2014年三峡区间“91”暴雨天气过程分析

2014年三峡区间“9.1”暴雨天气过程分析袁久坤三峡区间高山峡谷地形地貌复杂,海拔高差大、溪河深切，自然条件脆弱，为我国典型的自然灾害敏感区。尤其是汛期的三峡区间是暴雨多发地带，因为地处库区腹心，三峡区间集中的暴雨降水对三峡工程的影响就更为直接。此外，三峡区间每年因暴雨引发的灾害、次生灾害也给当地人民群众的生命财产造成了重大损失。2014年8月31日至9月2日，受副高北侧边沿江淮切变线的持续影响，川渝东北部以及湖北巴东、兴山、建始等地出现一次普遍暴雨、局部大暴雨、局地特大暴雨的天气过程。通过分析此次天气过程的发生发展特点，检验数值天气预报模式的预报效果，为三峡区间类似集中暴雨天气过程的预报提供思路。一、降水概况及预报情况2014年8月31～9月2日，三峡区间出现了一次普遍暴雨、局部大暴雨、局地特大暴雨降水过程，多地出现滑坡、泥石流、洪涝等灾害，各地基础设施、物资和直接经济损失惨重。过程主要降水落区集中在重庆东北部长江沿线及以北地区以及湖北巴东、兴山、建始等地。统计8月31日09时～9月2日08时的累计雨量，三峡区间的开县、云阳、巫溪、奉节、巫山等5个区县的48个雨量站超过250毫米。过程最大降水量出现在云阳的咸池（441.1毫米，图2）。过程累计降水分布如图1所示，单站逐小时降水量如图2、图3。图12014年8月30日09时至9月2日08时累计雨量分布图29月1日云阳咸池站逐小时降水量图38月31日万州向家电站站逐时降水量普查1971年以来重庆东北部地区的区域暴雨（≥4站次），发现此次过程综合排位为1971年以来（共138次事件）东北部区域暴雨第6强。除了累计降水量大之外，过程具有明显的短时强降水特征也是这次降水过程的显著特点。此次暴雨天气预报服务的效果总体较好。针对此次过程，万州区气象台于8月31日在《长江三峡短期天气预报》中预报未来0～24小时将出现25～35毫米的面雨量、0～48小时累计有50～70毫米的面雨量降水；9月1日在《长江三峡短期天气预报》中预报未来0～24小时将出现40～60毫米的面雨量、0～48小时累计有70～105毫米的面雨量降水。对比实况降雨，预报基本正确，但在0～24小时的面雨量预报中，预报量级较实况有所偏小，而0～48小时累计面雨量预报要好于0～24小时面雨量预报。2过程主要天气形势及影响系统和动力、热力、水汽条件分析2.1环流形势分析a：8月31日08时b：8月31日20时c：9月1日08时d：9月1日20时图4500hPa天气形势分析过程期间500hPa天气形势（图4），可看出：8月31日～9月1日，亚洲中高纬地区呈“两槽一脊”的经向型环流。乌拉尔山与贝加尔湖以东分别为高空低槽，两槽之间的高压脊从新疆北部东北向伸展至中西伯利亚。中低纬地区青藏高原西侧有低涡维持，南侧有孟湾风暴存在，使得高原西侧和南侧存在显著的正涡度输送，在高原上空不断生成短波槽东移南压影响。此外，期间副热带高压控制我国华南地区，主要呈东西向的带状分布，110°E脊线一直在25～26°N之间摆动。2.2高、低空急流a：200hPab：700hPa图5“9.1”暴雨9月1日02时的高空急流和08时的低空急流（阴影；单位：m/s）（T639初始场）暴雨发生时9月1日02时的高层，200hPa风速大于30m/s的西风急流主要位于32°N以北地区，范围较广，2个急流轴中心分别位于河西走廊和华北平原中北部上空，河西走廊上空的急流轴较强，中心风速50m/s，三峡区间暴雨降水区域正好位于此高空急流的右前侧（图5a）。在700hPa高度上，暴雨发生时重庆中部至长江中下游地区有一支急流，重庆东北部正好位于这支低空急流的左侧（图5b）。高空急流使得高空幅散，同时它的抽吸效应也加强了低层大气的幅合上升运动，而西南低空急流不仅为暴雨区提供稳定的水汽和能量输送，同时又使低层出现水汽幅合和抬升，使得暴雨区强降水得以维持。