程概况与灾情

受中尺度对流云团影响,5月5日 23时起,涪陵区西北部与长寿交界处的李渡开始出现降水,随着强对流云团的加强东移,我区长江以北地区自西向东出现短时强降水。最大降水量出现在李渡,为152.6mm,1h最大降水量达 40.7mm;城区降水量87.1mm,04—05时 1h降水量最大,为 38.8mm。此次降水过程雨势强,降雨集中,并伴有强雷电和局部地区的短时阵性大风,涪陵区多个乡镇不同程度受灾,造成 4人死亡,民房、农作物、电力、交通、水利设施严重受损,全区因灾直接经济损失近 2.1亿元。

图 1 李渡 5日 21时 -6日 20时逐时降雨量

3 天气形势

从此次暴雨的短期天气形势来看,是在高空低槽、切变线和冷空气的共同影响下产生的。

如图 2示,5日 08时 500hPa中高纬河套以北有低涡存在,河套中部有低槽,新疆到河套西部为强盛的西北气流,形成西高东低的形势。30°N多波动东移,在四川中部到云南东北部有浅槽,重庆为偏西气流控制;700hPa四川盆地西南部有低涡,北部和南部有切变线,盆地东部为西南气流控制,有水汽输送,急流位于东南沿海;850hPa重庆上空为偏东气流,切变线位置偏东、偏南,低空急流位于东南沿海地区。

20时(图 3),500hPa河套地区的高空槽加深并缓慢东移,高原东部到盆地东部为一致的西南气流控制;700hPa低涡缓慢移出,盆地北部和南部的切变线维持;850hPa重庆中部有弱的切变,广西到重庆东侧为偏南气流,盆地东部有水汽输送。高低空环流形势分析表明,高层有低槽、中低层有切变线东移,低层盆地东侧有偏南暖湿气流,输送水汽。西南暖湿气流对暴雨的产生有重要的动力和热力作用,为低层带来潜在不稳定的暖湿空气。

图 2 2010年5月5日 08时天气形势

图 3 2010年5月5日 20时天气形势

高空冷平流和地面弱冷空气的入侵是触发强对流天气的原因。5日 20时,500hPa新疆到河套西部为大范围的负变温区,槽后强盛的西北气流向盆地东部输送冷平流;700hPa和 850hPa的强冷平流位于河套西部到盆地东部之间,分别有 -16℃和 -11℃的负变温中心,表明高空冷平流强劲。重庆上空为暖平流或弱的冷平流区,在强冷平流的冲击下,易产生强对流天气。

5日 20时盆地大部为热低压控制,有利于潮湿不稳定能量的聚集。高空河套地区的低槽加深发展,伴随地面有冷空气南下,在四川盆地北部有冷锋,由于锋后冷高压强度较弱,冷空气也较弱,随着地面弱冷空气入侵盆地,暖空气被抬升而形成对流 (图 14)。

4 物理量分析

中小尺度的对流云团是造成此次暴雨的直接系统,对流性天气的形成必须具备 3个基本条件,即:水汽条件、不稳定层结条件和抬升力条件。

4.1 水汽条件

水汽是产生暴雨的必要条件。水汽通量散度表示输送来的水汽集中程度。5日 20时850hPa从广西经贵州、湖南到重庆为偏南风控制,有水汽输送。图5为 5日 20时 850hPa水汽通量散度,可以看出,西南地区大部为水汽通量辐合区,表明低层的水汽通道已经建立,重庆地区有较充分的水汽供应。

4.2 不稳定层结条件

T-lnP图是一种能用来直观考察大气稳定性变化的工具,并得到稳定度指标。从重庆站 T-lnP图(图略)上可见,5日 20时 K指数为 34℃,沙氏指数为 -2.18℃,700hPa以上空气湿度较小,中低层空气湿度大,有强对流天气发生的可能性。强的垂直风切变可引起气旋性涡度增加,从而对强对流天气起到加强和维持作用,20时重庆站上空有明显的垂直风切变,有利于强对流天气加强和维持。

5日 08时,500hPa新疆到河套西部强盛的西北气流向盆地东部输送干冷平流,使重庆大部地区500hPa的温度露点差在 20℃以上异常干燥,由于中低层有偏南气流输送水汽,700hPa的温度露点差迅速减小为 8～12℃,850hPa继续减小到 4℃左右接近饱和。重庆地区上空这种上干下湿的大气层结非常不稳定,在有外力抬升的情况下,极易产生强对流天气。

图 6 2010年5月5日 08时 500hPa(a)、700hPa(b)、850hPa(c)温度露点差分布图

根据重庆和达州 5日 08时、20时和 6日 08时单站高空资料计算,可知:从 5日 08—20时四川盆地东部的能量迅速积聚,有发生对流性天气的可能,5日夜间到 6日凌晨重庆中部和东南部发生强对流天气后,大气中的不稳定能量得以释放,重庆和达州的 SI(沙氏指数)迅速上升,Cape(对流有效位能)迅速减小。

