2015年11月湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程分析*

周 慧，周 莉，劉電英，尹冬德

(湖南省氣象臺,湖南 長沙 410008)

2015年11月湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程分析*

周 慧，周 莉，劉電英，尹冬德

(湖南省氣象臺,湖南 長沙 410008)

綜合利用多源資料及NCEP/NCAR再分析資料，對2015年11月10-12日湘江流域冬季罕見的暴雨過程進行分析。結果表明，此次強降水過程是1961年有氣象記錄以來湘江流域最大洪水過程。孟加拉灣低槽東移、西太平洋副高強度偏強、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近、近地面東部冷高壓與向東移動的暖低壓在湘江流域對峙為此次強降水的發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。強降水發(fā)生在大氣層結穩(wěn)定的狀態(tài)，旺盛的西南暖濕氣流與冷空氣在湘江流域交匯，配合持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運動等條件，造成了湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程。

湘江流域；冬汛；大氣層結特征；大暴雨；假相當位溫(θse)

暴雨是我國常見的災害性天氣之一。國內外學者關于暴雨的研究大多集中在汛期[1-5]，而秋冬季暴雨[6-7]發(fā)生發(fā)展機制有著自身不同的特點[8-9]，如陳麗芳等[10]、喻淑華等[11]對秋冬季一次暴雨進行了研究，強調了低空急流強水汽輸送和動力不穩(wěn)定造成的影響。馮建民等[12]用雷達對華西一次秋冬季暴雨進行了分析，發(fā)現(xiàn)自西南向東北方向移動的“列車效應”是暴雨形成的主要原因。劉勇等[13]發(fā)現(xiàn)高空急流給強降水提供強勁的上升運動并且加強了低空急流，而低層持續(xù)強勁的冷空氣對暴雨影響顯著。黃萍[14]對2008年10月一次暴雨過程進行分析，發(fā)現(xiàn)冷空氣、熱帶低壓為此次暴雨提供有力的天氣背景條件。但對湖南冬季暴雨的發(fā)生發(fā)展機制鮮有研究。

2015年11月中上旬，湖南省出現(xiàn)了長時間連陰雨天氣，期間湘江流域發(fā)生三次暴雨，省內多個臺站降水突破歷史極值，是1961年有氣象記錄以來湘江流域最大洪水。此次暴雨是2015年冬季罕見的暴雨天氣過程，相比夏季暴雨成因具有不同的特征。本文使用多源融合資料及NCEP再分析資料對該暴雨過程進行研究，以揭示冬季暴雨的氣象成因和發(fā)展演變，提煉出預報著眼點，為減輕洪澇災害和提高冬季暴雨預報準確率提供參考依據(jù)。

1 天氣實況與降水特征概況

1.1 雨情

2015年11月上中旬，湘江流域出現(xiàn)了三次大暴雨天氣過程，降雨時段主要出現(xiàn)在7-8日、10-12日和15-17日，強降雨主要位于湘中以南地區(qū)(圖1)。永州、郴州、邵陽、衡陽、株洲等地共884個鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計雨量超過100 mm，其中永州、郴州及邵陽共170個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過200 mm，永州北湖區(qū)華塘降雨量最大為303.8 mm。雨量較歷年同期明顯偏多，致使湘江中上游發(fā)生了自1961年有氣象資料記載以來同期最大冬汛，汛情非常嚴峻。

1.2 水文及災情

受強降雨影響，湘江支流瀟水、耒水、涓水水位大幅上漲，干流衡山以上全線超警戒水位。瀟水道縣站11月13日10:41出現(xiàn)洪峰水位172.26 m，超警戒1.26 m，相應流量3 750 m3/s；共造成永州、郴州、衡陽、邵陽41個縣市區(qū)51.22萬人受災，倒塌房屋632間，轉移人口3.93萬人，因災直接經(jīng)濟損失達8.94億元。由于第二個時段10-12日暴雨強度最大，持續(xù)時間長，并且災害也較為嚴重，因此本文主要針對此次冬季暴雨過程成因進行分析。

