鄂北一次秋季暴雨天氣成因分析

秦幼文 賀曉露 林金彪

摘 要：該文利用常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星云圖資料、雷達回波產(chǎn)品等，對2012年9月7—8日鄂北一次暴雨天氣過程的物理條件和可能機制進行了分析，發(fā)現(xiàn)此次暴雨屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨天氣形勢，暴雨的發(fā)生在有利的高低空系統(tǒng)配置下，暴雨出現(xiàn)在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區(qū)域中。暴雨發(fā)生前期副高的穩(wěn)定維持，為暴雨區(qū)水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨發(fā)生過程中低層急流的建立和加強，為暴雨的維持提供了充足的水汽條件。

關(guān)鍵詞：暴雨；副高；低槽；切變；急流；鋒生

中圖分類號 P458.121.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）18-0134-03

暴雨是影響我國的重要災(zāi)害性天氣之一，其發(fā)生是不同天氣尺度系統(tǒng)相互作用造成的。多年來，國內(nèi)外許多專家對其發(fā)生機制和預報方法進行了大量研究。如：趙思雄等對長江流域梅雨鋒暴雨機理進行了分析研究[1]，周玉淑等對長江流域一次暴雨過程中的不穩(wěn)定條件進行了分析[2]，王西磊等對2009年5月9—10日山東大暴雨天氣進行了分析[3]。本文從環(huán)流形勢，高低空急流及物理量場等方面對2016年9月7—8日鄂北一次暴雨天氣過程的成因作了分析。

1 天氣實況

2012年9月7日晚至8日白天，鄂北出現(xiàn)了暴雨天氣過程，暴雨中心位于鄂北的隨州市境內(nèi)，最大降水為隨州市境內(nèi)的小林鎮(zhèn)，為152.4mm；強降雨集中時段為8日00：00—14：00，最大小時雨強為隨州市境內(nèi)的淮河鎮(zhèn)，為34.2mm（圖1）。

2 大氣環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)

2.1 大氣環(huán)流形勢 此次暴雨天氣過程環(huán)流屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨環(huán)流形勢[4]。其中歐亞中高緯為“兩高兩低”的環(huán)流形勢，歐洲東部和貝加爾湖地區(qū)為高壓脊控制，西西伯利亞和52°N、128°E附近區(qū)域為深厚冷性低渦控制。中緯度地區(qū)西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）強盛，588dagpm線控制鄂西北地區(qū)，巴爾克什湖不斷有小槽分裂東移，和高原上移出的小槽合并。在中緯度低槽的作用下，副高開始東退。同時，地面有暖倒槽生成和發(fā)展，東路冷空氣沿中緯度低槽前緣南下進入倒槽導致鋒生，暴雨就是在這樣的環(huán)流形勢下發(fā)生的。

2.2 影響系統(tǒng) 500hPa天氣圖上（圖2）：7日20：00，我國東北地區(qū)有一冷性低渦存在。此時，陜西-川東有低槽東移，副高強度偏強，位置偏西。8日08：00，低槽進入湖北，副高東退，鄂北處在副高外圍的西南暖濕氣流中。此時西南急流強盛，強盛的西南急流為暴雨區(qū)提供了充足的水汽供應(yīng)。在低槽的帶動下，東北冷渦后部冷空氣開始向南擴散，冷暖氣流在副高外圍交匯，導致了強降水的發(fā)生。

700hPa天氣圖上（圖2）：7日20：00，在陜西中部-盆地中部有冷式切變線存在。8日08：00，冷式切變線東移至川東-陜南地區(qū)，鄂北處于316dagpm線西北側(cè)的西南暖濕氣流中，鄂北-豫南有暖式切變線生成。鄂北的隨州正好位于西南急流出口區(qū)左側(cè)，風速輻合明顯。從溫度場上看，我國東北地區(qū)-朝鮮半島向南有東北-西南向的冷舌伸至陜南-豫南，說明冷空氣正逐步向南入侵。

850hPa天氣圖（圖2）：7日20：00，盆地東南部有低渦存在，湖北中部有暖式切變線存在。8日08：00，暖式切變線加強，在切變線南北兩側(cè)分別有強盛的西南風急流和偏東風急流存在，兩支急流在鄂北匯合，為強降水提供了充足的水汽和水汽輻合。

