一次致災區(qū)域性大暴雨成因分析

吳雪

摘 要：本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料以及雷達回波等氣象資料，對2016年6月21日信陽區(qū)域大暴雨天氣進行診斷分析。分析結果表明，本此大暴雨天氣是在副熱帶高壓環(huán)流影響下，配合高空低槽和江淮切變線等天氣系統(tǒng)而發(fā)生的。低層西南急流和超低空南風急流將海上水汽移至信陽上空，同時受低層輻合、高層輻散影響，促使該區(qū)域形成了強烈的上升運動。經測量雷達回波強度為50dBZ，“列車效應”使得該區(qū)域保持持續(xù)降雨。

關鍵詞：區(qū)域性大暴雨;副熱帶高壓;江淮切變線;超低空南風急流

中圖分類號：P458.121.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0151-04

Analysis of the Causes of a Regional Heavy Rainstorm

WU Xue1，2

（1.Xinyang Meteorological Bureau，Xinyang Henan 464000;

2.College of Atmospheric Sciences，Chengdu University of Information Technology，Chengdu Sichuan 610225）

Abstract： In this paper， the meteorological data such as conventional observation data， NCEP reanalysis data and radar echo were used to diagnose and analyze the heavy rainstorm in Xinyang area on June 21， 2016. The analysis results showed that the heavy rainstorm occurred under the influence of the subtropical high-pressure circulation， combined with the high-altitude low-slot and the JAC shear line. The low-level southwest jet and the ultra-low-level southerly jet stream moved the sea water vapor to the sky above Xinyang. Affected by low-level convergence and high-level divergence， the region formed a strong ascending motion. The measured radar echo intensity was 50dBZ， and the “train effect” caused the region to maintain continuous rainfall.

Keywords： regional heavy rain;subtropical high;JAC shear line;ultra low altitude southerly jet

暴雨是信陽夏季主要的災害天氣，具有降水強度大、范圍廣和雨量分布不均勻等特點。暴雨是各種尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結果，其中大尺度環(huán)流為暴雨的產生提供了有利背景，而中小尺度天氣系統(tǒng)則是暴雨出現(xiàn)的直接影響因素[1]。暴雨形成的條件主要包括充足的水汽供應、強烈的上升運動和較長的持續(xù)時間。本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料、衛(wèi)星云圖以及雷達回波等氣象資料，對2016年6月21日信陽市首場區(qū)域性大暴雨形成機制進行分析，為夏季江淮梅雨期間江淮流域此類暴雨預報提供參考依據。

1 過程概況與特征

2016年6月21日，淮河流域出現(xiàn)了區(qū)域性大暴雨天氣，暴雨落區(qū)主要位于信陽市，呈現(xiàn)西北-東南帶狀分布特點。暴雨集中在信陽西北部，最大降水量在息縣項店站，為216.4mm。此次區(qū)域性大暴雨天氣伴隨局地強對流，降水集中在兩個時段，分別為21日02：00～04：00和07：00～11：00，具體降水量如圖1所示。通過分析可知，最大雨強出現(xiàn)在6月21日03：00～04：00，信陽站雨量為56.7mm;其次是07：00～08：00的息縣站，降水量為48.6mm，以及03：00～04：00的信陽站，降雨量為46.4mm。兩站點短歷時強降水均維持2h，且降水效率大于30mm/h。此次大暴雨涉及范圍廣、降水量集中、降水強度大，導致城市出現(xiàn)內澇、積水嚴重等問題，給民眾生活和出行造成了不利影響[2]。

