郭換換

(河南省洛陽市氣象局，河南洛陽 471000)

暴雨是我國最常見的災(zāi)害性天氣，關(guān)于暴雨的研究一直受到氣象學(xué)者的高度重視。近年來，隨著各種新型觀測資料、再分析資料以及數(shù)值模擬等診斷方法的運(yùn)用，許多氣象學(xué)者加強(qiáng)了對(duì)暴雨過程的研究及對(duì)不同暴雨過程之間的對(duì)比分析[1-5]，并取得了許多對(duì)預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)有指導(dǎo)意義的研究成果。洛陽多山區(qū)和丘陵，暴雨主要集中在夏季，由暴雨導(dǎo)致的泥石流、山洪、山體滑坡等災(zāi)害頻發(fā)，關(guān)莉娜等[6]通過對(duì)洛陽市45年的逐日雨量資料統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，洛陽暴雨中心在北部的丘陵區(qū)和南部山區(qū)；任石厚等[7-8]對(duì)1980—1994年洛陽 6、7 月份區(qū)域性大到暴雨進(jìn)行了環(huán)流分析，歸納出一些預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。2016年7月18—19日，受高空低槽、中低層低渦和切變線及低空急流的共同影響，洛陽市出現(xiàn)了2016年入汛以來的一次區(qū)域性強(qiáng)降水過程，北中部出現(xiàn)了暴雨天氣。筆者利用常規(guī)氣象觀測資料、NCEP逐6 h的1° × 1°再分析資料和雷達(dá)產(chǎn)品等資料，對(duì)此次暴雨過程進(jìn)行分析，以期為此類天氣的分析預(yù)報(bào)、預(yù)警提供參考。

1　降水概況

2016年7月18日20：00—19日20：00洛陽市出現(xiàn)了2016年入汛以來的一次最大范圍強(qiáng)降水過程。此次過程具有降雨強(qiáng)度強(qiáng)、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)。全市過程降雨量在25.0～49.9 mm有93站，50.0～99.9 mm有104站，100.0～249.9 mm有13個(gè)站，最大降水量在宜陽縣高坡垴，為138.4 mm。

受此次暴雨影響，部分縣市出現(xiàn)災(zāi)情，19 413人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移安置64人，部分農(nóng)作物被淹、沖毀或倒伏，27戶45間居民住房倒塌或嚴(yán)重?fù)p壞，直接經(jīng)濟(jì)損失約606萬元。

2　大尺度環(huán)流特征分析

7月18—19日500 hPa平均高度場上，亞歐40°N以北為一高一低的環(huán)流形勢，40°N以南為兩槽兩脊形勢，2個(gè)高壓脊分別位于青海中部至西藏東部和東北西部至東部沿海地區(qū)，兩脊間深厚的低槽從內(nèi)蒙古中部延伸至川東地區(qū)，是此次過程高空的主要影響系統(tǒng)，副高位置偏東影響不大。

18日20：00 200 hPa，急流呈西北—東南走向，洛陽位于急流軸的右側(cè)，有利于該區(qū)域上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展；500 hPa低槽在陜西西部至川東一帶，700 hPa低渦在陜西西南部，在500 hPa高空槽前正渦度平流和上升運(yùn)動(dòng)的作用下，低渦不斷發(fā)展加強(qiáng)影響洛陽；地面圖上為東高西低形勢，以偏東風(fēng)為主有弱冷空氣的擴(kuò)散。由此第1階段的降水發(fā)生，強(qiáng)降水區(qū)位于低空急流出口區(qū)左側(cè)、高空急流出口區(qū)右側(cè)、500 hPa槽前與700 hPa低渦前側(cè)的區(qū)域內(nèi)。850 hPa東南急流的建立為暴雨的產(chǎn)生提供充足的水汽；急流軸左前方正切變渦度區(qū)為對(duì)流活動(dòng)的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件。地面上暖倒槽的東移和地形的抬升有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，也為降水的產(chǎn)生提供了一定的動(dòng)力條件。

19日08：00，洛陽仍位于200 hPa流場的分流區(qū)、500 hPa高空槽前與700 hPa低渦前側(cè)。850 hPa東南急流維持，向北伸至黃河沿岸，配合地面暖倒槽的繼續(xù)東移北抬，在19日11：00左右，第2階段的降水開始，20：00以后降水逐漸停止。

