黃石市2017年6月30日至7月2日暴雨天氣過程分析

劉熠炎 童紅梅 范進(jìn)進(jìn)

摘 要 利用常規(guī)觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)站資料和衛(wèi)星云圖資料，對(duì)2017年6月30日至7月2日發(fā)生在黃石市的一次梅雨期大暴雨過程進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)分析了大暴雨的形成機(jī)制。結(jié)果表明：1）副高穩(wěn)定于東南沿海地區(qū)，高空低槽低渦緩慢東移，副高西北側(cè)強(qiáng)盛的西南氣流與低槽、低渦帶來的冷空氣在鄂東南地區(qū)交匯，導(dǎo)致了本次暴雨過程的發(fā)生;2）中低層強(qiáng)盛的西南氣流為暴雨區(qū)提供了充沛的水汽供應(yīng)、對(duì)流不穩(wěn)定能量，鄂東南處于850 hPa急流出口區(qū)或急流核前方、700 hPa急流軸左側(cè)，輻合顯著，具備良好的上升運(yùn)動(dòng)條件;3）高空短波小槽的分裂東移，促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展、對(duì)流加強(qiáng)，導(dǎo)致黃石市30日6：00—9：00、7月1日20：00至7月2日2：00出現(xiàn)了中尺度暴雨，形成了兩段集中強(qiáng)降水;4）地面3 h中尺度負(fù)變壓中心導(dǎo)致輻合、促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，其在時(shí)間上要超前于中尺度強(qiáng)雨團(tuán)的活動(dòng)，這對(duì)于提高短臨暴雨預(yù)警的預(yù)見性和時(shí)效有指示意義。

關(guān)鍵詞 暴雨;中尺度強(qiáng)雨團(tuán);中尺度負(fù)變壓

中圖分類號(hào)：P458.1+21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.079

暴雨是我國主要的氣象災(zāi)害之一，每年汛期暴雨所造成的損失極大，因此加強(qiáng)暴雨天氣預(yù)報(bào)方法的研究尤為重要[1-2]，暴雨的研究和預(yù)報(bào)也一直受到政府和氣象部門的高度重視[3]。氣象學(xué)者對(duì)暴雨天氣發(fā)生發(fā)展機(jī)理和預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究，已經(jīng)做了不少的工作。徐雙柱等[4]對(duì)湖北梅雨期暴雨的中尺度系統(tǒng)的模擬分析表明，暴雨過程具有低層切變線東移誘發(fā)出地面低壓、垂直上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生并迅速增強(qiáng)、配合豐沛水汽輸送和高不穩(wěn)定能量釋放等特征。陳鵬等[5]利用NCEP格點(diǎn)再分析資料和WRF模式輸出的高分辨率資料、自動(dòng)站降水資料、雷達(dá)資料對(duì)2010年8月14—16日發(fā)生在重慶的一次大暴雨過程進(jìn)行了數(shù)值模擬和診斷分析。但對(duì)不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同大尺度天氣背景下的中尺度暴雨的認(rèn)識(shí)還十分有限，中尺度暴雨的預(yù)報(bào)預(yù)警難度較大;而中尺度暴雨由于強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)，造成的影響和損失也越來越大[6]?；诖?，利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、加密自動(dòng)站資料、FY-2E衛(wèi)星云圖對(duì)2017年6月30日至7月2日發(fā)生在湖北省黃石市的暴雨過程、尤其是6月30日的中尺度暴雨進(jìn)行了診斷分析，以便為以后提高對(duì)此類暴雨的預(yù)見性和暴雨預(yù)警及時(shí)性提供借鑒與參考。

