2015年6月湘潭一次大暴雨過程中尺度分析

黃　娟，何　寧，戴　勁，尹寶蓉，游梟雄

(湖南省湘潭市氣象局，湖南　湘潭　411100)

?

2015年6月湘潭一次大暴雨過程中尺度分析

黃娟，何寧，戴勁，尹寶蓉，游梟雄

(湖南省湘潭市氣象局，湖南湘潭411100)

利用常規(guī)氣象觀測資料、高密度區(qū)域自動站降水資料、衛(wèi)星資料、雷達資料以及1°×1°NCEP再分析資料，對2015年6月7—9日發(fā)生在湘潭市西北部的大暴雨過程進行診斷分析。結果表明：這次大暴雨天氣過程是受高空槽前和副高西北側西南氣流控制，地面弱冷空氣入侵，中低層切變線和地面輻合線觸發(fā)而引起的。由于西南急流旺盛，且位于850 hPa切變線南側，使得切變線在湘中附近停滯或緩慢南壓，出現(xiàn)持續(xù)性強降水。產生湘中及以北區(qū)域暴雨的MCC發(fā)展強烈, 呈橢圓形結構特征，維持時間較長，湘潭市強降雨出現(xiàn)在其東側TBB梯度大值區(qū)上。此次過程降水回波帶一直與地面的中尺度輻合線對應，以積層混合型降水回波為主，降水回波帶中有多個對流單體呈線性排列，形成 “列車效應”給湘潭市西北部帶來長時間的對流性降水，從而造成大暴雨天氣。

高、低空急流；TBB云圖；地面輻合線；列車效應

1　引言

暴雨是長江流域夏季多發(fā)且危害嚴重的災害性天氣，常造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。因此，暴雨研究工作一直以來受到氣象學者的高度關注，也取得了一些重要成果，特別是近年來隨著衛(wèi)星、雷達等非常規(guī)資料的逐步豐富，利用高時空分辨率的資料已有可能分析出對流系統(tǒng)的結構及其發(fā)生發(fā)展過程。本文應用常規(guī)觀測資料、高密度區(qū)域自動站降水資料、衛(wèi)星資料、雷達資料和NCEP再分析資料綜合分析了2015年6月發(fā)生在湘潭市西北部的一次大暴雨天氣過程, 以探討產生暴雨的中尺度系統(tǒng)發(fā)生演變和動力機制, 尋求有預報指示意義的物理量場, 以期提高對暴雨的預報和服務能力。

2　降水實況及災情

2015年6月7日08時—9日08時湘中及以北地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨天氣過程，該次過程具有影響范圍廣、持續(xù)時間長、累計雨量大等特點。其中，7日20時—8日20時湘潭市普降中—大雨，部分暴雨，局地大暴雨。據(jù)全市110個區(qū)域自動氣象站資料統(tǒng)計(圖1)，>50 mm有45個站，其中6站在100 mm以上，強降水主要集中在湘潭市西北部，最大降水量112.4 mm(韶山新溪村)，8日03—09時為最強降水時段，最大小時雨強為24.0 mm(05—06時，韶山楊林鄉(xiāng))。

圖1　6月7日20時—8日20時區(qū)域自氣象站降水實況Fig.1　Actual precipitation of regional automatic meteorological station from 20∶00, June 7th to 20∶00 June 8th

據(jù)湘潭市民政局統(tǒng)計，全市受災人口達8 712人，緊急轉移安置77人；農作物受災面積433 hm2，其中絕收面積110 hm2；倒塌房屋8戶13間，嚴重損壞房屋27戶32間；直接經濟損失388萬元。

3　環(huán)流形勢分析

6月7日20時(圖2a)，200 hPa南亞高壓中心位于中南半島中北部；500 hPa，北支槽位于黃河中下游地區(qū)，南支槽位于貴州地區(qū)，副熱帶高壓在華南地區(qū)穩(wěn)定維持，湖南受槽前和副高西北側西南氣流控制，有利于水汽和不穩(wěn)定能量輸送；700 hPa和850 hPa均有低渦和“人”字形切變線發(fā)展，期間低空西南急流發(fā)展強烈，最強達到17 m·s-1，湘中以北區(qū)域出現(xiàn)暴雨，強降水發(fā)生在低空急流出口區(qū)的左側附近。

