铜仁市2014年5月25日致灾大暴雨天气过程雷达特征分析

2015-05-04罗晓松陈关清

中低纬山地气象 2015年1期

关键词：石阡铜仁市铜仁

方标，罗晓松，陈关清，杨群

(贵州省铜仁市气象局，贵州铜仁 554300)

铜仁市2014年5月25日致灾大暴雨天气过程雷达特征分析

方标，罗晓松，陈关清，杨群

(贵州省铜仁市气象局，贵州铜仁 554300)

利用常规天气图资料和多普勒雷达资料，从天气形势、回波演变、回波垂直结构和回波速度产品4个方面对2014年5月24日—25日贵州省铜仁市致灾大暴雨天气过程进行分析，结果表明：①500 hPa高层副热带高压持续，贵州北部处于副高外围，配合中低空低涡切变及低空急流，地面抬升，产生了铜仁自西向东的大暴雨天气过程。②混合型降水回波内部有多个尺度不等的对流回波形成“列车效应”，造成持续性暴雨，而对流单体在较短时间内消失则造成了短时强降水。③VIL数值大的区域出现大的降水过程的可能性较大。④PPI径向图像上，低层辐合高层辐散的风场配置，有利于降水持续或加强。短历时强降水出现在逆风区边缘地带、径向速度辐合最大的区域。⑤风廓线(VWP)产品不同时期特殊结构特征对降水的前夕、发展及降水末期均有较好的指示作用。

大暴雨；列车效应；辐合辐散；“ND”产品

1 引言

随着社会的不断发展，气象灾害对经济社会的影响也越来越大，其中局地性的暴雨往往能够造成重大灾害，山洪、泥石流等由短时强降水引发的次生灾害时有发生。长期以来，气象部门一直把对暴雨天气的研究放在首位，相关的研究和业务表明多普勒天气雷达是监测局地性暴雨最为有用的工具之一。近年来，有许多专家、学者对暴雨的形成机制进行了大量分析研究[1-3]，但是其中还有很多问题亟待解决。铜仁市地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，地貌以低中山丘陵为主，一次局地性暴雨常常会导致较为严重城市内涝、山体滑坡等自然灾害。而对铜仁区域的暴雨研究一直在进行[4-6]，却多是利用常规资料进行形势分析，而利用雷达资料对该区域的暴雨进行研究寥寥无几，为此，本文在笔者之前研究的基础上，采用多普勒雷达资料对2014年5月24日—25日致灾大暴雨进行跟踪分析，发现了该区域暴雨产生时多普勒雷达产品的一些新的、特有的性质，以期能够更好地为今后暴雨天气提供参考，更好地服务于防灾减灾工作体系。

2 天气过程概况与灾情

2.1 天气概况

2014年5月24日夜间到25日贵州省铜仁市出现了入汛以来的第1次大暴雨过程，强降水主要集中在铜仁市西部(石阡县、思南县)和东部区域(江口县、碧江区)。统计24日20时—25日20时的24 h雨量显示：全市出现26站大暴雨(最大为江口太坪165.6 mm)，74站暴雨，127站大雨，69站中雨，其中西部区域强降水时段为25日04—06时，东部区域强降水时段为05—07时，最大雨强为96.9 mm/h。

2.2 灾情信息

此次大暴雨天气过程，造成铜仁市3人死亡、城区内涝、大面积供水供电中断，石阡、江口县道路交通基本瘫痪，受灾人口231 256人，农作物受灾10 820hm2，冲毁桥梁12座，公路损毁300多处，造成直接经济损失33 597万元。

3 天气系统分析

从500 hPa天气图上，24日08时在贝加尔湖地区为一宽广大槽影响，其槽底延伸至川西高原，贵州中北部处于副热带高压外围西风气流中，副热带高压588线从24日08时位于贵州南部至24日20时北抬至贵州北部，中高纬贝湖大槽东移南压，带动冷空气南下，重庆南部西南偏西风由12 m/s增大到16 m/s，此时副高外围偏西南偏西暖湿气流与北方南下的偏北风冷气团在贵州北部汇合，导致强对流天气的发生。副高在贵州北部南北摆动且维持到25日20时，则铜仁持续处于副高外围偏西暖湿气流中；26日08时副高北抬至重庆南部，铜仁受西北气流控制，降雨逐渐减弱。

在中低层700 hPa图上，24日08时贵州省受西南气流影响，在川东北形成低涡切变，贵阳—怀化—长沙一线存在一西南急流区，最大达14 m/s，贵州境内温度露点差均≤2℃，比湿为11～12 g/kg，空气处于饱和状态；到24日20时川东低涡维持，湘北—贵州北部位于低涡东南部切变影响，西南风略有减弱，低涡切变维持到25日08时，铜仁一直处于低涡东南侧的切变线中；25日20时低涡东移至湖北西部，贵州为一致的西南风控制辐合切变偏北，铜仁降雨减弱，26日08时低涡减弱，贵州转为西北气流控制。

