湖南一次暖區(qū)極端特大暴雨多尺度特征分析

劉紅武，尹忠海，楊 令，徐靖宇，王青霞

(1.湖南省氣象臺，湖南 長沙 410118；2.湖南省益陽市氣象局，湖南 益陽 413000)

0 引言

隨著全球氣候變暖，中國的天氣和氣候極端事件發(fā)生頻率也出現(xiàn)變化，一些研究表明[1-3]，極端降水事件的頻率和強(qiáng)度均有升高的趨勢。湖南地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的長江中下游地區(qū)，是暴雨多發(fā)的省份之一，在汛期經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)極端降雨事件，造成洪澇、漬澇、滑坡等次生災(zāi)害，對人民生命財(cái)產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成巨大影響。如2005年5月31日，湖南邵陽新邵太芝廟鄉(xiāng)的暴雨引發(fā)了嚴(yán)重山洪災(zāi)害使太芝廟鄉(xiāng)死亡87人，重傷480人，倒塌房屋上萬間，造成直接經(jīng)濟(jì)損失10 億元[4]； 2010年6月18—20日湖南極端暴雨過程具有突發(fā)性強(qiáng)、雨強(qiáng)大等特點(diǎn)，全省共11個(gè)地區(qū)20個(gè)縣市163.2萬人受災(zāi)，8人死亡，7人失蹤，735人受傷，轉(zhuǎn)移人口23.6萬人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約7.3億元；2016年5月4日，湖南出現(xiàn)極端降雨事件，道縣日雨量創(chuàng)歷史同期最高值，強(qiáng)降雨造成長沙、岳陽、常德等11市(自治州)45個(gè)縣(市、區(qū))74.9萬人受災(zāi)，6人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失6.7億元?？梢?，極端降雨的致災(zāi)性強(qiáng)，其影響也受到政府和社會(huì)各界的普遍關(guān)注。極端暴雨的產(chǎn)生是行星尺度、天氣尺度和中小尺度等多種尺度系統(tǒng)相互影響的結(jié)果[ 5]，因此極端暴雨預(yù)報(bào)是極其復(fù)雜的問題。近年來，氣象工作者在極端降雨事件的氣候特征及形成機(jī)理方面做了大量工作，取得許多研究成果[6-10]。矯梅燕等[11]對2003年7月3—4日淮河流域大暴雨的結(jié)構(gòu)和維持機(jī)制作詳細(xì)分析，指出這場大暴雨是高層冷空氣與低層切變線相互作用而產(chǎn)生的梅雨鋒暴雨，中尺度系統(tǒng)在其中起了關(guān)鍵作用。孫建華等[12]對2012年7月21日發(fā)生在北京地區(qū)特大暴雨過程的天氣形勢、水汽來源和中尺度對流系統(tǒng)特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)“7.21”北京暴雨是高低空與中低緯系統(tǒng)共同配合的結(jié)果。張劍明等[13]對湖南大暴雨天氣過程進(jìn)行天氣學(xué)診斷分析認(rèn)為，鋒面系統(tǒng)、低層氣流輻合線、高層輻散場、重力波及地形抬升作用均可觸發(fā)并維持對流系統(tǒng)，從而形成局地暴雨和大暴雨天氣。唐明暉等[14]分析了2010年6月18—20日湖南省大范圍暴雨過程“列車效應(yīng)”的多普勒雷達(dá)特征，認(rèn)為低質(zhì)心、高效率的大面積降水回波(≥40 dBz)較長時(shí)間源源不斷從湘北經(jīng)過產(chǎn)生的“列車效應(yīng)”是導(dǎo)致湘中以北大范圍暴雨甚至大暴雨的主要原因；冷暖平流和輻合相疊加的徑向速度特征、中氣旋、低空急流的維持使“列車效應(yīng)”得以長時(shí)間維持。李峰[15]等對2005年初夏湖南大暴雨的中尺度系統(tǒng)及其觸發(fā)、維持機(jī)制進(jìn)行了診斷分析研究認(rèn)為:高低空急流最佳配置，動(dòng)力耦合關(guān)系建立為暴雨發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件；中尺度系統(tǒng)在渝南、黔西生成后移入湖南停滯發(fā)展，加強(qiáng)了湖南上空動(dòng)力不穩(wěn)定條件。