圖2　天氣形勢配置圖(a)7日20時；(b )8日08時(黑色實線為200 hPa上1 252線(單位dagpm)；藍色實線為500 hPa上的588和584線(單位dagpm)；棕色實線為500 hPa高空槽；棕色雙實線和箭頭分別為700 hPa切變線和急流；紅色雙實線和箭頭分別為850 hPa 切變線和急流；紅色“D”為低渦；黑色風向桿為850 hPa風場)Fig.2　Weather situation Diagram (a) 20∶00, June 7th; (b) 8∶00, June 8th (the black solid line is the 1 252 line above 200 hPa, unit:dagpm; the blue solid line is line of 588 and 584 of 500 hPa, unit: dagpm; the brown solid line is upper trough of 500 hPa; the brown double solid line and arrow are 700 hPa shear line and jet; the r

8日08時(圖2b)，200 hPa南亞高壓中心東移至西南地區(qū)，湖南省處南亞高壓東北側的分流區(qū)，高空輻散強；500 hPa北支槽東移至華北地區(qū)，槽后西北氣流引導冷空氣南下，南支槽被副高阻擋，穩(wěn)定少動；700 hPa冷式切變東移南壓，850 hPa切變位于貴州南部—湘中—皖南地區(qū)，西南急流從廣西延伸至江南大部地區(qū)，此時湘中地區(qū)降水明顯。8日20時(圖略)，500 hPa中緯度氣流平直，南支槽南落；中低空西南氣流加強，700 hPa及850 hPa切變東移北抬，兩層切變在長江下游地區(qū)疊加，湘潭市的強降水過程基本結束。

地面圖上(圖略)，7日20時，我國西北地區(qū)東南部受高壓控制，西南地區(qū)有一熱低壓，湘西南—湘東北處低壓倒槽中，地面有中尺度輻合線生成；08日02—08時，受北支槽后西北氣流引導，地面冷空氣滲透南下，與暖濕氣流匯合，地面輻合線維持，觸發(fā)短時強降水，正好對應湘潭市出現(xiàn)短時暴雨的時段。

這次大暴雨天氣過程是受高空槽前和副高西北側西南氣流控制，地面弱冷空氣入侵, 中低層切變線和地面輻合線觸發(fā)而引起的。

4　物理量場診斷分析

4.1高、低空急流

圖3為300 hPa高空急流場和850 hPa低空急流場的配置，從圖中藍色虛線可以看出，7日20時(圖3a)，我國華北上空高已經存在一個最大風速在45 m·s-1以上的急流中心，即高空急流核(中尺度高空急流)。它繼續(xù)發(fā)展并向東移動，8日02—08時(圖3b、3c)，高空急流核東西向帶狀加強,并移到山東上空，湖南省位于高空急流入口區(qū)的右側，高空輻散作用強。高空急流發(fā)展的同時也引導低空急流的發(fā)展和走向，并通過垂直環(huán)流影響低空急流。從圖中紅色實線可以看出，低空急流從7日14時(圖略)已開始逐漸發(fā)展，到8日02時(圖3b)，低空急流發(fā)展到最廣，強度達到最強，急流強中心主要在湘贛一帶。湘潭位于低空急流出口區(qū)的左側，湘潭市開始出現(xiàn)短時暴雨。8日08(圖3c)時發(fā)展集中在江西—福建地區(qū)。在這之后低空急流強度跟范圍逐漸減小。低空急流在暴雨的形成和發(fā)展過程中不斷輸送水汽，為暴雨的發(fā)展建立了通暢的水汽通道。而且西南暖濕氣流的輸送產生了位勢不穩(wěn)定層結，它是暴雨區(qū)低空上升氣流的建立者和對流不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)者。此次過程中，西南急流旺盛，且位于850 hPa切變南側，使得切變在湘中附近停滯或緩慢南壓，出現(xiàn)持續(xù)性強降水，從而造成大暴雨天氣。

