胡振菊，黎 璐，黃小玉，何炳文，葉日新

(1.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410118；2.湖南省常德市氣象局，湖南 常德 415000；3.國(guó)家氣象中心，北京 100081)

引 言

東風(fēng)波是熱帶和副熱帶沿海地區(qū)重要天氣系統(tǒng)之一，其在西移過程中得到發(fā)展，使得我國(guó)江南地區(qū)常常出現(xiàn)局地暴雨、雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣[1]。RIEHL[2]1954年提出東風(fēng)波模式后，很多研究開始關(guān)注東風(fēng)波的形成、結(jié)構(gòu)、天氣以及其對(duì)熱帶氣旋形成的影響[3-8]。隨著數(shù)值模式的發(fā)展，東風(fēng)波暴雨成因的物理量診斷分析得以進(jìn)行[9-11]，預(yù)報(bào)員對(duì)東風(fēng)擾動(dòng)發(fā)展過程中低緯多尺度天氣系統(tǒng)的綜合影響有了進(jìn)一步了解。

地形對(duì)降水的發(fā)展、維持有重要影響，它通過改變地形上空邊界層風(fēng)場(chǎng)，引起局地中尺度對(duì)流發(fā)生發(fā)展，其熱力作用使得垂直環(huán)流加強(qiáng)，導(dǎo)致降水增幅。另外，地形對(duì)降水增幅作用是一個(gè)多尺度過程[12-16]：如鈕學(xué)新等[15]研究指出迎風(fēng)坡強(qiáng)迫抬升可使臺(tái)風(fēng)、東風(fēng)波等熱帶系統(tǒng)降水明顯增加；王曉芳等[16]通過地形阻滯模型分析0604號(hào)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”在羅霄山脈迎風(fēng)坡前側(cè)平原地區(qū)引起的強(qiáng)降水，認(rèn)為地形強(qiáng)迫上升及其對(duì)暴雨的觸發(fā)主要在迎風(fēng)坡氣流上游平原地區(qū)。

2016年8月8—15日，受多個(gè)東風(fēng)波槽接力影響，位于武陵山脈迎風(fēng)坡前側(cè)的湘北地區(qū)連續(xù)8 d午后至夜間出現(xiàn)分散性大暴雨、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，這是否與山脈綜合效應(yīng)有關(guān)？本文利用常規(guī)氣象觀測(cè)、區(qū)域自動(dòng)站、NCEP再分析資料和多普勒雷達(dá)資料，對(duì)此次典型東風(fēng)波過程環(huán)流背景、結(jié)構(gòu)特征、觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行分析，利用WRF高分辨率數(shù)值模式探討8月10—11日受其中一個(gè)東風(fēng)波槽影響湘北地區(qū)極端暴雨過程中地形的影響，以期加深對(duì)東風(fēng)波分散暴雨和地形影響的認(rèn)識(shí)，為改進(jìn)預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

利用湖南省97個(gè)國(guó)家站、3522個(gè)區(qū)域站2016年8月8—15日逐日天氣圖、逐時(shí)降水量進(jìn)行降水實(shí)況分析；利用湖南常德多普勒雷達(dá)組合反射率因子及速度圖等分析雷達(dá)回波特征；利用同時(shí)期分辨率為1°×1°的NCEP逐6 h再分析資料，包括位勢(shì)高度、風(fēng)、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、假相當(dāng)位溫、渦度、散度等物理量，分析東風(fēng)波環(huán)流結(jié)構(gòu)及物理量特征。

文中附圖所涉及行政邊界均基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2019)1699號(hào)的中國(guó)地圖制作，底圖無(wú)修改。