2016年6月14日08時(shí)—16日08時(shí)，湘西、湘中及以南部分地區(qū)出現(xiàn)了較大范圍的暴雨天氣，湖南株洲1 h降水與24 h降水均打破建站以來日雨量歷史記錄。本輪強(qiáng)降雨共造成全省106.1萬人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡5人、失蹤8人，緊急轉(zhuǎn)移安置人口14.46萬人，需緊急生活救助人口1.02萬人，農(nóng)作物受災(zāi)面積59.3千hm2，絕收面積11.8千hm2，倒塌房屋1951間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋7021間，直接經(jīng)濟(jì)損失7.56億元。暴雨的發(fā)生是一個(gè)多尺度系統(tǒng)相互作用的復(fù)雜問題，本文將利用常規(guī)觀測資料、地面自動(dòng)站資料、NCEP 1°× 1°再分析資料、FY-2C衛(wèi)星資料及雷達(dá)資料，運(yùn)用天氣學(xué)診斷方法綜合分析這次過程的多尺度特征，探討湖南此類極端暴雨形成的機(jī)理，以期為這類暴雨預(yù)報(bào)提供一些參考依據(jù)。

1 降水特點(diǎn)

6月14—16日，湖南中部和南部出現(xiàn)了暴雨、部分大暴雨、局地特大暴雨天氣過程(圖1)，主要降雨發(fā)生在14日夜間至15日白天。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，6月14日20時(shí)—15日20時(shí)，全省區(qū)域氣象自動(dòng)站過程降水量≥100.0mm的站數(shù)有220個(gè)，≥200.0 mm的站數(shù)有18個(gè)，≥300.0 mm的站數(shù)有1個(gè)，最大降水出現(xiàn)在衡山縣長春鎮(zhèn)，為365.9 mm；株洲區(qū)域氣象自動(dòng)站過程降水量≥50.0 mm的站數(shù)有109個(gè)，≥100.0 mm的站數(shù)有57個(gè)，≥200.0 mm的站數(shù)有7個(gè)，最大降水出現(xiàn)在石峰區(qū)石峰公園的289.5 mm，株洲本站出現(xiàn)特大暴雨，為257.6 mm，突破1964年6月17日的歷史極值(195.7 mm)。從自動(dòng)站逐小時(shí)降雨量可以看到，株洲市強(qiáng)降雨主要集中在15日06—08時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在株洲石峰區(qū)清水塘(圖1b)，為114.4 mm，其次是石峰公園，為86.3 mm，株洲國家觀測站為72.2 mm(15日05時(shí))和61.4 mm(06時(shí))； 15日05—08時(shí)3 h降雨為162.2 mm；5日01—13時(shí)12 h降雨量達(dá)251.5 mm。

圖1 湖南省2016年6月14日08時(shí)—16日08時(shí)降雨實(shí)況圖(a)與株洲市3個(gè)代表站15日00—16時(shí)逐小時(shí)雨量(b)(單位：mm)Fig.1 The total precipitation in Hunan from 08∶00 BT 14 to 08∶00 BT 16 June 2016(a) and hourly precipitation 00∶00 to 16∶00 BT 15 June at Shifeng, Zhuzhou and Qingshuitang stations (b) (unit:mm)

2 大尺度環(huán)流形勢

暴雨發(fā)生前的2016年6月13日08時(shí)(圖略)，亞洲中高緯為兩槽一脊型，哈薩克斯坦和雅庫茨克地區(qū)形成了兩個(gè)切斷低渦，中心強(qiáng)度分別達(dá)到5 560 gpm 和5 640 gpm，貝加爾湖西部建立起一個(gè)強(qiáng)盛的阻塞高壓，其中心值為5 760 gpm，在阻高東部到雅庫茨克低渦之間的南部地區(qū)為一寬廣的橫槽區(qū)，橫槽南側(cè)我國西部高原上為5 840 gpm的高值區(qū)。中低緯度地區(qū)副高穩(wěn)定維持在華南，在孟加拉灣地區(qū)有一較為深厚的低壓槽。20時(shí)貝加爾湖西部阻高崩潰，橫槽開始轉(zhuǎn)豎，蒙古西部形成閉合的低值中心，隨后帶動(dòng)冷空氣向西偏南方向移動(dòng)到我國華北地區(qū)，與雅庫茨克低渦連成一條橫跨我國中東部的階梯槽，槽后冷平流帶動(dòng)北方冷空氣緩慢擴(kuò)散南下。此時(shí)副高略有東移南撤，其584特征線位于福建北部至江西中南部、湖南中南部至貴州南部。