圖3　2015年6月7日20時—8日14時(時間間隔6 h)的300 hPa(a,b,c,d)的高空急流(藍色虛線，等值線間隔為5，風速≥25 m·s-1)和850 hPa的低空急流(紅色實線，等值線間隔為2，風速≥12 m·s-1)Fig.3　300 hPa upper-level jet stream (the blue dotted line, contour line interval being 5, wind velocity ≥25 m·s-1 ) from 20∶00, June 7th,to 14∶00, June 8th (with time interval of 6h) and 850hPa low-level jet (the red solid line, the contour line interval is 2, wind velocity ≥12 m·s-1 )

4.2假相當位溫

從6月7日20時—8日20時850 hPa的假相當位溫水平面圖(圖略)可以看出假相當位溫等值線的密集地帶主要在長江中游地區(qū)。8日02時，湖南省位于能量鋒區(qū)南側的高能帶狀區(qū)內，能量舌走向與鋒區(qū)大致平行；之后能量鋒區(qū)逐漸往南移動至湘北，其移動方向正反映了強雨帶的走向。

沿112.8°E做假相當位溫的垂直剖面圖(圖4)，根據(jù)假相當位溫線隨高度的變化，可分析暴雨區(qū)域的對流不穩(wěn)定情況及上升和下沉運動狀況。圖4的4幅圖中，在33～36°N的范圍內，即強暴雨中心處，在300 hPa以下假相當位溫線近于直立，說明低層有強烈的垂直上升運動。同時，本地700～925 hPa上，鋒區(qū)上的假相當位溫都是隨高度而減小的，說明本地上空為對流不穩(wěn)定區(qū)域，對流活動很強。強烈的垂直上升運動，可將這些低層的不穩(wěn)定能量向上輸送，有利于強對流天氣的維持和發(fā)展。

圖4　2015年8日02—20時(每隔6 h)沿112.8°E假相當位溫垂直剖面(單位：℃)Fig.4　eauivalent potential temperature vertical cross section along 112.8°E from 2∶00 to 20∶00, August 2nd (with interval of 6 hours)

4.3垂直速度

垂直運動對天氣系統(tǒng)的發(fā)展有著極其重要的作用,而且直接影響著暴雨的形成和發(fā)展。大量的水汽、熱量、動量、渦度等都需要有強的垂直運動作為輸送通道。沿27.8°N做垂直速度剖面圖(圖5)，由于是以P坐標系計算的速度，因此負值為上升運動區(qū)，正值為下沉區(qū)。從圖中看本地上空垂直速度的變換，可發(fā)現(xiàn)在暴雨發(fā)生時段都有明顯的垂直上升運動。7日20時(圖5a)在113°E附近有強的垂直上升運動，中心強度>0.3 m·s-1的上升運動將底層的暖濕水汽輸送到對流層高層，凝結降水。到8日08時(圖5b)強的垂直上升帶擴展到整層大氣，且范圍更大，最大速度中心維持在0.24 m·s-1以上。7日20時—8日08時這個最大垂直上升運動中心的存在與最強降水時段相一致。到8日14時(圖5c)最大速度中心再次加強至0.3 m·s-1以上，但強中心位置東移至115°E附近，此時正值湘潭東部及南部強降水時段。由此可見垂直速度大值中心與暴雨中心有非常好的對應關系。

5　中尺度對流云團的活動

圖6給出FY-2D相當黑體亮溫(TBB)圖，7日20時開始，在貴州東南部有一些小的對流單體生成，并逐步發(fā)展。到7日23時(圖6)，位于貴州東南部的對流云團A出現(xiàn)了亮溫<-60 ℃的中心，該云團沿850 hPa切變線向東移動，并不斷與其周圍的小對流單體發(fā)生碰并作用，發(fā)展加強。8日02時，對流云團A 和B已逐漸合并發(fā)展成一個β中尺度的MCC，云頂亮溫中心<-70 ℃，該云團位于湘黔交界處上空，其東部邊界已觸及湘潭，湘鄉(xiāng)和韶山西北部開始出現(xiàn)有效降水；位于廣西東北部的對流云團C也開始與該MCC發(fā)生碰并。8日05時，對流云團A、B和云團C合并發(fā)展成α中尺度對流復合體D(MCC)，此時MCC的強度和范圍達到鼎盛，呈橢圓形結構特征,中心亮溫<-70 ℃的范圍擴大；湘潭此時處于MCC東側的TBB梯度大值區(qū)上，韶山和湘鄉(xiāng)降水逐漸加強。07時,可以看到MCC的中心部分已經斷裂開來，08時(圖略)強度逐漸減弱。但由于MCC范圍廣闊，移動較緩，04—09時，韶山和湘鄉(xiāng)西部的降水持續(xù)，出現(xiàn)了短時暴雨。11時(圖略)已經減弱成不連續(xù)的云帶(TBB≤-20 ℃的區(qū)域)，位于湘中偏南地區(qū)，湘潭市降水減弱，隨著之后整個云帶逐漸消散，降水停止。

