湘西州2014年5月24—25日暴雨天氣過程分析

摘 要 利用常規(guī)氣象觀測資料、自動(dòng)站數(shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星云圖、多普勒雷達(dá)圖、中小尺度雨量站資料和地面實(shí)況圖等多種資料分析及物理量診斷分析發(fā)生在湘西大暴雨天氣過程，結(jié)果表明：暴雨的形成是由于前期低壓倒槽發(fā)展，為暴雨積聚了大量不穩(wěn)定能量，孟灣和南海的兩條水汽通道，副高西伸、西南渦東移轉(zhuǎn)變成冷式切變；暴雨中心存在的這種明顯的低層正渦度（負(fù)散度）和高層負(fù)渦度（正散度）的耦合形勢有利于暴雨的維持和發(fā)展。這次強(qiáng)降水過程是大尺度與中尺度天氣相互作用的結(jié)果，是一次典型的干侵入過程。地面小低壓和中低層冷切尾部的輻合，加之高空反氣旋輻散以及強(qiáng)大的干侵入作用，導(dǎo)致了強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，使不穩(wěn)定能量得以徹底釋放。這次過程具有明顯的中尺度特征，MCS發(fā)展強(qiáng)烈，前期呈橢圓形結(jié)構(gòu)特征，維持時(shí)間長，移動(dòng)緩慢，造成了湘西州的強(qiáng)降雨，且強(qiáng)降雨出現(xiàn)在TBB梯度的大值區(qū)，后期隨著系統(tǒng)的東南移，MαCS轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北-西南向的強(qiáng)對流云帶，強(qiáng)雨帶與之對應(yīng)。

關(guān)鍵詞 大暴雨；大氣環(huán)流；MCS；診斷分析

中圖分類號：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.14.049

區(qū)域性暴雨[1]對農(nóng)業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)有極大的影響，因此暴雨的預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的突出重點(diǎn)研究對象?，F(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的產(chǎn)品豐富、手段多樣，如何高效地利用好這些產(chǎn)品，把握天氣過程的預(yù)報(bào)指標(biāo)對提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，特別時(shí)暴雨[2]、洪澇等災(zāi)害性的天氣預(yù)報(bào)非常重要。因此，此次對湘西州2014年5月24-25日大范圍的暴雨過程進(jìn)行的綜合分析有助于提高暴雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)水平。

湘西州位于湖南省西北部，武陵山脈自西向東蜿蜒境內(nèi)，系云貴高原東緣武陵山脈東北部，西騎云貴高原，北鄰鄂西山地，東南以雪峰山為屏。東部、東北部與湖南省懷化市、張家界市交界；西南與貴州省銅仁市接壤；西部與重慶市秀山縣、酉陽縣毗連，西北部與湖北省恩施州相鄰，系湘鄂渝黔四省市交界之地。湘西州屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征，四季分明，年降水主要集中在汛期，由于汛期旱澇不均，常有不同程度的洪澇和干旱發(fā)生，對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活影響很大。吉首市汛期（4-9月）降水量占全年總降水量的73%，暴雨日數(shù)占全年的93%。汛期[3]降水的多少?zèng)Q定了年景的旱澇趨勢，汛期降水量又主要取決于暴雨過程。

1 降水實(shí)況和災(zāi)情

1.1 降水等級劃分

一般降水可分為7級（下表1）。暴雨分為暴雨、大暴雨、特大暴雨3個(gè)量級。形成暴雨必須滿足如下的條件。充分的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。因此，在考慮暴雨時(shí)，必須分析不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存和釋放的問題。較長的持續(xù)時(shí)間：降水持續(xù)時(shí)間的長短，影響著降水量的大小。降水持續(xù)時(shí)間長是暴雨（特別是連續(xù)暴雨）的重要條件。中小尺度天氣系統(tǒng)的生命較短，一次中、小系統(tǒng)的活動(dòng)，只能造成一次短時(shí)的暴雨。因此，必須要有若干次中（小）尺度系統(tǒng)的連續(xù)影響，才能形成時(shí)間較長、雨量較大的暴雨。然而中、小尺度系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展又是以一定的大尺度系統(tǒng)為背景的，也就是說，暴雨總是發(fā)生在大范圍上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)。

1.2 降水實(shí)況

2014年5月24-25日，一場入汛以來范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長的連續(xù)暴雨過程襲擊了湖南省湘西土家族苗族自治州。全州出現(xiàn)暴雨29站，暴雨帶位于中北部各縣，以永順為中心。最大雨量為永順縣對山81.7 mm。1 h最大雨量為36.8 mm（24日08：00永順縣合作村）。25日雨帶南壓至中南部，全州出現(xiàn)暴雨20站，大暴雨1站，暴雨中心位于南部鳳凰縣境內(nèi)。最大雨量為鳳凰縣茶田117.1 mm。1 h最大雨量為67.0 mm（25日07：00鳳凰縣新場鄉(xiāng)）。全州140個(gè)區(qū)域自動(dòng)站累計(jì)降雨量紛紛超過100 mm，1 h最大降水量達(dá)67 mm，洶涌的洪水在湘西的崇山峻嶺中肆虐，沖毀了道路，淹沒了農(nóng)田，4萬多名群眾受災(zāi)，565名鄉(xiāng)親被緊急轉(zhuǎn)移。