1.2 數(shù)值試驗(yàn)方案

中尺度數(shù)值模式選用WRF-ARW 4.0版，分別采用WSM 6-class方案[17]、Dudhia短波[18]、RRTM長(zhǎng)波[19]、YSU邊界層和Kain-Fritsch積云對(duì)流方案[20-22]。初始場(chǎng)為NCEP每6 h資料，積分時(shí)間為10日20:00(北京時(shí)，下同)至11日20:00。模擬區(qū)域設(shè)置如圖1所示，采用三重嵌套方案，D01(14°N—39°N、101°E—129°E)，D02(24.5°N—32°N、107.5°E—117°E)，D03(27°N—31°N、109°E—114°E)，分辨率分別為9、3、1 km，模式垂直方向設(shè)為55層。設(shè)計(jì)2組試驗(yàn)即控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，控制試驗(yàn)采用美國(guó)地質(zhì)測(cè)量局(USGS)提供的2′(4 km)地形高度數(shù)據(jù)，敏感性試驗(yàn)將山脈高度降低至200 m。通過2組試驗(yàn)主要對(duì)D02、D03區(qū)域模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討特殊地形對(duì)降水的增幅作用及其對(duì)暴雨云團(tuán)動(dòng)力過程的影響。

圖1 模式嵌套區(qū)域及地形分布(單位：km)

2 東風(fēng)波環(huán)流背景

圖2為2016年7月29日至8月9日1604和1605號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑，8月10日08:00、14:00、11日02:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa渦度場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)?？梢钥闯?，高層大氣環(huán)流調(diào)整是此次東風(fēng)波形成的重要前兆信號(hào)。即在東風(fēng)波生成前期，臺(tái)風(fēng)“妮妲”(1604號(hào))在廣東深圳登陸，西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱“副高”)斷裂成東西兩環(huán)，東環(huán)退至海上。8月7日臺(tái)風(fēng)“奧麥斯”(1605號(hào))在菲律賓以東洋面生成，其北上后東環(huán)副高迅速西伸控制華東及沿海地區(qū)。8—15日副高強(qiáng)盛且位置偏北，西脊點(diǎn)西伸至105°E附近，副高南邊界588 dagpm線位于32°N以北，其南側(cè)多個(gè)深厚的東風(fēng)波槽接力向西傳播。受其中一個(gè)東風(fēng)波槽影響，8月10—11日湖南北部出現(xiàn)極端暴雨。10日08:00東風(fēng)波東移至華東沿海，隨后不斷發(fā)展并向西北方向移動(dòng)。10日14:00至11日02:00隨著東風(fēng)波槽向西移動(dòng)至湖南北部，一條明顯的正渦度帶隨之移近，為強(qiáng)降水發(fā)生提供有利的環(huán)流條件。

圖2 2016年7月29日至8月9日1604和1605號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑(a)，2016年8月10日08:00(b)、14:00(c)、11日02:00(d)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)、850 hPa渦度場(chǎng)(陰影，單位：10-5 s-1)及風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位：m·s-1)(紅色線包圍區(qū)域?yàn)楹鲜?，下?

此次極端暴雨過程中，湘北常德市受多個(gè)東風(fēng)波接力影響，反復(fù)出現(xiàn)暴雨天氣。分析2016年8月7—15日常德站(29.07°N、111.41°E)風(fēng)場(chǎng)及垂直速度的時(shí)間-高度剖面(圖3)可以看出，對(duì)流層中下層均為東風(fēng)氣流，13日前風(fēng)速較弱且相對(duì)穩(wěn)定，14日起整層?xùn)|風(fēng)風(fēng)力加大、厚度加深，東風(fēng)波軸向西傾斜，16日波軸完全移出湘北地區(qū)，強(qiáng)對(duì)流天氣結(jié)束。在東風(fēng)波向西傳播靠近武陵山脈時(shí)，特別是7—13日整層?xùn)|風(fēng)風(fēng)速較小的情況下，強(qiáng)對(duì)流天氣在湘北地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)出現(xiàn)，這是否與武陵山地形屏障及強(qiáng)迫抬升作用有關(guān)，后面利用數(shù)值試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

圖3 2016年8月7—15日常德站風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位:m·s-1)及垂直速度(陰影，單位:Pa·s-1)的時(shí)間-高度剖面