地面圖天氣上（圖3）：7日08：00，地面暖倒槽由盆地逐漸向東發(fā)展，至7日20：00發(fā)展最強盛。7日20：00至8日08：00，東路冷空氣開始逐漸向南滲透影響湖北。冷空氣進入倒槽導致鋒生，促使不穩(wěn)定能量的釋放，激發(fā)強降水的產(chǎn)生。

此次暴雨天氣過程中，高層200hPa一直處于槽后強盛的西北氣流中，強大的西北風急流抽走潛熱增暖的高層大氣，有利高層輻散機制的維持。

綜上分析，500hPa低槽、700hPa和850hPa切變線及地面暖倒槽是此次暴雨天氣過程的主要影響系統(tǒng)，高層輻散、低層輻合的配置對暴雨的形成和維持十分有利，低空急流尤其是850hPa西南風和偏東風急流的建立和加強為水汽、能量向暴雨區(qū)的輸送、聚集及對輻合上升運動的維持起到十分重要的作用。

3 診斷分析

3.1 不穩(wěn)定條件

3.1.1 假相當位溫 θse是同時表征溫度和濕度的參數(shù)。通常以850hPaθse=340K作為高能暖濕氣團與一般氣團的分界線，而以500hPa和850hPaθse差值（△θse）作為衡量大氣穩(wěn)定度的一個參數(shù)（對流性穩(wěn)定度參數(shù)）。當（△θse）為負值時，大氣處于位勢不穩(wěn)定狀態(tài)[4]。從850hPaθse分布圖上看（圖4），7日20：00至8日08：00鄂北為θse大于340K的高能暖濕氣團控制。從△θse分布看，7日20：00至8日08：00，鄂北為△θse負值區(qū)，說明此時鄂北上空大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的。8日20：00，鄂北轉(zhuǎn)為△θse正值區(qū)，此時鄂北降水已基本結(jié)束。

3.1.2 K指數(shù)和Si指數(shù) 此次暴雨天氣過程中，K指數(shù)和SI指數(shù)的變化與系統(tǒng)發(fā)展配合非常一致。6日20：00至7日20：00，K指數(shù)逐漸增大。7日20：00至8日08：00鄂北K指數(shù)在32～36℃，SI指數(shù)一直處在0℃附近，說明暴雨過程中整層大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時周邊探空站7日08：00至8日08：00的溫度對數(shù)壓力圖均顯示出了顯著的位勢不穩(wěn)定，潛在不穩(wěn)定能量大。

圖4 7日20：00漢口站的溫度對數(shù)壓力

3.2 水汽條件

3.2.1 比濕 從比濕分布看，此次暴雨天氣過程中各層均呈現(xiàn)出相當高的比濕。7日20：00至8日08：00，500hPa比濕一直維持在2～4g/kg，700hPa在8～10g/kg，850hPa在12～14g/kg，說明此次暴雨天氣過程水汽充足，濕層深厚。

3.2.2 水汽通量 從水汽通量的分布看，7日20：00至8日08：00各層水汽通量不斷增大，說明整層水汽輸送在增加。8日08：00，700hPa、850hPa和925hPa鄂北水汽通量分別達到6～8g·cm-1·hPa-1·s-1、8～10g·cm-1·hPa-1·s-1和10～12g·cm-1·hPa-1·s-1。

3.2.3 水汽通量散度 水汽通量輻合中心對暴雨落區(qū)有很好的指示意義，而暴雨天氣過程中的水汽輻合主要由低層尤其是850hPa以下的邊界層中水汽輻合占很大比重，可以達到50%以上[5]。從水汽通量散度場上看，暴雨過程中850hPa和925hPa分別有2個輻合中心，一個位于鄂北，另一個位于鄂東南，且上下層的輻合中心基本重疊，中心強度達-40g·s-1·cm-2·hPa-1。而此時700hPa水汽通量散度在-10～0g·s-1·cm-2·hPa-1，500hPa水汽通量散度在0附近，說明水汽輻合主要集中在850hPa及以下各層，700hPa以上各層水汽輻合很弱或基本無水汽輻合，這和文獻[5]結(jié)論相同。