3　物理量診斷分析

3.1充足的水汽供應(yīng)對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長的暴雨來說，需要有源源不斷的水汽輸送，以補(bǔ)充降水產(chǎn)生所造成的氣柱內(nèi)水汽的減少[9]。分析整層水汽通量(圖1)可以看出，降水開始前18日20：00有2條水汽通道，即低層的東南風(fēng)將東部沿海的水汽和低空西南急流將南海的水汽共同輸送至洛陽地區(qū)。19日02：00水汽通道仍然維持，東南急流的建立加強(qiáng)了東南方向的水汽輸送，為降水的維持提供了充足的水汽供應(yīng)。08：00西南方向的水汽輸送通道向北推進(jìn)并有所加強(qiáng)，洛陽地區(qū)大氣整層水汽通量進(jìn)一步加大。19日14：00西南方向的水汽通道繼續(xù)向北推進(jìn)，成為主要的水汽來源。

從整層水汽通量散度輻合的分布(圖1)可以看出，降水期間洛陽地區(qū)一直位于水汽通量散度的輻合區(qū)。降水開始前，輻合中心位于洛陽地區(qū)東南部，位置偏東偏南。隨著東南急流的建立加強(qiáng)，水汽通量的輻合加強(qiáng)且中心位置逐漸北移，輻合區(qū)域范圍擴(kuò)大(圖1b)，對(duì)應(yīng)第1階段降水的發(fā)生及雨帶的北進(jìn)。19日08：00(圖1c)，水汽通量散度的輻合區(qū)東移，強(qiáng)中心位于華北地區(qū)，洛陽地區(qū)西南部有一弱的輻合中心，強(qiáng)度為-0.8 g/(m2·s)。之后隨著西南水汽通道的加強(qiáng)東移，水汽通量散度的輻合區(qū)域也逐漸東移，且逐漸南壓。至19日14：00，強(qiáng)輻合中心位于洛陽地區(qū)東部，但洛陽地區(qū)仍處于水汽的輻合區(qū)域內(nèi)。這一階段水汽通量輻合區(qū)的自西向東移動(dòng)與第2階段雨帶的移動(dòng)一致。

注：a.18日20：00；b.19日02：00；c.19日08：00；d.19日14：00。矢量箭頭表示大氣整層水汽通量，單位為g/(m·s)；陰影部分表示整層水汽通量散度的輻合，單位g/(m2·s)Note:a.20:00 on July 18;b.02:00 on July 19;c.08:00 on July 19;d.14:00 on July 19.Vector arrows indicate the whole layer atmospheric moisture flux,the unit is g/(m·s);the shaded areas indicate the convergence of the divergence of whole layer moisture flux,the unit is g/(m2·s)圖1　2016年7月18日20：00—19日14:00大氣整層水汽通量和整層水汽通量散度Fig.1　The whole layer atmospheric moisture flux and divergence of moisture flux from 20:00 July 18 to 14:00 July 19 in 2016

3.2高低空急流和垂直運(yùn)動(dòng)通過對(duì)水平風(fēng)場的垂直分布可以看出，18日20：00(圖2a)，在34°N附近900 hPa以下為偏東風(fēng)，以上至700 hPa為東南風(fēng)且風(fēng)速明顯增大，將暖濕空氣不斷向北輸送；同時(shí)中高層偏西氣流與低層的偏南氣流在500 hPa附近匯合，有利于上干冷下暖濕條件不穩(wěn)定層結(jié)的形成與發(fā)展。此時(shí)的上升運(yùn)動(dòng)主要位于800 hPa以下的區(qū)域內(nèi)，最大上升速度為-1.5 Pa/s，位于900 hPa附近。在條件不穩(wěn)定層結(jié)和一定的垂直運(yùn)動(dòng)條件下，第1階段的對(duì)流性降水產(chǎn)生。19日02：00(圖2b)，隨著東南急流的建立，中低層的暖濕空氣明顯增強(qiáng)，最大上升速度強(qiáng)度增大，為-2.0 Pa/s，第1階段的降水繼續(xù)維持。08：00，中低層轉(zhuǎn)為一致的東南風(fēng)，上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)維持，因上升運(yùn)動(dòng)區(qū)較前期有所北移，第1階段的降水逐漸減弱。14：00(圖2c)，34°N附近的動(dòng)力條件較前期明顯增強(qiáng)，形成了一個(gè)相對(duì)比較深厚的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大上升速度中心高度在500 hPa左右，20：00中心高度下降至800 hPa左右。由此可見，上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)和維持是第2階段強(qiáng)降水產(chǎn)生和持續(xù)的重要原因之一。