圖1 湖南省2015年11月7-19日降水量實況圖

圖2 2015年11月副高指數(shù)變化序列圖

2 大尺度環(huán)流背景場

500hPa環(huán)流形勢特征為兩脊一槽形勢(圖略)，烏拉爾山脊加深，隨著強冷空氣侵入，強冷平流使得高空槽加深東移，副熱帶高壓也開始斷裂，槽后冷空氣與副熱帶高壓西北側的西南暖濕氣流在湘江流域地區(qū)交匯，近地面我國東部的冷高壓與向東北移動的暖低壓在湘江流域對峙為此次強降水的發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。另外，西太平洋副高強度偏強、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近，造成此次強降水過程持續(xù)時間長。本文從反映西太平洋副高的四個主要指數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)副高面積和強度變化一致，并且面積和強度變化與三次主要強降雨時段相對應，從圖2b可以看出，第2次強降雨時段副高面積和強度均為11中上旬最大，其中面積指數(shù)達到160，而強度為487，且面積和強度增加時間都較強降水提前6 h左右，因而副高面積和強度變化對強降水的發(fā)生有一定的指示意義。從圖2a可以看出在此次強降水過程中，副高脊線和西伸脊點位置都比較固定，其中脊線維持在20°～22°N，脊線位置較平均態(tài)偏北。西伸脊點維持在90°E附近，較往常偏西。副高穩(wěn)定維持有利于西側的西南暖濕氣流源源不斷的由南海和西太平洋向湖南地區(qū)輸送，水汽條件旺盛。三次強降雨時段跟副高強度和面積在特定位置上做周期震蕩有關，當副高面積偏大，強度偏強時，更容易引發(fā)強降水。

3 大氣層結特征

圖3 2015年11月11日02時-13日20時沿112°E強降水中心大氣層結Δθse(500-850)的時間-經(jīng)向剖面圖

由大氣層結 時間-經(jīng)向剖面圖可以看出(圖3)，在強降水過程中，湖南大氣層結 >0℃，表明大氣層結處于對流穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨的大值中心， 甚至能夠達到20℃，說明在低層沒有明顯的不穩(wěn)定能力存在，大氣層結非常穩(wěn)定，這是比較罕見的個例，因為穩(wěn)定的大氣層結不利于對流的發(fā)展，從暴雨理論上來講不利于暴雨發(fā)生，而湖南夏季暴雨一般都發(fā)生在不穩(wěn)定的大氣層結中[4-5]，這說明此次冬季暴雨的發(fā)生發(fā)展機制與一般夏季暴雨產(chǎn)生成因存在很大的不同，以后將加強冬季暴雨的樣本研究。

圖4 2015年11月11日02時-12日20時暴雨區(qū)渦度和散度的時間-高度剖面圖

4 氣象成因分析

4.1 水汽因子

有研究指出[13-14]，暴雨對低空急流是非常敏感的，低空急流微小變化會引起水汽條件的巨變，從而導致暴雨強度的顯著變化。11日20時，850 hPa低空有來自南海的西南急流(圖略)，中心風速超過了14 m/s，形成強烈的風場輻合，同時為暴雨區(qū)輸送了大量的暖濕氣流，而湘東南地區(qū)位于急流軸的正前方，有利于暴雨天氣的發(fā)生。

4.2 動力因子

動力抬升是暴雨發(fā)生的觸發(fā)條件，下面將從渦度、散度來分析暴雨過程的動力條件。沿強降水中心(112°E，25.5°N)做渦度和散度的時間-高度剖面圖，由渦度剖面圖(圖4a)可以看出， 500 hPa以下為正渦度，12日02時，低層渦度中心最大值為5×10-5s-1，而500 hPa以上為負渦度，負渦度大值區(qū)位于200 hPa，中心超過-6×10-5s-1，渦度中心出現(xiàn)的位置和時間對暴雨有較好的指示作用。這種配置有利于低層暖濕空氣向高層輸送，并且高層負渦度抽吸作用使得該過程動力作用加強，高低層正負渦度的配置有利于暴雨的產(chǎn)生。