4.3 抬升条件

在低层辐合流场上空又有辐散流场叠加,那么抬升力更强,常会造成严重的强对流天气。从 5月5日 20时的散度场(图 7)可见,暴雨区上空 200hPa为正散度区,正散度中心为 28×10-5s-1,位于四川、甘肃和陕西三省交界处;暴雨区上空 850hPa为负散度区,重庆东北部和湖北西部有 -8×10-5s-1的负散度中心。散度场的这种垂直分布表明,高层辐散明显强于低层辐合,高层辐散形成的抽吸作用有利于低层辐合和对流上升运动的加强。

表 1 2010年05月05日 08时—06日 08时重庆、达州探空资料主要稳定度指标

图 7 2010年5月5日 20时 200hPa(a)、850hPa(b)散度场

5 卫星云图特征

从 FY2E卫星红外云图上可见,5月5日 20时四川东南部有低涡云团Ⓐ生成,重庆中部为少量低云覆盖。22时低涡云系Ⓐ发展东移,重庆中西部的长江以北地区有对流云团Ⓑ形成,受其影响,重庆中西部偏北局部地区出现雷阵雨。23时低涡云团Ⓐ继续发展并向东北方向移动,对流云团Ⓑ范围缩小强度增强,中心位于长寿附近,长寿出现雷雨。6日 00时低涡云团Ⓐ和对流云团Ⓑ均迅速发展,向东北方向移动,重庆中部的长寿、垫江、涪陵在强对流云团的影响下出现短时强降水和强对流天气。01时,低涡云团和对流云团打通Ⓒ,01时 30分云团Ⓒ发展强盛,结构密实,云团进入到稳定阶段,重庆除东北部偏北和西部偏北地区外,均在强云团的覆盖下,重庆中部和东南部地区出现的强降水均由该云团直接造成。

6 雷达回波特征

6.1 基本反射率因子

从重庆雷达 1.5°仰角的反射率因子图上可见, 5日 23时 29分,长寿境内有对流回波,回波有 2个强中心,一个中心强度Ⓐ为 50—55dBz,向东北方向移动,另一个中心Ⓑ达 60—65dBz,向东偏南方向移动,回波顶高均在 15～17Km。23日 47分,偏南的强回波中心Ⓐ移入涪陵境内,涪陵和重庆交界处的李渡、石沱等地开始出现降水,之后涪陵境内的强回波中心略有减弱,为 55～60dBz,强降水回波带中不断有强对流单体新生、合并,使得位于涪陵长江以北地区的强回波长时间维持,涪陵区北部出现短时强降水,并伴有强雷暴。

6日 00时 48分,向东北方向移动的强回波Ⓑ移动到垫江,中心最大强度为 68dBz,强中心出现“三体散射”现象。6日 01时 12分,强回波Ⓑ移动到垫江和梁平交界处并出现明显的“三体散射”现象,表明强回波处将会产生大风和强冰雹,此时正是垫江县沙坪镇产生 11级大风和冰雹的时间。

6.2 平均径向速度

强对流天气发生前,0.5°仰角的基本速度图上,重庆中部为大片的负速度区,2010年5月5日 23时 23分长寿和涪陵交界处出现一个闭合的正速度区,即逆风区,该逆风区的出现预示强降水的开始,其上有强烈辐合辐散,形成有利于暴雨产生的垂直环流结构,促使强回波维持。在同一时刻 2.4°仰角的基本速度图上,则为大片的正速度区里嵌着负速度区,表明重庆中部地区存在强的垂直风切变。逆风区、垂直风切变与强降水区有很好的对应关系。

7 结论

通过对 2010年5月6日发生在重庆中部和东南部地区的强降水天气过程的天气形势、物理量、卫星云图、雷达回波等资料的分析,得出以下几点结论:

①此次暴雨雨势强,且降雨集中,并伴有强雷电和局部地区的短时阵性大风,涪陵区多个乡镇不同程度受灾。

②此次暴雨影响系统是高空低槽、切变线和冷空气。高空较强冷平流和地面弱冷空气的入侵是触发强对流天气的原因。

③从物理量的分析可见,重庆地区具备对流性天气的形成 3个基本条件是:西南地区大部为水汽通量辐合区,表明低层的水汽通道已经建立,有较充分的水汽供应;大气具有强对流发生的不稳定层结条件和明显的垂直风切变;低层辐合高层辐散形成的抽吸作用有利于低层辐合和对流上升运动的加强。

④低涡云团和对流云团的合并加强造成重庆中部和东南部地区出现强降水。

⑤初始阶段强回波有 2个强中心,一个向东北方向移动到垫江、梁平等地,另一个向东偏南方向移动到涪陵。涪陵区的强降水回波带中不断有强对流单体新生、合并,使得强回波长时间维持,并出现短时强降水,且伴有强雷暴;向东北方向移动的强回波出现“三体散射”现象,并产生大风和强冰雹。基本速度图上的逆风区和垂直风切变与强降水区有很好的对应关系。

[1] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法[M].北京:气象出版社,2000.

[2] 俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等 .多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京:气象出版社,2006.

[3] 陶诗言 .中国之暴雨[M].北京:气象出版社,1980.

P458

B

2010-09-10

廖晓荔 (1981-),女,工程师,主要从事天气预报、气候预测工作。

1003-6598(2010)增刊 -0015-05