一次由列車效應(yīng)引發(fā)的湖南暴雨研究

李婷 蔡杏芳 童潔 肖詩堯 黃卓禹 劉久國

關(guān)鍵詞暴雨;穩(wěn)定維持;東傳;鋒區(qū);列車效應(yīng)

2019年5月12日白天到夜間，在副高西北側(cè)附近，湖南出現(xiàn)了一次暴雨、局地大暴雨天氣過程，降雨落區(qū)主要位于湖南中北部地區(qū)，暴雨中心位于益陽、婁底地區(qū)。這次過程雨強(qiáng)不大，但降水的持續(xù)時(shí)間長，最長穩(wěn)定維持時(shí)間長達(dá)12h以上。對(duì)于此次過程，臨近時(shí)各家數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果較為一致，降水穩(wěn)定在湖南的中北部，夜間降水系統(tǒng)南壓，雨帶也一致預(yù)報(bào)南壓至湖南的南部地區(qū)：而預(yù)報(bào)與實(shí)況出現(xiàn)了明顯的偏差，夜間降水依然穩(wěn)定維持在湖南的中部區(qū)域。

基于以往的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和預(yù)報(bào)思路，一個(gè)地區(qū)產(chǎn)生持續(xù)降水之后，不穩(wěn)定能量和大氣層結(jié)等會(huì)變得較為穩(wěn)定，尤其是夜間冷空氣南下，一直考慮降水系統(tǒng)南壓，因而造成較大范圍的漏報(bào)。為了提高暴雨、大暴雨的預(yù)報(bào)質(zhì)量，對(duì)此次穩(wěn)定性持續(xù)暴雨過程的環(huán)流背景和物理過程進(jìn)行分析，試圖分析在大氣環(huán)流形勢相對(duì)穩(wěn)定的情況，出現(xiàn)此次持續(xù)性強(qiáng)降水的原因，為今后類似預(yù)報(bào)服務(wù)提供借鑒。

1降水實(shí)況

2019年5月12日白天到夜間湖南的中北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣過程。從整個(gè)24h降水分布可以看出，強(qiáng)降水區(qū)主要分布在湘西州南部、懷化北部、益陽、婁底、湘潭、長沙一線，大致呈準(zhǔn)東西向分布，從降水時(shí)段內(nèi)最大小時(shí)雨強(qiáng)分布看，此次強(qiáng)降水過程中，最大小時(shí)雨強(qiáng)為10～30mm/h，降水強(qiáng)度在區(qū)域性暴雨天氣過程中偏弱（圖1）。

2成因分析

2.1環(huán)流背景分析

2.1.1中高層環(huán)流形勢從2019年5月12日20：00的500 hPa高度場可以看出，湖南北側(cè)的中高緯度地區(qū)被深厚寬廣的低槽控制，其南側(cè)帶狀副高北伸至20°N以北，整個(gè)湖南處于副高北側(cè)強(qiáng)的高空輻散區(qū)內(nèi)，有利于系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)的維持，而南北2個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)峙有利于高空西風(fēng)急流的維持和增強(qiáng)，同時(shí)，也有利于中低層系統(tǒng)的穩(wěn)定少動(dòng)。

2.1.2中低層環(huán)流形勢以中高層環(huán)流相對(duì)應(yīng)的是在湖南中北部700～925hPa之間穩(wěn)定維持著準(zhǔn)東西向的切變線，整個(gè)強(qiáng)降水區(qū)處于來自南海洋面的西南偏南風(fēng)和來自東側(cè)洋面的偏東氣流的匯合。二者近似飽和暖濕氣流的匯合，非常有利于強(qiáng)降水天氣的出現(xiàn)和維持。

2.1.3地面環(huán)流形勢從強(qiáng)降水時(shí)刻海平面氣壓的分布看，湖南北側(cè)有較強(qiáng)的冷高壓的入侵，西側(cè)存在較強(qiáng)的暖低壓，在重慶一四川一線形成準(zhǔn)靜止鋒，湖南處于兩股氣流的影響區(qū)內(nèi)，有利于對(duì)流天氣的觸發(fā)和發(fā)展。

2.2探空資料分析

以同樣是強(qiáng)降水區(qū)長沙探空站的分析可以看出，從近地面至600hPa附近為深厚的濕層以及比濕和飽和比濕的垂直剖面可以看出，500hPa以下的水汽近乎飽和，非常有利于強(qiáng)降水天氣的發(fā)生和維持。另外，從各層風(fēng)場可以看出，在較強(qiáng)的西南氣流之下的近地面，有淺薄的冷空氣侵入，加大暖區(qū)倒槽內(nèi)暖濕氣流的被迫抬升。

3降水系統(tǒng)移動(dòng)特征分析

3.1一致的西風(fēng)氣流引導(dǎo)下，降水系統(tǒng)東傳特征明顯

從沿著28°N逐6h的緯向風(fēng)一垂直風(fēng)的緯向剖面可以看出，輻合上升氣流在降水時(shí)段存在明顯的東傳的現(xiàn)象，且從相伴隨的垂直速度大小可知，在東傳過程中，由西側(cè)的高海拔區(qū)向低海拔區(qū)移動(dòng)中，上升存在一個(gè)增強(qiáng)變化的趨勢，然后在進(jìn)入地勢相對(duì)平緩區(qū)時(shí)，又逐漸減弱。婁底北部發(fā)生強(qiáng)降水的時(shí)間分別是在12日的白天和夜間，對(duì)應(yīng)此時(shí)的大速度區(qū)正位于影響地區(qū)的上空。另外，從東西向的流場分布看，500hPa以上，102°E～116°E均表現(xiàn)為一致的偏西風(fēng)，邊界層至中低層之間存在不同尺度的擾動(dòng)，這也是對(duì)流發(fā)展高度不高的原因之一：此外，在中高層一致的西風(fēng)氣流引導(dǎo)下，東傳特征明顯（圖2）。