a：700hPab：500hPa图6“9.1”暴雨9月1日08时的垂直速度场（T639初始场）如图6a、6b，显示暴雨发生时在700～500hPa高度上，四川东部到重庆东北部长江沿线及以北地区有垂直速度大值中心（负值），显示该地区大气保持有较强的垂直上升运动。a：850hPab：700hPac：500hPad：400hPa图7“9.1”暴雨发生时2014年9月1日08时的散度场如图7a、7b、7c，暴雨发生时850～500hPa高度上，在四川东部到重庆东北部长江沿线及以北为负散度，表明存在幅合，并且幅合层厚度较厚，图7d显示400hPa高度上为正散度，表明在500hPa高度以上存在幅散。高层幅散、低层幅合的形势有利于降水产生。2.3江淮切变线a:8月31日20时700hPab：9月1日08时700hPa图8700hPa天气形势c:8月31日20时850hPad：9月1日08时850hPa图8“9.1”暴雨700hPa、850hPa天气形势从图8a、8b、8c、8d可看出，副热带高压北侧700～850hPa高度上的江淮切变线于31日夜间发展生成，之后呈准静止状态维持在长江沿线以北（31°N线）附近，直至1日夜间逐渐转化为冷式切变线移出渝东北。切变线发展过程中，切变线上中、低层伴有气旋式环流。a：8月31日20时b：9月1日08时图9“9.1”暴雨主要时段中尺度分析如图9所示，在江淮切变线维持期间，31日20时～1日20时，700hPa西南气流显著增强，急流轴位于四川南部～重庆～达州一带，1日08时700hPa沙坪坝站和达州站的西南风速分别达到14m·s-1和16m·s-1，陕西安康站的700hPa转为东南风，风速仅为4m·s-1，渝东北地区700hPa存在显著的风速和风向切变。850hPa达州站和恩施站的西南风速分别达到8m·s-1和12m·s-1，安康站的850hPa为偏东风，风速达到10m·s-1，也存在着显著的风速与风向切变，切变线上四川东北部存在着弱的低涡环流。此外，切变线南侧温度与露点值较高，北侧则较低，切变线两侧较为显著的温度差与露点差也说明了江淮切变线具有显著的斜压不稳定性，有利对流性降水的发展。而切变线北侧700hPa河套南部地区Td≤4℃的干冷空气侵入850hPa重庆地区Td≥17℃的湿舌上空，也有利于暴雨区上空不稳定性的维持和对流性降水的出现，是三峡区间短时强降水得以发生维持的重要机制。a:8月31日20时b：9月1日08时图10“9.1”暴雨主要时段850hPa假相当位温场分析江淮切变线维持期间低层的假相当位温场（图10），显示：8月31日20时～9月1日08时渝东北长江沿线及以北地区850hPa高度有明显的假相当位温梯度，说明暴雨区低层存在干冷、暖湿气流的幅合锋生。江淮切变线上暖湿气团在强劲的西南气流的推动下沿着准静止的能量锋区抬升是造成此次三峡区间暴雨过程的重要因素。将风场和同时次红外云图叠加显示分析，表明：8月31日白天影响三峡区间的主要是偏北风和副高边沿的西南风的幅合切变（图11a），红外云图上表现为沿副高边沿长江沿线及以北附近间歇性出现尺度较小（中γ尺度）、线状排列的对流单体并快速合并为较大的对流云团（中β尺度），其生消迅速，从开始到结束仅仅2、3小时，降水较分散、阵性明显且不持久（图3）；从8月31日夜间开始，副热带高压北侧700～850hPa高度上发展生成江淮切变线（图11b），红外云图上表现为沿切变线多生消中β降水云团，其影响一般较持久（多3小时以上），降水较为集中，降水量大，短时强降水明显，为一条明显的中尺度雨带（图2）。a:8月31日08时700hPa风场叠加红外云图b：9月1日08时850hPa风场叠加红外云图图11“9.1”暴雨主要时段风场切变和红外云图2.4水汽条件分析暴雨落区过程整层水汽含量（图12），显示：在8月31日08时（图12a）重庆中、西部整层大气已累积了较丰富的水汽，重庆东北部到陕南、湖北西北部有东北向的水汽含量梯度，这种情况一直维持到9月1日20时（图12b、12c、12d），之后整层水汽含量逐渐减少，梯度逐渐减小。