摘要：东港市龙王庙镇在历史上是大洋河中下游的水路码头, 每逢连雨季节河水泛滥时常遭水灾。而它特殊的地理位置和便利的水陆条件, 成为丹东地区农业发展的龙头, 但因多发的暴雨致使河水泛滥, 对农业生产影响严重。本文根据气象资料, 对多发暴雨成因进行分析发现, 龙王庙镇的地形对暴雨的强度和落区有很大的影响, 其特殊的地形作用对强降水起到增益作用。
关键词：暴雨; 地形作用; 分析;
东港市位于辽东半岛东端, 南邻黄海, 东临鸭绿江, 地势北高南低, 呈阶梯状分布。南部为退海平原, 沿海系潮间带滩涂, 中部为低丘坡岗, 北部为山地丘陵。龙王庙镇位于东港市的西北部, 境域东西长9.5公里, 南北宽7.5公里, 全镇总面积达79平方公里。镇域地势东高西低, 北部地势起伏多为山地丘陵, 西南部为在洋河冲积平原, 地势平坦, 以东北部的卧虎山最高, 海拔176米。龙王庙镇的北部为凤城市蓝旗镇, 蓝旗镇的68%为森林, 地势明显高于龙王庙镇。大洋河自北向南流经蓝旗、龙王庙镇。
地形作用对中小尺度系统形成暴雨具有很大影响。例如地形的强迫作用对雨带的产生有重要影响, 山前平坦地区为多雨带, 相对山脊为雨量低值带[1];冀春晓等通过MM5模式对0414号台风Rananim登陆期间, 探讨地形对台风降水、台风结构特征变化的影响, 在有无特殊地形时降水量差绝对值可达200mm以上[2];还有人认为地形抬升作用和喇叭口地形对暴雨分布有很大影响[3];骆荣宗明确指出, 地形对降水的两种作用:一是半环形地形和狭谷地带对边界层气流有明显的辐合抬升作用, 降水系统可以在该地形发生发展、停滞。二是气流碰到高山产生分支和汇合现象, 在汇合地区派生出地形性准定常的中小尺度天气系统[4];也有研究表明, 强降水中心位于迎风坡上甚至山顶邻域。由此可见, 地形对强降水影响比较复杂, 仍需要进一步作机理分析。本文主要根据2017年8月4~5日特大暴雨为例, 结合常规观测资料和区域自动站资料进行分析, 就当地地形对暴雨影响进行探讨, 总结该地多发暴雨的主要天气系统和地形影响成因, 以期为今后农事活动进行指导。
1 天气过程分析
1.1 降水分布情况
图1
东港市2017年8月4~5日普降大暴雨到特大暴雨, 由图1可知, 从8月3日20时~5日08时, 龙王庙镇总降水量354.2毫米。主要降水时段出现在4日08时至4日16时。小时最大降水量为68.7毫米, 出现在4日09时。大洋河沿岸乡镇受灾严重。截至8月8日08时, 东港市龙王庙镇农作物受灾面积17152公顷, 其中成灾面积6327公顷, 紧急转移安置人口4657人, 直接经济损失5.6678亿元。
丹东地区最大降水量出现在凤城市蓝旗镇, 位于龙王庙镇的北部, 大洋河流经蓝旗为378.1毫米。此次降水过程降水量自东向西递减, 且降水量差异较大。而龙王庙镇附近 (除蓝旗) 其他自动站, 降水量较龙王庙相差100多毫米。由此可以看出龙王庙镇特殊的地形在此次降水过程中起到了很大的增幅作用。
1.2 天气形势分析
从2017年8月3日20时500 h Pa (图略) 高空图上可以看出, 亚洲中纬度环流呈现两脊一槽形势:西西伯利亚上空为狭长的高压脊, 亚洲东海岸为另一高压脊, 两脊之间为蒙古低压, 蒙古低压不断发展加强、南压, 且不断有小槽分裂东移。西风槽位于河套附近, 588等位势线位于长江口到朝鲜半岛一线, 丹东地区位于584等位势线和580等位势线之间, 受副热带高压西北边缘偏南气流影响。4日08时丹东地区处于槽前西南气流中, 东北地区上空发展出现浅槽, 触发副高西北侧高温高湿不稳定能量的释放, 造成丹东地区出现暴雨到大暴雨局部特大暴雨天气。3日20时700 h Pa (图略) 高空图上可以看到, 丹东位于负的垂直速度区内, 急流正在逐渐建立, 到了4日08时, 丹东位于槽前偏南气流中, 有较短的高空急流存在, 急流的轴线划过丹东的上空, 龙王庙位于急流入口区的左侧。