1 降水實(shí)況及災(zāi)情

2017年6月30日至7月2日，黃石市出現(xiàn)入梅以來的第三輪強(qiáng)降水過程，全市普降暴雨到大暴雨，過程累計(jì)雨量72.4～284.7 mm，其中黃石站152.7 mm、大冶站195 mm、陽新站157.5 mm（圖1a）;區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示，強(qiáng)降雨主要集中在30日白天（最強(qiáng)降雨時(shí)段）和1日夜間（次強(qiáng)降水時(shí)段），有2站降雨量超過250 mm，87站降雨量超過100 mm，最大降雨量284.7 mm出現(xiàn)在陽新縣三溪鎮(zhèn)。其中，2017年6月30日（29日20：00—30日20：00），黃石全市大部降大暴雨，降雨量達(dá)51.7～155 mm，國家氣象站日降水量為黃石116.5 mm、大冶129.1 mm、陽新114.3 mm，均為大暴雨（圖1b）。區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示，58站降雨量超過100 mm，最大降雨量155 mm出現(xiàn)在下陸區(qū)東方山，最大小時(shí)雨強(qiáng)64.6 mm，出現(xiàn)在陽新縣黃顙口鎮(zhèn)（30日9：00），次小時(shí)雨強(qiáng)62.9 mm出現(xiàn)在大冶西畈村（30日7：00）。逐小時(shí)雨量監(jiān)測(cè)顯示，30日7：00、8：00和9：00為最強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)30 mm的成片中尺度強(qiáng)雨團(tuán)出現(xiàn)在此3個(gè)小時(shí)內(nèi)，并且伴有6～7級(jí)的大風(fēng);10：00以后降水強(qiáng)度小于10 mm·h-1。

此次大暴雨過程導(dǎo)致黃石境內(nèi)山洪暴發(fā)，江河湖庫水位猛漲，內(nèi)澇嚴(yán)重。全市受災(zāi)人口13.8萬人，農(nóng)作物受災(zāi)面積0.884萬公頃，絕收面積0.214萬公頃;造成直接經(jīng)濟(jì)損失4 458.6萬元，其中農(nóng)業(yè)損失3 848.3萬元，家庭財(cái)產(chǎn)損失456萬元，基礎(chǔ)設(shè)施58萬元。本輪強(qiáng)降水過程，陽新縣受災(zāi)最為嚴(yán)重，陽新縣黃顙口、富池、陶港和龍港鎮(zhèn)等出現(xiàn)較嚴(yán)重災(zāi)情。

2 環(huán)流形勢(shì)特征及影響系統(tǒng)

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

6月29日20：00，500 hPa上，陜西南部有一值為580 dgpm的低渦，陜南至湖北中北部為低渦環(huán)流，鄂西南到湘西地區(qū)有一低槽，584 dgpm線位于贛北邊界，副高588 dgpm等值線在我國東南沿海地區(qū)。30日8：00，低槽東移至荊州，湖北中北部有一值為579 dgpm的低渦，陜西南部有一值為578 dgpm低渦，同時(shí)鄂東有一分裂的短波小槽（武漢偏西風(fēng)，安慶西南風(fēng)），584 dgpm等值線隨低渦低槽的東移南壓至贛中北部，588 dgpm線穩(wěn)定在東南沿海地區(qū)并略有北抬之趨勢(shì)，該時(shí)次附近時(shí)段鄂東南出現(xiàn)強(qiáng)降水。30日20：00，陜南低渦東移與湖北中北部的低渦合并，低渦環(huán)流明顯加強(qiáng)，低渦中心位置有所北抬西移;低槽仍穩(wěn)定在荊州上空，分裂的小槽東移至安徽南部;584 dgpm線穩(wěn)定于贛中北部，588線東退至東南海岸線附近。30日夜間，低渦轉(zhuǎn)動(dòng)，橢圓形低渦長(zhǎng)軸由東西向轉(zhuǎn)為東北-西南向，引導(dǎo)槽后偏北風(fēng)加強(qiáng)，低槽加深、槽前南風(fēng)發(fā)展、急流加強(qiáng)，到7月1日8：00，低渦移至河南東南部，低槽略有東移，武漢以東鄂東南地區(qū)有一分裂小槽，584 dgpm線南壓至贛中部一線，588 dgpm線退至東南海洋上。7月1日20：00，高空低渦轉(zhuǎn)豎與低槽同向合并低槽穩(wěn)定于荊州地區(qū)并明顯加深發(fā)展，584 dgpm線穩(wěn)定，588 dgpm線北抬至東南海岸線一帶（圖2）。7月2日8：00，副高588 dgpm線穩(wěn)定，低槽東移北縮;20：00低槽東移至鄂東，副高588 dgpm線穩(wěn)定于沿海，降水減弱。