3 東風(fēng)波強(qiáng)對(duì)流概況及降水極端性特征

2016年8月8—11日受東風(fēng)波槽影響，湖南夜間降雨均較為分散，暴雨區(qū)主要集中在湘北地區(qū)，并逐日增強(qiáng)：8日夜間強(qiáng)降水在武陵山脈東側(cè)沿山一帶，暴雨中心雨量131.1 mm[圖4(a)]；9日夜間強(qiáng)降水集中在武陵山與雪峰山交界地帶，暴雨區(qū)范圍增大，暴雨中心雨量248.5 mm[圖4(b)]；10日夜間強(qiáng)降雨區(qū)北抬，暴雨區(qū)范圍進(jìn)一步增大，暴雨中心雨量增大至253.2 mm[圖4(c)]。由暴雨中心臨澧縣楊板鄉(xiāng)區(qū)域自動(dòng)站11日01:00—07:00逐時(shí)降水量[圖4(d)]可以看出，11日03：00—05：00是暴雨集中時(shí)段，連續(xù)3 h雨強(qiáng)超過50 mm·h-1，最大達(dá)93.8 mm·h-1，3 h累計(jì)降水量達(dá)214.3 mm，占該時(shí)段總降水量的89%?？傮w上，此次東風(fēng)波過程的極端性表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)流特征明顯，且雨強(qiáng)之強(qiáng)和累計(jì)雨量之大在湖南省北部地區(qū)均少見。

圖4 2016年8月8日20:00至9日08:00(a)、9日20:00至10日08:00(b)、10日20:00至11日08:00(c)湖南累計(jì)降水量(單位：mm)空間分布及8月11日01:00—07:00楊板鄉(xiāng)站逐時(shí)降水量(d)

4 中尺度對(duì)流演變與觸發(fā)

4.1 雷達(dá)回波演變

8月10日午后分散的對(duì)流單體在湘中東部生成，對(duì)流單體向西北方向移動(dòng)過程中緩慢加強(qiáng)，回波范圍逐漸擴(kuò)大。21:00開始回波加強(qiáng)，并逐漸發(fā)展成線狀自東南向西北移動(dòng)。在移動(dòng)過程中南端逐漸減弱，北端組織化明顯且移動(dòng)緩慢，當(dāng)其移至武陵山脈東側(cè)的湘北地區(qū)時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，10日22:00至11日05:00，湘北地區(qū)出現(xiàn)大暴雨、強(qiáng)雷電和大風(fēng)天氣，常德多普勒雷達(dá)回波圖上表現(xiàn)為強(qiáng)弓狀回波。研究表明，短時(shí)暴雨、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣往往由中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)引起[23-24]，因此對(duì)10日20:00至11日08:00 MCS演變與觸發(fā)進(jìn)行分析。

此次中尺度對(duì)流系統(tǒng)經(jīng)歷了西北向發(fā)展(10日14:00至11日02:00)、準(zhǔn)靜止(11日02:00—03:00)以及西南—東北后向傳播(11日04:00—05:00)3個(gè)階段，極端降水主要出現(xiàn)在準(zhǔn)靜止及后向傳播階段。圖5為2016年8月10日22:35、11日02:19常德多普勒雷達(dá)組合反射率因子及沿圖5(b)中藍(lán)色直線的反射率因子垂直剖面及風(fēng)暴屬性。10日14:00分散對(duì)流單體在湘中長(zhǎng)沙、益陽(yáng)一帶發(fā)展，22:00對(duì)流單體合并，形成一條長(zhǎng)寬比大于5∶1的線狀雷暴群自東南向西北方向移動(dòng)并加強(qiáng)，中心強(qiáng)度約50 dBZ，該時(shí)段降水分散。11日02:00線狀回波北端移至洞庭湖西岸，形成東北—西南向的短雨帶，雨帶上多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體排列，呈現(xiàn)出合并、成熟、消亡的過程，回波中心強(qiáng)度約55 dBZ。11日02:00強(qiáng)回波移至武陵山脈東側(cè)的澧陽(yáng)平原交界地帶，雨帶旋轉(zhuǎn)至與山脈平行，并停滯。

