鄂东南一次农业致灾暴雨的成因分析

鄂东南一次农业致灾暴雨的成因分析摘要:利用常规观测和物理量场资料,从环流背景､水汽条件､动力条件和不稳定机制等方面对2010年4月21日鄂东南出现的农业致灾暴雨进行分析,结果表明,此次暴雨过程是在高空低槽､西南低涡､切变线､低空急流和地面暖倒槽的共同作用下发生的｡低层充沛的水汽和源源不断的水汽输送为暴雨发生发展提供了有利的水汽条件;低层辐合､高层辐散和强烈的垂直上升运动为暴雨发生提供了有利的动力条件｡850 hPa的温度露点差(T-Td)≤4 ℃的区域能提前12 h预告暴雨落区;1 000和925 hPa流场的中尺度辐合线能较好地预报出未来6 h强降水的落区｡关键词:致灾暴雨;切变线;低空急流;暖倒槽;中尺度辐合线Causal Analysis of An Agricultural Hazard Rainstorm Process in Southeast HubeiAbstract: Conventional observation and physical quantities field data was used to analyze the causes of an agricultural hazard rainstorm on April 21, 2010 in Southeast of Hubei Province from the aspects of circulation, water vapor condition, kinetic condition and instability mechanism. The results showed that the heavy rainfall happened under the combine action of low trough, southwest low vortex, shear line, low-level southwest jet and ground warm inverted trough. Abundant low level water vapor and continual water vapor transfer provided advantageous vapor condition. Low level convergence, high level divergence and intense vertical ascent movement provided the dynamic conditions. Zone of which the dew point deficit was lower than 4 ℃ at 850 hPa was the indication of heavy rain area 12 h ahead. The mesoscale flow field convergence line at 1 000 and 925 hPa could forecast the heavy rainstorm area 6 h in advance.Key words: hazard rainstorm; shear line; low altitude jet; warm inverted trough; mesoscale convergence line暴雨一直是气象工作者关注的重要天气事件之一,多年来对夏季暴雨特别是梅雨暴雨的研究较多[1,2],对春季暴雨的研究却不多见｡成章纲等[3]､黄艳芳[4]和单兴佑等[5]从环流背景､中尺度影响系统及多普勒雷达资料特征等方面对湖北境内发生的春季暴雨等强对流天气过程进行了研究,得出了一些有意义的结论｡春季是农作物生长发育的重要季节,是春耕春播的关键时期,伴有低温的连续降水对各种作物的生长发育危害极大,是春季重要灾害天气之一[6]｡应用常规观测和物理量场等资料对发生在鄂东南2010年春季的一次致灾暴雨成因进行分析研究,以便为今后春季暴雨预报提供参考依据,更好地为农业生产服务｡1 雨情和灾情2010年4月21日,受西南暖湿气流和地面冷空气的共同影响,鄂东南发生了湖北省首场区域性暴雨,同时伴有雷电大风等强对流天气,全省有29个市(县)气象站达到暴雨级别,影响区域集中在鄂东南,3个大暴雨气象站是金沙､崇阳､赤壁,降水量分别为148.8､138.0､108.0 mm｡此次区域性暴雨导致部分市(县)出现短时渍涝｡据湖北省民政厅信息,此次暴雨共造成崇阳､咸安､通城､赤壁､公安､石首､孝南7县(市､区)23.75万人受灾,因灾死亡1人,转移安置群众193人;农作物受灾7 230 hm2,其中绝收109 hm2;倒塌房屋43户108间,损坏房屋82间;直接经济损失1 872万元｡2 环流背景分析分析4月20日08时500 hPa图,在河套西部､四川盆地各有一低槽存在,同时700和850 hPa图上,四川地区的西南低涡已初步形成,湖北东南部存在较强的辐合区域｡20时地面图上鄂东南处于暖倒槽中,且有冷空气从东路侵袭,冷暖气流汇合于鄂东南地区有利于强降水和雷雨大风等强对流天气的产生｡21日08时850 hPa低涡东移,700 hPa原在四川的切变东移北抬到重庆至河南南部,鄂东南正处于切变的东南侧;原在广西至湖南南部的14 m/s左右的西南急流带也向东北方向输送水汽至湖北东南部,并增强至16~26 m/s｡与此同时,850 hPa 原在四川东部的“人”字型切变也东移到湖北至湖南一线,鄂东南正处于切变的内侧;原在云南至贵州的12~14 m/s的西南急流带快速向东北方向输送水汽至湖北东南部,且增强至16~22 m/s｡这些为鄂东南的暴雨发生提供了充足的水汽和强烈的动力条件｡3 水汽条件3.1 温度露点差温度露点差反映空气的干湿程度｡