分析可見，29日夜間至30日8：00，副高588 dgpm線穩(wěn)定，高空低槽、低渦系統(tǒng)緩慢東移，且有分裂的小槽影響鄂東南，導(dǎo)致30日出現(xiàn)強(qiáng)降水;此后副高588 dgpm線東退，584 dgpm線南壓，雨帶也南壓，降水強(qiáng)度明顯減弱，僅在鄂東南南部出現(xiàn)較強(qiáng)降水。1日夜間，副高588 dgpm線北抬，低渦轉(zhuǎn)動(dòng)、低槽加深緩慢東移，導(dǎo)致1日晚上又出現(xiàn)強(qiáng)降水，2日白天隨著低槽的進(jìn)一步東移、北收縮，低槽減弱，急流核區(qū)東移、北上，降水強(qiáng)度明顯減弱。

2.2 700 hPa與850 hPa環(huán)流形勢(shì)

6月29日20：00，700 hPa上西南氣流發(fā)展，江南北部的切變線北抬，西南低渦形成，急流加強(qiáng)并向北發(fā)展，長(zhǎng)沙西南氣流達(dá)18 m·s-1，西南急流核達(dá)22 m·s-1，鄂東南地區(qū)正處于急流出口區(qū)左前側(cè)、有顯著的風(fēng)速輻合，且有一暖式切變線存在，屬于強(qiáng)輻合上升區(qū)。西南急流為鄂東南大暴雨發(fā)生提供了充沛的水汽和動(dòng)力輻合抬升條件。850 hPa上，西南急流強(qiáng)度達(dá)16 m·s-1，鄂東南地區(qū)存在明顯的風(fēng)速輻合，濕度達(dá)到飽和，但700 hPa層上濕度小，形成明顯下濕上干層結(jié)，增強(qiáng)了對(duì)流不穩(wěn)定。

30日8：00，700 hPa上低渦東移至江漢平原北部，西南急流進(jìn)一步加強(qiáng)，急流軸向東北移動(dòng)，長(zhǎng)沙處西南急流核達(dá)22 m·s-1，鄂東南處于急流軸左側(cè);850 hPa形勢(shì)與700 hPa一致，兩層系統(tǒng)位置基本重合，長(zhǎng)沙處有20 m·s-1的急流核，急流核前方鄂東南地區(qū)風(fēng)速為10～12 m·s-1，存在強(qiáng)的風(fēng)速輻合。30日20：00，700 hPa低渦、切變線北抬，20 m·s-1的西南急流軸東移至南昌至長(zhǎng)江口一帶;850 hPa上，切變線仍穩(wěn)定在荊州地區(qū)，但西南氣流有所減弱，風(fēng)速輻合強(qiáng)度減小，急流軸東移。