圖2 2016年6月14日20時(shí)(a)與15日08時(shí)高空主要影響系統(tǒng)配置綜合圖(b)Fig.2 Superposition of the major weather influencing systems in upper air at 20∶00 BT on 14 June (a)and 08∶00 BT on 15 June 2016(b)

14日20時(shí)，湖南中南部200 hPa位于高空急流軸南側(cè)，強(qiáng)烈輻散(偏西風(fēng)減弱)有利于抽吸作用的長時(shí)間存在(圖2a)。500 hPa從我國東北地區(qū)經(jīng)華北、山西、陜西、四川東部一直延伸到貴州的階梯槽，帶著弱冷空氣滲透影響我國中東部地區(qū)，湖南中南部地區(qū)位于584線附近，此后低槽向東緩慢移動(dòng)過程中，副高位置基本不變。700 hPa切變線位于湘中及以北，850 hPa切變線位于湘南，15日08時(shí)北推，西南急流建立，郴州站達(dá)到16 m/s(圖2b))。925 hPa在湘中偏東北有低渦生成，此時(shí)長沙站溫度為24 ℃，比周邊地區(qū)高3～4 ℃，15日08時(shí)低渦切變線南落，同時(shí)超低空急流建立，郴州站達(dá)到10 m/s。15日20時(shí)整層系統(tǒng)均東移南壓，雨帶緩慢東移南壓。

中高緯度兩槽一脊形勢發(fā)生轉(zhuǎn)變及副高南撤的環(huán)流背景情況下，阻高崩潰形成的階梯槽帶動(dòng)冷空氣南下與南支槽前的暖濕氣流在湖南交匯，是造成強(qiáng)降雨的主要天氣尺度原因。

進(jìn)一步分析暴雨發(fā)生前后的地面形勢場發(fā)現(xiàn)：強(qiáng)降雨發(fā)生前，15日02時(shí)地面冷鋒位于華東至湖北中部(圖3a)，特大暴雨區(qū)位于鋒面南側(cè)暖區(qū)內(nèi)，距離大約500 km左右；至15日08時(shí)(圖3b)，冷鋒雖有南壓，但仍距離強(qiáng)降雨中心200 km左右，而此時(shí)最強(qiáng)降雨時(shí)段已過。由此可見，此次極端強(qiáng)降雨發(fā)生在地面冷鋒南側(cè)的暖區(qū)內(nèi)，且地面輻合線清晰可見，其穩(wěn)定少移的特點(diǎn)為強(qiáng)降雨的發(fā)生提供了觸發(fā)條件。

圖3 2016年6月15日02時(shí)(a)與15日08時(shí)地面形勢場(b)Fig.3 Ground plots at 02∶00 BT on 15 June (a)and 08∶00 BT on 15 June 2016(b)

3 強(qiáng)降雨環(huán)境條件分析

3.1 水汽條件

14日08時(shí)(圖略)，700 hPa水汽通量從中南半島東部到南海西部經(jīng)桂、黔到湘西南有一條東西向帶狀水汽通道，20時(shí)該水汽通道轉(zhuǎn)為西西南—東東北方向，在懷化西南部形成一個(gè)-5×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1的水汽通量散度大值區(qū)。之后，水汽通量強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，懷化南部水汽通量散度大值區(qū)向北移并進(jìn)一步擴(kuò)展，到15日08時(shí)(圖4a)，在湖南境內(nèi)有2個(gè)負(fù)值中心，分別位于邵陽、長珠潭一帶。與此同時(shí)，850 hPa東北風(fēng)加強(qiáng)，與西南風(fēng)在湘中一帶對峙，預(yù)示著冷空氣已從底層開始影響湖南。提取特大暴雨區(qū)株洲站附近(28°N、113°E)水汽通量散度隨時(shí)間高度的變化圖可見(圖4b)，14日08時(shí)500 hPa附近水汽通量散度增加到-0.6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1左右，隨后大值區(qū)增加但是高度降低，并于15日00時(shí)600～700 hPa出現(xiàn)大于-2.4×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1的大值區(qū)，到04時(shí)左右進(jìn)一步下降到850 hPa以下，其值增至-3.6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1以上。由此可見水汽通量散度由高層向低發(fā)展，并迅速增加，從而產(chǎn)生了株洲地區(qū)的特大暴雨。