说明过程期间，暴雨落区的整层水汽供应是充分的，并且在暴雨落区存在明显的干气团和湿气团的幅合，这对暴雨的发生和维持都是非常重要的。a：8月31日08时b：8月31日20时c：9月1日08时d：9月1日20时图12“9.1”暴雨主要时段整层水汽含量（EC细网格初始场）a：8月29日08时b：8月29日20时c：9月1日08时d：9月2日08时图13“9.1”暴雨过程700hPa水汽通量（风向标；单位：10-2·g·（s·hPa·cm）-1）分析700hPa水汽通量（图13），显示：早在9月29日08时（图13a），副热带高压外围气流就将南海水汽输送至重庆地区至长江中下游地区一带，并在重庆东北部产生明显的水汽辐合；29日20时开始（图13b），副高西侧西南急流加强，水汽输送和水汽辐合随之明显加强，强水汽通量辐合区略北抬至四川盆地东部到陕南；9月1日08时（图13c），水汽辐合中心仍位于川陕渝交界地区，重庆地区的强水汽辐合区范围扩大并持续至9月2日08时（图13d），之后低层切变线东移及偏北冷空气南下挤压副高至扁平状从而推动水汽通量辐合区东移南压，逐渐移出重庆地区，三峡区间暴雨趋于结束。a:8月31日20时b：9月1日08时图14“9.1”暴雨过程主要时段850hPa水汽通量散度分析暴雨期间850hPa水汽通量散度场（图14），显示：在暴雨过程中三峡区间850hPa高度水汽通量散度场存在明显的负值中心，表明该区在单位时间内有较多的水汽汇入。水汽通量只表示了水汽输送的强度和方向，暴雨落区、雨量大小等则与水汽通量散度的关系更为密切，同时水汽通量散度还是强对流天气的触发因子。此次过程中，重庆东北部地区长时间处于水汽通量辐合大值区是导致当地较大范围出现短时强降水及较大累积降水量的重要原因。2.5不稳定条件分析离重庆东北部最近的达州站探空资料（图15），显示：8月31日08时～1日20时，地面至500hPa高度一直维持饱和水汽层结，抬升凝结高度、自由对流高度及对流凝结高度多数时间均在高度极低的近地面层，并维持着一定的对流有效位能，极易产生对流性强降水。a：8月31日08时b：8月31日20时c：9月1日08时d：9月1日20时图15达州(57328站)TlnP物理量K指数分析（图16），表明：31日08时～1日20时在重庆东北部维持有一个37℃以上的大值区，这个大值区在31日20时～1日08时强度更大、更靠近过程暴雨中心（图16b、16c），到1日20时已明显缩小减弱（图16d），按照K指数与可能出现的雷雨活动的对应关系，大值区预示可能出现成片的雷雨。总的来说，探空资料分析表明，由于中、低层西南暖湿气流和切变线的共同作用，31日～1日渝东北地区及其附近的大气湿层深厚，能量条件好，对流抬升和凝结高度较低，大气层结一直非常有利于短时强降水和暴雨天气的产生。a:8月31日08时b：8月31日20时c:9月1日08时d：9月1日20时图16“9.1”暴雨过程K指数3雷达资料分析分析过程期间万州多普勒雷达资料，在2014年9月1日00时51分的组合反射率图上（图17a），强回波呈带状位于云阳、奉节、开县等地。从6min间隔的组合反射率因子演变来看，00:00-01:00之间的回波强度基本维持在25～60dBz，在出现大于20mm以上的降水区域，反射率因子达到40dBz以上，其中开县、云阳、奉节地区回波达到45～60dBz，与之对应的最大小时雨量为奉节石岗的48.2mm。05时47分（图17b），强回波带显著扩展，30dBz以上的回波呈带状分布在渝东北的开县、梁平、万州、云阳、奉节、巫溪、巫山等地，其中云阳西部出现了成片的55～60dBz回波，当地4个雨量站的小时雨量达到50mm以上。之后强回波在上述地区一直维持到2日01时，期间开县、云阳、奉节、巫溪、巫山等地回波长时间维持在50～60dBZ，过程24小时最大累积雨量（375.8mm）出现在云阳的咸池。a：2014年9月1日0