在850 hPa图上，24日08时贵州省西南至湖北中部为一西南东北向的切变线，在百色—怀化—长沙也形成一低空急流轴，怀化的最大风力达20 m/s，贵州境内温度露点差均≤1℃，比湿为14～16 g/kg，空气处于饱和状态；24日20时在重庆南部有弱低涡形成，铜仁受低涡东南侧的暖切变影响，急流维持；25日08时低涡南压至铜仁境内，铜仁处于低空急流北侧，低涡中心控制区，降雨加强。直至25日20时切变南压，转为东北气流控制，雨势才逐渐减弱。

在地面环流形势图上，24日08时贵州处于低压控制中，其低压中心为1 007.5 hPa，铜仁午后最高温达26～28℃，处于高温高湿的空气中，北方有从新疆至四川西北路南下的冷空气影响，一旦冷空气影响到铜仁地区，则有利于强对流天气的发生。24日20时冷锋有所东移南压，贵州中部有地面辐合线形成；25日05时冷锋南压至重庆南部一线，铜仁处于冷锋前，地面暖低压略西退，此时冷暖空气在贵州北部交汇，强对流天气加强。25日14时后冷锋南压过铜仁区域，雨势则逐渐减弱。

图1 2014年5月24日20时500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)、地面环流形势(d)

综上所述，造成铜仁市此次特大暴雨天气过程主要的影响系统是：500 hPa高层副热带高压持续在贵州中北部，贵州北部处于副高外围偏西多波动气流中，中高纬为多槽脊形势，且有不断发展东移的高空槽带动冷空气南下影响，配合中低空低涡切变及低空急流，地面冷空气触发抬升作用下，产生了铜仁自西向东的暴雨、局地大暴雨的天气过程。

4 雷达回波特征分析

4.1 组合反射率演变分析

24日23时31分始(图略)，在铜仁市石阡西南区域有层状云回波进入，回波强度最强在35 dBz左右。该回波沿着西南—东北运动，移动速度约为20 km/h。25日02时41分，之前的回波逐渐发展演变成为具有4个较强回波中心的混合型降水回波，此时回波最强为47.50 dBz，随后逐渐演变成为多个强回波单体，这些强回波单体依次经过铜仁市石阡东北部区域，03时03分起，位于铜仁思南西部的混合型回波自西向东偏南以45 km/h的速度快速移进，从04时19分回波图可以看到，思南西部区域与石阡东北区域的回波聚集、发展，随后迅速减弱并移进江口区域，截止05时29分，石阡东北区域的回波已转变成为普通层状云回波，大部分移出石阡区域。另一方面，在铜仁市东北区域的回波在江口区域加强发展，从04时19分回波图可以看出，在江口区域有3个对流回波单体持续发展，并缓慢向东移动，截止05时29分，回波单体演变为普通降水回波，其面积也相应减小，从而造成了铜仁市东部区域的短时强降水。06时15时，之前的普通降水回波再一次发展增强并缓慢向东移动，从而造成了碧江区域的降水过程。因此，造成铜仁大暴雨天气过程主要是积层混合云降水回波内部有多个尺度不等的对流回波相继经过暴雨发生地形成“列车效应”，从而造成持续性暴雨，并且这些对流单体在较短时间内消失造成了短时强降水。

4.2 回波垂直结构特性

4.2.1 回波顶高郭艳[7]等在对江西省人工作业条件指标分析时指出，回波顶高越高，降水的潜力也就越大。跟踪观察此次降水过程的回波顶高发现，回波进入铜仁市区域内时其回波顶高明显降低，在04时19分，铜仁市西部区域的回波顶高最大为14.9 km，而相应区域的回波强度最强为37.00 dBz，较铜仁东部的回波明显偏小；相反，铜仁东部区域的回波强度为最强50.00 dBz，但其回波顶高最高约为9.2 km，而此次最强降水就发生在该时刻后不久。说明在此次强降水过程中，回波顶高与反射率因子强度呈现明显的负相关，这是否可作为短时强降水较为直观的参考因子之一，还有待进一步验证。

4.2.2 反射率因子剖面方标[6]等在对铜仁市一次局地大暴雨天气进行分析时指出，混合型降水回波中如果存在多个对流回波柱，且强回波核位于云体中下部，则可以判断为有暴雨发生。由图2可以看出，在混合型的降水回波中存在2个对流回波柱，水平尺度都比较大，约为30 km左右，而这2个对流回波柱伸展高度并不高。但是这些对流回波不断新生并发展，并相继经过石阡、思南、江口等地，形成“列车效应”而造成持续性暴雨。因此，在实际的短时临近预报时，当出现类似的剖面，则发生暴雨的可能性较大。