圖5 2016年8月10日22:35(a)、11日02:19(b)常德多普勒雷達(dá)組合反射率因子(單位：dBZ)及沿圖5(b)中藍(lán)色直線的反射率因子垂直剖面(c, 單位：dBZ)及風(fēng)暴屬性(d)

圖6為2016年8月11日02:25常德多普勒雷達(dá)0.5°、1.5°仰角徑向速度及11日02:00—04:00楊板鄉(xiāng)站逐分鐘降水量?？梢钥闯?，本次過程中對(duì)流云團(tuán)向西移動(dòng)接近武陵山脈時(shí)在山脈東側(cè)的臨澧縣東北部激發(fā)出一個(gè)中尺度渦旋[圖6(a)、圖6(b)中黑色圓圈]，該中尺度渦旋旋轉(zhuǎn)速度約15 m·s-1，尺度為20 km，持續(xù)10個(gè)體掃約60 min，其主體回波中心高度在3 km以下，距離該氣旋中心最近的臨澧縣楊板鄉(xiāng)區(qū)域站11日02:30—03:30逐分鐘降水量基本超過1.5 mm，最強(qiáng)時(shí)接近3.0 mm[圖6(c)]。在低層水汽充沛、濕層深厚和垂直風(fēng)切變較弱的環(huán)境下，該風(fēng)暴具有典型熱帶降水回波的低質(zhì)心特征。俞小鼎等[25]指出在有利于強(qiáng)降水的環(huán)境條件下，中氣旋或比中氣旋尺度更大的渦旋均會(huì)導(dǎo)致降水增幅。受該中尺度渦旋前側(cè)強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)影響，在對(duì)流單體的北側(cè)形成一條陣風(fēng)鋒。陣風(fēng)鋒的北側(cè)與東北風(fēng)發(fā)生輻合，新單體在強(qiáng)回波帶后方新生、合并，形成后向傳播，緩慢向西北方向移動(dòng)，該狀態(tài)維持近5 h。

圖6 2016年8月11日02:25常德多普勒雷達(dá)0.5°(a)、1.5°(b)仰角徑向速度(單位：m·s-1)及11日02:00—04:00楊板鄉(xiāng)站逐分鐘降水量(c)

4.2 中尺度對(duì)流觸發(fā)機(jī)制和水汽來(lái)源

強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展主要取決于低層觸發(fā)機(jī)制[26]，本次暴雨過程期間湘西北地區(qū)午后氣溫均維持在35～37 ℃之間，大氣具備較好熱力不穩(wěn)定條件。8月10日14:00、20:00湘西北地區(qū)850 hPa與500 hPa假相當(dāng)位溫差(Δθse850-500)分別為6、12 K，說(shuō)明在強(qiáng)對(duì)流啟動(dòng)前，東風(fēng)氣流為湘西北地區(qū)持續(xù)輸送了大量的不穩(wěn)定能量。10日夜間，東北和東南兩支氣流在湘北地區(qū)交匯，形成水汽輻合中心。圖7為2016年8月10日23:00和11日02:00湖南省地面風(fēng)場(chǎng)疊加過去6 h降水量。可以看出，10日23:00湘中以北有一條準(zhǔn)南北向、近乎與波軸重合的地面輻合線。東風(fēng)波倒槽前部的東北氣流攜帶冷空氣南下，在武陵山東側(cè)及雪峰山南側(cè)迎風(fēng)坡匯集，激發(fā)出一條線狀對(duì)流風(fēng)暴，在西移過程中南端減弱、北端加強(qiáng)。隨著東風(fēng)波倒槽向西推進(jìn)，在武陵山脈東側(cè)迎風(fēng)坡上，南北向地面輻合線發(fā)生旋轉(zhuǎn)成準(zhǔn)東西向，并在此相對(duì)靜止。在地面輻合線強(qiáng)迫下，暖濕氣流得以抬升，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流發(fā)展。該輻合線長(zhǎng)時(shí)間存在，對(duì)流得以組織并維持。這與孫繼松[13]研究結(jié)論基本一致，即在淺薄東風(fēng)氣流背景下，遠(yuǎn)離山坡端偏南(北)分量加大(減小)，而靠近山坡端偏南(北)分量減小(增大)。