分析表明,20日08时700 hPa华中地区大部和西北地区东南部都处在大片的低值区中,同时850 hPa的温度露点差图(图1)中(T-Td)≤4 ℃的区域正好与21日的暴雨区吻合｡说明850 hPa的(T-Td)≤4 ℃的区域对本次春季暴雨有很好的指示作用,能提前12 h预告暴雨落区和强度｡3.2 比湿中低层的水汽对降水起着关键作用｡分析20日20时的比湿,湖北东南部700 hPa 为7 g/kg,850 hPa为12 g/kg,说明此时上空的水汽已较充足,较有利于降水,对应实况20日18时左右零星降水开始,随后慢慢增强,21日08时700 hPa比湿增为8 g/kg,850 hPa仍为12 g/kg,鄂东南上空的水汽更加充足,更有利降水,实况降水强度加大,最大雨强发生在崇阳站21日06时,为46.2 mm/h｡4 动力条件4.1 垂直速度20日08时到21日20时垂直速度的垂直时间剖面图(图2)上,20日20时前后500 hPa以下鄂东南上空大气均由下沉运动转为上升运动,21日08时前后上升运动增强到最大,850 hPa最大垂直速度为-45 m/s左右,地面降水也随之增强｡500 hPa以下强烈的上升运动为鄂东南暴雨提供了动力条件｡21日08时的850 hPa上升运动中心与暴雨区有很好的对应关系,即850 hPa上升运动中心可以指示暴雨落区｡4.2 涡度和散度20日20时涡度图(图略)上,700 hPa以下为正涡度,500 hPa以上为负涡度,但是涡度均不大,这种低层正涡度与高层负涡度的配合,有利于低层辐合､高层辐散和上升运动的发展,由于均不强,此时地面只是连续性小雨;21日08时500 hPa以下均为正涡度,且均增大,表明此时低层辐合､高层辐散和上升运动增强,地面降水也随之增强｡21日08时850 hPa正涡度中心及其覆盖区域与暴雨区有很好的对应关系,即850 hPa正涡度中心和区域可以指示暴雨落区｡分析20日08时到21日20时500､700和850 hPa散度的时间水平剖面图(图略)可以看出,20日20时3层均为辐散,21日08时鄂东南的东南部3层均为辐合,而西北部500 hPa为辐散,700和850 hPa为辐合,也就是说,东南部的低层辐合高层辐散较西北部强,东南部的降水也较西北部强些,即分析低层散度的时间水平剖面的辐合区能指示本次春季暴雨落点的降水强度｡4.3 流场流场中的中尺度辐合线也能为暴雨的产生提供动力条件｡分析20日20时各层大气的流场(图3)可以看出,1 000和925 hPa的流场在暴雨区存在着中尺度辐合线,而其他各层是辐散的,此时地面的降水较小,但此时1 000和925 hPa流场辐合线东南侧正是未来6 h左右暴雨所在区域;21日08时在各层流场中均存在着中尺度辐合线,降水因此增强,且暴雨就发生在中尺度辐合线的东南侧｡所以 1 000和925 hPa的中尺度辐合线能提前6 h预告强降水的落区｡5 不稳定机制5.1 K指数K指数表征大气中低层暖湿程度和大气稳定度｡分析表明20日20时K指数≥36 ℃的高值区位于重庆､湖南等地,湖北东南部K指数仅32 ℃,此时湖北尚未出现雷暴｡随着K指数高值中心的东移并扩大,21日08时K指数高值中心增为40 ℃,湖北东南部也增为37 ℃,此时鄂东南出现雷雨大风等强对流天气｡随着K指数高值中心移出暴雨区,鄂东南K指数逐渐降低,维持强降水的能量得到释放,鄂东南雷暴逐渐停止,强降水也逐渐减小直至结束｡5.2 假相当位温(θse)θse综合反映大气温度､湿度和气压等特征,反映大气中能量的分布特征｡分析21日08时θse资料,鄂东南上空850 hPa处于θse密集带和高能舌中,而湖北大部700 hPa都处在θse密集带和高能舌中,暴雨就发生在850 hPa密集带和高能舌中,同时湖北东南部Δθse=-2 ℃,说明鄂东南地区此时的大气层结处于对流不稳定状态,有利于对流发展,实况鄂东南各站21日02时开始自西向东先后出现雷暴,直至17时不稳定层结消散,雷暴也渐趋停止｡说明850 hPa θse密集带和高能舌对强对流天气有很好的指示性｡6 结论1)致灾暴雨是在高空低槽､西南低涡､切变线､低空急流和地面暖倒槽的共同作用下发生的｡有利的温度露点差､比湿等为致灾暴雨提供了充足的水汽条件｡强烈的垂直速度和低层辐合､高层辐散等较强的上升运动为暴雨的形成提供了有利的动力条件｡2)低层散度的时间水平剖面的辐合区能指示本次春季暴雨落点的降水强度｡850 hPa的(T-Td)≤4 ℃的区域能提前12 h预告暴雨落区;其上升运动中心和正涡度中心及区域可以定点预报暴雨落区;其θse密集带和高能舌对强对流天气有很好的指示性｡1 000和925 hPa流场的中尺度辐合线能较好地预报出未来6 h强降水的落区｡参考文献:[1] 冯伍虎,程麟生. “98.7”突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的涡源诊断[J]. 高原气象,2002,21(5):447-456.[2] 王建捷,李泽椿. 1998年一次梅雨锋暴雨中尺度对流系统的模拟与诊断分析[J]. 气象学报,2002,60(2):146-155[3] 成章纲,叶建元,付晓辉,等. 对宜昌市“98.4.23”强对流天气的诊断分析[J]. 湖北气象,2000(1):14-16.[4] 黄艳芳. 2004年初春武汉机场临近的两次强雷暴天气过程分析[J]. 暴雨灾害,2007,26(1):73-77.[5] 单兴佑,寿绍文,李德俊,等. “09.3”鄂西南强对流天气的多普勒雷达特征分析[J]. 暴雨灾害,2010,29(1):59-64.[6] 郑国,薛建军,范广洲,等. 暴雨灾害评估方法研究进展[J]. 安徽农业科学,2011,39(3):1419-1420.。