急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响.pdf

第 卷第 期 年 月广 东气 象 收稿日期：作者简介：钟雄蔼（年生），男，本科，工程师，主要从事天气预报和专业气象服务。：钟雄蔼，杨廷春，李舒文 急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响 广东气象，（）：急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响钟雄蔼，杨廷春，李舒文，（茂名市气象局，广东茂名 ；信宜市气象局，广东信宜 ；广东省气象台，广东广州 ；中国科学院大气物理研究所，北京 ）摘要：利用中尺度数值模式 对 年月日的阳江特大暴雨进行模拟和分析。结果表明：的模拟结果很好地再现了该次暴雨的过程。通过控制试验和地形敏感性试验对比，发现将阳江及附近地区的山地移除后，降水区远离阳江地区，发生在粤西北山区。进一步分析表明，边界层急流为这次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素：一方面地形阻挡边界层急流增强相当位温水平梯度，增强对流不稳定性；另一方面，地形对边界层急流的抬升作用增强辐合上升运动产生对流。同时，边界层急流出口区配合低空急流入口区的抽吸作用，导致降水系统发展强盛。关键词：天气学；模式；暴雨；地形；边界层急流；低空急流；阳江中图分类号：文献标志码：多年统计可知，阳江 恩平一带是广东 大“雨窝”之一 ，极端暴雨常常造成当地城乡内涝，山体滑坡及农作物歉收等重大损失。阳江地势由北向南倾斜，南面濒临南海，北部背靠东北 西南走向的云雾山，基本与海岸线平行，东北有天露山屏障，西南部为境内最高鹅凰嶂，海拔 。阳江市一方面受到包括地形和城市等在内的复杂下垫面的影响；另一方受到海岸区域的急流的影响，该地区暴雨的预报预测一直是个难点 。研究表明，阳江附近山脉在局地辐合和暴雨的形成中起着至关重要的作用，若无山脉地形的影响，降水地区的总降雨量会减少 。同时，阳江中部的山脉阻碍了对流系统的运动，否则相关的强降雨将向更远的北方转移 。等 认为沿海暖区暴雨的发生发展与边界层急流、天气尺度低空急流的相互作用有密切关系。边界层急流（）一般发生于行星边界层内，在 高度以内；低空急流（）主要出现在 至 高度上，通常与天气尺度的天气系统有关 。低空急流向暴雨落区上空输送充沛的暖空气及不稳定能量，使中尺度对流云团生成或输入 。边界层急流为强降水提供了充沛的、源源不断的水汽条件，同时配合特殊地形的摩擦、阻挡等作用，暴雨中心内形成了明显的水汽通量辐合 。郭圳勉等 发现低空急流与阳江一次强降水有很好的对应关系，其左侧的强辐合与高层的强辐散相配合是降水发生发展的原因之一。因此，为了研究阳江 年月 日出现的一次特大暴雨过程中急流和地形的相互作用，本研究利用 数值模式进行模拟，以揭示该次暴雨发生发展的机理。天气实况广东省阳江市出现 年首场特大暴雨，月 日 ：（世界时，下同）至 日 ：雨量超过 的有个站点，其中，江城白沙录得全市最大累计雨量 ，降雨量突破单站历史极值。阳东东城镇 日 ：至 日 ：雨量达 ，刷新了当地 历史极值。月 日 ：到 ：，阳东塘坪站录得全市最大小时雨量 。该次特大暴雨造成直接经济损失达 万元。资料和方法 （）模式是由美国环境预测中心（）和美国国家大气研究中心（）等科研机构研发的一种中尺度气象模式。该次数值模式采用 版本，模拟时长 月 日 ：日 ：，其余具体参数设置见表 ，其中 层嵌套和范围大小如图 所示。采用的参数包括 微物理方案、积云参数化、边界层、陆面模式 以及 短波和长波辐射方案 。模式的初、边界场采用欧洲中期数值预报中心提供第 代再分析数据 ，水平分辨率 （：！？）。为了研究地形和急流对这次降水过程的影响，本研究设置了两组试验，试验 为控制实验 ，采用原始的地形（图 ）；试验 为地形的敏感性试验 ，移去阳江附近的山地，具体为将 以上地形高度改为原来的 （）（图 ）。表 模式的参数设置域名格距 格点数垂直层数模式顶气压 方案积云对流微物理边界层地表参数化辐射传输 图 模式 层嵌套范围及地形高度（单位：）（）；第 层嵌套中广东中西部范围（图 中黑色方框）及地形高度（单位：），红色方框范围为敏感试验中修改地形高度的范围（）；地形敏感试验中的地形高度，红色方框为修改后的地形高度（单位：）（）结果与分析从图 的实况降水中可以看出，广东西部阳江沿海地区从 月 日 ：开始出现降水，：逐渐加强，并且在 ：降水达到最强的 ，随后的降水维持较高的强度，直到 ：降水才逐渐消散转移，降水位置从触发到消散期间稳定停留在阳江沿海附近超过 。对比 模拟的降水（图 ），可以发现降水触发的时间和位置都与实况比较一致，并且降水的强度也与实况相近，因此数值模拟的结果较好地再现该次降水过程。对比控制实验和敏感试验的结果，从图 可以看到，控制实验 和 在降水的位置上有较大的差别。控制实验 中降水主要发生在粤西阳江地区附近，而 的降水则主要发生在粤西北地区，远离阳江及沿海地区。因此，改变地形后，阳江地区的降水强度和位置发生了变化，证明了阳江的山脉地形对该次暴雨有重要影响。从阳江风廓线（图 ）可以看出，边界层急流在 月 日 ：左右开始形成，高度在 以下，边界层急流主要为南风，风向垂直于海岸及地形。