恩施州一次连续大暴雨天气过程成因分析

2010-09-07郭奕涛罗菊英吴全省闫永才

中低纬山地气象 2010年2期

关键词：纬向梅雨恩施州

郭奕涛,罗菊英,吴全省,闫永才

(湖北省恩施自治州气象局,湖北恩施 445000)

恩施州一次连续大暴雨天气过程成因分析

郭奕涛,罗菊英,吴全省,闫永才

(湖北省恩施自治州气象局,湖北恩施 445000)

利用常规的地面、探空、雷达、卫星资料以及加密自动站点等监测资料,对 2010年7月8—11日发生在恩施大部的一次大范围稳定纬向型强降水天气过程的成因进行了分析。结果表明:高纬“单阻”梅雨形势的建立,中纬纬向环流的维持,以及副高的稳定少动,江淮梅雨锋的停滞及中低层切变的稳定,是形成此次大范围稳定纬向型暴雨的大尺度天气背景。有利的大环流背景下,活跃的西南暖湿气流,南支槽的频繁波动,以及南北槽的合并加强,更进一步的促进了地面中气旋的发展和中低层低涡、急流的形成,有利的中尺度复合系统,以及山区特殊地形条件下的辐合作用,是形成此次大范围强降水,局部出现特大暴雨的原因。

梅雨锋;低涡;暴雨

1 引言

2010年7月8—11日,恩施州出现了2010年入汛后范围最广、强度最大的一次强降水过程,州内大部暴雨,局部大暴雨和特大暴雨。统计 110个加密自动雨量站资料分析,从 8日 08时—11日 08时,有 60站累积雨量超过 100mm,其中 9站超过200mm,3站超过 300mm,最强降水中心鹤峰走马镇达到 460.6mm,9日 20时—10日 20时 24h累积量达到 311mm。

该次连续较强降水过程,主要特点是:强降水时空分布极不均匀,有 2个最强降水时段,即 7月8日 20时—9日 08时,强降水中心在恩施东北巴东局部,巴东税家 7月8日 20时—9日 00时 4h降水量 173.4mm,1h雨强 66.1mm。9日 20时—11日00时,强降水中心在恩施东南部的鹤峰局部,鹤峰走马 10日 02时—08时,6h降水量 178.1mm,1h雨强41.4mm。

这次强降水影响范围之广、强度之大比较少见,据当地民政部门统计,因灾死亡 2人,造成农业经济损失 21 446万元,直接经济损失 34 754万元。本文旨在通过对形成此次大范围稳定纬向型暴雨过程的大尺度天气形势背景场、中尺度天气系统、雷达回波等进行分析,为以后的暴雨预报提供思路,具有一定的实用价值。

2 成因分析

2.1 大环流背景

2.1.1 高纬环流形势 7月8日 20时,500hPa亚欧中高纬环流维持着两槽一脊型,为典型梅雨形势场的单阻型[1],高压脊位于贝加尔湖西北方,即 50～70°N,90～110°E地区,有两股冷空气影响长江流域,一股是从贝加尔湖以东沿着东北低压后部南下,一股从巴尔喀什湖沿青藏高原东侧南下影响长江流域 (见图 1a)。7月9日 08时,大环流形势少变,但阻塞高压形状由 20时的南—北向变为西北—东南向,贝湖西部冷空气略有加强。9日 20时 (见图 1b),500hPa单阻的大环流形势场仍然没有改变,阻高中心的位置也没有改变,但不同的是,随着冷空气的南下,阻高长轴断裂,阻高加强,中心值由8日 20时的 574hPa加强为 576hPa,在其中心 (贝湖)南部有一个冷涡生成。10日 08时,大环流形势场仍然少变,阻高南部的低涡范围扩大,东北低涡生成,冷平流沿着东北低涡后部南下影响长江流域。2.1.2 中低纬环流形势在中纬度,阻塞高压 30～50°N地区,基本由纬向环流控制,南支波动频繁,槽线位置随着副高、冷空气的强弱在长江流域南北摆动。8日 20时,南支槽位于江南,恩施处于槽后冷平流中,9日 20时,随着副高的加强,北支槽与南支槽均合并加强并明显北抬,恩施州处于槽前偏南气流中。

