2014年7月4日洞庭湖大暴雨過(guò)程分析

楊偉 曹向林 袁泉 喻宇

摘要

分析2014年7月4日發(fā)生于洞庭湖東北部的大暴雨過(guò)程，可知這次過(guò)程具有明顯的天氣形勢(shì)、雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖特征，洞庭湖水體的暖濕水汽供應(yīng)也有較大貢獻(xiàn);天文降水周期在這次過(guò)程中表現(xiàn)突出，天文降水預(yù)報(bào)方法值得重視與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 ?洞庭湖;大暴雨;天文降水周期

中圖分類號(hào) S161.6 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-244-03

Analysis of a Heavy Rain Process in Dongting Lake on July 4， 2014

YANG Wei， CAO Xianglin， YUAN Quan et al

（Yueyang Meteorological Bureau， Yueyang， Hunan 414000）

Abstract A heavy rainstorm process in northeast of Dongting Lake on July 4， 2014 was analyzed. It was found that the process has obvious characteristics of weather situation， radar echo， satellite imagery. The warm water vapor supply of Dongting Lake also had a greater contribution to the heavy rainstorm， rainfall forecast method introduced in astronomy providing a new idea and method for the heavy rain forecast.

Key words ?Dongting Lake; Heavy rainstorm; Astronomical precipitation cycle

基金項(xiàng)目 2011年湖南省氣象局短平快課題（023號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介

楊偉（1967-），男，湖南岳陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事數(shù)值天氣預(yù)報(bào)釋用、天文氣象、地震氣象等研究。

收稿日期 20141205

強(qiáng)降水通常具有較為相似的天氣形勢(shì)、雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖特征，強(qiáng)降水中心則往往與局地特定地理環(huán)境相關(guān)^[1]。強(qiáng)降水的發(fā)生一般與天文天氣耦合、天文周期規(guī)律^[2-4]有著根深蒂固的聯(lián)系。筆者以2014年7月4日洞庭湖東北部大暴雨過(guò)程為例，簡(jiǎn)要分析洞庭湖對(duì)降水強(qiáng)度的影響，介紹天文降水預(yù)報(bào)方法^[5-8]，為暴雨預(yù)報(bào)提供一種新的思路和方法。

1 ?天氣實(shí)況

2014年7月3～5日，湖南、貴州、廣西、湖北、江西、安徽、江蘇等省普降暴雨，部分地區(qū)大暴雨，局部特大暴雨。7月3日08：00～5日20：00岳陽(yáng)市區(qū)域自動(dòng)站累計(jì)降水超過(guò)50 mm的站有203個(gè)，超過(guò)100 mm有95個(gè)站，3個(gè)站超過(guò)200 mm。洞庭湖東北部的華容隆慶蓮場(chǎng)高達(dá)247.5 mm，其7月4日最大3 h雨量達(dá)137.6 mm，03：00～04：00雨量高達(dá)70.4 mm（圖1）。

2 ? 天氣成因分析

7月3日20：00～4日20：00 200 hPa高空?qǐng)D（圖2），岳

陽(yáng)處于青藏高壓東部、東亞大槽底部強(qiáng)輻散氣流中，以4日

圖1 ?岳陽(yáng)市隆慶蓮場(chǎng)2014年7月3日12：00～4日08：00逐小時(shí)降水量

08：00達(dá)到最強(qiáng)。岳陽(yáng)最強(qiáng)降水發(fā)生于輻散發(fā)展時(shí)期。500 hPa，西南地區(qū)高空低槽穩(wěn)定少動(dòng)，槽前西南暖濕氣流強(qiáng)盛。 ? ?700～850 hPa，西南低渦緩慢向東北方向移動(dòng)，東西向或西南-東北向切變線上下基本重疊、長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)維持;3日20：00～4日08：00西南氣流明顯加強(qiáng)，4日08：00長(zhǎng)沙、懷化西南風(fēng)風(fēng)速均達(dá)16～19 m/s，且位于切變線東南部，風(fēng)向風(fēng)速輻合明顯。 ? ?南岳3日23：00～4日08：00偏南風(fēng)風(fēng)速均在10 m/s以上，3日23：00風(fēng)速達(dá)14 m/s，4日08：00風(fēng)速達(dá)16 m/s。綜上所述，3日20：00～4日20：00湖南中北部天氣形勢(shì)具有如下主要特征：

中低空低槽切變以南維持較強(qiáng)的偏南風(fēng)且在洞庭湖區(qū)輻合明顯為強(qiáng)降水提供了充沛的水汽條件;

高空輻散、低空輻合疊加明顯，有利于低層水汽的抬升凝結(jié);