从8月3日20时850 h Pa (图略) 高空图上, 辽西地区存在明显的暖式切变;到了4日08时切变线移动到辽宁的中部, 在丹东地区上空的急流也已经形成, 有明显的辐合。925 h Pa同样存在低空急流。综上所述, 此次过程有很好的水汽输送。3日20时, 850 h Pa负的变温区在辽宁西部, 说明冷空气的侵入不明显, 主要的冷空气还是以小股扰动为主。丹东此次大暴雨主要时间段是在4日白天。地面图中 (图略) 可以看出, 自3日08时开始影响降水的地面倒槽已经生成, 倒槽内低压已经形成, 丹东地区在4日08时至4日20时处于地面低压底部, 冷锋前部, 这一时段也是主要降水时段。在这样有利的天气背景下, 高低空系统的完美配合, 上升运动加剧, 弱冷空气的入侵以及副热带高压边缘温湿气流的共同, 产生了此次大暴雨天气。
2 地形影响研究
根据地形影响气流理论[5]:
图2
由以上公式可知, 山越高, 气流的平均速度越小, 大气层结越稳定, 气流越不容易翻越山体。
如果山体较窄, 气流在遇到山体时被迫上升, 此时气流所能达到的高度为U/N;如果山体比较宽, 气流在翻山的过程中, 地转偏向力的作用明显, 此时气流所能到达的高度的量级为Rossby变形深度 与山高之比为。气流是否能够翻越山体的分界大致在Ro~1之间。如果在山体较窄的情况下, 气流能否翻山由山的高度起决定性作用;如果山体比较宽阔, 由山的坡度起决定性作用。
综上所述, 当Fr>1.3时, 山体迎风坡一侧将有可能成为“死水区”。当Fr比较小的时候, 气流容易翻越山体, 在迎风坡一侧产生垂直上升运动。
龙王庙南部为退海平原平均海拔在10米左右, 北部围绕着月牙形山区, 平均海拔为200米左右, 龙王庙主要地形为丘陵, 是沿海滩涂到山地的过渡区域。由于山体比较宽阔, 气流在经过东港市南部之后, 龙王庙的地势对气流有抬升作用, 迎风坡的抬升对降水产生了很大的增益作用。
另外, 从图2可以看到龙王庙北部为月牙形山体, 气流进入这一区域, 容易在山体的阻挡下, 产生一些回流, 由于半圆形的回流再与新进入的气流产生了辐合, 致使辐合加强。另外, 有些气流也有可能在山边做气旋性旋转, 形成地形切变线, 随着进入的气流气旋逐渐加强, 对降水也有一定的增益作用;在龙王庙的南部狭长的山区丘陵, 由于山体比较窄, 所以气流在经过山体的时候, 绕过山体, 分成两股气流, 在绕过山体以后在龙王庙镇内汇合, 两股气流有一定的辐合作用, 从而对降水起到了增益作用。
3 结语
2017年8月4~5日降水过程是由于弱冷空气入侵, 副热带高压附近的暖湿气流, 共同作用触发了此次暴雨天气。低空急流提供了很好的水汽条件, 副热带高压的稳定增加了龙王庙镇强降水的持续时间。
龙王庙由于是退海平原与森林之间的过渡地带, 特殊的地势对气流有一定的抬升作用, 引起了降水的增益。
龙王庙北部为月牙形山体, 小部分气流受到山体的阻挡, 有的产生回流, 有的在山边形成气旋性旋转, 对降水也有一定的增益作用。
龙王庙南部较窄的山体, 对进入龙王庙的气流有一定的分流作用, 分流后汇合, 辐合上升, 也对强降水产生了增益作用。
参考文献
[1]庞茂鑫, 斯公望.我国东南部地形对降水量分布的气候影响[J].热带气象学报, 1993, 9 (01) :370-374.
[2]冀春晓, 薛根元, 赵放.台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟实验[J].大气科学, 2001, 31 (02) :233-244.
[3]蔡英群, 黄岩彬, 姜善赐, 等, 台风登陆后引发的闽东内陆暴雨分析[J].气象科技, 2004, 32 (增刊) :29-32.
[4]骆荣宗.9012号台风中尺度螺旋雨带与暴雨的观测分析[J].热带气象学报, 1997, 13 (02) :173-179.
[5]Pierrhumbert and Wyman.Upstream effects of meso_sca emountains.Amos Sci, 1985, 42:977-1003.