圖2　2016年7月18日20：00(a)、19日02:00(b)和19日14:00(c)沿112°E垂直速度(單位：Pa/s)的垂直剖面及水平風(fēng)場(單位：m/s) Fig.2　Vertical section of vertical velocity along 112°E(unit:Pa/s) and horizontal wind field(unit:m/s) at 20:00 BT 18(a) ,02:00 BT 19 (b) and 14:00 BT 19 (c) in July 2016

4　探空資料分析

分析鄭州站探空資料的時(shí)間變化(表1)可知，持續(xù)性強(qiáng)降水的產(chǎn)生必然與不穩(wěn)定能量“釋放-快速重建”機(jī)制密切相關(guān)[10]。18日20：00，鄭州站對(duì)流有效位能(CAPE)由692.2 J/kg迅速增加至1 731.6 J/kg，850與500 hPa的溫度差達(dá)24 ℃，有較強(qiáng)的熱動(dòng)力條件，利于強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生，同時(shí)850 hPa至地面的平均相對(duì)濕度達(dá)88.75%，水汽條件較好，導(dǎo)致第1階段強(qiáng)降水的產(chǎn)生。19日08：00，CAPE值依然較大，不穩(wěn)定能量在第1階段降水期間釋放后又快速積累，達(dá)1 413.9 J/kg，850與500 hPa溫度差較前一階段減小，為22 ℃，熱動(dòng)力條件也較第1階段的強(qiáng)度偏弱，但850 hPa到地面的平均相對(duì)濕度達(dá)96%，水汽非常充足，從而引發(fā)第2個(gè)階段強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

表1　2016年7月18—19日鄭州站探空資料分析

5　雷達(dá)回波特征分析

分析組合反射率因子演變可知，第1階段集中在汝陽、宜陽的強(qiáng)降水是以強(qiáng)回波為主的對(duì)流性強(qiáng)降水，地形和低層偏東風(fēng)是其產(chǎn)生的主要原因；第2階段宜陽、新安和市區(qū)的強(qiáng)降水則是以層狀云降水為主，表現(xiàn)為大片的層狀云回波中鑲嵌著較強(qiáng)對(duì)流云回波，回波的緩慢移動(dòng)和長時(shí)間維持是造成強(qiáng)降水的重要原因。

第1階段(18日20：00—19日05：00)降水主要是來自東南方向平頂山境內(nèi)回波所致。18日20：00強(qiáng)回波位于平頂山的魯山縣境內(nèi)，強(qiáng)度較弱(圖3a)。在低層?xùn)|南風(fēng)的作用下，20:54位于觀音寺附近的回波西移至汝陽縣王坪附近，且在山脈迎風(fēng)坡的抬升作用下，回波發(fā)展加強(qiáng)且范圍擴(kuò)大(圖3b)。隨后強(qiáng)回波繼續(xù)向西北方向移動(dòng)，21:18移至汝陽縣縣城，此時(shí)由于東西向山脈的抬升和阻擋作用，回波在原地不斷加強(qiáng)且在低層偏東風(fēng)和地形的作用下向西移動(dòng)。21:49回波西移至嵩縣田湖附近，汝陽縣城仍有較強(qiáng)回波，其張河村30 min降水量達(dá)32.0 mm(圖3c)。22:43強(qiáng)回波移至宜陽境內(nèi)，汝陽縣城附近依然有強(qiáng)回波(圖3d),此時(shí)由于高空低槽東移及南北向山脈的阻擋作用，宜陽境內(nèi)的強(qiáng)回波逐漸轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，23:14移至宜陽縣城，至23:38強(qiáng)回波繼續(xù)東北移(圖3e);之后不斷有回波從汝陽境內(nèi)向西北方向移動(dòng)，并在宜陽發(fā)展加強(qiáng)(圖3f)，“列車效應(yīng)”導(dǎo)致宜陽境內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降水，造成宜陽出現(xiàn)84.9 mm/h的雨量。