2 環(huán)流背景形勢與高低空系統(tǒng)配置

此次暴雨是在環(huán)流條件下發(fā)生的，具體氣象情況如圖2所示。由圖2可看出，副熱帶高壓西伸北抬，外圍西南氣流引導低層切變線東移，信陽處在588dagpm線邊緣，高溫高濕易產生局地強對流天氣;21日08：00，切變線東移北抬至淮河以北，南側偏南風達16～20m/s，為暴雨天氣提供了有利的動力條件;西南急流中心風速20日20：00時為20m/s，21日08：00變?yōu)?6m/s，信陽位于急流軸左前方，為暴雨提供了強烈的輻合上升條件;925hPa超低空南風急流中心最大風速為16 m/s，為暴雨天氣提供了充沛的水汽，有利于不穩(wěn)定層結建立和維持。綜上所述，此次暴雨過程高低空配置非常好，信陽位于副熱帶高壓西北側，處在高空副熱帶西風急流右側，低空西南急流左前方，低層輻合高層輻散;江淮切變線、超低空南風急流在信陽地區(qū)上空長時間停留，為大暴雨的產生提供了有利條件[3]。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image1_5.png>[60

50

40

30

20

10

0][小時降水量/mm][0：00? ? ?1：00? ? 2：00? ? ?3：00? ? 4：00? ? ?5：00? ? 6：00? ? 7：00? ? 8：00? ? ?9：00? ? 10：00? ?11：00][時間/h][信陽][息縣][13.5][1.4][6.4][3.9][6.4][1.9][7.7][48.6][34][1.9][7.9][3.2][5.9][14][4.4][17.8][46.4][56.7][12.4][7.6][0][3.8][0][0.1]

圖1 2016年6月21日00：00—11：00信陽和息縣降水量柱狀圖

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image2_5.png>[500hPa低槽

][700hPa切變線

][850hPa切變線

][925hPa切變線

][925hPa超低空急

][850hPa低空急流

][700hPa低空急流

][200hPa高空急流

][500hPa溫度槽

][850hPa溫度脊線

][溫區(qū)（T-Td[]4°C）

][500hPa干區(qū)線

][850hPa干線

][K指數

][588 dagpm線

]

圖2 2016年6月20日—21日高低空形式綜合分析圖

3 物理量場分析

3.1 水汽條件與動力條件

當大氣飽和比濕達到一定數值后，才能形成暴雨天氣，此時大氣飽和比濕一般不小于8g/kg，相當于850hPa附近大氣飽和比濕大于14g/kg。2016年6月20日大氣飽和比濕情況如圖3所示。從圖上可看出，暴雨開始時，850hPa比濕已經超過21g/kg，高比濕值覆蓋整個信陽，且該情況一直維持到21日14：00降水結束;9g/kg的比濕值擴大到700hPa以上高度，大氣濕層深厚，水汽十分充沛。21日00：00，低層850hPa信陽散度為-0.4×10-5s-1，低層輻合，空氣質量持續(xù)上升，直至覆蓋整個信陽地區(qū)，并將低層高水汽輸送到中高層[4]。

3.2 熱力條件與垂直上升速度

相當位溫作為飽和氣團所處的大氣穩(wěn)定度指標，具體分布情況如圖4所示。從圖4可看出，信陽上空相當位溫隨著高度下降，表明所處大氣環(huán)境并不穩(wěn)定。該不穩(wěn)定層結一直存在并維持至21日中午，說明信陽上空空氣易產生對流性天氣。另外，垂直速度為負值，且在114°E附近上升到至500hPa，具體數值為-0.15×10-2hPa/s，整層上升運動有利于水汽發(fā)生凝結而產生降水。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image3_3.png>[42N

40N

38N

36N

34N

32N

30N][100E? 102E 104E 106E 108E 110E 112E 114E 116E 118E 120E 122E 124E][3? ? ? 6? ? ? ?9? ? ?12? ? 15? ? 18? ? 21? ? 24? ? 27? ? 30]

圖3 2016年6月21日比濕及散度分布圖

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image4_4.png>[300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1 000][100E 102E 104E 106E? 108E? 110E 112E? 114E 116E 118E 120E][340 345 350 355 360 365 370 375 380 385 390 395 400][Pressure（hPa）]

