2016年6月30日湖北強(qiáng)對流天氣過程分析及數(shù)值模擬

摘要 利用ERA-Interim再分析資料、中國自動站與CMORPH降水產(chǎn)品融合的逐時降水量網(wǎng)格數(shù)據(jù)，對2016年6月30—7月1日湖北地區(qū)強(qiáng)對流天氣環(huán)的流特征和觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)對流天氣的主雨帶位于西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)，850 hPa江淮切變線以南，850 hPa西南風(fēng)急流軸左前側(cè)，地面江淮準(zhǔn)靜止鋒附近；925 hPa南風(fēng)急流和

850 hPa西南風(fēng)急流在湖北地區(qū)低層建立的水汽通道為該地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展提供了充沛的水汽，同時湖北地區(qū)上空垂直方向的水汽輸送也加強(qiáng)了當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)對流天氣；湖北地區(qū)上干下濕的大氣狀況和高對流有效位能為此次對強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的能量；地面江淮準(zhǔn)靜止鋒、地面低壓、低層江淮切變線、中層低壓槽、低層冷渦造成的輻合上升運(yùn)動為不穩(wěn)定能量的釋放提供了觸發(fā)條件，有利于該地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。

關(guān)鍵詞 天氣學(xué)；對流性天氣；暴雨；數(shù)值模擬；環(huán)流形勢

中圖分類號：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0127-03

強(qiáng)對流天氣一般具有空間尺度小、生命周期短、突發(fā)性強(qiáng)、發(fā)展迅速、容易成災(zāi)的特點(diǎn)。了解強(qiáng)對流天氣的環(huán)流特征和觸發(fā)機(jī)制對做好對流性天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，有效預(yù)防對流性天氣災(zāi)害具有十分重要的意義。

關(guān)于強(qiáng)對流天氣的環(huán)流特征和觸發(fā)機(jī)制國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量研究。陶詩言[1]的研究表明，北半球中層河套地區(qū)至西藏高原一帶的低值系統(tǒng)東移，是西南低空冷渦進(jìn)一步加強(qiáng)的主要原因，配合上低層充沛的水汽和高的對流性不穩(wěn)定，極易導(dǎo)致中小尺度對流性云團(tuán)的產(chǎn)生，并在有利的大尺度環(huán)流的影響下形成中小尺度的強(qiáng)降水過程。張小玲等[2]研究發(fā)現(xiàn)，對流有效位能（CAPE）釋放的浮力抬升作用會加強(qiáng)中小尺度范圍的上升運(yùn)動，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展。屈花和等[3]指出，高的對流性不穩(wěn)定、充沛的水汽、中層低壓槽、低層切變線、地面鋒面等有利于對流性天氣的發(fā)生、發(fā)展。同時充沛的水汽供給，高的對流性不穩(wěn)定，觸發(fā)機(jī)制是對流性天氣的發(fā)生、發(fā)展最為重要的原因。Kain等[4]在利用WRF數(shù)值模式對強(qiáng)對流天氣的研究中發(fā)現(xiàn)，高分辨率的WRF輸出結(jié)果對強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)有顯著改進(jìn)。還有研究者指出，準(zhǔn)平穩(wěn)和移動緩慢的深對流系統(tǒng)是由多個處于生命周期的各個階段雷暴單體組成的，當(dāng)個別雷暴單體的軌跡反復(fù)穿越同一地區(qū)時會產(chǎn)生大量降水。

湖北地區(qū)在6—7月的梅雨期易由梅雨鋒結(jié)合中尺度低渦和低空切變線，在大尺度環(huán)流的影響下發(fā)展出β中尺度的對流性暴雨，從而產(chǎn)生城市內(nèi)澇、洪水等嚴(yán)重災(zāi)害，危害當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)安全。因此，綜合分析了2016年6月30—7月1日發(fā)生在湖北全境的β中尺度的對流性暴雨的環(huán)流特征和觸發(fā)機(jī)制，以期為湖北地區(qū)提供此類強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)精度，做好針對此類強(qiáng)對流天氣引發(fā)的嚴(yán)重自然災(zāi)害的防災(zāi)、抗災(zāi)工作。

1 資料及模式的選擇

采用ERA-Interim 2016年6月地面00：00、06：00、12：00、18：00（世界時，下同）實(shí)時全部地表變量的再分析資料，

ERA-Interim 2016年6月高空00：00、06：00、12：00、18：00 1～1000 hPa實(shí)時全部高空變量的再分析資料，利用WRF數(shù)值模式中Morrison2-momentscheme微物理過程方案（內(nèi)外層方案一致，下同）、RRTM長波輻射方案、Dudhia短波輻射方案、Monin-Obukhov近地面層方案、Noah陸面過程方案、MRF邊界層方案、淺對流Kain-Fritsch積云參數(shù)化方案、積云參數(shù)化方案中的Grell-Devenyi集合方案，針對圖1所示區(qū)域進(jìn)行雙層嵌套，并利用WRF數(shù)值模式結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)對流觸發(fā)機(jī)制的分析。采用2016年6月30日中國自動站與CMORPH降水產(chǎn)品融合的逐時降水量網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測降水分析并與WRF數(shù)值模式結(jié)果進(jìn)行對比。并且采用2016年6月30日08：00 Micaps4的地面及高空實(shí)況天氣填圖對強(qiáng)對流環(huán)流特征進(jìn)行分析。