3.2 動(dòng)力條件

從特大暴雨的株洲站附近(28°N、113°E)渦度、散度和垂直速度時(shí)間—高度剖面圖可見(圖5)，6月14日20時(shí)—15日20時(shí)，株洲上空400～100 hPa有小于-6.5×10-5s-1負(fù)渦度區(qū)；正渦度區(qū)位于600 hPa以下層，14日20時(shí)—15日00時(shí)，正渦度加強(qiáng)向中層伸展至400 hPa，其下的渦度值迅速增加，到了15日08時(shí)，850 hPa上中心值大于8×10-5s-1。散度分布與渦度較一致，14日20時(shí)開始，500 hPa往上為輻散區(qū)，14日20時(shí)—15日08時(shí)，500～100 hPa層有兩個(gè)大值區(qū)中心，其最大值為2.5×10-5s-1左右，600 hPa 以下為輻合區(qū), 并逐步加強(qiáng)。07—10時(shí)株洲站高層輻散比低層輻合要強(qiáng)，為3×10-5s-1，表明高層輻散形成的抽吸效應(yīng)加強(qiáng)了低層輻合和對流上升運(yùn)動(dòng)。暴雨區(qū)上空的對流上升運(yùn)動(dòng)區(qū)強(qiáng)烈發(fā)展到200 hPa以上，最大中心在500 hPa上，極值小于-1.1Pa·s-1，它們共同作用觸發(fā)了中尺度擾動(dòng)產(chǎn)生和發(fā)展。

圖4 2016年6月15日08時(shí)850 hPa水汽通量(風(fēng)向桿，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)與水汽通量散度(陰影，單位：10-7g·s-1·cm-2·hPa-1)(a)和6月14—16日08時(shí)28°N、113°E水汽通量散度時(shí)間—高度剖面圖(b)Fig.4 The water vapor flux(wind barb, unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) and water vapor flux divergence (shaded,unit:10-7g·s-1·cm-2·hPa-1) at 850 hPa at 08∶00 BT on 15 June 2016(a) and height-time cross section of water vapor flux divergence at heavy rain center(28°N,113°) from 08∶00 BT 14 to 16 June 2016

圖5 2016年6月14—16日28°N、113°E渦度(a)，散度(b)，垂直速度(c)和時(shí)間—高度剖面圖(單位: 10-5s-1)Fig.5 The vortex (a) ,divergence (b) and vertical velocity(c) at heavy rain center(28°N,113°) from 08∶00 BT 14 to 16 June 2016(unit:10-5s-1)

3.3 熱力條件

這次大暴雨過程雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短，伴有雷電，屬對流性暖區(qū)暴雨。15日08時(shí)850 hPa的假相當(dāng)位溫(θse)和比濕分別達(dá)到350 K和16 g/kg以上(圖6a)，大氣處于高溫高濕狀態(tài)。從暴雨區(qū)上空θse 垂直廓線可看出(圖6b)，6月15日08時(shí)θse廓線在500～700 hPa遞增, 層結(jié)穩(wěn)定，700～1 000 hPa遞減，層結(jié)不穩(wěn)定。大氣中低層處于上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，且暴雨區(qū)Δθse(500-850)<0，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生。14時(shí)，θse廓線在925～700 hPa之間為迅速遞增的趨勢，此時(shí)中低層層結(jié)趨于穩(wěn)定，長株潭的暴雨天氣結(jié)束。從CAPE分布(圖略)可見，暴雨前14日20時(shí)，長沙站CAPE為1 859 J·kg-1，提前于暴雨6 h出現(xiàn)，對暴雨的發(fā)生地點(diǎn)有一定預(yù)見性。15日08時(shí)，長沙站CAPE減小到183.9 J·kg-1，此后, 大范圍雷雨發(fā)生, 不穩(wěn)定能量釋放，CAPE迅速繼續(xù)減小。θse差值變化和CAPE增大變化均超前強(qiáng)降雨, 對強(qiáng)對流性暴雨預(yù)報(bào)有指示意義。