圖4 2016年6月21日沿32°N相當位溫及垂直速度剖面圖

3.3 不穩(wěn)定能量條件

高能高濕和大氣層結不穩(wěn)定也產生暴雨的重要條件，通常K指數用來表示大氣中低層暖濕程度和大氣穩(wěn)定度，對強對流天氣預報具有一定的指示意義[2-3]。武漢、阜陽熱力不穩(wěn)定系數統(tǒng)計情況如表1所示，可知阜陽站K指數為39℃，武漢站K指數超過40℃，并且均維持到降水結束。兩個站點的SI指數均是負值，對強對流的出現(xiàn)有很好的指示意義。21日08：00與20日20：00時相比，濕對流有效位能CAPE都有所減弱，表明前期有強對流出現(xiàn)，能量得到釋放。這些指數與降水時間段對應一致。

表1 武漢、阜陽站2016年6月20日—21日熱力不穩(wěn)定指數

[時間 武漢 阜陽 K SI CAPE K SI CAPE 20日20：00 42 -2.12 1 595.1 39 -0.65 1 230.9 21日08：00 40 -0.12 1 381.4 39 -0.71 891.4 ]

另外，根據T-lnp圖可知，阜陽和武漢兩站濕對流有效位能都比較深厚，可延伸至200hPa位置，說明空氣中不穩(wěn)定能量較強。阜陽低層到高層風速呈順時針旋轉，暖平流明顯表明空氣溫度高層結不穩(wěn)定。武漢整層大氣中溫濕線重合，濕層非常深厚，垂直風切變明顯，低層暖平流、高層冷平流、上干冷以及下暖濕的配置有利于不穩(wěn)定能量觸發(fā)。由此可知，暴雨發(fā)生前較大能量在信陽上空匯合，對大氣不穩(wěn)定性增加和能量存儲十分有利[5]。

4 雷達圖

新一代多普勒天氣雷達產品豐富，是監(jiān)測強對流天氣的有力工具。一般來說，反射率因子越大，降雨強就越大。2016年6月21日凌晨的降水為積云和層狀云的混合型降水，表現(xiàn)在雷達回波上是大片層狀云降水回波中夾雜著對流單體，具體雷達圖如圖5所示。

由圖5可知，21日00：00時，信陽有局地小單體A生成，強度僅為30dBZ;隨后，該單體移出信陽，湖北北部大片降水回波移近，并對流沿著中尺度輻合線方向繼續(xù)發(fā)展，到04：00達到最旺盛B，在信陽區(qū)域產生46.4mm和56.7mm的短歷時強降水;此后，信陽上空對流逐漸減弱至30dBZ，05：51，息縣上空有強度為30dBZ的回波C移近，6：00～7：00發(fā)展加強，形成大片的50dBZ的對流D，并在息縣產生34mm和48.6mm的強降水;到21日08：59，強對流E移出息縣，西部減弱到30dBZ，強降水逐步結束。綜上所述，信陽和息縣上空的回波呈“列車效應”，并且沿地面中尺度輻合線方向移動，對短歷時強降水觸發(fā)、生成以及維持有很好的指示意義。

5 結語

此次大暴雨為系統(tǒng)性伴隨局地強對流短時的強降水，受江淮梅雨期間高空500hPa兩脊兩槽形勢影響，副熱帶高壓脊天氣系統(tǒng)長期穩(wěn)定存在，造成連續(xù)性暴雨出現(xiàn)。在整個暴雨過程中，低層高比濕值、垂直上升運動和切變線的穩(wěn)定維持，為暴雨天氣提供了充足的水汽供應和強烈上升運動。另外，暴雨發(fā)生區(qū)域濕層深厚、K指數大層結不穩(wěn)定、濕對流有效位能較大以及不穩(wěn)定條件良好，也為此次降水提供給充足的觸發(fā)機制。

信陽處在低空急流左前方，高空急流右側，低層輻合高層輻散有利于空氣抽吸作用，經測試雷達回波強度維持在50dBZ，受“列車效應”影響，使得局地降水呈現(xiàn)持續(xù)狀態(tài)。

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（a） 04：13垂直速度剖面圖

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（b） 00：04仰角基本反射率

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（c） 03：55仰角基本反射率

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（d） 05：51仰角基本反射率

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（e） 07：40仰角基本反射率

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（f） 08：59仰角基本反射率

圖5 2016年06月21日04：13時垂直速度剖面圖及仰角基本

反射率

參考文獻：

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