湘潭市暴雨過程診斷分析

黃蘊(yùn)璞 戴勁 覃麟茜

摘 要：利用NCEP逐6h再分析資料、雷達(dá)資料、常規(guī)天氣資料、國家站和區(qū)域自動(dòng)站資料，對(duì)2019年7月7—9日湘潭市一次強(qiáng)降水過程的天氣實(shí)況、環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和雷達(dá)資料進(jìn)行了天氣學(xué)診斷分析。結(jié)果表明：高空槽和中低層切變是本次強(qiáng)降水過程的主要影響系統(tǒng)，其同位相疊加和移動(dòng)緩慢是導(dǎo)致動(dòng)力條件維持的原因;西南低空急流的水汽輸送和垂直方向上的深厚濕層提供了充沛的水汽條件;低層輻合、高層輻散的配置使上升運(yùn)動(dòng)得到發(fā)展，利于低層水汽向上輸送，同時(shí)帶來熱量和動(dòng)量的垂直輸送，對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生有利;本次過程以穩(wěn)定性降水為主，回波帶的走向與系統(tǒng)的移向夾角小，“列車效應(yīng)”也是此次強(qiáng)降水過程發(fā)生的原因之一。

關(guān)鍵詞：暴雨;急流;切變;列車效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S16 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330041

引言

降水與人們生活息息相關(guān)，一直以來都是氣象學(xué)者的研究重點(diǎn)對(duì)象，有研究表明，強(qiáng)降水的發(fā)生是多尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，大尺度環(huán)流對(duì)其發(fā)生發(fā)展有制約作用、中尺度系統(tǒng)則是直接影響系統(tǒng)[1-4]。湘潭地處長江中游的南部，夏季強(qiáng)降水過程頻發(fā)，歷史經(jīng)驗(yàn)表明，從技術(shù)上對(duì)大范圍強(qiáng)降水過程進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)認(rèn)識(shí)其成因和改進(jìn)預(yù)報(bào)方法是非常有必要的，因此本文利用NCEP逐6h再分析資料、雷達(dá)資料、常規(guī)天氣資料、國家站和區(qū)域自動(dòng)站資料，對(duì)2019年7月7—9日湘潭市一次強(qiáng)降水過程的天氣實(shí)況、環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和雷達(dá)資料進(jìn)行了天氣學(xué)診斷分析，旨在尋求有預(yù)報(bào)指示意義的指標(biāo)，從而提高強(qiáng)降水過程的預(yù)報(bào)、預(yù)警和服務(wù)能力。

1 天氣實(shí)況

受高空槽、中低層切變和地面弱冷空氣共同影響，2019年7月7—9日湘潭市出現(xiàn)入汛以來最強(qiáng)的降水過程，空間分布呈“北少南多”態(tài)勢(shì)，過程面雨量為89.4mm。據(jù)7日08∶00—9日08∶00過程降水量統(tǒng)計(jì)，3個(gè)國家觀測(cè)站分別為湘潭81.1mm，湘鄉(xiāng)91.1mm，韶山78.3mm;區(qū)域站有102站≥50mm，其中39站≥100mm，過程累計(jì)最大降水量為190.1mm（雨湖區(qū)氣象局），最大小時(shí)雨強(qiáng)為38.8mm（雨湖區(qū)長城鄉(xiāng)，8日16∶00—17∶00）。

受上游和相關(guān)區(qū)域強(qiáng)降雨影響，湘江湘潭站水位從7月6日20∶00開始上漲，到10日上午洪峰到達(dá)湘江湘潭站，水文部門測(cè)得洪峰水位41.42m，流量2.63萬m3/s，這是有數(shù)據(jù)記錄以來湘江湘潭段第2高洪峰，距歷史實(shí)測(cè)最高水位41.95m僅差0.53m，流量更是創(chuàng)歷史新高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，湘潭市受災(zāi)人口達(dá)90514人，緊急轉(zhuǎn)移安置7691人，其中集中安置884人;農(nóng)作物受災(zāi)面積2494hm2，其中絕收面積103hm2;倒塌房屋102戶，嚴(yán)重?fù)p壞房屋37戶，因?yàn)?zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)16612.9萬元。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