圖5　7日20時—8日14時沿27.8°N做的垂直速度剖面圖(單位：m·s-1)Fig.5　The vertical speed cross section along 27.8°N from 20∶00,June 7th to 14∶00, June 8th (unit: m·s-1)

圖6　FY-2D相當黑體溫度(TBB，色斑)，7日23時—8日07時的逐小時演變圖Fig.6　FY-2D equivalent black body temperature (TBB, color spot), hourly evolution map from 23∶00, June 7 to 7∶00, June 8

6　雷達回波演變特征

6.1雷達反射率因子分析

在雷達反射率因子圖上(圖7a-7d)，湘中偏北地區(qū)回波范圍較廣，呈東北—西南向分布，在層狀云降水回波內鑲嵌有多個小尺度的強對流單體，這些強對流單體以帶狀結構組成回波群，表現(xiàn)為積層混合云降水回波特征。8日02時，對應地面的一條東西向的中尺度輻合線，降水回波帶主要位于長沙—婁底—邵陽一帶，之后有大片回波從婁邵地區(qū)向東北移動逐漸影響湘潭。8日05—06時(圖7a、7b)，韶山西北部不斷有>45 dBz強回波出現(xiàn)，并加強往東北方向移動，造成韶山楊林鄉(xiāng)出現(xiàn)小時雨強24.0 mm/h的降水。08時開始，地面輻合線略有南壓，主雨帶回波也緩慢南壓。由于水汽的不斷供應，地面輻合線的位置穩(wěn)定少動，結構密實的大片回波一直維持到下午14時，造成湘鄉(xiāng)、韶山的長時間降水，8日02—14時區(qū)域自動站點上>50 mm有35個站，其中>100 mm有3個站，大暴雨站點主要集中在湘潭市西北部，16時之后，隨著系統(tǒng)南壓減弱，湘潭市的持續(xù)強降水隨之逐漸減弱。

圖7　8日 0.5°仰角雷達反射率因子圖(a)5時25分，(b)5時43分，(c)10時32分，(d)14時13分，(e)5時31分，(f)5時31分垂直剖面圖Fig.7　Base reflectivity(a～e) at 5∶25,5∶43,10∶32,14∶13 and 5∶31 at 0.5°elevation and cross section (f) at 5∶31 BT ,8 June 2015

湘潭最大小時雨強出現(xiàn)在8日05—06時，因此對8日5時31分反射率因子圖(圖8e)中黑色線條位置做垂直剖面(圖7f)，可以看到回波中多個對流單體呈線性排列，里面有45 dBz的高強度回波單體，強回波中心接地，大于30 dBz的回波基本處于6 km以下，單體具有低質心結構，這種低質心、高效率的“列車效應”回波很容易產生暴雨或大暴雨。

6.2雷達徑向速度

從8日04時20分的 0.5°仰角雷達徑向速度圖(圖8a)可以看出有一條風場不連續(xù)線，零線在速度圖上呈“L”型，表明有此時冷鋒過境，從圖8b可以看出，在上下正負徑向速度區(qū)分別有明顯的正、負徑向速度大值區(qū), 負速度最大值達17 m/s，正負徑向速度中心的存在表明有低空急流的存在，且第一個距離圈內零速度等值線為反“S”型，測站上空的風由偏北風隨高度轉為偏西風，表明風向隨高度逆轉，在雷達有效探測范圍內有冷平流。由于冷暖空氣在湘潭市上空交匯，從而有利于大降水的發(fā)生。

圖8　雷達徑向速度圖(a)4時20分0.5°仰角雷達速度圖，(b)9時10分1.5°仰角雷達速度圖Fig.8　Radar radial velocity map (a) 4∶20 0.5°elevation radar velocity map, (b) 9∶10 1.5°elevation radar velocity map