圖7 2016年8月10日23:00(a)和11日02:00(b)湖南省區(qū)域站風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢量，單位：m·s-1)和過去6 h降水量(陰影，單位：mm)

此次暴雨過程突出特點(diǎn)是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生在暖區(qū)內(nèi)。圖8為2016年8月10日20:00、11日02:00 850 hPa風(fēng)場(chǎng)和水汽通量散度，850 hPa風(fēng)場(chǎng)和假相當(dāng)位溫θse，500 hPa風(fēng)場(chǎng)及850 hPa與500 hPaθse差值(Δθse850-500)場(chǎng)。從850 hPaθse演變可以發(fā)現(xiàn)，10日20:00至11日02:00 355 K的θse等值線從華南東部沿海向西北擴(kuò)展，并隨著東風(fēng)波槽向西移動(dòng)，在其帶動(dòng)下，低層暖濕氣流向西輸送并在湘北地區(qū)形成強(qiáng)輻合。從Δθse850-500變化可以看出，其具有與低層θse同步變化的趨勢(shì)，11日02:00湘北地區(qū)Δθse850-500較大，達(dá)10～15 K。進(jìn)一步說(shuō)明，東風(fēng)波槽向西移動(dòng)和傳播過程中，源于熱帶和副熱帶的暖濕空氣持續(xù)輸送，為暴雨區(qū)出現(xiàn)極端雨強(qiáng)提供充沛的水汽和不穩(wěn)定能量。

5 地形敏感性試驗(yàn)

研究[27-28]表明，山地通過動(dòng)力作用和熱力過程使相應(yīng)的空氣層中天氣尺度系統(tǒng)或氣流發(fā)生重大改變。湘北地區(qū)西北側(cè)為平均海拔1500 m的武陵山脈，南面為平均海拔1200 m的雪峰山，東北側(cè)為海拔不足50 m的洞庭湖平原。表1列出2016年8月10日22:00至11日05:00雨強(qiáng)大于20 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)演變。可以看出，10日23:00雨強(qiáng)大于20 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)最初從東部的漢壽縣、安鄉(xiāng)縣發(fā)展，隨后向西移至臨澧縣、石門縣、澧縣，移動(dòng)過程中，中尺度雨團(tuán)增多，雨強(qiáng)增大。11日02:00—04:00是中尺度雨團(tuán)發(fā)展最旺盛階段，2 h內(nèi)臨澧縣、石門縣均有雨強(qiáng)超過90 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)生成。

5.1 控制試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果

從控制試驗(yàn)對(duì)8月10日20:00至11日08:00湖南及周邊地區(qū)的降水量模擬結(jié)果[圖9(a)]來(lái)看，試驗(yàn)?zāi)M的大暴雨落區(qū)與實(shí)況基本接近，湘北地區(qū)出現(xiàn)250 mm以上強(qiáng)降水中心。此外，控制試驗(yàn)顯示10日20：00后對(duì)流逐漸加強(qiáng)，10日22:00至11日05:00為中尺度對(duì)流特征顯著階段，這均與實(shí)況較吻合，說(shuō)明模式設(shè)計(jì)方案對(duì)本次過程模擬效果較好。

5.2 地形對(duì)降水增幅作用的對(duì)比分析

對(duì)比控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果(圖9)可以看出，敏感性試驗(yàn)?zāi)M降水空間分布較控制試驗(yàn)發(fā)生明顯變化：一是迎風(fēng)坡暴雨中心降水強(qiáng)度明顯減小，控制試驗(yàn)?zāi)M出成片暴雨，而敏感性試驗(yàn)表現(xiàn)為分散暴雨點(diǎn)；二是暴雨中心向西發(fā)生明顯位移，控制試驗(yàn)?zāi)M暴雨區(qū)位于武陵山脈東側(cè)，而敏感性試驗(yàn)?zāi)M暴雨區(qū)靠近或在山脈之上；三是暴雨區(qū)形態(tài)和范圍出現(xiàn)較大變化，控制試驗(yàn)表現(xiàn)為片狀，而敏感性試驗(yàn)變?yōu)榫€狀且范圍變窄。因此，在偏東氣流影響下，武陵山脈地形對(duì)迎風(fēng)坡降水量有一定增幅作用。