從7月8日08∶00和20∶00的500hPa高空?qǐng)D來看，亞洲中高緯度地區(qū)為“兩槽一脊”分布，東北的低渦已經(jīng)入海，高原東部有一低槽，加之副高穩(wěn)定維持在兩廣一帶，切變系統(tǒng)深厚且移動(dòng)較為緩慢，西南急流在江南一帶不斷加強(qiáng)發(fā)展，輸送水汽，造成降水持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度較大。8日08∶00，200hPa本地處于急流出口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，500hPa在河南至貴州有一深厚低槽;700hPa、850hPa切變位于湘北，且位相重疊較好，同時(shí)湘南存在急流，本地位于急流出口區(qū)左側(cè)，全省濕度大且深厚，850hPa長沙上空比濕為15g/kg;700hPa、850hPa切變和高空急流右側(cè)的分流輻散區(qū)共同為本次暴雨提供了較好的動(dòng)力條件;同時(shí)本地處在850hPa、700hPa顯著濕區(qū)內(nèi)，較為深厚的濕層配合和西南急流源源不斷的水汽輸送為暴雨提供了良好的水汽條件。20∶00的200hPa上本地仍處于分流輻散區(qū);槽后西北氣流加強(qiáng)，使500hPa槽加深維持;700hPa低渦切變?cè)谙嬷幸员钡貐^(qū)、850hPa切變移動(dòng)到湘中以南地區(qū)，中低層西南急流仍穩(wěn)定維持，本地處于急流左側(cè)，切變自北向南緩慢移動(dòng)，造成了本地長時(shí)間的降水。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 水汽條件

從850hPa水汽通量散度和比濕綜合圖可以看出，8日08∶00（圖1a）強(qiáng)水汽輻合中心位于湘西南位置，湘潭本地水汽通量散度在-2.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1以上，比濕在20g/kg左右。據(jù)全市區(qū)域自動(dòng)氣象站和國家氣象站降水實(shí)況監(jiān)測(cè)顯示，在8日14∶00之前，湘潭市降水量均以中等強(qiáng)度降水為主;14∶00（圖1b）強(qiáng)降水輻合中心南壓，但由于前期長時(shí)間的水汽在本地輻合，湘潭地區(qū)比濕增長到24g/kg左右，且一直位于水汽輻合區(qū)，水汽旺盛，利于強(qiáng)降水的發(fā)生，全市在14∶00—20∶00出現(xiàn)了暴雨天氣;到了20∶00（圖1c）水汽輻合強(qiáng)度減小，但比濕居高不下，仍有22g/kg，因此降水雖較午后到傍晚有了明顯減弱，但仍自北向南出現(xiàn)了中到大雨、南部局地暴雨。到了9日02∶00（圖1d），水汽輻合有了明顯加強(qiáng)，加之高比濕的維持，全市出現(xiàn)了大到暴雨天氣;08∶00（圖略）水汽輻合再度減弱，比濕也減小，降水實(shí)況表現(xiàn)為雨帶南壓，湘潭市降水明顯減弱為陣雨。

3.2 動(dòng)力條件

圖2為湘潭地區(qū)（E112°～113°，N27°～28°）的渦度（圖2a）、散度（圖2b）時(shí)間—高度剖面圖。圖中可以看出，在渦度剖面圖上，8日08∶00—9日08∶00湘潭市400hPa以下均為正渦度區(qū);配合散度剖面圖可以發(fā)現(xiàn)，在這一時(shí)段700hPa以下為負(fù)散度區(qū)、以上為正散度區(qū);在900～1000hPa出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，這樣低層輻合、高層輻散的高低空配置，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生和維持提供了很好的動(dòng)力條件。且在200hPa以上的散度圖上，8日14∶00—20∶00存在2s-1以上的正散度中心，這樣高空的強(qiáng)輻散會(huì)引起強(qiáng)吸收，使動(dòng)力抬升加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)為湘潭市降水明顯增強(qiáng)、出現(xiàn)大面積暴雨發(fā)生的主要時(shí)段。8日20∶00以后高空的強(qiáng)輻散中心逐漸減小，對(duì)應(yīng)降水有所減弱，而到了02∶00以后高空強(qiáng)輻散再度發(fā)展，低層出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，對(duì)應(yīng)渦度剖面圖上在700～900hPa有3s-1的正渦度中心，相應(yīng)地動(dòng)力抽吸會(huì)加強(qiáng)，全市降水再度增強(qiáng)，出現(xiàn)了大到暴雨天氣。