随后边界层急流逐渐增强，在 日 ：前后强度达到峰值，最强风速超过 。低空急流的出现时间比边界层急流稍晚，主要高度位于 附近，主要为西南风。从图 来看，模式输出的风场很好地再现了边界层急流和低空急流的时间演变和强度演变。从剖面图分析可知，在降水前 月日 ：（图 ）广东西部地区及附近海域的低空存在两条急流，其中一条急流为陆地上的低空急流，急流核在 高度附近；另一条为海上的边界层急流，急流核在 高度附近。广东气象第 卷 图 年 月 日 ：至 日 ：观测站点（）和 （）逐小时降水（单位：）图 控制实验 （）和地形敏感性试验 （）的 月 日 ：日 ：累计积降水（单位：）另外，边界层急流向北伸展到海陆交界处，末端位于低空急流入口区的下方，此时降水尚未发生。日 ：边界层急流的加强北上（图 ），急流前沿触碰到阳江附近的山地地形。地形的阻挡作用增强了地形迎风坡的上升运动，形成了云体（蓝色等值线），降水开始触发。日 ：随着边界层急流进一步加强和北进（图 ），一方面由于地形抬升增强了辐合运动；另一方面边界层急流出口的辐合区配合低空急流入口的辐散区，形成边界层内辐合，低空辐散的高低空配置，进一步增强对流的发展，降水达到强盛，在阳江地区产生了强降水（附近）。这个降水触发和增强的过程与 等 的双低空急流耦合配置关系相似。第 期钟雄蔼等：急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响图 月 日 ：日 ：阳江风廓线雷达观测数据（）和 月 日 ：日 ：模式输出的阳江站点风廓线数据（）（黑色阴影为地形）图 控制实验 （）和地形敏感实验 （）中 月 日 ：（、）、月 日 ：（、）和 月 日 ：（、）的风场（箭头，填色 ）、云体范围（蓝色等值线）、降水的南 北向剖面图（剖面位置为 ）进一步通过地形敏感性试验分析可知，图 中由于没有山地的阻挡作用，边界层急流前沿向北继续深入陆地，但是缺乏地形抬升作用导致没有触发足够强的对流运动。在图 中，随着两支急流的加强，边界层急流深入陆地，缺乏地形抬升产生的辐合运动，因此在阳江及其沿海地区的降水强度较小。这说明了阳江附近山地地形对边界层急流的抬升作用是这次降水触发主要原因，边界层急流出口区的辐合作用配合上方低空急流入口区的辐散作用，是降水发展增强的关键。从降水前的水汽条件来看，日 ：控制实验 中边界层急流中的水汽混合比非常高，超过 （图 ）。边界层急流将海洋上丰富的水汽往阳江地区输送，为该次降水的发生发展提供了充沛的水汽条件。从降水前的不稳定性条件来看，山地地形的阻挡作用导致边界层急流出口区的暖湿气流堆积，增强相当位温的水平梯度，进一步增强对流不稳定性，有助于降水的触发。通过地形敏感性试验 的验证，由于移去阳江及附近地形，图 中边界层急流夹带着丰富水汽深入陆地，并没有在阳江沿海地区形成较强的相当位温水平梯度，而在广东西北部山区前形成较强的不稳定性，最终降水也在广东气象第 卷 此处触发。从水汽供应和不稳定性进一步阐明了阳江附近山地地形对降水发生发展的作用。（黑色阴影为地形）图 月 日 ：控制实验 （）和地形敏感性试验 （）的水汽混合比（填色，）、相当位温（红色等值线，单位：）、风场（箭头）的南 北向剖面图（剖面位置为 ）结论）利用中尺度数值模式 对阳江 年 月 日一次特大暴雨进行模拟，通过控制试验和地形敏感性试验对比，移除阳江地区的山地后，降水的位置远离阳江地区，发生在广东西北部山区。）边界层急流为该次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地地形对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素。）地形阻挡作用增强边界层急流出口区相当位温的水平梯度，进一步增强对流不稳定性，有助于降水的触发。）边界层急流和低空急流的高低空耦合配置是降水强盛的重要原因。参考文献：林良勋，冯业荣，黄忠，等 广东省天气预报技术手册 北京：气象出版社，赵玉春，王叶红 近 年华南前汛期暴雨研究概述 暴雨灾害，（）：，（），（）：周武，黄忠，张录青，等 年 月 日阳江特大暴雨的中尺度特征 广东气象，（）：王红军，白爱娟 年 月广东阳江特大暴雨过程触发机制分析 广东气象，（）：钟雄炎，张东，管勇 年 月 日粤西南沿海暴雨过程分析 广东气象，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：郭圳勉，黄先伦，陈洁雯，等 广东阳江一次强降水过程的成因分析 暴雨灾害，（）：陈芳丽，姜帅，李明华，等 边界层急流在粤东暴雨中心两次极端强降水过程中的作用 气象，（）：郭圳勉，黄先伦，麦宗天，等 阳江市暖区暴雨的天气学分型 广东气象，（）：，（），（）：，：，（）：，（）：，：，（）：（下转第 页）第 期钟雄蔼等：急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响 ，（，；，）：，：；，；，；檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰 （上接第 页），（，；，；，；，）：，：；第 期陆德辉等：清远低温雨雪冰冻过程分析及预报