摘要：東港市龍王廟鎮在歷史上是大洋河中下游的水路碼頭, 每逢連雨季節河水泛濫時常遭水災。而它特殊的地理位置和便利的水陸條件, 成為丹東地區農業發展的龍頭, 但因多發的暴雨致使河水泛濫, 對農業生產影響嚴重。本文根據氣象資料, 對多發暴雨成因進行分析發現, 龍王廟鎮的地形對暴雨的強度和落區有很大的影響, 其特殊的地形作用對強降水起到增益作用。
關鍵詞：暴雨; 地形作用; 分析;
東港市位于遼東半島東端, 南鄰黃海, 東臨鴨綠江, 地勢北高南低, 呈階梯狀分布。南部為退海平原, 沿海系潮間帶灘涂, 中部為低丘坡崗, 北部為山地丘陵。龍王廟鎮位于東港市的西北部, 境域東西長9.5公里, 南北寬7.5公里, 全鎮總面積達79平方公里。鎮域地勢東高西低, 北部地勢起伏多為山地丘陵, 西南部為在洋河沖積平原, 地勢平坦, 以東北部的臥虎山最高, 海拔176米。龍王廟鎮的北部為鳳城市藍旗鎮, 藍旗鎮的68%為森林, 地勢明顯高于龍王廟鎮。大洋河自北向南流經藍旗、龍王廟鎮。
地形作用對中小尺度系統形成暴雨具有很大影響。例如地形的強迫作用對雨帶的產生有重要影響, 山前平坦地區為多雨帶, 相對山脊為雨量低值帶[1];冀春曉等通過MM5模式對0414號臺風Rananim登陸期間, 探討地形對臺風降水、臺風結構特征變化的影響, 在有無特殊地形時降水量差絕對值可達200mm以上[2];還有人認為地形抬升作用和喇叭口地形對暴雨分布有很大影響[3];駱榮宗明確指出, 地形對降水的兩種作用:一是半環形地形和狹谷地帶對邊界層氣流有明顯的輻合抬升作用, 降水系統可以在該地形發生發展、停滯。二是氣流碰到高山產生分支和匯合現象, 在匯合地區派生出地形性準定常的中小尺度天氣系統[4];也有研究表明, 強降水中心位于迎風坡上甚至山頂鄰域。由此可見, 地形對強降水影響比較復雜, 仍需要進一步作機理分析。本文主要根據2017年8月4~5日特大暴雨為例, 結合常規觀測資料和區域自動站資料進行分析, 就當地地形對暴雨影響進行探討, 總結該地多發暴雨的主要天氣系統和地形影響成因, 以期為今后農事活動進行指導。
1 天氣過程分析
1.1 降水分布情況
圖1
東港市2017年8月4~5日普降大暴雨到特大暴雨, 由圖1可知, 從8月3日20時~5日08時, 龍王廟鎮總降水量354.2毫米。主要降水時段出現在4日08時至4日16時。小時最大降水量為68.7毫米, 出現在4日09時。大洋河沿岸鄉鎮受災嚴重。截至8月8日08時, 東港市龍王廟鎮農作物受災面積17152公頃, 其中成災面積6327公頃, 緊急轉移安置人口4657人, 直接經濟損失5.6678億元。
丹東地區最大降水量出現在鳳城市藍旗鎮, 位于龍王廟鎮的北部, 大洋河流經藍旗為378.1毫米。此次降水過程降水量自東向西遞減, 且降水量差異較大。而龍王廟鎮附近 \\(除藍旗\\) 其他自動站, 降水量較龍王廟相差100多毫米。由此可以看出龍王廟鎮特殊的地形在此次降水過程中起到了很大的增幅作用。
1.2 天氣形勢分析
從2017年8月3日20時500 h Pa \\(圖略\\) 高空圖上可以看出, 亞洲中緯度環流呈現兩脊一槽形勢:西西伯利亞上空為狹長的高壓脊, 亞洲東海岸為另一高壓脊, 兩脊之間為蒙古低壓, 蒙古低壓不斷發展加強、南壓, 且不斷有小槽分裂東移。西風槽位于河套附近, 588等位勢線位于長江口到朝鮮半島一線, 丹東地區位于584等位勢線和580等位勢線之間, 受副熱帶高壓西北邊緣偏南氣流影響。4日08時丹東地區處于槽前西南氣流中, 東北地區上空發展出現淺槽, 觸發副高西北側高溫高濕不穩定能量的釋放, 造成丹東地區出現暴雨到大暴雨局部特大暴雨天氣。3日20時700 h Pa \\(圖略\\) 高空圖上可以看到, 丹東位于負的垂直速度區內, 急流正在逐漸建立, 到了4日08時, 丹東位于槽前偏南氣流中, 有較短的高空急流存在, 急流的軸線劃過丹東的上空, 龍王廟位于急流入口區的左側。