2 成因分析

2.1 大氣環(huán)流背景及主要影響系統(tǒng)演變

5月24日08：00東亞地區(qū)高空為一槽一脊，有小槽分裂帶動(dòng)冷空氣東移影響我國高緯度地區(qū)，中低緯有小槽從高原東部分裂移出，四川盆地有低渦生成，影響湘西州降水的主要系統(tǒng)是850 hPa的低渦切變。24日20：00，850 hPa低渦向東移動(dòng)，暖切位于重慶到湘西州北部，急流位置偏南且較弱，懷化站風(fēng)速僅為14 m/s，700 hPa急流位于貴陽-宜昌，宜昌站風(fēng)速也為14 m/s，當(dāng)晚湘西州北部龍山、永順部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨；24日08：00，850 hPa低渦東移過程中減弱，切變位于宜昌-保靖-貴陽一線，西南急流增強(qiáng)，懷化站風(fēng)速達(dá)20 m/s，湘西州降水主要位于中部的花垣及古丈，24日20：00-25日08：00，切變進(jìn)一步南壓，湘西州強(qiáng)降水也隨之南壓，集中在南部的鳳凰及瀘溪。另外，25日08：00，冷空氣由北向湘西州入侵，與南部的暖空氣在湘西州北部匯合，致使湘西州北部也出現(xiàn)強(qiáng)降水。

2.2 衛(wèi)星資料分析

5月24日03：00，在貴州中部有一個(gè)強(qiáng)烈發(fā)展的α中尺度對流系統(tǒng)MαCS[3]，中心強(qiáng)度達(dá)到-70 ℃以上。同時(shí)在MαCS的北部（懷化沅陵東部）有兩個(gè)近似橢圓形對流單體發(fā)展，-32 ℃冷云蓋的短軸的長度小于1個(gè)緯距，屬于γ中尺度對流系統(tǒng)，這兩個(gè)γ中尺度對流系統(tǒng)逐漸加強(qiáng)東移，并于08：00合并形成α中尺度對流系統(tǒng)MαCS（見圖1），造成了湘西州西部出現(xiàn)的強(qiáng)降雨，上午12：00，兩個(gè)MαCS在緩慢東移過程中合并（見圖2），造成湘西州大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水短時(shí)強(qiáng)降水。15：00左右，強(qiáng)降水云團(tuán)明顯減弱東移，湘西州降水也隨之出現(xiàn)減弱，并慢慢停止。

以上分析說明，此次暴雨過程具有明顯的中尺度特征，MαCS發(fā)展強(qiáng)烈，前期呈橢圓形結(jié)構(gòu)特征，維持時(shí)間長，移動(dòng)緩慢，造成了湘西州的強(qiáng)降雨，且強(qiáng)降雨出現(xiàn)在TBB梯度的大值區(qū)，后期隨著系統(tǒng)的東南移，MαCS轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北-西南向的強(qiáng)對流云帶，強(qiáng)雨帶與之對應(yīng)。

2.3 物理量診斷分析

2.3.1 動(dòng)力條件

2.3.1.1 高低空急流分析

高低空急流在暴雨發(fā)生發(fā)展中有重要作用，高低空急流與暴雨的相互作用，就是經(jīng)向垂直環(huán)流與暴雨的相互作用。24日暴雨區(qū)主要位于湘西州中北部地區(qū)，25日的暴雨區(qū)主要位于湘西州西北部及南部地區(qū)。分析發(fā)現(xiàn)暴雨落區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，有利于輻合上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展。24日08：00低空急流軸由越南經(jīng)云南、貴州、湖南到湖北南部，基本呈東北-西南向；湘西州中北部位于急流軸左側(cè)；25日08：00低空急流由南海經(jīng)廣西到湖南西南部，位置偏南，即低空急流引起的輻合上升區(qū)位置偏南。水汽通量大值區(qū)與急流軸位置配合較好，低空急流提供了充沛的水汽，但此次過程濕層不深厚，強(qiáng)降水范圍不大。

2.3.1.2 垂直上升運(yùn)動(dòng)

分析暴雨時(shí)段湘西州區(qū)域散度時(shí)間剖面圖3發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生時(shí)段，湘西州上空高層輻散，低層輻合，24日08：00、25日08：00，800 hPa有輻合中心，200 hPa有輻散中心，利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，但由于強(qiáng)度較弱，致使湘西州此次降水強(qiáng)度不大。