7月1日8：00，700 hPa上，隨著低渦的轉(zhuǎn)動(dòng)，切變線轉(zhuǎn)動(dòng)?xùn)|移南壓，切變線西側(cè)偏北風(fēng)加大，但東側(cè)西南風(fēng)有所減弱，尤其是長(zhǎng)沙西南風(fēng)減弱為10 m·s-1，西南急流軸位于南昌至安慶一帶;對(duì)應(yīng)850 hPa上切變線位置與700 hPa基本一致，但切變線東側(cè)的南風(fēng)明顯發(fā)展，長(zhǎng)沙為18 m·s-1的偏南風(fēng)（SSW）。20：00，700 hPa上切變線位置穩(wěn)定少動(dòng)，急流軸位置穩(wěn)定但強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，風(fēng)速由16～18 m·s-1增大為22～24 m·s-1，武漢站風(fēng)速明星減小為2 m·s-1、長(zhǎng)沙風(fēng)速略增大為12 m·s-1，鄂東南地區(qū)輻合加強(qiáng);對(duì)應(yīng)850 hPa上形勢(shì)類似，急流軸風(fēng)速加強(qiáng)，切變線附近武漢風(fēng)速減小。2日8：00，700 hPa、850 hPa切變線東移至鄂東南地區(qū)，降水明顯減弱。

3 衛(wèi)星云圖及中尺度分析

3.1 衛(wèi)星云圖分析

分析衛(wèi)星紅外云圖演變可見：29日22：00左右，在荊州地區(qū)東南部有對(duì)流云泡出現(xiàn)，23：00左右發(fā)展加強(qiáng)、形成中β尺度對(duì)流云團(tuán)，隨后進(jìn)一步發(fā)展、面積擴(kuò)大與鄂東北的對(duì)流云團(tuán)合并，形成一條中尺度對(duì)流云帶，此云帶不斷發(fā)展，而原來副高外圍的云帶減弱，至30日8：00左右發(fā)展旺盛，影響長(zhǎng)江中下游地區(qū)（圖3）。中尺度對(duì)流云團(tuán)的不斷發(fā)展、加強(qiáng)，形成強(qiáng)對(duì)流云帶，導(dǎo)致鄂東南出現(xiàn)大暴雨。

3.2 中尺度強(qiáng)雨團(tuán)分析

中尺度暴雨分析中，將1 h雨量30mm及其以上為的定義為強(qiáng)雨團(tuán)[7];短臨預(yù)警業(yè)務(wù)規(guī)范中，將小時(shí)降水20 mm以上的稱為短時(shí)強(qiáng)降水。本次過程中，6月30日6：00—9：00時(shí)黃石出現(xiàn)了中尺度暴雨，并伴有6～7級(jí)的大風(fēng)，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)64.6 mm。湖北省區(qū)域自動(dòng)站降水量監(jiān)測(cè)顯示，30日2：00在監(jiān)利縣東南部出現(xiàn)中β尺度的強(qiáng)雨團(tuán)（30 mm以上），3：00東移至洪湖市南部，4：00移至赤壁市西部，形狀由小團(tuán)塊變成線狀，5：00強(qiáng)雨團(tuán)范圍顯著擴(kuò)大、形成中尺度雨帶，在咸寧地區(qū)西部的通城、赤壁、嘉魚一帶，6：00在咸寧地區(qū)中北部一帶，7：00在咸寧市、梁子湖、大冶市一帶，8：00移至黃石地區(qū)，9：00東移南壓至陽新東南部及黃岡地區(qū)南部，10：00進(jìn)一步東移南壓，黃石地區(qū)小時(shí)雨強(qiáng)小于20 mm，大部在10 mm以下。中尺度強(qiáng)雨團(tuán)的形成后發(fā)展加強(qiáng)，在黃石地區(qū)活動(dòng)達(dá)3 h，這是導(dǎo)致黃石6月30日出現(xiàn)大暴雨的主要原因（圖4）。7月1日20：00至7月2日2：00，也有中等偏強(qiáng)雨團(tuán)形成影響大冶南部與陽新北部一帶，導(dǎo)致暴雨，局地大暴雨出現(xiàn)，最強(qiáng)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)30～40 mm，沒有大風(fēng)出現(xiàn)。中尺度強(qiáng)雨團(tuán)的跟蹤、研判在短臨暴雨等災(zāi)害性天氣預(yù)警中具有現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 中尺度負(fù)變壓分析