4 中小尺度特征分析

4.1 中尺度雨團(tuán)

此次降水分為對流性和穩(wěn)定性降水，分析逐時(shí)降水量發(fā)現(xiàn)，無論對流性還是穩(wěn)定性降水，小時(shí)降水量的分布都存在β中尺度雨團(tuán)(圖7)。15日01時(shí)，株洲西北部開始降水，雨強(qiáng)為 30 mm·h-1左右，04時(shí)降雨區(qū)移至株洲市附近，在其西部和東北部各分別出現(xiàn)雨強(qiáng)35 mm·h-1和15 mm·h-1的降水，10 mm·h-1以上的降水范圍在200 km以上(圖7a)，05時(shí)雨區(qū)面積加大，雨強(qiáng)達(dá)70 mm·h-1以上( 圖7b，石峰公園、株洲站)，06時(shí)以后雨勢逐漸減弱，且有分散的多個(gè)中尺度雨團(tuán)。09時(shí)開始強(qiáng)雨區(qū)成帶狀，但從圖7中可看出，帶狀強(qiáng)雨區(qū)中鑲嵌著雨強(qiáng)更強(qiáng)的中尺度雨團(tuán)，尺度約為幾十公里，屬中β尺度系統(tǒng)。

圖6 2016年6月15日08時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫(等值線，單位：K)和比濕(色斑，單位：g/kg)(a)和長沙站假相當(dāng)位溫垂直剖面圖(b)(單位: ℃)Fig.6 The potential Pseudo-equivalent Temperature (solid line,unit:K) and specific humidity (shaded,unit∶g/kg) at 850hPa at 08∶00 BT on 15 June 2016(a) and vertical profilep of seudo equivalent temperature at Changsha(b) (unit:℃)

圖7 2016年6月15日04時(shí)—09時(shí)湖南自動(dòng)站逐時(shí)降水量分布(單位:mm)(a)04時(shí)，(b)05時(shí)，(c)09時(shí)Fig.7 Timely precipitation distribution of Hunan automatic station from 04∶00 to 09∶00 BT on 15 June 2016(unit:mm)(a)04∶00，(b)05∶00，(c)09∶00

4.2 降雨云團(tuán)特征

根據(jù)區(qū)域自動(dòng)站的降水資料分析，株洲站(見圖8中的“+”)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)段主要集中在06—08時(shí)，從衛(wèi)星云圖TBB資料發(fā)現(xiàn)(圖8)，05時(shí)在株洲站附近新生有一中γ尺度的云團(tuán)，株洲站位于云團(tuán)西部邊緣，此時(shí)降水開始加強(qiáng)，同時(shí)在其正下方存在一個(gè)新發(fā)展的中γ尺度的云團(tuán)，兩者結(jié)構(gòu)緊密，互相作用，在其右下方有一個(gè)中β尺度處于成熟階段的云團(tuán)；到06時(shí)株洲附近的中尺度云團(tuán)與其正下方的云團(tuán)發(fā)生了合并，使得云團(tuán)迅速發(fā)展，TBB亮溫值小于-60 ℃達(dá)到中β尺度，株洲站位于云團(tuán)西部亮溫梯度大值區(qū)邊緣，而06—07時(shí)是株洲站雨強(qiáng)的最大值時(shí)候，符合強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)的衛(wèi)星云圖特征[16]，而原來位于株洲右下方(江西境內(nèi))云團(tuán)穩(wěn)定少動(dòng)，變化亦不大，但小于-52 ℃云體與其左側(cè)的已連結(jié)了一起，預(yù)示著兩者已經(jīng)發(fā)生了相互作用；到07時(shí)，05時(shí)存在的3個(gè)對流云團(tuán)完全融合成為一體，云頂TBB<-60 ℃范圍達(dá)到中α尺度，對流云團(tuán)達(dá)到成熟階段，株洲站仍處于云團(tuán)西部邊緣的TBB梯度大值區(qū)，可見最強(qiáng)降雨發(fā)生在發(fā)展到成熟階段，但云頂高度與前兩個(gè)時(shí)次相比，并沒有特別明顯的提升，這在預(yù)報(bào)中應(yīng)特別引起重視；到08時(shí)，株洲仍處于云團(tuán)的西部，但云團(tuán)結(jié)構(gòu)變得較為松散，TBB梯度明顯減弱，雨強(qiáng)也隨之減小；參考MCC的定義[5]，從02—08時(shí)在廣西中北部至湖南西南部一直維持有MCC云團(tuán)，在05—08時(shí)其外部云體與影響株洲站降水的云團(tuán)連結(jié)在一起，構(gòu)成一條水汽輸送通道，可能是造成短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生原因之一。隨后，MCC云團(tuán)逐步減弱消散，湖南中部的MCS擴(kuò)大，但結(jié)構(gòu)松散，云頂高度變低，株洲站演變成為一般性降水，并逐漸結(jié)束。