此次降水過程，垂直速度中心與暴雨區(qū)相對應(yīng)。24日02：00，700 hPa開始有上升運(yùn)動(dòng)發(fā)生，并發(fā)展加強(qiáng)，08：00湘西州中北部出現(xiàn)垂直速度中心，此時(shí)850 hPa切變線也位于湘西州北部地區(qū)，與垂直速度中心幾近重合，此時(shí)段也為湘西州中北部降水強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)段，而南部地區(qū)仍為下沉氣流，至14：00垂直上升運(yùn)動(dòng)減弱，湘西州大部為下沉氣流；25日降水過程垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展情況與24日相近，但850 hPa切變線位置已經(jīng)壓至湘南，且出現(xiàn)南、北兩個(gè)中心，從位置上來看，此次過程700 hPa垂直速度中心與暴雨區(qū)相對應(yīng)，但是垂直速度小，中心值小于-×10-3hPa.s-1，不利于對流的發(fā)展及強(qiáng)降水的發(fā)生。

由850 hPa假相當(dāng)位溫情況來看，24日08：00湘西州中南部存在一個(gè)向東伸展的帶狀高能舌（≥75 ℃），該區(qū)域具有較高的不穩(wěn)定能量，但是此時(shí)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于湘西州北部，中部以南700 hPa為下沉氣流，上下層配合不好，而25日08：00帶狀高能舌則已經(jīng)壓至湘南，總體來說此次過程24日08：00湘西州中南部有較高的不穩(wěn)定能量，但是上升運(yùn)動(dòng)弱，25日08：00湘西州上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，但不穩(wěn)定能量已經(jīng)壓至湘南，導(dǎo)致湘西州此次過程對流發(fā)展不旺盛，降水強(qiáng)度不強(qiáng)。

2.3.2 水汽條件

從24日02：00湘西州中北部附近開始出現(xiàn)水汽輻合，并不斷加強(qiáng)，至24日09：00在湘西州北部出現(xiàn)水汽輻合中心，此時(shí)強(qiáng)降水位于湘中北，隨后水汽輻合中心南壓并減弱，因此，南部并無暴雨出現(xiàn)，24日15：00以后，湘西州降水停止。25日02：00水汽輻合在湘西州再次發(fā)展加強(qiáng)，至25日08：00水汽輻合中心最大中心值為-8×10-5· g·cm-2·hPa-1·s-1，湘西州強(qiáng)降水發(fā)生在25日06：00-10：00，在水汽輻合最強(qiáng)時(shí)段內(nèi)。此次過程水汽通量輻合整體較弱，所以強(qiáng)降水比較分散，無成片暴雨出現(xiàn)。

3 結(jié)語

這次強(qiáng)降水過程是大尺度與中尺度天氣相互作用的結(jié)果，是一次典型的干侵入過程。地面小低壓和中低層冷切尾部的輻合，加之高空反氣旋輻散及強(qiáng)大的干侵入作用，導(dǎo)致了強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，使不穩(wěn)定能量得以徹底釋放。

這次過程具有明顯的中尺度特征，MCS發(fā)展強(qiáng)烈，前期呈橢圓形結(jié)構(gòu)特征，而強(qiáng)降雨則出現(xiàn)在MCS移動(dòng)方向的前方TBB梯度的大值區(qū)。后期隨著系統(tǒng)的東南移動(dòng)，強(qiáng)降水減弱停止。

強(qiáng)降水區(qū)對應(yīng)一個(gè)從地面發(fā)展至對流層頂?shù)恼?fù)渦度柱耦合、正負(fù)散度柱耦合的典型雙偶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造成產(chǎn)生暴雨的動(dòng)力機(jī)制。渦度場耦合結(jié)構(gòu)在暴雨發(fā)生前出現(xiàn)，這對此類暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警有指示意義。

降水增強(qiáng)時(shí)段與上升速度增強(qiáng)時(shí)段有較好的對應(yīng)關(guān)系。強(qiáng)對流天氣與上升和下拽兩支氣流密切相關(guān)。此次暴雨過程是以積狀云降水回波為主，雖然強(qiáng)回波帶移動(dòng)速度很快，但強(qiáng)回波中心反射率因子達(dá)55Bz，大的反射率因子對降水貢獻(xiàn)大。強(qiáng)烈的干侵入是導(dǎo)致強(qiáng)對流天氣發(fā)生的動(dòng)力條件。

參考文獻(xiàn)

[1]邵末蘭，張寧，岳陽，等.基于距離函數(shù)的區(qū)域性暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估方法研究[J].暴雨災(zāi)害，2009，29（3）：268-273.

[2] 李細(xì)生，張萌，羅慧妮，等.湖南省雨季一次MCS的中尺度數(shù)值模擬[J].暴雨災(zāi)害，2007，26（3）：223-229.

[3]陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：42-44.

[4]葉成志，潘志祥，劉志雄，等.湘西北特大致洪暴雨的觸發(fā)機(jī)制數(shù)值研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18（4）：468-478.

（責(zé)任編輯：趙中正）