利用國家氣象站逐小時(shí)加密觀測(cè)資料分析可見，30日00：00在監(jiān)利至咸寧地區(qū)西部出現(xiàn)-2 hPa的3 h變壓中心，1：00咸寧西南部進(jìn)一步降壓，出現(xiàn)-3 hPa的3 h變壓中心;4：00、5：00咸寧地區(qū)均為-3 hPa的中心;6：00時(shí)，

-3 hPa的3 h變壓中心出現(xiàn)在咸寧市至大冶市一帶;此后負(fù)變壓中心東移至黃岡南部，強(qiáng)度減弱為-2 hPa，負(fù)變壓范圍也明顯縮小。對(duì)比3 h負(fù)變壓中心和中尺度強(qiáng)雨團(tuán)演變可見，時(shí)間上負(fù)變壓中心的出現(xiàn)明顯提前于中尺度強(qiáng)雨團(tuán)，這表明地面降壓、變壓風(fēng)輻合導(dǎo)致對(duì)流發(fā)展，促進(jìn)了強(qiáng)雨團(tuán)的形成、發(fā)展。因此在短臨預(yù)警中，關(guān)注地面3 h負(fù)變壓中心的演變、移動(dòng)，結(jié)合衛(wèi)星、雷達(dá)及加密雨量站，可對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)提前作出研判，對(duì)提高短臨預(yù)警的時(shí)效性有指示意義。

4 物理量場(chǎng)診斷分析

4.1 水汽條件

6月29日白天，中低層切變線北抬，江漢平原南部至鄂東南地區(qū)的低層濕度明顯增大，20：00鄂東南地區(qū)850 hPa以下相對(duì)濕度為80%～90%，尤其850 hPa相對(duì)濕度達(dá)95%以上，但700 hPa僅為50%多;30日8：00鄂東南地區(qū)700 hPa及以下相對(duì)濕度均在95%以上，濕度更深厚。此后至7月2日20：00，鄂東南一直處于高濕區(qū)中。從比濕場(chǎng)來看，850 hPa等壓面上，從6月29日20：00至7月2日20：00鄂東南地區(qū)處于數(shù)值為14～15 g·kg-1高比濕區(qū)中;700hP上，鄂東南的比濕29日20：00為6 g·kg-1，30日8：00升為10g·kg-1，隨后在9～11 g·kg-1波動(dòng)，7月20日8：00降為7g·kg-1。

水汽通量場(chǎng)演變來看，本次過程中，鄂東南處于水汽通量大值區(qū)中，有充沛的水汽供應(yīng)。水汽通量場(chǎng)散度場(chǎng)分析可見，850 hPa等壓面上，29日20：00有一個(gè)-10×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1的水汽輻合區(qū)位于湖北東部;30日8：00，水汽輻合區(qū)增強(qiáng)、范圍明顯擴(kuò)大，有一個(gè)-20×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1水汽輻合中心區(qū)位于湖北東部，黃石處于水汽輻合核心區(qū)達(dá)-28×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1左右;30日20：00，黃石仍處于水汽輻合高值區(qū)，強(qiáng)度降為-17×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1;7月1日8：00，水汽輻合區(qū)明顯南壓東移，黃石處于弱的水汽輻散區(qū)（4×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1）;1日20：00為-8×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1，2日8：00為-10×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1，2日20：00，黃石處于弱的水汽輻散區(qū)，數(shù)值為5×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1。綜上分析表明，黃石地區(qū)30日白天水汽輻合最強(qiáng)，尤其是8：00附近，隨后隨著水汽輻合高值中心的南壓，水汽輻合減弱，7月1日夜間至2日8：00有一個(gè)再度增強(qiáng)的過程，但強(qiáng)度較30日白天明顯減弱（圖5）。水汽輻合強(qiáng)度的變化，正好與本次過程的兩次強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段相對(duì)應(yīng)。