由上述分析可知，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在中尺度云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展到成熟階段，并伴隨3個(gè)中小尺度云團(tuán)相互融合，暴雨落區(qū)位于云團(tuán)的西部邊緣的TBB梯度大值區(qū)，而在不遠(yuǎn)處存在MCC，其對周邊對流云團(tuán)的發(fā)展可能起到正反饋?zhàn)饔谩?/p>

圖8 2016年6月14日21時(shí)(a)、14日22時(shí)(b)、14日23時(shí)(c)、15日00時(shí)(d)的FY-2F的TBB云圖演變(單位: ℃)Fig.8 TY-2F satellite hourly TBB for cloud evolution at 21∶00(a),22∶00(b),23∶00(c),24∶00(d) BJ on 14 June 2016(unit:℃)

4.3 雷達(dá)回波分析

從長沙雷達(dá)站資料分析，15日株洲的降水出現(xiàn)在6月15日01—15時(shí)，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)段主要集中在06—08時(shí)。04時(shí)，降水回波從株洲北部開始自西向東發(fā)展，并且回波發(fā)展較為迅速， 04時(shí)53分(圖9a)，強(qiáng)回波主體已經(jīng)開始影響株洲北部，45 dBz以上的回波呈帶狀分布，最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)到55 dBz；垂直液態(tài)水含量(VIL)在市區(qū)北部達(dá)到14 g/m2，回波頂高(ET)發(fā)展較高，最高伸展到了12 km，說明整個(gè)對流回波發(fā)展較為旺盛。速度圖上(圖9b)，整個(gè)回波呈現(xiàn)“S”形的暖平流特征，株洲市區(qū)處在風(fēng)向輻合區(qū)內(nèi)，且0.5°、1.5°、2.4°仰角速度圖上存在明顯的逆風(fēng)區(qū)，使得回波有持續(xù)較長時(shí)間的可能。

對回波發(fā)展較為旺盛的株洲西部進(jìn)行剖面分析可見(圖10)，強(qiáng)回波發(fā)展高度在7 km以下，強(qiáng)度最大的回波接近地面，說明回波主要以低質(zhì)心的降水回波為主，速度徑向剖面可見明顯的底層逆風(fēng)區(qū)，且在逆風(fēng)區(qū)前部有一股較強(qiáng)的斜升氣流存在，在底層輻合區(qū)上部存在風(fēng)暴頂輻散特征，這種底層輻合高層輻散的回波特征加強(qiáng)了地面的上升運(yùn)動(dòng)，而斜升氣流的存在對于風(fēng)暴的維持起到促進(jìn)作用，使得整個(gè)風(fēng)暴更好的維持和發(fā)展。

從05時(shí)16分中低層的徑向速度分析(圖11)，此時(shí)的降水回波發(fā)展較為旺盛的區(qū)域位于強(qiáng)回波前側(cè)的輻合區(qū)，從0.5°、2.4°仰角可以見到株洲中部偏北位置輻合較為明顯，且輻合并非是上下對稱結(jié)構(gòu)，存在一定的傾斜；14.4°仰角出現(xiàn)了較強(qiáng)的風(fēng)暴頂輻散結(jié)構(gòu)特征，且高空風(fēng)速較中低層也有明顯增加的趨勢。