沿N27.8°得到垂直速度的緯向剖面圖，可以發(fā)現(xiàn)在8日02∶00，湘潭市中低層就已出現(xiàn)垂直上升運(yùn)動(dòng)，負(fù)速度中心最大值出現(xiàn)在700hPa附近（圖略）;到了08∶00（圖3a）負(fù)速度區(qū)域有了明顯擴(kuò)展，200～900hPa整層均為垂直運(yùn)動(dòng)上升運(yùn)動(dòng)，且速度大值中心增強(qiáng)到-0.35m/s，湘潭市上午出現(xiàn)中等強(qiáng)度降水;14∶00（圖3b）負(fù)速度中心加強(qiáng)東移，但湘潭市上空仍為負(fù)速度大值區(qū)，垂直上升運(yùn)動(dòng)旺盛且延伸到100hPa，對(duì)應(yīng)此時(shí)為降水的最強(qiáng)時(shí)段;20∶00（圖3c）湘潭市垂直上升運(yùn)動(dòng)明顯減小，降水強(qiáng)度減弱;到了9日02∶00（圖3d）700hPa附近又出現(xiàn)了-3.0m/s的垂直速度大值區(qū)，但負(fù)速度區(qū)高層只到400hPa附近，因此降水雖有明顯增強(qiáng)，但不及前1d午后到傍晚的降水強(qiáng)度;08∶00（圖略）負(fù)速度大值中心東移，湘潭市降水再度減小。由于整層負(fù)速度區(qū)在我市上空長時(shí)間維持，動(dòng)力條件好，湘潭市降水累積形成暴雨。

由此可見，低層的輻合上升和高空的輻散抽吸有利于強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，加之上升運(yùn)動(dòng)的持續(xù)存在，為降水的維持提供了良好的動(dòng)力條件。

3.3熱力條件

系統(tǒng)性的暴雨過程多伴隨強(qiáng)的對(duì)流性降水，熱力條件是分析對(duì)流性降水必不可少的因子，以下結(jié)合假相當(dāng)位溫和垂直速度沿E112.5°的垂直剖面來進(jìn)行分析。

圖4為假相當(dāng)位溫θse和垂直速度的時(shí)間—高度剖面圖。從圖中可以看出這次暴雨過程發(fā)生期間，假相當(dāng)位溫大部分均在80℃以下，不穩(wěn)定能量整體偏低。

具體來看，8日08∶00前假相當(dāng)位溫等值線較為密集，說明有能量鋒區(qū)存在，但垂直上升速度較小。14∶00前后，950hPa處等值線向上凸起，說明有弱的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，此時(shí)整層垂直上升運(yùn)動(dòng)有了明顯加強(qiáng)，在700hPa附近出現(xiàn)-0.35m/s以上的負(fù)速度中心，為對(duì)流性降水較明顯的時(shí)段，最大小時(shí)雨強(qiáng)為38.8mm，出現(xiàn)在湘潭市雨湖區(qū)長城鄉(xiāng)16∶00—17∶00。隨著不穩(wěn)定能量的釋放，20∶00前后假相當(dāng)位溫等值線變稀疏，配合垂直運(yùn)動(dòng)明顯減弱，降水有了一定的減小。9日02∶00再次出現(xiàn)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，但假相當(dāng)位溫等值線稀疏，能量不強(qiáng)，以穩(wěn)定性降水為主;直到08∶00以后，垂直上升運(yùn)動(dòng)又減弱，降水再次減小。綜合分析可知，此次暴雨過程發(fā)生期間，不穩(wěn)定能量整體較弱，以穩(wěn)定性降水為主，但垂直上升運(yùn)動(dòng)間歇性增強(qiáng)和減弱，降水量時(shí)間分布不均，累積降水量大，全市普降暴雨，西部和南部大部分地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，出現(xiàn)入汛以來最強(qiáng)的降水過程。