5.3 地形對(duì)暴雨云團(tuán)動(dòng)力及維持機(jī)制的對(duì)比分析

圖10為2016年8月10日20:00至11日20:00控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M的暴雨中心附近(臨澧縣楊板鄉(xiāng)站)風(fēng)場(chǎng)及垂直速度的高度-時(shí)間剖面?？梢钥闯?，控制試驗(yàn)顯示對(duì)流層中低層上升、下沉耦合運(yùn)動(dòng)交替出現(xiàn)，而敏感性試驗(yàn)均表現(xiàn)為單一的弱上升運(yùn)動(dòng)。10日21:00至11日03:00，在山脈東側(cè)控制試驗(yàn)的氣流方向發(fā)生較大改變，2 km以下為5 m·s-1的東北風(fēng)，而敏感性試驗(yàn)為2 m·s-1左右的平直東風(fēng)，當(dāng)接近山脈的空氣不能越過抬高的地形時(shí)，氣流在水平方向偏轉(zhuǎn)并繞過山脈，引起各種局地風(fēng)場(chǎng)變化和天氣系統(tǒng)的發(fā)展。11日03:00—04:00暴雨最強(qiáng)階段，控制試驗(yàn)顯示暴雨中心存在一個(gè)低層下沉、中層上升、高層下沉的垂直運(yùn)動(dòng)柱，即3 km以下為下沉運(yùn)動(dòng)，下沉運(yùn)動(dòng)中心氣流達(dá)2 m·s-1以上，下沉氣流的出現(xiàn)與強(qiáng)降水粒子的拖拽有關(guān)，預(yù)示對(duì)流云團(tuán)由最強(qiáng)盛即將轉(zhuǎn)為衰減階段；3～6 km為上升運(yùn)動(dòng)，中心氣流達(dá)2 m·s-1以上；7～8 km有明顯下沉運(yùn)動(dòng)，中高層的抽吸作用明顯。而降低山脈地形后的敏感性試驗(yàn)顯示暴雨區(qū)云系的動(dòng)力場(chǎng)均發(fā)生明顯變化，維持暴雨的對(duì)流層中低層上升、高層下沉的垂直結(jié)構(gòu)減弱，整層均由弱的上升氣流取代，對(duì)流維持機(jī)制不存在。

圖10 2016年8月10日20:00至11日20:00控制試驗(yàn)(a)和敏感性試驗(yàn)(b)模擬的楊板鄉(xiāng)站風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位：m·s-1)及垂直速度(陰影，單位：m·s-1)的高度-時(shí)間剖面

分析2016年8月11日04：00控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M湘北區(qū)域(27°N—30°N、110°E—112°E)0.5 km風(fēng)場(chǎng)及雷達(dá)反射率(圖11)。可以看出，控制試驗(yàn)中受東北與東南風(fēng)輻合影響，一個(gè)直徑為30 km左右的中尺度對(duì)流云團(tuán)在武陵山脈東側(cè)強(qiáng)烈發(fā)展，強(qiáng)回波沿山脈呈西南-東北向分布。當(dāng)山脈地形降低后，山脈的屏障作用消失，臨澧縣東北方向的東北風(fēng)速由控制試驗(yàn)的10 m·s-1減小到敏感性試驗(yàn)的5 m·s-1，其西南方向的東北風(fēng)速則由控制試驗(yàn)的5 m·s-1增大到敏感性試驗(yàn)的8 m·s-1；東北風(fēng)覆蓋范圍在山脈降低后的敏感性試驗(yàn)比控制試驗(yàn)增加了一倍，對(duì)流未能觸發(fā)和組織。

圖11 2016年8月11日04:00控制試驗(yàn)(a)和敏感性試驗(yàn)(b)模擬的湘北區(qū)域0.5 km風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位：m·s-1)和雷達(dá)反射率(陰影，單位: dBZ)(+為暴雨中心)