從時(shí)間序列上分析(圖12)，降水在發(fā)展過程中具有明顯的列車效應(yīng)，從反射率因子的發(fā)展可見，整個(gè)過程中強(qiáng)回波發(fā)展在株洲中部地區(qū)有重疊，強(qiáng)降水回波一直在株洲中部地區(qū)生消發(fā)展造成明顯的列車效應(yīng)，這種低質(zhì)心高效率的降水回波的長時(shí)間維持是造成株洲大暴雨的重要原因。

5 結(jié)論

本文利用多源資料對2016年6月14—15日發(fā)生在湖南株洲的一次極端特大暴雨過程進(jìn)行了多尺度特征分析，主要結(jié)論如下：

圖9 2016年6月15日04時(shí)53分長沙雷達(dá)0.5°基本反射率因子(a，單位：dBz)和徑向速度圖(b，單位：m·s-1)Fig.9 Basic reflectivity factor (a,unit: dBz) and radial velocities (b,unit: m·s-1) at 04∶53 BJ on 15 June 2016 at 0.5°

圖10 2016年6月15日04時(shí)53分別沿8a、b黑線位置所做的反射率因子(a，單位：dBz)和徑向速度垂直剖面圖(b，單位：m·s-1)Fig.10 Vertical cross sections of radar reflectivity factor (unit: dBz) along the black line (a) in (fig.8a) and of radar radial velocities (unit: m·s-1) along the black line in (fig.8b) at 04∶53 BT on 15 June 2016 at 0.5°

圖11 2016年6月15日05時(shí)16分長沙雷達(dá)各層徑向速度(單位：m·s-1)： 0.5°(a)、2.4°(b)、14.4°(c)Fig.11 Radar radial velocities (unit: m·s-1) at 05∶16 BT on 15 June 2016 at 0.5°(a),(b)2.4°,14.4°(c)

圖12 2016年6月15日5時(shí)04分(a)、5時(shí)28分(b)、6時(shí)10分(c)、7時(shí)09分(d) 0.5°基本反射率因子(單位：dBz)Fig.12 Basic reflectivity factor at 5∶04(a),5∶28(b),6∶10(c),7∶09 (d) BJ on 15 June 2016 at 0.5°(unit: dBz)

①本次暴雨天氣過程中株洲市的日雨量與小時(shí)雨量均創(chuàng)株洲市建站以來的極值，是在兩槽一脊的大尺度環(huán)流背景下發(fā)生的，特大暴雨區(qū)位于地面冷鋒南側(cè)的暖區(qū)內(nèi)，地面輻合線為主要的觸發(fā)系統(tǒng)。

②水汽、動(dòng)力、熱力及能量條件等都表明株洲有著強(qiáng)降雨發(fā)生的條件，強(qiáng)降雨發(fā)生在急流加強(qiáng)的時(shí)段，且高層輻散要強(qiáng)于底層輻合，θse差值變化和CAPE 增大變化均超前強(qiáng)降雨12 h。

③中尺度云團(tuán)特征顯示，株洲的強(qiáng)降雨由3個(gè)中γ尺度云團(tuán)發(fā)展融合而成，主要出現(xiàn)在中尺度云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展到成熟階段，其落區(qū)位于云團(tuán)西部邊緣的TBB梯度大值區(qū)，雖然在不遠(yuǎn)處存在MCC，但降雨強(qiáng)度要小，由此可見，MCC周邊發(fā)展的對流云團(tuán)的強(qiáng)降水也要引起足夠的重視，且容易預(yù)報(bào)失誤。

④雷達(dá)基本反射率產(chǎn)品顯示，強(qiáng)度最大的回波接近地面，說明回波主要以低質(zhì)心的降水回波為主，且強(qiáng)降水回波在株洲中部地區(qū)生消發(fā)展造成明顯的列車效應(yīng)。速度徑向剖面可見明顯的底層逆風(fēng)區(qū)，且在逆風(fēng)區(qū)前部有一股較強(qiáng)的斜升氣流存在，在底層輻合區(qū)上部存在風(fēng)暴頂輻散特征，這種底層輻合高層輻散的回波特征加強(qiáng)了地面的上升運(yùn)動(dòng)，而斜升氣流的存在對于風(fēng)暴的維持起到促進(jìn)作用，使得整個(gè)風(fēng)暴更好的維持和發(fā)展。