利用地面加密观测资料、湖南自动站雨量资料、FY-2C卫星TBB资料和多普勒雷达探测等资料,对2005年初夏湖南致洪大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明:大暴雨是中尺度辐合线、中尺度低压和中
A mesoscale analysis for the flash flood process in early summer of 2005 in Hunan Province is performed with the surface densified observation, rainfall data of automatic precipitation stations, FY-2C satellite TBB, Doppler-Radar data etc. The results indicate that the heavy rain occurred under the effect of mesoscale convergence line, mesoscale low and meso-α convective cloud clusters together. Suction effect with the divergence in the high level emerging earlier than that of convergence in the mid- and low-level, unstable stratification of the dry and cold air in the high and warm and humid air in the low in accompany with the bow pattern of
2005年5月31日20时至6月2日02时(北京时, 下同), 湖南中西部和贵州中北部出现了初夏最强一次暴雨过程。降水集中在5月31日20时至6月1日20时, 湖南有38站出现暴雨, 其中沅陵等6站及黔中出现大暴雨, 降雨量为100~130mm, 湖南溆浦县檀家湾日雨量最大达201mm, 6小时最大110mm。这场降雨强度强、历时短和范围广, 导致湖南遭受严重洪涝灾害, 受灾人口473万, 直接经济损失22.9亿元, 属特大型气象灾害。湖南初夏出现如此强的暴雨灾害历史上极为少见。
本文利用地面加密观测资料、湖南自动站加密雨量资料、NCEP 1°×1°的6小时分析资料及FY-2C卫星TBB资料, CINRAD/SA雷达探测资料对该过程的中尺度天气系统活动特征及规律进行综合分析, 以探讨大暴雨的成因。
这次大暴雨发生在欧亚中高纬一槽两脊转化为两槽一脊型的环流形势下。暴雨发生4天前, 两长波脊分别位于欧洲到乌拉尔山和东西伯利亚东部到鄂霍茨克海, 西西伯利亚平原到东西伯利亚西部为一长波槽, 槽中两低压中心分别在西西伯利亚平原东南部和勒拿河沿岸高原上空。5月27日, 挪威海低槽南移加深, 使欧洲脊29日移至西西伯利亚平原发展成阻塞高压, 脊前气流分为两支, 勒拿河沿岸低压沿北支向东南方向移动并加强, 西西伯利亚平原东南部低压沿南支向西偏南移至蒙古国西部被切断。30日, 当挪威海低槽抵达乌拉尔山时, 槽中冷空气使阻高减弱, 蒙古国西部切断低压减弱为低槽移至蒙古国中部到我国河套一带(图略)。
在700hPa和850hPa上, 低槽移速北快南慢。31日08时, 在华北东部到长江中上游建立了低涡切变形势。500hPa低槽、700hPa和850hPa上低涡切变线是大暴雨主要影响系统。西太平洋副热带高压(以下简称副高)呈带状分布在南海到菲律宾以东洋面上。其西北侧从云贵高原到长江以南建立一支低空西南气流, 把低纬海洋上的水汽运送到暴雨区。31日20时至6月1日20时, 当850hPa低空急流北界到达湘南、200hPa高空急流南界位于湘北相距2个纬距时, 强雨区分布在高空急流入口区右前方的强辐散、低空急流出口区左前方的强辐合区中(
2005年6月1日02时高低空急流的配置
采用25点平滑算子的尺度分离法, 滤去低通滤波场得到中尺度流场。计算方案为[
滤波前200hPa流场上(图略), 在湖南及周边均受西北气流控制。5月31日20时滤波后在湘西北出现一直径约100km的中尺度反气旋环流(
2005年5月31日20时滤波后200hPa (a)和850hPa (b)流场
就未滤波850hPa流场(图略)来看, 湘西北至黔东北是一条NE-SW向切变线。滤波后该地是一中尺度涡旋(
