鄂東南一次農(nóng)業(yè)致災(zāi)暴雨的成因分析

摘要：利用常規(guī)觀測(cè)和物理量場(chǎng)資料，從環(huán)流背景、水汽條件、動(dòng)力條件和不穩(wěn)定機(jī)制等方面對(duì)２０１０年４月２１日鄂東南出現(xiàn)的農(nóng)業(yè)致災(zāi)暴雨進(jìn)行分析，結(jié)果表明，此次暴雨過程是在高空低槽、西南低渦、切變線、低空急流和地面暖倒槽的共同作用下發(fā)生的。低層充沛的水汽和源源不斷的水汽輸送為暴雨發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽條件；低層輻合、高層輻散和強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)為暴雨發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件。８５０ ｈＰａ的溫度露點(diǎn)差（Ｔ－Ｔｄ）≤４ ℃的區(qū)域能提前１２ ｈ預(yù)告暴雨落區(qū)；１ ０００和９２５ ｈＰａ流場(chǎng)的中尺度輻合線能較好地預(yù)報(bào)出未來６ ｈ強(qiáng)降水的落區(qū)。

關(guān)鍵詞：致災(zāi)暴雨；切變線；低空急流；暖倒槽；中尺度輻合線

中圖分類號(hào)：Ｐ４５８．１＋２１；Ｘ４３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）01－0041-03

Ｃａｕｓａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｈａｚａｒｄ Ｒａｉｎｓｔｏｒｍ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｈｕｂｅｉ

ＨＥ Ｃｈｅｎｇ－ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏ－ｇａｎｇ，ＺＨＵＯ Ｈｏｎｇ－ｔａｏ，ＺＨＡＯ Ｚｈｕｏ－ｘｕｎ，ＷＥＮ Ｈａｉ－ｓｏｎｇ，ＮＩＥ Ｗｅｉ

（Ｊｉｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｊｉｎｇｚｈｏｕ ４３４０２０，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： 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

暴雨一直是氣象工作者關(guān)注的重要天氣事件之一，多年來對(duì)夏季暴雨特別是梅雨暴雨的研究較多［１，２］，對(duì)春季暴雨的研究卻不多見。成章綱等［３］、黃艷芳［４］和單興佑等［５］從環(huán)流背景、中尺度影響系統(tǒng)及多普勒雷達(dá)資料特征等方面對(duì)湖北境內(nèi)發(fā)生的春季暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣過程進(jìn)行了研究，得出了一些有意義的結(jié)論。春季是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要季節(jié)，是春耕春播的關(guān)鍵時(shí)期，伴有低溫的連續(xù)降水對(duì)各種作物的生長(zhǎng)發(fā)育危害極大，是春季重要災(zāi)害天氣之一［６］。應(yīng)用常規(guī)觀測(cè)和物理量場(chǎng)等資料對(duì)發(fā)生在鄂東南２０１０年春季的一次致災(zāi)暴雨成因進(jìn)行分析研究，以便為今后春季暴雨預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

１ 雨情和災(zāi)情

２０１０年４月２１日，受西南暖濕氣流和地面冷空氣的共同影響，鄂東南發(fā)生了湖北省首場(chǎng)區(qū)域性暴雨，同時(shí)伴有雷電大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，全省有２９個(gè)市（縣）氣象站達(dá)到暴雨級(jí)別，影響區(qū)域集中在鄂東南，３個(gè)大暴雨氣象站是金沙、崇陽、赤壁，降水量分別為１４８．８、１３８．０、１０８．０ ｍｍ。此次區(qū)域性暴雨導(dǎo)致部分市（縣）出現(xiàn)短時(shí)漬澇。據(jù)湖北省民政廳信息，此次暴雨共造成崇陽、咸安、通城、赤壁、公安、石首、孝南７縣（市、區(qū)）２３．７５萬人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡１人，轉(zhuǎn)移安置群眾１９３人；農(nóng)作物受災(zāi)７ ２３０ ｈｍ２，其中絕收１０９ ｈｍ２；倒塌房屋４３戶１０８間，損壞房屋８２間；直接經(jīng)濟(jì)損失１ ８７２萬元。

２ 環(huán)流背景分析

分析４月２０日０８時(shí)５００ ｈＰａ圖，在河套西部、四川盆地各有一低槽存在，同時(shí)７００和８５０ ｈＰａ圖上，四川地區(qū)的西南低渦已初步形成，湖北東南部存在較強(qiáng)的輻合區(qū)域。２０時(shí)地面圖上鄂東南處于暖倒槽中，且有冷空氣從東路侵襲，冷暖氣流匯合于鄂東南地區(qū)有利于強(qiáng)降水和雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生。