图 1 2010年2月8—10日天气形势场

在低纬度,8—11日,副高均呈东西带状分布, 120°E脊线稳定在 22°N附近,副高西伸脊点在 105° E附近(见图 2),副高的稳定少动,导致江淮梅雨锋停滞,850～700hPa切变线也稳定维持在长江流域沿江一线。

图 2 2010年7月8—11日副高动态图

上述系统的稳定,大范围纬向型强降水得以稳定维持在长江流域。

2.2 对暴雨有直接影响的中尺度天气系统

2.2.1 地面 (见图 1c、1d) 8—11日连续暴雨过程中,江淮流域稳定为梅雨锋控制,梅雨锋随着副高的强弱南北摆动,梅雨锋上有气旋波生成。7月10日 08时,气旋中心位于恩施南部到武汉东部沿江偏南地区,受其影响,9日夜间到 10日凌晨,恩施州出现入汛以来最强、范围最广的大范围降水,强降水呈东西带状位于恩施州中南部,东南部为最强中心。

2.2.2 高空 7月8日 20时,500hPa哈尔滨附近有一个冷涡中心,北支槽位于哈尔滨—沈阳—南京一线,南支槽位于武汉—贵阳—昆明一线,恩施处于槽后偏北冷平流控制中;700hPa沿江一线切变线维持,重庆附近有一个低涡,850hPa重庆附近也有一低涡,切变位于沿江略偏南,我州北部巴东刚好处于 700hPa与 850hPa切变之间与冷锋前沿交界,受上述系统综合影响,州北大部 8日夜间到 9日凌晨出现暴雨,局部大暴雨。

9日 20时,500hPa北支槽与南支槽合并,并整体北抬,槽线位于太原—延安—成都西一线,恩施处于槽前偏南气流中。700hPa切变线也有所北抬,低涡中心位于四川东北部万源附近,在我州中南部出现南风风速达到 12m/s的急流。影响我州降水的850hPa切变线位于沿江偏南,低涡中心位于重庆南部、贵州西部。

图 3 30°N偏南代表站点空间部面(实线为等风速线;虚线为温度露点差等值线)

10日 08时,500hPa槽线有所南压,我州转为偏北冷平流影响,700hPa切变线也有所东移南压,低涡中心位于重庆东部到我州北部,江南到华南为一致的 S W风,江南宽广的 S W急流轴建立。850hPa切变线稳定少动,但 S W风速也明显加强,我州刚好处于 700～850hPa切变之间。

2.2.3 中尺度雷达回波特征

①反射率因子分析 (CR 37)。7月9日强降水: 7月8日 11时在我州北部地区生成了一条东西向带状回波,呈块状分布,较分散,强度较弱,回波受西风引导气流作用,整体向东移动,在移动过程中强度增强,15时带状回波进入恩施州随着山势抬升,强度进一步发展,面积增大,转为积层混合云降水回波,结构也变得密实,东端回波已移至巴东境内,此时北部又有新生回波不断南压并入东端回波,21时带状回波断为两节,东端回波范围扩大与南压后的北部回波在巴东中部税家一带合并成一块强对流回波,强中心强度 60dBz,结构密实,尺度约50×30Km,此时回波变为准静止状态,北部有不断的新生回波补充进来,使对流回波不断有能量补充,造成局部的强降水在巴东税家一带维持达 4h左右,到 9日 00时回波强度减弱,变为向西南方向移动,移出巴东税家,强降水基本结束。