7　小結

①這次大暴雨天氣過程是由于受槽前和副高西北側西南氣流控制，地面弱冷空氣入侵, 中低層切變線和地面輻合線觸發(fā)而引起的。

②西南急流旺盛，且位于850 hPa切變線南側，使得切變線在湘中附近停滯或緩慢南壓，出現(xiàn)持續(xù)性強降水，從而造成大暴雨天氣。

③垂直速度大值中心與暴雨中心有非常好的對應關系，強烈的垂直上升運動，將低層的不穩(wěn)定能量向上輸送，有利于強對流天氣的維持和發(fā)展。

④產生湘中及以北區(qū)域暴雨的MCC云團發(fā)展強烈, 呈橢圓形結構特征, 維持時間較長,湘潭我市強降雨出現(xiàn)在其東側TBB梯度大值區(qū)上。

⑤此次過程主要以積層混合型降水回波為主，降水回波帶一直與地面的中尺度輻合線對應。東北—西南向的降水回波帶中有多個對流單體呈線性排列，形成 “列車效應”給湘潭市西北部帶來長時間的對流性降水，這是導致湘鄉(xiāng)、韶山局地大暴雨的直接原因。

[1] 陶詩言,等.中國之暴雨[M].北京:氣象出版社,1980:1-225.

[2] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文.天氣學原理和分析方法[M].北京：氣象出版社,2007.

[3] 丁一匯.暴雨和中尺度氣象學問題[ J].氣象學報,1994,52(3):274 -283.

[4] 田瑩,戴澤軍,隋興斌,等.2011年湖南一次暴雨過程中尺度分析[J].氣象科學,2014,34(5):556-563.

[5] 陳靜靜,葉成志,陳紅專,等.“10·6”湖南大暴雨過程MCS的環(huán)境流場特征及動力分析[J].暴雨災害,2011,30(4):313-320.

[6] 歐陽也能,尹寶蓉,辜倩,等.西南低渦造成湘中一次大暴雨天氣過程的診斷分析[J].貴州氣象,2013,37(5):6-11.

[7] 羅曉松,方標,嚴小冬.黔東北一次局地特大暴雨天氣的雷達回波特征分析[J].貴州氣象,2014,38(6):16-19.

[8] 朱家亮,賀科,鄧建國,等.2014年5月衡陽3次暴雨過程診斷分析[J].貴州氣象,2015,39(1):35-41.

[9] 陳偉,唐明輝,張勁強,等.湘東北一次大暴雨“列車效應”特征分析和預警服務[J].廣東氣象,2014,36(4):38-43.

Meso-scale Analysis on a Heavy Rainfall Event in June 2015 in Xiangtan

HUANG Juan,HE Ning,DAI Jin,YIN Baorong,YOU Xiaoxiong

(Xiangtan Meteorological Bureau, Xiangtan 411100，China)

Diagnostic analysis was performed on a heavy rainfall from 7th to 9th in June 2015 in northwest Xiangtan with conventional and intensive observations , the satellite data, the Changsha Doppler radar products,NCEP 1°×1° global analysis data. The results show that this rainfall event was caused by the southwesterly current in the front of the high level trough and on the subtropical high northwest side, weak cold air of ground, the shear line at the low and middle levels and surface convergence line. Because the southwest jet located in the south side of 850hPa shear line was strong, the shear line was stagnant or slowly moving toward the south and bring torrential rain to central Hunan. This rainfall event was directly caused by typical MCC ,which is oval structure characteristics and maintain a long time. Heavy rain-belt occurred at the east of the MCC where TBB gradients have big values. Radar data analysis shows that rainfall echo belt with a lot of convective storm development was mainly made up of mixed echo of cumuliform cloud. The highly coincidence of surface convergence line and rainfall echo belt was the main causes for the formation of "train effect", which produced a long time convective rainfall in northwestern Xiangtan.

upper and low level jet; TBB images; surface convergence line; "train effect"

1003-6598(2016)02-0032-08

2015-07-30

黃娟(1988—) 女，助工，主要從事天氣預報工作，E-mail:2468549270@qq.com。

P458.1+21.1

B