２１日０８時(shí)８５０ ｈＰａ低渦東移，７００ ｈＰａ原在四川的切變東移北抬到重慶至河南南部，鄂東南正處于切變的東南側(cè)；原在廣西至湖南南部的１４ ｍ／ｓ左右的西南急流帶也向東北方向輸送水汽至湖北東南部，并增強(qiáng)至１６～２６ ｍ／ｓ。與此同時(shí)，８５０ ｈＰａ原在四川東部的“人”字型切變也東移到湖北至湖南一線，鄂東南正處于切變的內(nèi)側(cè)；原在云南至貴州的１２～１４ ｍ／ｓ的西南急流帶快速向東北方向輸送水汽至湖北東南部，且增強(qiáng)至１６～２２ ｍ／ｓ。這些為鄂東南的暴雨發(fā)生提供了充足的水汽和強(qiáng)烈的動(dòng)力條件。

３ 水汽條件

３．１ 溫度露點(diǎn)差

溫度露點(diǎn)差反映空氣的干濕程度。分析表明，２０日０８時(shí)７００ ｈＰａ華中地區(qū)大部和西北地區(qū)東南部都處在大片的低值區(qū)中，同時(shí)８５０ ｈＰａ的溫度露點(diǎn)差圖（圖１）中（Ｔ－Ｔｄ）≤４ ℃的區(qū)域正好與２１日的暴雨區(qū)吻合。說明８５０ ｈＰａ的（Ｔ－Ｔｄ）≤４ ℃的區(qū)域?qū)Ρ敬未杭颈┯暧泻芎玫闹甘咀饔茫芴崆埃保?ｈ預(yù)告暴雨落區(qū)和強(qiáng)度。

３．２ 比濕

中低層的水汽對(duì)降水起著關(guān)鍵作用。分析２０日２０時(shí)的比濕，湖北東南部７００ ｈＰａ為７ ｇ／ｋｇ，８５０ ｈＰａ為１２ ｇ／ｋｇ，說明此時(shí)上空的水汽已較充足，較有利于降水，對(duì)應(yīng)實(shí)況２０日１８時(shí)左右零星降水開始，隨后慢慢增強(qiáng)，２１日０８時(shí)７００ ｈＰａ比濕增為８ ｇ／ｋｇ，８５０ ｈＰａ仍為１２ ｇ／ｋｇ，鄂東南上空的水汽更加充足，更有利降水，實(shí)況降水強(qiáng)度加大，最大雨強(qiáng)發(fā)生在崇陽站２１日０６時(shí)，為４６．２ ｍｍ／ｈ。

４ 動(dòng)力條件

４．１ 垂直速度

２０日０８時(shí)到２１日２０時(shí)垂直速度的垂直時(shí)間剖面圖（圖２）上，２０日２０時(shí)前后５００ ｈＰａ以下鄂東南上空大氣均由下沉運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動(dòng)，２１日０８時(shí)前后上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)到最大，８５０ ｈＰａ最大垂直速度為－４５ ｍ／ｓ左右，地面降水也隨之增強(qiáng)。５００ ｈＰａ以下強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)為鄂東南暴雨提供了動(dòng)力條件。２１日０８時(shí)的８５０ ｈＰａ上升運(yùn)動(dòng)中心與暴雨區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即８５０ ｈＰａ上升運(yùn)動(dòng)中心可以指示暴雨落區(qū)。

４．２ 渦度和散度

２０日２０時(shí)渦度圖（圖略）上，７００ ｈＰａ以下為正渦度，５００ ｈＰａ以上為負(fù)渦度，但是渦度均不大，這種低層正渦度與高層負(fù)渦度的配合，有利于低層輻合、高層輻散和上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，由于均不強(qiáng)，此時(shí)地面只是連續(xù)性小雨；２１日０８時(shí)５００ ｈＰａ以下均為正渦度，且均增大，表明此時(shí)低層輻合、高層輻散和上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，地面降水也隨之增強(qiáng)。２１日０８時(shí)８５０ ｈＰａ正渦度中心及其覆蓋區(qū)域與暴雨區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即８５０ ｈＰａ正渦度中心和區(qū)域可以指示暴雨落區(qū)。

分析２０日０８時(shí)到２１日２０時(shí)５００、７００和８５０ ｈＰａ散度的時(shí)間水平剖面圖（圖略）可以看出，２０日２０時(shí)３層均為輻散，２１日０８時(shí)鄂東南的東南部３層均為輻合，而西北部５００ ｈＰａ為輻散，７００和８５０ ｈＰａ為輻合，也就是說，東南部的低層輻合高層輻散較西北部強(qiáng)，東南部的降水也較西北部強(qiáng)些，即分析低層散度的時(shí)間水平剖面的輻合區(qū)能指示本次春季暴雨落點(diǎn)的降水強(qiáng)度。

４．３ 流場(chǎng)

