2013年5月25—27日常德市強(qiáng)降水天氣過程分析

佘高杰 汪思蓓 賈岸斌

摘要 ? ?針對(duì)湖南省常德市2013年5月25—27日的一次強(qiáng)降水天氣過程，利用NCEP再分析資料、FY2E衛(wèi)星反演的TBB資料以及常規(guī)氣象觀測(cè)資料，從天氣形勢(shì)、物理量場(chǎng)以及中尺度系統(tǒng)等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高空低槽、西南低渦、高低空急流是導(dǎo)致本次強(qiáng)降水過程發(fā)生的主要影響系統(tǒng);200 hPa西風(fēng)急流有利于高層質(zhì)量輻散的增強(qiáng)，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強(qiáng)烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發(fā)展，為此次暴雨發(fā)生提供了動(dòng)力條件;西南低渦在向東北方向移動(dòng)的過程中，將中低層西南急流向北輸送的水汽和不穩(wěn)定能量卷入，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了充足的水汽和不穩(wěn)定能量;TBB資料對(duì)本次強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展及落區(qū)有較好的指示意義。

關(guān)鍵詞 ? ?強(qiáng)降水;西南低渦;高低空急流;湖南常德;2013年5月25—27日

中圖分類號(hào) ? ?P458.3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）23-0184-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

常德市地處湖南省北部，西接武陵山脈，東銜洞庭湖泊，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。暴雨是常德的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，暴雨及其衍生的次生災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及群眾生活影響明顯。長(zhǎng)久以來，很多學(xué)者利用多種氣象資料從不同角度對(duì)暴雨進(jìn)行了深入的研究和探討。朱乾根等[1]在對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)強(qiáng)暴雨形成機(jī)理研究中指出，高空急流、低空急流和邊界層急流上下耦合，使得暴雨區(qū)既存在深厚的熱力不穩(wěn)定機(jī)制，又存在水汽輸入機(jī)制和熱力不穩(wěn)定的觸發(fā)機(jī)制，從而形成強(qiáng)暴雨。董光英等[2]對(duì)湖北一次西南渦東移誘發(fā)的罕見暴雨診斷分析中發(fā)現(xiàn)，西南低渦東移過程中，水汽不斷向低渦內(nèi)卷入，形成了強(qiáng)水汽輻合，為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。胡中明等[3]采用FY-2C紅外云圖反演的逐時(shí)TBB資料對(duì)吉林一次區(qū)域性暴雨分析發(fā)現(xiàn)，TBB低值區(qū)覆蓋范圍、大小以及持續(xù)時(shí)間與暴雨的落區(qū)、強(qiáng)度以及發(fā)生時(shí)間等有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。肖遞祥等[4]在對(duì)“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析中指出，MCS是暴雨的直接影響系統(tǒng)，引發(fā)強(qiáng)降水的MCS多是多單體對(duì)流系統(tǒng)，同時(shí)云區(qū)TBB值越低，表明云頂高度越高，對(duì)流越旺盛。本文利用NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛(wèi)星反演的TBB資料以及常規(guī)氣象觀測(cè)資料等，從天氣形勢(shì)、物理量場(chǎng)以及中尺度系統(tǒng)等方面對(duì)常德市2013年5月25—27日的一次強(qiáng)降水天氣過程進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以期對(duì)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)及分析等提供一定的參考依據(jù)。

1 ? ?強(qiáng)降水過程概況

2013年5月25—27日，常德市出現(xiàn)一次強(qiáng)降水天氣過程，降水時(shí)間集中、強(qiáng)度大，造成部分農(nóng)田被淹，農(nóng)作物受災(zāi)嚴(yán)重。強(qiáng)降水主要集中在澧水流域及桃源北部—漢壽南部一線，以大到暴雨為主，局地大暴雨，見圖1（a）。強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在5月25日晚到26日。據(jù)區(qū)域自動(dòng)氣象站資料分析，5月25日8：00至27日8：00，全市累計(jì)平均降水量66.7 mm，澧縣面雨量達(dá)80.6 mm，為全市最大。主要降水時(shí)段為25日20：00至26日20：00，全市共出現(xiàn)27站次大暴雨、115站次暴雨、87站次大雨，最大降水出現(xiàn)在澧縣青龍窖（177.3 mm），青龍窖26日8：00—11：00 3 h降水量達(dá)131.2 mm。

2 ? ?大氣環(huán)流背景及主要影響系統(tǒng)