中低空低壓系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

3 ?岳陽(yáng)多普勒雷達(dá)分析

3.1 基本反射率分析

7月3日20：00后，多條回波帶呈西南-東北向的“爪”形指向岳陽(yáng)（圖3a），之后合并發(fā)展，影響岳陽(yáng)大部分地區(qū);4日00：00前后，位于洞庭湖西部常德的帶狀云團(tuán)開始發(fā)展，01：00前后開始影響岳陽(yáng)，最大回波強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間維持在62 dBz以上，03：12前后達(dá)到最強(qiáng)，回波強(qiáng)度達(dá)68 dBz（圖3b）;直至7月5日凌晨，降水區(qū)才東移離開岳陽(yáng)。

圖2 2014年7月3日20：00（a）和4日08：00（b）天氣形勢(shì)

圖3 2014年7月3日20：17（a）和4日03：12（b）岳陽(yáng)雷達(dá)1.5°仰角基本反射率

3.2 ?速度場(chǎng)與垂直累積液態(tài)含水量分析

從7月4日03：12岳陽(yáng)雷達(dá)1.5°仰角基本速度圖（圖4a）可以看出，岳陽(yáng)雷達(dá)附近50 km圈以內(nèi)呈現(xiàn)明顯的“S”形，西北部低空為東北風(fēng)，南部為偏南風(fēng)，低層氣流輻合明顯;50 km圈以外的中高空為西南風(fēng)，最強(qiáng)風(fēng)速帶位于岳陽(yáng)雷達(dá)上空略偏東南的150km圈附近;從速度顏色對(duì)比不難看出，岳陽(yáng)東南部中空西南風(fēng)呈增強(qiáng)趨勢(shì)，風(fēng)速輻合較為明顯。從4日03：12岳陽(yáng)雷達(dá)垂直累積液態(tài)含水量（圖4b）可以看出，岳陽(yáng)雷達(dá)西偏南25～50 km處含水量豐富，最大含水量達(dá)45 kg/m²，與當(dāng)時(shí)強(qiáng)降水區(qū)吻合。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2015年

4 衛(wèi)星云圖分析

從7月4日03：00 FY2E紅外圖像和水汽圖像（圖5）可以看出，洞庭湖周邊地區(qū)有多塊降水云團(tuán)，以東北部岳陽(yáng)等地較強(qiáng)，水汽最為充沛，與岳陽(yáng)雷達(dá)探測(cè)基本一致。

5 洞庭湖對(duì)降水強(qiáng)度的影響

洞庭湖水體的熱容量較陸地大得多，使得湖泊上空氣溫白天上升較慢，升溫幅度較小，最高氣溫較低;夜晚氣溫下降較慢，降溫幅度較小，最低氣溫較高。因此湖區(qū)上空夜晚熱島效應(yīng)明顯，暖濕程度高于陸地。當(dāng)西南暖濕氣流與湖面上空暖濕空氣匯合時(shí)，其暖濕程度將進(jìn)一步加大。 ? ? 從上述雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖可以看出，位于高空西南氣流下風(fēng)方向、洞庭湖東北部的雷達(dá)回波強(qiáng)度、垂直累積液態(tài)含水量、紅外圖像、水汽圖像均較周邊其他地區(qū)強(qiáng)盛，因此7月4日03：00前后洞庭湖的暖濕水汽補(bǔ)充對(duì)降水強(qiáng)度增強(qiáng)有較大的貢獻(xiàn)。

6 ?天文降水預(yù)報(bào)方法簡(jiǎn)析

太陽(yáng)、地球、月球等天體及其運(yùn)行的動(dòng)力、熱力作用是天氣系統(tǒng)生消演變的原動(dòng)力，多種天文因素的綜合作用決定著地球上的降水分布及其強(qiáng)度。對(duì)某一特定地區(qū)而言，天文降水因素相生有利于降水發(fā)生，相克則不利于降水發(fā)生，當(dāng)有利于強(qiáng)降水的多種天文因素疊加共振時(shí)，發(fā)生大暴雨、特大暴雨的可能性極大。各種天文因素對(duì)降水的正負(fù)作用機(jī)制與天體運(yùn)行密切相關(guān)，均具有較為明顯的天文周期特征。因

圖4 2014年7月4日03：12岳陽(yáng)雷達(dá)1.5°仰角基本速度（a）和垂直累積液態(tài)含水量（b）

圖5 2014年7月4日03：00 FY2E紅外圖像（a）和水汽圖像（b）

圖6 岳陽(yáng)（a）和華容（b）2014年6月28日～7月10日降水距平演變綜合

此，研究降水規(guī)律可從天文周期著手。

該方法采用的天文周期有7個(gè)，分別為與南方暖濕系統(tǒng)相關(guān)的地球公轉(zhuǎn)周期（即回歸年，以公歷替代）、太陽(yáng)自轉(zhuǎn)的會(huì)合周期、與西風(fēng)帶系統(tǒng)相關(guān)的食年（交點(diǎn)年）周期以及與北方冷空氣相關(guān)的朔望月、恒星月、交點(diǎn)月、近點(diǎn)月周期。