從散度場(圖4b)可以看到12日02時低層850hPa散度達到 -7×10-5s-1，表明輻合明顯，對應高空400～500 hPa之間為正散度的大值區(qū)，表明有強烈的輻散，這種低層輻合高層輻散的配置有利于垂直上升運動的發(fā)展。從該強降水過程的動力條件分析表明，雖然大氣層結非常穩(wěn)定，但在暴雨期間的低層輻合、高層輻散和正負渦度的耦合，仍可產(chǎn)生大暴雨天氣，低層強水汽輻合的維持，是此次持續(xù)性暴雨發(fā)生的主要原因。

4.3 熱力因子

熱力條件是對流性降水發(fā)生的有利因子，而系統(tǒng)性的暴雨過程往往是伴隨強的對流降水。下面結合假相當位溫和垂直速度沿112°E的垂直剖面來分析該過程的熱力條件。從圖5可以看出，在25°N以北θse等值線相當密集，表明能量鋒區(qū)強，鋒前偏南風強盛，有利于對流發(fā)展，該暴雨過程為鋒后降水。

圖5 2015年11月12日02時沿112°E強降水中心的垂直速度(陰影表示垂直上升，單位：Pa/s)和假相當位溫(黑色實線，單位：K)經(jīng)向剖面圖

5 結論

本文綜合利用多源資料和NCEP/NCAR再分析資料對2015年11月發(fā)生在湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程進行了綜合分析，得到以下結論。

(1)烏拉爾山脊線加強，孟加拉灣低槽的東移，西太平洋副高強度偏強、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近，近地面我國東部的冷高壓與向東北移動的暖低壓在湘南對峙為此次強降水發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。

(2)此次冬季暴雨過程的層結特征與一般夏季暴雨有明顯的差異，即強降水發(fā)生在大氣層結穩(wěn)定的狀態(tài)下，這是比較罕見的。

(3)湘江流域位于低空急流軸的左前方，從孟加拉灣來的西南暖濕氣流與來自北方的冷空氣在此交匯，配合持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運動及高能量鋒區(qū)，為此次罕見的暴雨過程提供了有利的水汽、動力條件。

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Analysis of the Rare Rainstorm Weather Process in Xiangjiang Basin in 2015

ZHOU Hui, ZHOU li, LIU Dianying and YING Dongde

(Hu’nanProvincialMeteorologicalObservatory,Changsha410008,China)

Based on the national centers for environmental prediction global forecast system reanalysis data, weather station data and Doppler radar data, we have analyzed a heavy rain event that occurred in Hun’an in 10-12 November 2015. The results show that it was the largest flood in Xiangjiang basin since 1961. After the ridge line was strengthened in Ural, the low move to the east in the Bay of Bengal, the western Pacific subtropical high strength is stronger, the ridge line is maintained at 20°N, the cold high in the near surface area in East China and the warm low moving to northeast confrontation in South Hu’Nan, the heavy rain occurred in the advantageous circulation background, it occurred in addition to steady atmospheric stratification. The southwest moist air from the Bay of Bengal meets the cold air from the north, dynamic condition was provided by sustainable convergence and updraft, due to the heavy rain event.

Xiangjiang basin; flood; the stratification structure; heavy rain

周慧，周莉，劉電英，等.2015年11月湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程分析[J].災害學，2018，33(1)：136-139.[ZHOU Hui, ZHOU li，LIU Dianying， et al.Analysis of the Rare Rainstorm Weather Process in Xiangjiang Basin in 2015[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：136-139.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.024.]

2017-04-14

2017-07-31

2016年中國氣象局預報員專項“湘北罕見的冬汛暴雨天氣過程分析” (CMAYBY2016-049)；氣象關鍵技術與集成面上項目“基于GRAPES-MESO湖南暴雨預報技術研究” (CMAGJ2014M36)

周慧(1973-)，女，漢族，湖南長沙人，碩士，正研級高級工程師，首席預報員，目前從事天氣預報和數(shù)值預報方面的研究.E-mail：514446798@qq.com

周莉(1989-)，女，漢族，江蘇揚州人，碩士，工程師，目前從事天氣預報與研究工作.E-mail：442601285@qq.com

X43；P45；P42

A

1000-811X(2018)01-0136-04

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.024