7月10日强降水:7月9日 19时 23分西南部有新生回波不断生成发展,向东北方移动,移动过程中强度不断增强,强度在 59dBz,21时带状回波形成,呈西南东北走向,在带状回波中有无数个对流单体在移动中此消彼长,23时尺度不断增大,结构变的密实,7月10日 01时带状回波处在我州南部来凤到鹤峰走马镇一线,03时降水最强时,在走马镇和走马镇的西部回波为强对流回波块构成,强度为 57dBz,回波面积大,结构密实。

由于上风方不断有回波生成,下风方减弱、衰亡,回波有组织地排列,从而形成“列车效应”。可见这条长时间维持的中尺度回波带是由有组织的中γ尺度多单体风暴组成。带状回波一直持续到10日 08时,02至 08时降水雨强最强,因而有组织的多单体风暴活动形成的“列车效应”是走马镇这一特大暴雨中心形成的主要原因[2]。

②径向速度分析 (V 27)。7月9日强降水:多普勒径向速度产品上,7月9日 15时 12分,恩施州处于锋线上,地面南部是西南风,北部是西北风,19时东部处在中尺度辐合区,在负速度区中混杂有块状正速度,10日 00时零速度线呈西北东南走向,说明高层是一致的东北风,回波移向转向西南方移出巴东,强降水结束。速度产品说明这次过程由于回波先受锋前西南气流影响,后受锋后东北气流推动,所以对流发展旺盛。

7月10日强降水:10日 02时至 08时各层速度回波特征。各层速度图上都表现出中尺度辐合区,在东南部有明显的负速度区深入正速度区,正是强降水区域,且持续的时间较长。

③剖面分析 (RCS 50)。7月9日强降水:强回波以强对流单体为主,强中心回波顶高约达到13Km,最强回波区域高度约达 8Km,对流发展旺盛,并有超级单体特征,在剖面回波的右边出现悬挂状弱回波,因主体回波高度不高,以强降水为主。

7月10日强降水:是由强对流组成的回波带,在带上明显看出,由多个对流单体回波组成,顶高高度不一,回波带由多个中γ尺度风暴单体组成,移动方向前方单体处于新生阶段,中间 3个单体处于成熟阶段,而后方 2个单体正处于减弱、衰亡阶段。

④3h累积降水分析 (THP 79)。7月9日强降水:7月8日 21—9日 00时 4个时次回波显示以巴东税家为中心有 3h最大累积降水显示达177.8mm,回波显示降水量与实际降水量相比较,准确性还是非常高。

7月10日强降水:7月10日 00—08时 6个时次回波显示以鹤峰走马为中心有最大累积降水显示达 88.9mm,从强降水时段分析与降水实况也是基本相符。

图 4 恩施站(57477)2010年7月9日到 10日单站高空分析

3 诊断分析

3.1 水汽条件诊断

从相对湿度垂直分布分析,9日 20时、10日 08时,从地面到高空 500hPa,相对湿度均在 90%以上或附近,我州处于高湿中心。从相应时次的高空 T -Td值分布也可以看出,从近地面到高空 500hPa,长江流域为一东西带状湿舌,我州位于 T-Td<2的高湿中心。

选取 30°N附近及以南代表站点 (贵阳 57816、怀化 57749、恩施 57447、宜昌 57461、长沙 57679),作空间剖面图(见图 3)。从水汽水平输送条件及其水平辅合情况看,在 9日 20时,长江流域及以南700hPa及以下均处于 T-Td<4的湿区,500hPa及以下为一致的偏南风。10日 08时,沿江及偏南一线 T-Td<4的湿舌已伸展到 500hPa高空,700hPa急流轴建立,恩施州刚好处于急流轴的左侧。

3.2 稳定度及垂直运动条件诊断

分析探空对数压力图 (见图 4),9日 20时、10日 08时,K指数分别为 41℃、40℃,SI分别为-2.4℃、-1.2℃,说明本地的大气层结处于不稳定状态。同时,从 T-lnP图还可以发现,在 10日 08时,500hPa及以上恩施站已转为偏西 (或北)风,冷空气已开始影响我州,冷平流的入侵,更进一步触发了不稳定能量的释放,降水加强。