根據(jù)岳陽(yáng)站、華容站歷史逐日降水資料計(jì)算各自降水的逐日相關(guān)系數(shù)，再分別根據(jù)7個(gè)天文周期進(jìn)行排列組合，可見(jiàn)各周期內(nèi)相關(guān)程度具有明顯的波動(dòng)特征，部分時(shí)段相關(guān)程度較高，部分時(shí)段相關(guān)程度較低。從7個(gè)天文降水周期的高相關(guān)時(shí)段挑選一定比例的高相關(guān)日期，將這些日期的雨量進(jìn)行累加得到逐日降水演變序列。再按照一定方法進(jìn)行滑動(dòng)平均求取逐日降水距平，制作岳陽(yáng)、華容2014年6月28日～7月10日降水距平演變綜合圖。

從圖6可以看出，岳陽(yáng)7月4日公歷降水距平曲線（簡(jiǎn)稱公歷波，下同）和朔望波均處于波峰且相對(duì)位置（切變）有利于強(qiáng)降水，食年波（低渦）波峰十分明顯，另外近點(diǎn)波和太陽(yáng)自轉(zhuǎn)波也為弱波峰，這種配置有利于強(qiáng)降水發(fā)生;華容7月4日公歷波和朔望波均處于波峰前上升階段且相對(duì)位置（切變）有利于強(qiáng)降水，食年波（低渦）等其他5個(gè)波均位于波峰時(shí)期，這種配置有利于強(qiáng)降水發(fā)生。

7 ?小結(jié)與討論

（1）這次暴雨過(guò)程以洞庭湖東北部最強(qiáng)，充分說(shuō)明在有利的環(huán)流背景形勢(shì)下，洞庭湖水體的夜間暖濕效應(yīng)對(duì)降水的增強(qiáng)作用。

（2）針對(duì)7月4日的強(qiáng)降水天氣，岳陽(yáng)市氣象臺(tái)早在3月底就已經(jīng)做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并及時(shí)制作決策服務(wù)材料向市領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，同時(shí)向公眾發(fā)布中短期強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警短信。7月4日上午，岳陽(yáng)市委書記卿漸偉一行親臨岳陽(yáng)氣象

臺(tái)，與預(yù)報(bào)專家親切交流，親自操作，了解降水實(shí)況和趨勢(shì)，探討天氣發(fā)展演變規(guī)律，對(duì)岳陽(yáng)氣象預(yù)報(bào)與服務(wù)非常滿意，勉勵(lì)氣象預(yù)報(bào)員再接再厲，繼續(xù)搞好防汛工作。

（3）天文降水預(yù)報(bào)方法提前數(shù)月準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了這次過(guò)程，體現(xiàn)了降水具有明顯的天文周期性規(guī)律。根據(jù)這一規(guī)律，只要擁有較為充分的歷史逐日降水資料，就可以做出較長(zhǎng)時(shí)間尺度的降水預(yù)報(bào)，這為長(zhǎng)、中、短期強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供了一種新的較好方法。

參考文獻(xiàn)

[1]

張海，尹忠海，周長(zhǎng)青，等.2011年8月5～6日局部大暴雨過(guò)程分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（15）：8644-8647.

[2] 陳菊英.江南地區(qū)旱澇與日月關(guān)系的分析及預(yù)報(bào)[J].氣象，1980，6（11）：7-9.

[3] 劉堯成，陳少平.長(zhǎng)江上游致洪暴雨天文天氣耦合預(yù)報(bào)方法研究及應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2001：146.

[4] 任振球.天地耦合與2010年中國(guó)極端天氣事件[J].前沿科學(xué)，2011，5（1）：23-31.

[5] 張禮平，楊志勇，陳正洪.典型相關(guān)系數(shù)及其在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].大氣科學(xué)，2000，24（3）：427-432.

[6] 俞康慶，周月華，楊荊安，等.氣象要素時(shí)間序列的演化建模分析與短期氣候預(yù)測(cè)[J].甘肅氣象，2005，23（4）：1-6，11.

[7] 梁玉瓊，梁健.GM（1，1）氣候預(yù)測(cè)系統(tǒng)的降水預(yù)測(cè)檢驗(yàn)[J].廣東氣象，2007，29（3）：24-25，44.

[8] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007：296.