4 雷達(dá)回波分析

利用湘潭多普勒雷達(dá)資料分析看出，此次降水過程主要是穩(wěn)定性降水為主，維持時(shí)間較長，從反射率因子來看（圖5a～d），8日凌晨至上午（圖略），影響湘潭上空的雷達(dá)回波比較分散，最強(qiáng)的回波為30dBz左右，因此上午全市區(qū)域站小時(shí)降水都在3mm以下，中午開始雷達(dá)探測(cè)區(qū)域內(nèi)有回波發(fā)生發(fā)展，12∶59在婁底、邵陽一帶不斷有降水回波生成，自西向東移動(dòng)，回波強(qiáng)度在30～40dBz之間，夾雜著單點(diǎn)的45dBz的回波，湘潭自動(dòng)站上出現(xiàn)10～20mm/h的降水，16∶24（圖5c）在湘潭市區(qū)，出現(xiàn)了小塊的>45dBz的回波，回波頂高大約在9km左右（圖5d），造成了湘潭市氣象局站點(diǎn)17∶00出現(xiàn)了38.8mm的小時(shí)強(qiáng)降水。

由于中低層切變線一直穩(wěn)定維持在湘潭上空，湘潭區(qū)域內(nèi)一直有回波生成和發(fā)展，且回波帶的走向與降水系統(tǒng)的移向方向夾角小，系統(tǒng)東移在此區(qū)域形成了列車效應(yīng)，造成了湘潭市長城鄉(xiāng)8日13∶00—19∶00出現(xiàn)了76.4mm的強(qiáng)降水，23∶00后東移南壓，湘潭此階段強(qiáng)降水趨于減弱。

5 結(jié)論

本次強(qiáng)降水過程是“兩槽一脊”型暴雨，東北地區(qū)冷渦穩(wěn)定少動(dòng)，副高穩(wěn)定維持在兩廣地區(qū)，加之中低空急流強(qiáng)盛，500hPa槽、中低層切變系統(tǒng)以及位相重疊較好，并且移動(dòng)緩慢，使得降水帶在本地停留時(shí)間較長，為本次降水提供了持續(xù)的動(dòng)力條件，另外較好的初始水汽條件、深厚的濕層以及西南急流的水汽輸送滿足了強(qiáng)降水所需的水汽條件。

湘潭一直處于水汽輻合區(qū)內(nèi)，水汽旺盛，利于強(qiáng)降水的發(fā)生;低層輻合、高層輻散的高低空配置，利于低層水汽向上輸送，同時(shí)帶來熱量和動(dòng)量的垂直輸送，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生和維持提供了很好的動(dòng)力條件;此次暴雨過程發(fā)生期間，不穩(wěn)定能量整體較弱，以穩(wěn)定性降水為主，但垂直上升運(yùn)動(dòng)間歇性增強(qiáng)和減弱，降水量時(shí)間分布不均，累積降水量大。

利用湘潭多普勒雷達(dá)資料分析看出，此次降水過程主要是穩(wěn)定性降水為主，維持時(shí)間較長，回波強(qiáng)度在30～40dBz之間，且回波帶的走向與降水系統(tǒng)的移向方向夾角小，系統(tǒng)東移在此區(qū)域形成了“列車效應(yīng)”，造成了全市普降暴雨。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2007.

[2]陸爾，丁一匯.1991年江淮特大暴雨與東亞大氣低頻振蕩[J].氣象學(xué)報(bào)，1996（6）：730-736.

[3]陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[4]丁一匯.暴雨和中尺度氣象學(xué)問題[J].氣象學(xué)報(bào)，1994（3）：274-284.

[5]歐陽也能，尹寶蓉，林明麗，黃娟，李晶，蔡海朝.湘中一次低渦切變暴雨過程診斷分析[J].暴雨災(zāi)害，2012，31（2）：168-175.

[6]彭雙姿，姚蓉，劉從省，等.“2010·05”湘中突發(fā)性強(qiáng)降水過程雷達(dá)回波特征分析[J].暴雨災(zāi)害，2010，29（4）：363-369.

[7]尹寶蓉，袁紅松，黃娟，等.2014年5月24—25日湘潭暴雨過程診斷分析[J].貴州氣象，2015，39（6）：34-39.

[8]袁紅松，林明麗，尹寶蓉，等.湘潭2012年7月16～17大暴雨天氣過程分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（30）：12104-12107.

（責(zé)任編輯 賈燦）