高空低槽和西南低渦東出、槽前西南急流輸送的暖濕空氣輻合抬升，中低層切變配合地面弱冷空氣，導(dǎo)致此次強(qiáng)降水過程的發(fā)生。從天氣形勢(shì)演變來看，25日8：00 500 hPa中高緯地區(qū)為平直的西風(fēng)氣流，低槽位于甘肅南部—四川中部一線，700 hPa低渦在四川中東部地區(qū)已形成，但輻合較弱，850 hPa西南急流位于云貴地區(qū)以及兩廣一帶。

由圖1（b）可知，25日20：00，200 hPa低槽位于河套西部—四川中部一線，常德市處于200 hPa低槽前部，200 hPa中緯度西風(fēng)急流較強(qiáng)盛，在東經(jīng)110°、北緯30°附近分流，湘北處于急流入口區(qū)的右側(cè)。此時(shí)500 hPa低槽已東移至河套—四川東部地區(qū)，700 hPa低渦東移至重慶—鄂西地區(qū)，常德市處于低渦的右前方，850 hPa西南急流已北抬至湘中以北地區(qū)，并且強(qiáng)度迅速加強(qiáng)，懷化站西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)14 m/s，925 hPa在湘中以北地區(qū)維持一東西向的切變線。地面圖上，低壓中心位于貴州中部，常德市處于低壓倒槽中。25日20：00前常德市已有弱降水發(fā)生，20：00之后降水逐漸加強(qiáng)。200 hPa西風(fēng)急流有利于高層質(zhì)量輻散的增強(qiáng)，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強(qiáng)烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發(fā)展，而中低層的西南急流為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了充足的水汽和不穩(wěn)定能量。

26日8：00，500 hPa低槽已移至山西南部—鄂西一帶，700 hPa低渦位于河南南部—湖北北部，且繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，850 hPa西南急流繼續(xù)加強(qiáng)并向東擴(kuò)展，懷化站已轉(zhuǎn)為西風(fēng)，風(fēng)速減為10 m/s，地面處于低壓底部。26日20：00， 500 hPa低槽繼續(xù)東移，常德市位于低槽底部，700 hPa已轉(zhuǎn)偏北氣流，850 hPa冷式切變位于湘中以北一線。降水南壓至沅水流域，且強(qiáng)度明顯減弱。至27日8：00 500 hPa低槽東移至山東—江西北部，700 hPa低渦移至蘇皖北部—山東南部，925 hPa切變南壓至湘南，地面轉(zhuǎn)為低壓后部偏北氣流。此次強(qiáng)降水過程對(duì)常德市的影響基本結(jié)束。

3 ? ?物理量場(chǎng)分析

3.1 ? ?水汽條件

水汽輸送是降水發(fā)生的重要條件，但源源不斷的水汽輸送能否在某個(gè)區(qū)域集中起來更值得關(guān)注，水汽通量散度則可以反映逐層水汽的集中情況[5]，一般而言，850 hPa水汽通量散度與降水關(guān)系最為密切。本次強(qiáng)降水主要集中在25日晚至26日，其中26日凌晨至上午降水最為明顯。從850 hPa水汽通量散度場(chǎng)來看，26日2：00西南急流源源不斷地向湘鄂地區(qū)輸送水汽，見圖2（a），湘鄂黔交界處形成了1條西南—東北向的水汽輻合帶，中心強(qiáng)度達(dá)-12×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，并繼續(xù)向東擴(kuò)展，此時(shí)常德市西部地區(qū)已有弱降水發(fā)生，26日8：00西南急流東擴(kuò)，在鄂中—湘西北地區(qū)形成了1條明顯的西南—東北向的切變線，水汽輻合大值區(qū)位于鄂中，達(dá)-10×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，常德市上空水汽通量散度在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1間，全市降水加強(qiáng)，北部澧水流域出現(xiàn)暴雨，見圖2（b）。

由圖2（c）可知，26日14：00 850 hPa切變繼續(xù)東移，常德市上空切變輻合減弱，但水汽通量散度仍維持在-4×10-5 ～ -2×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1間。至26日20：00常德市850 hPa上空轉(zhuǎn)為偏北氣流，見圖2（d），水汽通量散度輻合中心南壓，常德市北部澧水流域水汽輻合明顯減弱，南部沅水流域地區(qū)水汽通量散度維持在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1間，強(qiáng)降水隨之南壓至南部地區(qū)。至27日8：00，常德市850 hPa轉(zhuǎn)為輻散中心，降水過程結(jié)束。