图2 2014年5月25日03：46铜仁雷达石阡区域反射率因子剖面图

4.3 雷达速度产品分析

径向速度图像和VWP产品的典型特征对暴雨的预警预报有较好的指示作用，对其发生发展变化原因进行深入分析，能更清晰的认识天气形势变化在雷达图像上的反映，加深理解雷达图像与天气系统间的对应关系[8]。此次大暴雨天气过程，其暴雨落区分为东西两个区域，而铜仁新一代天气雷达位于碧江区川硐镇，距离其强降水的西部区域较远，因此对其西部区域采用PPI的径向速度分析；VWP产品代表雷达站上空半径50 km范围内的平均风场，而东部区域强降水区域恰好位于铜仁雷达50 km范围内，而因此采用VWP产品进行分析。

4.3.1 径向速度图像特征分析从04时19分不同仰角径向速度PPI图上(图3)可以看出，在0.5°径向速度PPI上，石阡区域存在一明显的辐合区域(如图中圆圈标注所示)，在1.5°径向速度PPI上，在石阡区域存在正负速度模糊的辐合辐散共轭区域，石阡区域位于边远地带，在2.4°PPI图上，石阡区域为辐散区域，这种低层辐合、高层辐散的风场配置使周围水汽聚合抬升，有利于降水的发展加强，低层辐合线对降水回波的维持起着重要作用。因此，源源不断从遵义区域进入的回波在此聚集、发展，降水将有所增强。而实况显示，强降水区域位于石阡县城及附近以北的乡镇，从此刻反射率因子强度来看，其石阡区域的回波维持较大值，与实况对比，石阡区域的强降水时段为此后的2 h内，雨势得到了迅速增强，达到了最大。

图3 04时19分不同仰角径向速度PPI(单位：m/s)与反射率因子(单位：dBz)

跟踪分析此次过程石阡区域的0.5°径向速度(图略)时发现，石阡区域自03时14分就存在逆风区，这比强降水的时间提前了差不多1 h，因此在实际的短时临近预报中应加以分析考虑。同时，逆风区的断裂位置，对应着强降水区域。

综合此次降水过程的PPI径向图像变化可以发现，低层辐合高层辐散的风场配置，有利于降水持续或加强。短历时强降水就出现在逆风区边缘地带、径向速度辐合最大的区域。

4.3.2 降水前夕VWP产品特征在25日03时03分之前(图略)，在2.4 km以下基本维持南风，2.4 km以上全部为“ND”区域，可见低层暖湿，中高层相对冷干，且其维持稳静状态。如图4，03时08分开始，在8～12 km高度层出现北风(包括西北风和东北风)方向的风向杆，高层稳静状态遭到破坏，不久后，风向杆上下延生发展，其面积不断扩大，04时03分开始与中层连接，04时19分与下层完全连接，形成深厚的水汽层，历时约为1 h。与此同时，03时25分开始，在3～7 km左右层亦出现北风(主要为西北风)的风杆，中层稳静状态亦受到破坏，风向杆迅速上下发展延生，于03时35分与低层连接，

图4 2014年5月25日03时08分-04时03分VWP图

形成水汽层，形成时间约为10 min。最后，低中高层风杆逐渐全部连接，为水汽的垂直传输提供了通道。从风场的垂直廓线可看出，在8 km以下，风向随着高度呈现顺时针旋转，呈暖平流特征，而8 km以上，风向随着高度呈现逆时针旋转，呈冷平流特征，这样就形成了低层暖湿，高层干冷的层结结构，有利于降水的发生。另外，7 km以上维持一个高空大风区域，1.5 h后铜仁市东部区域(雷达站附近)强降水开始。因此，中高层风向杆不断向下延生扩展，与低层风向杆连接，是预报降水开始的一个参考因子。4.3.3 降水期间大风区的变化降水期间，其VWP图上中高层大风区的出现及其位置的变化对降水的发生、维持和加强密切相关[10]。如图9所示，在04时46分低层以西南风为主，风速随高度的增加增大，在6 km以上区域，维持着厚度为6 km左右的西北大风，这个深厚的西北大风随着时间的推移其底高降低，从05时02分的6.0 km降低到05时35分4.8 km，仅仅只用了33 min，而这33 min内，就是铜仁市东部区域降水最强时段，小时雨强达到了96.9 mm/h。因此，中高层大风区位置降低可以作为短时临近预报强降水很好的参考因子。

图5 降水发展期间 VWP图像上大风区底高的变化

4.3.4 降水末期VWP产品的特征随着强降水发生，能量得到了快速释放，从07时45分起，大风区底高快速升高，30 min内到达7 km高度处。而从08时12分始(图略)，VWP图像在6 km高度处开始出现“ND”，08时45分“ND”区域迅速上下蔓延，中层风向杆完整性遭到破坏，这说明中层降水云系逐渐消散。09时12分风向杆所在高度迅速下降，1 h内下降了4 km，到6.8 km。10时17分风向杆高度下降至4 km左右。风向杆高度变化所反映的水汽输送的切断，或者动量无法传输，是此类降水无法维持而停止的主要原因。因此可以利用此特性预报强降水的结束时间。