3.2鋒區(qū)下傳與近地面中小尺度擾動(dòng)結(jié)合促進(jìn)降水持續(xù)

同理，沿著111°N逐6h的經(jīng)向風(fēng)一垂直風(fēng)的經(jīng)向剖面可以看出，12日20：00（北京時(shí)）28°N為偏南風(fēng)控制，且伸展至300hPa以上其北側(cè)的為偏北風(fēng)侵入，在28°N～30°N中層形成較明顯的鋒區(qū)，隨著冷空氣逐漸向下滲透，鋒區(qū)伸展高度逐漸降低，并與在沿山脈附近則是多南北兩支氣流形成的中小尺度擾動(dòng)系統(tǒng)合并，進(jìn)一步促進(jìn)降水的發(fā)生和持續(xù)（圖3）。

3.3強(qiáng)盛的偏南風(fēng)不利于系統(tǒng)南落

從沿著111°N逐6h的經(jīng)向一垂直風(fēng)的經(jīng)向剖面圖可以看出，北方冷空氣的向南侵入的緯度有限，為了更為明確地了解系統(tǒng)南北移動(dòng)的趨勢，再一次分析沿著111°N逐6h的水平風(fēng)的緯度—高度剖面圖。從降水各時(shí)次的剖面可以看出，北側(cè)較強(qiáng)的偏北風(fēng)主要集中在600hPa以下，與南側(cè)強(qiáng)盛的西南氣流相比，則明顯偏小，而且在整個(gè)強(qiáng)降水過程中，西南氣流均表現(xiàn)得異常旺盛，此次當(dāng)處于強(qiáng)盛的偏南氣流影響下，強(qiáng)的水汽輻合和強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)都位于偏南氣流內(nèi)，在上下一致強(qiáng)的西南氣流的阻擋下，相對(duì)弱的冷空氣南侵有限，致使中切變?cè)?8°附近穩(wěn)定維持此次，高層較穩(wěn)定的層結(jié)阻擋中低層系統(tǒng)向上發(fā)展，這也導(dǎo)致對(duì)流云團(tuán)發(fā)展不旺盛（圖4）。

4基于衛(wèi)星云圖和雷達(dá)分析降水特征

4.1基于衛(wèi)星云圖降水特征分析

從各時(shí)次的假相當(dāng)位溫的分布看第一階段的降水時(shí)次，婁底的北部有冷性對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，但強(qiáng)度和范圍有限，且對(duì)流云團(tuán)均在山脈北側(cè)發(fā)展東移，在08：00～10：00次對(duì)流云團(tuán)在張家界一湘西一帶山脈移入懷化北部、益陽西部和婁底北部地勢相對(duì)低的位置時(shí)，對(duì)流云團(tuán)有存在發(fā)展加強(qiáng)的趨勢，而這些區(qū)域也對(duì)應(yīng)著大暴雨的分布區(qū)和局地小時(shí)雨強(qiáng)超過50mm/h。這也表明上述地區(qū)的地形分布有利于促進(jìn)移入對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，降水的增幅作用較明顯。在12日夜間第二階段的降水過程，基本表現(xiàn)為暖云降水（圖5）。

4.2基于雷達(dá)的降水特征分析

從上述分析可知，此次強(qiáng)降水過程中，對(duì)流發(fā)展高度均不高，小時(shí)雨強(qiáng)最大也在30mm/h以下。從兩個(gè)階段的強(qiáng)降水時(shí)刻的各仰角的雷達(dá)反射率可以看出，在第一階段北部最強(qiáng)降水時(shí)刻的10：23的組合反射率在新化北部出現(xiàn)了小范圍的積云降水回波，最強(qiáng)回波有達(dá)到45 dbz，對(duì)應(yīng)小時(shí)的雨強(qiáng)在20mm/h左右，0.5和1.5度仰角來看，最強(qiáng)的回波集中在中層4km附近。故整個(gè)強(qiáng)降水的回波都集中在中層以下，有利于降水的持續(xù)（圖6）。

而從第二階段的降水回波看，強(qiáng)度較第一時(shí)次有減弱，但列車效應(yīng)明顯，導(dǎo)致婁底的西部、中部地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)較高效率的降水。另外，從較強(qiáng)回波的列車帶上可以看出，在3.4°仰角，在同等影響系統(tǒng)下，在婁底的中部地區(qū)表現(xiàn)出在高仰角較強(qiáng)的回波，表面對(duì)流在這些地區(qū)的發(fā)展較為旺盛，而這些地區(qū)正處于下坡區(qū)，這是否也存在的地形的增幅作用，有待于今后的進(jìn)一步驗(yàn)證。

5結(jié)語

此次強(qiáng)降水過程，湖南北側(cè)的中高緯度地區(qū)被深厚寬廣的低槽控制，其南側(cè)帶狀副高北伸至20°N以北，整個(gè)湖南處于副高北側(cè)強(qiáng)的高空輻散區(qū)內(nèi)，有利于系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)的維持，而南北兩個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)峙有利于高空西風(fēng)急流的維持和增強(qiáng)，同時(shí)，也有利中低層系統(tǒng)的穩(wěn)定少動(dòng)。強(qiáng)降水區(qū)穩(wěn)定維持著準(zhǔn)東西向的切變線，西路冷空氣滲透入高飽和濕區(qū)的地面暖倒槽內(nèi)，有利于對(duì)流天氣的觸發(fā)、發(fā)展和維持。