3.2 ? ?熱力條件

假相當(dāng)位溫（θse）是表征溫濕特征的物理量，其值大小反映了顯熱能和潛熱能的高低，其高值中心反映了大氣能量的積累。通常取θse=340 K（約67 ℃）為高能暖濕氣團(tuán)和一般氣團(tuán)的分界線[6]，而假相當(dāng)位溫的密集處（假相當(dāng)位溫梯度的極大值處）可以表示能量鋒區(qū)或鋒面所在的位置[7]。

分析850 hPa θse值，在25日8：00整個(gè)湘北地區(qū)已處于高能區(qū)，θse最高值達(dá)80 ℃，說明前期濕溫能量蓄積為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利條件，在湖北北部地區(qū)存在1個(gè)60 ℃的低值中心，湖北中部一線存在1條明顯的能量鋒區(qū)，此時(shí)湖北中部出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水，常德市部分地區(qū)降水逐漸開始，但強(qiáng)度較弱。

由圖3（a）可以看出，26日2：00隨著西南暖濕氣流的加強(qiáng)，高能舌向東北方向擴(kuò)展，此時(shí)能量鋒區(qū)位于貴州北部—重慶—湖北西部一線，與低層切變較為吻合。26日8：00，能量鋒區(qū)東移至湘鄂—湘黔交界處，常德市處于θse能量鋒區(qū)邊緣，靠近高能中心的一側(cè)，此時(shí)常德市北部澧水流域出現(xiàn)強(qiáng)降水，見圖3（b）。由圖3（c）可知，26日14：00，湘黔交界處的能量鋒區(qū)迅速南壓，湘鄂交界處的能量鋒區(qū)逐漸東移，常德市處于能量鋒區(qū)內(nèi)，且θse≥68 ℃，強(qiáng)降水仍然維持。26日20：00，θse能量鋒區(qū)迅速東移至湖北東部—江西北部一帶，見圖3（d），常德市θse值降至68 ℃以下，北部降水基本停止，南部降水也逐步減弱。從此次850 hPa θse場(chǎng)分析來看，θse的大值區(qū)（即高能暖濕氣團(tuán)）為強(qiáng)降水蓄積了大量能量，但氣團(tuán)中未必能產(chǎn)生大面積的強(qiáng)降水，強(qiáng)降水主要還是位于能量鋒區(qū)偏高能中心一側(cè)。

3.3 ? ?動(dòng)力條件

經(jīng)驗(yàn)表明，單站上空有強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，也就是有次級(jí)環(huán)流產(chǎn)生，才有利于強(qiáng)降水的發(fā)生[8]。選取常德市國家氣象觀測(cè)站點(diǎn)中降水量最大的臨澧站（東經(jīng)111°39′、北緯29°27′），對(duì)其上空垂直速度制作高度-時(shí)間演變圖，以分析強(qiáng)降水發(fā)生地單點(diǎn)上空上升運(yùn)動(dòng)的狀況。

由圖4可以看出，25日8：00臨澧站低層出現(xiàn)了弱的上升氣流，10：00臨澧站出現(xiàn)4.9 mm的降水，其后至25日20：00低層始終為下沉氣流所控制，臨澧站未出現(xiàn)降水。25日20：00至26日8：00 700 hPa以下轉(zhuǎn)為上升氣流，但上升運(yùn)動(dòng)較弱，26日8：00之后上升運(yùn)動(dòng)迅速加強(qiáng)，26日14：00前后700 hPa上升速度達(dá)到-12×10-3 hPa·s-1，上升氣流擴(kuò)展到200 hPa高度，26日2：00至11：00臨澧站降水量達(dá)96.0 mm，其中6：00—7：00 1 h降水量達(dá)46.7 mm。26日20：00垂直上升運(yùn)動(dòng)減弱，26日20：00之后，整層基本為下沉氣流控制，降水減弱并停止。25日20：00至26日20：00，臨澧中低層均為上升氣流控制，持續(xù)的上升運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致臨澧站該時(shí)段出現(xiàn)了99.2 mm的強(qiáng)降水?？梢姀?qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件之一。分析發(fā)現(xiàn)，常德整個(gè)區(qū)域內(nèi)的降水的開始、加強(qiáng)以及減弱時(shí)間與該地垂直上升運(yùn)動(dòng)的開始、發(fā)展和結(jié)束時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