3.3 動力條件

3.3.1 渦度和散度 從此次暴雨天氣過程高低空渦度和散度場配置看，此次暴雨出現(xiàn)在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區(qū)域。這和文獻[6]結(jié)論相吻合。渦度場上，7日20：00，700～200hPa鄂北處在負渦度區(qū)中，850hPa及以下各層鄂北處在正渦度區(qū)中。8日08：00，500～700hPa開始轉(zhuǎn)正渦度控制，850hPa及以下各層正渦度明顯增大，鄂北處在+20.0×10-5s-1以上的區(qū)域內(nèi)。散度場上，7日20：00，各層輻合和輻散特征均不明顯。8日08：00，高層輻散、低層輻合的特征明顯。200hPa鄂北處在東北-西南向的強輻散區(qū)內(nèi)，至400hPa輻散明顯減弱，說明強輻散中心位于200hPa附近，這同樣和文獻[6]結(jié)論相吻合。500hPa及以下各層均為輻合，鄂北處在西北-東南向強輻合區(qū)內(nèi)，且上下層的強輻合區(qū)和輻合中心基本重疊，而且和水汽通量散度強輻合區(qū)和輻合中心一致，說明氣流在輻合上升時攜帶大量水汽，這有利于強降水的出現(xiàn)。同時，200hPa的輻散明顯大于低層輻合，說明在暴雨過程中高層的抽吸作用明顯強于低層輻合。這種高層負渦度輻散和中低層正渦度輻合相疊置的配置，有利于強上升運動的發(fā)展，促使不穩(wěn)定能量的釋放和降水的加強。

3.3.2 垂直速度 從垂直速度場上看，強降水發(fā)生時各層上升運動均明顯增強。從T639垂直速度場上看，08日08：00，在111.00°E、29.50°N～115.00°E、33.50°N區(qū)域內(nèi)，從1 000～200hPa整層大氣均處在較強上升運動中，上升運動最大值在500～600hPa，中心在114.00°E、32.50°N附近。從地面6h雨量實況可以看出，垂直上升運動中心對應(yīng)6h強降水中心。

4 中尺度特征分析

此次暴雨天氣過程是在完整的低槽云系上不斷激發(fā)中尺度對流云團產(chǎn)生的。8日00：30鄂北西南部有中β尺度對流云團生成，隨后向東北方向移動并不斷加強，04：00移出湖北。06：00低槽云系上有新的對流云團發(fā)展、加強，07：00—09：00、11：00—14：00分別有2個中β尺度對流云團自西向東移動，影響鄂北的隨州，導致隨州境內(nèi)短時強降水的出現(xiàn)。雷達回波顯示，此次強降水回波以積狀云為主的混合型回波，且具有明顯的列車效應(yīng)，最大反射率達57dBz，回波頂高14～18km，最大垂直液態(tài)含水量35kg/m2，具有強對流和短時強降水發(fā)生的顯著特征。

5 結(jié)論

（1）此次暴雨天氣過程是在有利的高低空系統(tǒng)配置下發(fā)生的，屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨天氣形勢。500hPa低槽，700hPa冷式切變線，850hPa暖式切變線，地面暖倒槽，為主要影響系統(tǒng)。地面東路冷空氣入暖倒槽導致鋒生觸發(fā)上升運動，導致降水加強。

（2）此次暴雨出現(xiàn)在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區(qū)域中。暴雨發(fā)生過程中上升運動明顯加強，上升運動最大值在500～600hPa，上升運動中心對應(yīng)強降水中心。

（3）暴雨產(chǎn)生前期西太平洋副熱帶高壓的穩(wěn)定維持，為暴雨區(qū)水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨發(fā)生過程中低層急流的建立和加強，為暴雨的維持提供了充足的水汽。

（4）水汽通量輻合中心對暴雨的落區(qū)有很好的指示意義。此次暴雨天氣過程中的水汽輻合主要集中在850hPa及以下各層，700hPa以上各層水汽輻合很弱或基本無水汽輻合。

參考文獻

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[2]周玉淑，鄧國，黃儀虹.長江流域一次暴雨過程中的不穩(wěn)定條件分析[J].氣象學報，2003，6.

[3]王西磊，呂淑芳，趙京峰，等.2009年5月9—10日山東大暴雨天氣分析[J].暴雨災(zāi)害，2009，28（2）：173-178.

[4]崔講學.湖北省天氣預報手冊-暴雨預報[M].北京：氣象出版社，2011.

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