第2階段(19日11:00—20：00)，來自上游三門峽的大片降水回波東移影響新安、宜陽和洛寧，位于澠池縣西部沿山脈呈南北走向的強(qiáng)回波帶向偏東方向移動(dòng)影響宜陽北部、新安及洛陽市區(qū)北部。在緩慢東移過程中，回波強(qiáng)度變化不大，且持續(xù)時(shí)間較長，導(dǎo)致新安、宜陽、市區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水。

6　結(jié)論

(1)西風(fēng)帶低槽、中低層低渦和切變線、地面暖倒槽是造成此次暴雨的主要天氣系統(tǒng)。

(2)高空低槽的發(fā)展東移，850 hPa東南急流出口區(qū)左側(cè)的輻合區(qū)，高空200 hPa的分流區(qū)及地面暖倒槽的東移北抬，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的動(dòng)力條件；地形的抬升和阻擋作用是第1階段前期對(duì)流性強(qiáng)降水產(chǎn)生的主要原因之一。

(3)此次暴雨過程的水汽來源主要是中低層的西南氣流和東南氣流。這2條水汽通道的維持為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽條件。

注：a.20:00；b.20:54；c.21:49；d.22:43；e.23:38；f.00:32Note:a.20:00；b.20:54；c.21:49；d.22:43；e.23:38；f.00:32圖3　2016年7月18日20:00—19日05：00第1階段強(qiáng)降水期間的組合反射率因子Fig.3　The composite reflectivity during the first stage of heavy rain from 20:00 BT 18 to 05:00 BT 19 July 2016

(4)探空資料分析結(jié)果表明，暴雨的產(chǎn)生與不穩(wěn)定能量的釋放和快速重建機(jī)制有密切聯(lián)系。

(5)雷達(dá)回波特征表明，第1階段的強(qiáng)降水是以積狀云為主的混合性降水，地形和低層偏東風(fēng)作用是其產(chǎn)生的主要原因；第2階段的強(qiáng)降水是以層狀云降水為主，在大片的層狀云降水區(qū)中有對(duì)流雨團(tuán)發(fā)展，其緩慢移動(dòng)和較長時(shí)間維持是造成強(qiáng)降水的重要原因。

[1] 楊學(xué)斌，代玉田，陳華凱，等.魯西北一次持續(xù)性暴雨成因分析[J].氣象科學(xué)，2016，36(2)：275-282.

[2] 張恒德，宗志平，張友姝.2005年7月一次大暴雨過程的模擬和診斷分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34(1):85-92．

[3] 全美蘭，劉海文，朱玉祥，等.高空急流在北京“7.21”暴雨中的動(dòng)力作用[J].氣象學(xué)報(bào)，2013，71(6)：1012-1019.

[4] 柯文華，俞小鼎，林偉旺，等.一次由“列車效應(yīng)”造成的致洪暴雨分析研究[J].氣象，2012，38(5)：552-560.

[5] 劉國忠，黃開剛，羅建英，等.基于概念模型及配料法的持續(xù)性暴雨短期預(yù)報(bào)技術(shù)探究[J].氣象，2013，39(1)：20-27.

[6] 關(guān)莉娜，張麗娟，任健，等.洛陽市暴雨時(shí)空分布特征[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2007，30(S1)：56-58.

[7] 任石厚，孫志英.洛陽區(qū)域6月份大～暴雨分析[J].河南氣象，1997(2):23-24.

[8] 任石厚，陳紅霞.洛陽7月份區(qū)域性大～暴雨環(huán)流特征分析[J].河南氣象，1997(3):15-16.

[9] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京:科學(xué)出版社，1980:25-50．

[10] 馬學(xué)款，符嬌蘭，曹殿斌.海南2008年秋季持續(xù)性暴雨過程的物理機(jī)制分析[J].氣象，2012，38(7)：795-803.