神农架多发暴雨成因及对农业的影响分析

2016-10-17张福林

中国农业信息 2016年12期

关键词：中尺度神农架水汽

张福林

（湖北省神农架林区气象局，神农架 442400）

神农架多发暴雨成因及对农业的影响分析

张福林

（湖北省神农架林区气象局，神农架 442400）

2014年，神农架初秋降水异常，暴雨多发，局地降水强度大，对农业影响严重。文章利用相关资料，对多发暴雨天气成因及对农业的影响进行分析。分析发现，神农架山脉地形对暴雨强度和落区有较大影响，暴雨多发，使秋作物产量和质量下降，甚至造成水毁农田灾害。

暴雨环流中尺度云团地形作用农业影响

文章主要从2014年9月1日大暴雨个例出发，依据数值预报模式，结合卫星、雷达资料和区域自动站资料，进行诊断分析，并就当地地形对暴雨影响进行探讨，以期总结出该地域初秋多发暴雨的主要天气系统和地形影响成因，为今后当地暴雨预报和农事活动，提供参考和决策。

1 降雨实况及农业影响

2014年8月下旬至9月，鄂西山区神农架发生了罕见的多发暴雨灾害天气，40 d内降雨总量达1 208.8 mm（神农顶站为例），期间出现了3次大暴雨和7次暴雨，是神农架有观测资料记录以来，测到的最强多发暴雨过程（图1 a）。同时，西南部暴雨强度大，频率高（图1 b），其中最强降水中心位于神农顶和大九湖，且西南部面雨量普遍高于东北部。由于异常暴雨影响，全区受灾人口 1 985 人，农作物受灾面积 723.47 hm2，成灾面积699.87 hm2，绝收面积260 hm2。公路、河堤、桥梁、电站、景区内服务设施等受损严重，经济损失约 3 200 万元。

2 环流背景特征

从欧洲中心中高度场（图2 a）上可以看出，中高纬的200 hPa 高度上，为“二槽一脊”型。其中，低压槽低值中心位于巴尔喀什湖以北地区，在贝加尔湖以西有一高压脊，贝加尔湖以东及我国内蒙以西地区，为较深厚的低压槽。这种形势有利于北方冷空气在脊前偏强的西北气流引导下，进入神农架上空，形成极端降水；在神农架附近的对流层中低层，为气旋性环流，且有明显的辐合，在低层存在气旋性切变。而中纬度南亚高压东侧鄂西上空，为反气旋性距平环流控制，持续维持偏西与偏北风的分流区，呈现为显著的辐散，在神农架地区形成了高层辐散与中低层辐合的相互配合，造成该地区强烈的上升运动。

在鄂西地区初秋，非极端降水时期（图2 b），副热带高压588线在鄂西地区初秋，降水期西伸一般能达到100°E 左右，这也是1年中，位置最偏西时期。在 500 hPa 高度上，副高西伸位置则到达95°E 附近，副高南侧不断有气旋发展，低纬度热带气旋活跃，促使副高位置少动，暴雨区正位于副高西北侧。700 hpa有一支强盛的西南风急流，自西南地区延伸横穿湖北，切变线呈东北-西南走向，位于河南中部-陕南-四川东南部一线，神农架区位于切变线以南；850 hpa陕南与四川交界处有一弱低涡存在，神农架区位于低涡的东南象限。

可见神农架初秋，极端降水的形成与副热带高压脊线的异常西伸北抬有着密切的联系。在副热带地区，副热带高压比以往位置更偏西偏北，这有利于的水汽沿副高边缘向鄂西地区输送，并与来自北方的冷空气交汇于鄂西地区上空，从而形成强降水。分析7场暴雨和3场大暴雨发生期间的副高变化，大致表现为西伸北抬加强后，又东退，并由于热带低压、台风异常活跃，阻止副高南落。正是副高的西进东退与北侧冷空气系统的重建，而造成暴雨多发。

3 水汽动力条件

暴雨必不可少的条件之一是水汽。低层急流的配合，对初秋暴雨的水汽输送起到了重要作用。暴雨过程中，神农架水汽含量约为8～14 g/kg （图3 a），并有2条水汽输送轴线，一条呈南北向，说明水汽来自南海；另一条呈东西向，水汽来自西太平洋（图3 b），这2条水汽通量相汇于暴雨区上风方，为暴雨提供源源不断的水汽。而且，川南-湖北-河南持续维持西南至东北向的正涡度平流区，神农架处在负垂直速度的大值区，对应较强的上升运动区，暴雨就发生在最强上升运动区，其南北各有一个负涡度区，有下沉运动补偿。

4 山地地形作用影响

地形对暴雨的影响较大，地形性强迫抬升和辐合是触发暴雨的重要机制，当山地走向与背风向交角较大时，暖湿气流沿坡爬升，对流旺盛，雨量加大，形成迎风坡降雨中心，地形阻挡，也使降水系统移速减慢，雨时延长。神农架林区地形复杂，高低相差悬殊，西南高东北低，神农顶海拔3 106.2 m，主峰近似东西向，这种高海拔地形，对底层东南风或西南风的动力抬升与北方气流的阻滞作用是暴雨持续时间较长的重要因素。积分时间越长，地形效应越明显。除此之外，当天气尺度系统所形成的不稳定环境条件具备时，强迫上升可以激发对流发生，触发中尺度雨团及中尺度系统。

此次多发暴雨，受神农架地形影响很大，在相同环境背景下，神农架西南部降水显著多于东北部。因此证明，地形动力抬升和阻挡作用，在降水强度和分布上都起着关键作用。

图1a 2014年8月23日至9月30日，神农顶站各日降水量（单位：mm）

图1b 2014年8月25至9月1日神农架境内累计降水量分布

图2a 2014年09月1日08时EC 200 hpa高度场

图2b 2014年08月31日20时综合分析

5 卫星云图及多普勒雷达的应用

从实时的卫星云图动态变化看，β中尺度云团自西南向东北移动，移动过程中，不断合并加强组成新的中尺度暴雨云团（图4 a）。通过对多普勒天气雷达的观测分析发现，多次暴雨均为积层混合型絮状回波，受神农架山脉地形的影响，无论回波移动方向如何，较强回波均在迎风坡加强、移速减慢（图4 b），对应降水加强。从当地的雷达回波监测看，各次暴雨大致分2个阶段，首先以混合性降水为主，以后转为稳定性降水。

6 秋季暴雨对神农架农业的影响

神农架秋作物种类多，主要粮食作物有玉米、水稻、红薯等。此外，还有大豆、蔬菜等经济作物。农业是当地的重要经济来源之一。2014年，神农架初秋，降水异常，暴雨多发、频发，局地降水强度大，持续时间长，对玉米、中稻等作物成熟收获影响较大，秋作物无法及时收获，玉米子粒发生霉变，红薯块茎腐烂。长时间的多发暴雨，导致农田内涝，甚至造成水灾。农业生产可依据暴雨灾害预测、预警信息及时排水，防止涝害。对已成熟作物及时抢收，减少损失。因此，加强初秋多发暴雨成因分析研究，及时发布暴雨灾害预测、预警信息，对农业防灾、救灾和抗灾具有重要意义。