4 ? ?衛(wèi)星產(chǎn)品分析

中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）是造成暴雨等災(zāi)害性天氣的重要天氣系統(tǒng)，而云頂黑體亮溫TBB值可以很好地反映MCS的演變情況。一般TBB值越低，表明云頂高度越高，云層越厚，對(duì)流也越旺盛。利用FY-2E反演的逐時(shí)TBB資料對(duì)25日20：00至26日20：00期間的強(qiáng)降水過程進(jìn)行分析。

25日23：00，湘西—貴州東部、湘北—鄂西以及鄂東地區(qū)有3個(gè)MCS生成，TBB中心值均≤-52 ℃，表明有深對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，湘北—鄂西交界處靠近湘北地區(qū)的TBB值較小，對(duì)流較弱，26日1：00常德市北部的石門、澧縣僅出現(xiàn)弱降水，見圖5（a）。

26日1：00，湘鄂交界處的MCS發(fā)展加強(qiáng)，但位置仍然偏北，TBB中心最大值≤-60 ℃，表明有MCS中心深對(duì)流運(yùn)動(dòng)持續(xù)發(fā)展，26日3：00及4：00常德全市出現(xiàn)降水，強(qiáng)度不強(qiáng)，僅個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)1h降水量超過10 mm，見圖5（b）。26日2：00，湘鄂、湘黔交界處的MCS繼續(xù)發(fā)展，湘鄂交界處的對(duì)流云團(tuán)中分裂出1個(gè)小的對(duì)流云團(tuán)，并向東北方向移動(dòng)，湘西北大部TBB值≤-52 ℃，表明此地深對(duì)流持續(xù)發(fā)展，對(duì)流中心也有所南壓，26日5：00常德市西北部地區(qū)降水加強(qiáng)，石門站1 h降水達(dá)到20.4 mm，見圖5（c）。

由圖5（d）可知，至26日6：00，原處于湘鄂交界處的MCS已移至湖北東北部地區(qū)，強(qiáng)度維持，湘黔交界處的MCS東擴(kuò)至湘中一線，其中心不斷分裂出小的深對(duì)流云團(tuán)并向東北方向移動(dòng)，常德大部分地區(qū)TBB值≤-52 ℃，對(duì)流運(yùn)動(dòng)旺盛。26日9：00，常德市境內(nèi)澧水流域出現(xiàn)1 h≥10 mm的降雨，其中澧縣青龍窖出現(xiàn)了52.2 mm/h的強(qiáng)降雨。26日7：00，湘中一線的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)繼續(xù)東擴(kuò)，TBB值≤-52 ℃的強(qiáng)對(duì)流中心分裂成3個(gè)對(duì)流單體，位于常德市的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)略有東移南壓，南部中心TBB值≤-52 ℃，26日9：00—10：00澧縣東部3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1 h降水量超過50 mm，見圖5（e）。

26日9：00，湘中一線的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)繼續(xù)分裂減弱，并向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)已移出常德地區(qū)，見圖5（f）。26日11：00—12：00全市降水減弱。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水開始、加強(qiáng)和減弱與TBB值均有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最大1 h降水量的雨強(qiáng)落后于云團(tuán)TBB最低值2～3 h，這與胡中明等的研究結(jié)果基本一致。

5 ? ?結(jié)論

（1）高空低槽和西南低渦東出，槽前西南急流輸送的暖濕空氣輻合抬升，中低層切變配合地面弱冷空氣，導(dǎo)致了此次強(qiáng)降水過程的發(fā)生。

（2）來自孟加拉灣和南海的水汽為此次強(qiáng)降水的發(fā)生提供了充足的水汽條件，強(qiáng)降水發(fā)生期間常德市850 hPa水汽通量散度維持在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，水汽輻合中心與強(qiáng)降水落區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

（3）強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)常德市處于850 hPa θse≥68 ℃高能鋒區(qū)靠近高能中心的一側(cè)，大量的不穩(wěn)定能量在此堆積，高空小擾動(dòng)和地面弱冷空氣觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了熱力條件。

（4）200 hPa西風(fēng)急流有利于高層質(zhì)量輻散的增強(qiáng)，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強(qiáng)烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發(fā)展，為此次暴雨發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

（5）此次強(qiáng)降水具有較明顯的中尺度特征，強(qiáng)降水主要由湘鄂交界處的MCS發(fā)展而成，由于湘中一線MCS的頂托，湘北的MCS持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，有利于常德市出現(xiàn)強(qiáng)降水。強(qiáng)降水開始、加強(qiáng)和減弱與TBB值均有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最大1 h降水量的雨強(qiáng)落后于云團(tuán)TBB最低值2～3 h。

6 ? ?參考文獻(xiàn)

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