4.2 動(dòng)力條件分析

從各時(shí)次散度場(chǎng)可見，鄂東南上空，200 hPa為輻散區(qū)，中低層為輻合區(qū)。其中，6月30日8：00最強(qiáng)，200 hPa

上div=7×10-5 s-1，為明顯輻散區(qū);700 hPa上div=-3×

10-5 s-1，850 hPa上div=-2×10-5 s-1，隨后逐漸減弱。7月1日20：00至7月2日8：00，低層輻合有略有增強(qiáng)。強(qiáng)的高層輻散、低層輻合的垂直配置，有利于產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流和暴雨天氣。散度場(chǎng)的演變，與30日黃石出現(xiàn)大暴雨相吻合。

4.3 熱力條件及穩(wěn)定條件分析

4.3.1 K指數(shù)分析

從各時(shí)次K指數(shù)來看，6月29日20：00鄂東南上空的K=30～33 ℃;30日8：00至7月1日20：00，K=38～40 ℃，7月2日8：00的K指數(shù)降為30～33 ℃。這表明，暴雨期間，鄂東南處于K指數(shù)高值區(qū)內(nèi)，K指數(shù)數(shù)值大于35 ℃，可能產(chǎn)生暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣。

4.3.2 對(duì)流有效位能CAPE分析

從各時(shí)次CAPE場(chǎng)來看，6月29日20：00，大于1 000 J·kg-1的大值區(qū)位于江漢平原南部和鄂東南地區(qū)（30°N附近）;30日20：00，大于1 000 J·kg-1的大值區(qū)位于鄂東南地區(qū)的東南部;7月1日20：00，大于1 000 J·kg-1的大值區(qū)位于荊州南部，鄂東南上空CAPE值為900 J·kg-1左右。分析表明，產(chǎn)生強(qiáng)降水之前，CAPE值均比較大。另早晨08時(shí)由于氣溫較低，CAPE值較小，但是30日8：00的CAPE值為400 J·kg-1，明顯高于7月1、2日8：00次CAPE值。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)2017年6月30日至7月2日發(fā)生在黃石的一次梅雨期大暴雨過程進(jìn)行了綜合分析，尤其是6月30日的大暴雨的著重分析，得出以下結(jié)論。

1）副高穩(wěn)定于東南沿海地區(qū)，高空低槽、低渦緩慢東移，副高西北側(cè)強(qiáng)盛的西南氣流與低槽低渦帶來的冷空氣在鄂東南地區(qū)交匯，導(dǎo)致了本次暴雨過程的發(fā)生。

2）中低層強(qiáng)盛的西南氣流，為暴雨區(qū)提供了充沛的水汽供應(yīng)、對(duì)流不穩(wěn)定能量;本次暴雨中，鄂東南處于850 hPa急流出口區(qū)或急流核前方、700 hPa急流軸附近左側(cè)，輻合顯著，西南急流為暴雨的產(chǎn)生提供了良好的上升運(yùn)動(dòng)條件。

3）本次暴雨過程中的兩次最強(qiáng)降水時(shí)段，30日6：00—9：00、7月1日20：00至2日2：00黃石出現(xiàn)了中尺度暴雨，對(duì)應(yīng)的都有高空短波小槽的分裂東移。小槽波動(dòng)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流，對(duì)于暴雨落區(qū)與時(shí)段預(yù)報(bào)有指示意義。

4）地面3 h中尺度負(fù)變壓中心導(dǎo)致輻合、促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，其在時(shí)間上要超前于中尺度強(qiáng)雨團(tuán)的活動(dòng)，因此加強(qiáng)地面3 h負(fù)變壓中心分析研判，并結(jié)合中尺度強(qiáng)雨團(tuán)分析、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料對(duì)于提高暴雨短臨預(yù)警的預(yù)見性和時(shí)效有較好實(shí)踐指示意義。

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