流場(chǎng)中的中尺度輻合線也能為暴雨的產(chǎn)生提供動(dòng)力條件。分析２０日２０時(shí)各層大氣的流場(chǎng)（圖３）可以看出，１ ０００和９２５ ｈＰａ的流場(chǎng)在暴雨區(qū)存在著中尺度輻合線，而其他各層是輻散的，此時(shí)地面的降水較小，但此時(shí)１ ０００和９２５ ｈＰａ流場(chǎng)輻合線東南側(cè)正是未來６ ｈ左右暴雨所在區(qū)域；２１日０８時(shí)在各層流場(chǎng)中均存在著中尺度輻合線，降水因此增強(qiáng)，且暴雨就發(fā)生在中尺度輻合線的東南側(cè)。所以１ ０００和９２５ ｈＰａ的中尺度輻合線能提前６ ｈ預(yù)告強(qiáng)降水的落區(qū)。

５ 不穩(wěn)定機(jī)制

５．１ Ｋ指數(shù)

Ｋ指數(shù)表征大氣中低層暖濕程度和大氣穩(wěn)定度。分析表明２０日２０時(shí)Ｋ指數(shù)≥３６ ℃的高值區(qū)位于重慶、湖南等地，湖北東南部Ｋ指數(shù)僅３２ ℃，此時(shí)湖北尚未出現(xiàn)雷暴。隨著Ｋ指數(shù)高值中心的東移并擴(kuò)大，２１日０８時(shí)Ｋ指數(shù)高值中心增為４０ ℃，湖北東南部也增為３７ ℃，此時(shí)鄂東南出現(xiàn)雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。隨著Ｋ指數(shù)高值中心移出暴雨區(qū)，鄂東南Ｋ指數(shù)逐漸降低，維持強(qiáng)降水的能量得到釋放，鄂東南雷暴逐漸停止，強(qiáng)降水也逐漸減小直至結(jié)束。

５．２ 假相當(dāng)位溫（θｓｅ）

θｓｅ綜合反映大氣溫度、濕度和氣壓等特征，反映大氣中能量的分布特征。分析２１日０８時(shí)θｓｅ資料，鄂東南上空８５０ ｈＰａ處于θｓｅ密集帶和高能舌中，而湖北大部７００ ｈＰａ都處在θｓｅ密集帶和高能舌中，暴雨就發(fā)生在８５０ ｈＰａ密集帶和高能舌中，同時(shí)湖北東南部Δθｓｅ＝－２ ℃，說明鄂東南地區(qū)此時(shí)的大氣層結(jié)處于對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于對(duì)流發(fā)展，實(shí)況鄂東南各站２１日0２時(shí)開始自西向東先后出現(xiàn)雷暴，直至１７時(shí)不穩(wěn)定層結(jié)消散，雷暴也漸趨停止。說明８５０ ｈＰａ θｓｅ密集帶和高能舌對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有很好的指示性。

６ 結(jié)論

１）致災(zāi)暴雨是在高空低槽、西南低渦、切變線、低空急流和地面暖倒槽的共同作用下發(fā)生的。有利的溫度露點(diǎn)差、比濕等為致災(zāi)暴雨提供了充足的水汽條件。強(qiáng)烈的垂直速度和低層輻合、高層輻散等較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)為暴雨的形成提供了有利的動(dòng)力條件。

２）低層散度的時(shí)間水平剖面的輻合區(qū)能指示本次春季暴雨落點(diǎn)的降水強(qiáng)度。８５０ ｈＰａ的（Ｔ－Ｔｄ）≤４ ℃的區(qū)域能提前１２ ｈ預(yù)告暴雨落區(qū)；其上升運(yùn)動(dòng)中心和正渦度中心及區(qū)域可以定點(diǎn)預(yù)報(bào)暴雨落區(qū)；其θｓｅ密集帶和高能舌對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有很好的指示性。１ ０００和９２５ ｈＰａ流場(chǎng)的中尺度輻合線能較好地預(yù)報(bào)出未來６ ｈ強(qiáng)降水的落區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 馮伍虎，程麟生． “９８．７”突發(fā)性特大暴雨中尺度切變線低渦發(fā)展的渦源診斷［Ｊ］． 高原氣象，２００２，２１（５）：４４７－４５６．

［２］ 王建捷，李澤椿． １９９８年一次梅雨鋒暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的模擬與診斷分析［Ｊ］． 氣象學(xué)報(bào)，２００２，６０（２）：１４６－１５５

［３］ 成章綱，葉建元，付曉輝，等． 對(duì)宜昌市 “９８．４．２３”強(qiáng)對(duì)流天氣的診斷分析［Ｊ］． 湖北氣象，２０００（１）：１４－１６．

［４］ 黃艷芳． ２００４年初春武漢機(jī)場(chǎng)臨近的兩次強(qiáng)雷暴天氣過程分析［Ｊ］． 暴雨災(zāi)害，２００７，２６（１）：７３－７７．

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［６］ 鄭 國，薛建軍，范廣洲，等． 暴雨災(zāi)害評(píng)估方法研究進(jìn)展［Ｊ］． 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０１１，３９（３）：１４１９－１４２０．