中尺度渦旋的生消和發(fā)展均與降水密切相關(guān)，尤其與天氣尺度系統(tǒng)疊加時(shí)降水增幅明顯。為進(jìn)一步了解山地地形對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)2016年8月11日03:00—06:00兩組試驗(yàn)?zāi)M的中尺度渦旋中心(楊板鄉(xiāng)站)的垂直速度(圖12)進(jìn)行比較。兩組試驗(yàn)均顯示低層(2 km及以下)輻合、高層(4 km及以上)輻散逐漸增強(qiáng)；中尺度渦旋衰亡期(11日05:00—06:00)兩組試驗(yàn)均顯示低層輻合上升、高層輻散下沉的特征逐漸消失。同時(shí)，控制試驗(yàn)中，11日03:00—04:00(中尺度渦旋初期到盛期)，對(duì)流層中層(3～6 km)輻合上升、對(duì)流高層(6～9 km)下沉輻散運(yùn)動(dòng)始終較改變山脈地形之后的敏感性試驗(yàn)強(qiáng)。11日05:00—06:00(中尺度渦旋衰減期)兩組試驗(yàn)中垂直運(yùn)動(dòng)差別逐漸縮小。其機(jī)制可能是沒有山脈大地形存在時(shí)，中尺度系統(tǒng)的垂直運(yùn)動(dòng)由環(huán)境大氣決定，當(dāng)有較大山體存在時(shí)，在地形阻滯抬升作用下，氣流在山前平原地區(qū)對(duì)流層中層形成強(qiáng)地形輻合上升、高層下沉輻散，為中尺度系統(tǒng)加強(qiáng)和維持提供動(dòng)力條件。

圖12 2016年8月11日03:00—06:00控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M的楊板鄉(xiāng)站垂直速度廓線

6 結(jié) 論

(1)1604號(hào)臺(tái)風(fēng)在廣東深圳登陸后沿西北路徑移動(dòng)和1605號(hào)臺(tái)風(fēng)在西北太平洋向北移動(dòng)后，副熱帶高壓快速西伸控制華東及沿海地區(qū)，其底部的東風(fēng)波擾動(dòng)為此次極端暴雨過程提供了環(huán)流背景。

(2)近地面不均勻加熱為東風(fēng)波槽附近強(qiáng)對(duì)流提供充足的熱力不穩(wěn)定條件，地面中尺度輻合線對(duì)新生對(duì)流的觸發(fā)和已有對(duì)流的維持與加強(qiáng)起到重要作用。

(3)東風(fēng)波槽帶來(lái)的邊界層暖濕氣流東移過程中在武陵山東側(cè)形成深厚中尺度渦旋，是極端暴雨形成的主要原因。

(4)地形敏感性試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了東風(fēng)波暖濕氣流在武陵山脈地形抬升和阻擋作用下，在迎風(fēng)坡上游地區(qū)形成氣旋性輻合導(dǎo)致暴雨增幅。主要表現(xiàn)在：山脈的存在使得氣流在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在山脈東側(cè)引起風(fēng)場(chǎng)變化和天氣系統(tǒng)的發(fā)展；地形的變化對(duì)對(duì)流云系的動(dòng)力結(jié)構(gòu)有顯著影響，當(dāng)山脈地形降低后，在整個(gè)過程中對(duì)流層中層輻合上升與下沉輻散水平環(huán)流消失而表現(xiàn)為單一的弱上升運(yùn)動(dòng)，在對(duì)流旺盛階段垂直方向上對(duì)流層中低層輻合上升、高層下沉的垂直運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)減弱，對(duì)對(duì)流觸發(fā)和維持起到抑制作用。

對(duì)于不同尺度及不同影響系統(tǒng)造成的降水過程，地形作用的影響是多樣的，因此今后將選取不同降水個(gè)例進(jìn)行研究很有必要。此外，該過程中東風(fēng)波激發(fā)的中尺度系統(tǒng)均發(fā)生在云帶與武陵山脈東側(cè)平原向山脈過渡處，地形與雨團(tuán)生成發(fā)展的定量關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。