從8月3日20時850 h Pa \\(圖略\\) 高空圖上, 遼西地區存在明顯的暖式切變;到了4日08時切變線移動到遼寧的中部, 在丹東地區上空的急流也已經形成, 有明顯的輻合。925 h Pa同樣存在低空急流。綜上所述, 此次過程有很好的水汽輸送。3日20時, 850 h Pa負的變溫區在遼寧西部, 說明冷空氣的侵入不明顯, 主要的冷空氣還是以小股擾動為主。丹東此次大暴雨主要時間段是在4日白天。地面圖中 \\(圖略\\) 可以看出, 自3日08時開始影響降水的地面倒槽已經生成, 倒槽內低壓已經形成, 丹東地區在4日08時至4日20時處于地面低壓底部, 冷鋒前部, 這一時段也是主要降水時段。在這樣有利的天氣背景下, 高低空系統的完美配合, 上升運動加劇, 弱冷空氣的入侵以及副熱帶高壓邊緣溫濕氣流的共同, 產生了此次大暴雨天氣。
2 地形影響研究
根據地形影響氣流理論[5]:
圖2
由以上公式可知, 山越高, 氣流的平均速度越小, 大氣層結越穩定, 氣流越不容易翻越山體。
如果山體較窄, 氣流在遇到山體時被迫上升, 此時氣流所能達到的高度為U/N;如果山體比較寬, 氣流在翻山的過程中, 地轉偏向力的作用明顯, 此時氣流所能到達的高度的量級為Rossby變形深度 與山高之比為。氣流是否能夠翻越山體的分界大致在Ro~1之間。如果在山體較窄的情況下, 氣流能否翻山由山的高度起決定性作用;如果山體比較寬闊, 由山的坡度起決定性作用。
綜上所述, 當Fr>1.3時, 山體迎風坡一側將有可能成為“死水區”。當Fr比較小的時候, 氣流容易翻越山體, 在迎風坡一側產生垂直上升運動。
龍王廟南部為退海平原平均海拔在10米左右, 北部圍繞著月牙形山區, 平均海拔為200米左右, 龍王廟主要地形為丘陵, 是沿海灘涂到山地的過渡區域。由于山體比較寬闊, 氣流在經過東港市南部之后, 龍王廟的地勢對氣流有抬升作用, 迎風坡的抬升對降水產生了很大的增益作用。
另外, 從圖2可以看到龍王廟北部為月牙形山體, 氣流進入這一區域, 容易在山體的阻擋下, 產生一些回流, 由于半圓形的回流再與新進入的氣流產生了輻合, 致使輻合加強。另外, 有些氣流也有可能在山邊做氣旋性旋轉, 形成地形切變線, 隨著進入的氣流氣旋逐漸加強, 對降水也有一定的增益作用;在龍王廟的南部狹長的山區丘陵, 由于山體比較窄, 所以氣流在經過山體的時候, 繞過山體, 分成兩股氣流, 在繞過山體以后在龍王廟鎮內匯合, 兩股氣流有一定的輻合作用, 從而對降水起到了增益作用。
3 結語
2017年8月4~5日降水過程是由于弱冷空氣入侵, 副熱帶高壓附近的暖濕氣流, 共同作用觸發了此次暴雨天氣。低空急流提供了很好的水汽條件, 副熱帶高壓的穩定增加了龍王廟鎮強降水的持續時間。
龍王廟由于是退海平原與森林之間的過渡地帶, 特殊的地勢對氣流有一定的抬升作用, 引起了降水的增益。
龍王廟北部為月牙形山體, 小部分氣流受到山體的阻擋, 有的產生回流, 有的在山邊形成氣旋性旋轉, 對降水也有一定的增益作用。
龍王廟南部較窄的山體, 對進入龍王廟的氣流有一定的分流作用, 分流后匯合, 輻合上升, 也對強降水產生了增益作用。
參考文獻
[1]龐茂鑫, 斯公望.我國東南部地形對降水量分布的氣候影響[J].熱帶氣象學報, 1993, 9 \\(01\\) :370-374.
[2]冀春曉, 薛根元, 趙放.臺風Rananim登陸期間地形對其降水和結構影響的數值模擬實驗[J].大氣科學, 2001, 31 \\(02\\) :233-244.
[3]蔡英群, 黃巖彬, 姜善賜, 等, 臺風登陸后引發的閩東內陸暴雨分析[J].氣象科技, 2004, 32 \\(增刊\\) :29-32.
[4]駱榮宗.9012號臺風中尺度螺旋雨帶與暴雨的觀測分析[J].熱帶氣象學報, 1997, 13 \\(02\\) :173-179.
[5]Pierrhumbert and Wyman.Upstream effects of meso_sca emountains.Amos Sci, 1985, 42:977-1003.