从穿过湘中大暴雨区(28°N、112°E)经25点滤波后涡度和垂直速度时间-高度剖面图(
2005年5月31日08时至6月2日08时滤波后沿大暴雨区(28°N、112°E)涡度(a, 单位:10-5 s-1), 垂直速度(b, 单位:Pa·s-1)时间-高度剖面图
水汽来源和输送与雨强密切相关。从1日02时850hPa水汽通量图可知, 从中南半岛东部到南海西部经桂、黔到湘西有一条NE-SW向带状水汽通道(
2005年6月1日02时850hPa水汽通量(a, 单位:g·s-1·cm-1·hPa-1)和水汽通量散度(b, 单位:10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1)
1日02时水汽通量散度如
这次大暴雨强度大、历时短, 还伴有雷电, 属强对流性暴雨。表明大气层结极不稳定。
从暴雨区上空
从CAPE分布(图略)可见, 31日08时暴雨前, 湘中CAPE为800J·kg-1, 在后12小时内达最大, 为1800J·kg-1。此后, 大范围雷雨发生, 不稳定能量释放, CAPE迅速减小。
这次大暴雨过程共出现两个中
2005年6月1日03时TBB云图(单位:℃)
将1小时降水量不小于10mm、生命史不小于2小时、水平尺度在100km以上的雨区定义为雨团。据此得到此次大暴雨过程共8个雨团, 集中出现在5月31日20时至6月1日13时(
2005年5月31日20时至6月1日20时雨团活动特征
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经对地面加密观测资料和自动站雨量分析可知, 5月31日21时至6月1日14时和6月1日03~12时分别由1号、2号以及4号、5号雨团造成主要两次中尺度降雨过程雨强大, 范围集中(
在中低层切变线和地面冷锋天气系统背景下, 5月31日20时, 移进湘西北冷锋的前方约150km处生成上述中尺度辐合线。在约300km处湘西南生成一暖性中低压, 中低压东移后逐渐减弱, 相伴出现6号、8号两弱雨团。以下以两次中尺度强降雨为例, 分析中尺度辐合线与强对流云团、雨团发生和发展的关系。
5月31日19时, 移至湘西北的中
2005年6月1日06:45雷达基本反射率(单位:dBz)
在径向速度图上(图略), 6月1日2: 28零速度线呈"S"形, 表明风随高度顺转(暖平流); 在雷达站以西约100km出现逆风区, 对应强对流区。反映局部整层抬升或强对流区内上升气流引起水平动量交换, 造成中尺度垂直环流的形成, 有利于低层水汽向上输送, 也有利于雨滴降落[
伴随辐合线向偏东和东南方向移动, 1号、2号雨团此时为旺盛期, 造成上述区域1小时雨量有15~30mm, 其中沅陵38.4mm、溆浦35.1mm。此后, 这两个雨团移进东部山区后消失。03时和05时, 在辐合线尾部和辐合线上, 在对流云带第2个云核中心西北侧和第3个北侧产生4号、5号雨团。4号向东南方移动慢, 使湘中12个小时内每小时雨量都在20~32mm。源地偏东的5号雨团东移使湘中偏南地区1小时雨量在15~25mm, 但娄底出现了过程最大1小时雨量(48.8mm), 是雷达回波带中一个强度55dBz、回波顶高14km、VIL 34 kg·m-2的强对流单体所造成的。
随着中低层切变线和冷锋东移, 中尺度辐合线亦东移减弱。从风廓线图上(图略)可看出, 06:45, 5km以下的风随高度仍顺转, 以上逆转, 表明中高层出现了冷平流, 11时整层都为偏北风。湘中北降雨趋于结束。
至此, 中尺度辐合线和中尺度低压对应着雨团活动, 积云对流发展早于中尺度系统和雨团发展, 可能是中尺度系统和雨团发展的原因之一。
(1) 湖南大暴雨过程是在欧亚中高纬度一槽两脊型向两槽一脊型调整中产生的, 低涡切变线和冷锋是天气尺度主要影响系统, 主要中尺度影响系统是中尺度辐合线、中尺度低压和中
(2) 大暴雨发生在高层辐散先于中低层辐合的抽吸效应和有利的中低层气旋性辐合、高层反气旋辐散的配置下以及
(3) 尺度分离的流场能清晰地分辨出中尺度天气系统, 中尺度系统对应着雨团活动, 雨团产生在中尺度辐合线上及北侧辐合区中和中低压中心附近; 在强对流云核西北侧和北侧TBB线密集区中, 积云对流发展早于中尺度系统和雨团的发展, 可能是它们发展的原因之一; 强降水与深对流云团和雷达回波强度强、回波顶高、VIL大的强对流单体密切相关。
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