2 降水過程及數(shù)值模擬結(jié)果對比分析

此次強(qiáng)對流天氣的降水過程具有降水范圍大、降水強(qiáng)度強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、發(fā)展迅速的特點(diǎn)（圖2b）。2016年6月30—7月1日湖北大部分地區(qū)日降水量超50 mm，達(dá)到暴雨級別。50 mm以上的雨帶呈現(xiàn)東西橫向分布，位于鄂西南、江漢平原、鄂東北和鄂東南北部。其中天門市、武漢至黃岡一線、自治州北部等地區(qū)日降水量超過100 mm，達(dá)到大暴雨級別。00：00～07：00湖北大部分地區(qū)的總降水量在1.6 mm以下，只有湖北西南部的8 h降水量超過50 mm（圖2a）。08：00～10：00 3 h內(nèi)湖北部分地區(qū)降水量激增，其中湖北中部、東部3 h累積降水量超12.8 mm，兩湖平原北部3 h累積降水量超過50 mm（圖2c）。

對比圖2d和圖2b，模式模擬結(jié)果的50 mm以上的雨帶與實(shí)況圖的50 mm以上的雨帶分布大致相同，均呈現(xiàn)東西橫向分布，模式模擬結(jié)果的大暴雨區(qū)域與實(shí)況圖大致相同，均在天門市、武漢至黃岡一線、自治州北部等地區(qū)。因此可以認(rèn)為模式模擬結(jié)果較好，可以用于對此次強(qiáng)對流的水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)和觸發(fā)機(jī)制的分析。

3 環(huán)流形勢分析

3.1 200 hPa環(huán)流形勢

3.1.1 200 hPa大尺度環(huán)流 2016年6月30日08：00 200 hPa位勢高度場所示，高緯度地區(qū)和東歐平原北側(cè)存在一個低壓中心，中西伯利亞平原以北存在一個高壓中心，外興安嶺以北存在一個低壓中心，貝加爾湖附近存在一條橫槽；中緯度地區(qū)和東北平原至東海一帶存在一條低壓槽，河套地區(qū)至長江中下游平原西部存在一條西風(fēng)急流，低緯度地區(qū)和南亞高壓位于印度半島北部，其高壓脊向東延伸至南海上空，使得湖北地區(qū)上空高層出現(xiàn)輻散（圖3）。

3.1.2 200 hPa中尺度環(huán)流 2016年6月30日08：00在四川盆地地區(qū)存在1條脊線，使得湖北地區(qū)受到脊前西北氣流影響，產(chǎn)生輻散下沉氣流，有利于湖北地區(qū)降水的發(fā)生、發(fā)展（圖4）。在河套地區(qū)至兩湖平原一帶存在1條高空西風(fēng)急流，在湖北地區(qū)上空造成了強(qiáng)的西風(fēng)垂直切變，強(qiáng)的西風(fēng)隨緯度的增加在湖北上空造成了強(qiáng)的水平切變，強(qiáng)的垂直切變和水平切變引起了湖北地區(qū)的對稱不穩(wěn)定，同時加強(qiáng)了湖北地區(qū)中尺度上升運(yùn)動，有利于該地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。

3.2 850 hPa環(huán)流形勢

3.2.1 850 hPa大尺度環(huán)流 對于高緯度地區(qū)，在貝加爾湖以北存在阻塞高壓，在烏拉爾山以東、外興安嶺各存在1個切斷低壓，形成倒“Ω”流型，在準(zhǔn)噶爾盆地北部存在1個高壓中心對于中緯度地區(qū)，在大興安嶺至蒙古高原一線存在1條低壓槽，在長江中下游平原以北至四川盆地一線存在1條風(fēng)速風(fēng)向切變線，使得湖北地區(qū)上空受到輻合抬升作用影響，有利于湖北地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生、發(fā)展，同時在云貴高原至江南丘陵一帶存在1條西南風(fēng)急流，為湖北地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生、發(fā)展輸送了源源不斷的水汽，并且加強(qiáng)了湖北地區(qū)上空的對流性不穩(wěn)定，有利于湖北地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生、發(fā)展。

對于低緯度地區(qū)，西太平洋副高的高壓中心位于帕勞海嶺，其外圍延伸至湖北南部，為湖北地區(qū)輸送了來自海上的暖濕空氣，有利于湖北地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生、發(fā)展，同時在印度半島東北部以及阿拉伯海東部各存在1個低壓中心。

3.2.2 850 hPa中尺度環(huán)流 湖北全境處在溫度露點(diǎn)差≤5 ℃的顯著濕區(qū)中，為該地區(qū)強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的水汽供應(yīng)，同時該地區(qū)上空500 hPa高度存在1個與顯著濕區(qū)相對應(yīng)的顯著干區(qū)，在該地上空形成了上干下濕的大氣狀態(tài)，增強(qiáng)了當(dāng)?shù)厣峡沾髿獾膶α餍圆环€(wěn)定，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展。

在華北平原中部、黃土高原南部、長江中下游平原各存在1個暖中心，同時在黃淮平原中部存在1條溫度脊，該暖脊與500 hPa該地區(qū)的溫度槽重疊，增強(qiáng)了湖北地區(qū)上空大氣的對流性不穩(wěn)定，為當(dāng)?shù)貜?qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展提供了有利的條件。

在秦嶺至四川盆地一線存在1條切變線，使得湖北上空出現(xiàn)了強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動，為湖北地區(qū)強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展提供了抬升觸發(fā)條件，同時在切變線附近存在的3個低壓氣旋，增強(qiáng)了湖北地區(qū)上空的輻合上升運(yùn)動，有利于該地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。

在云貴高原至江南丘陵一帶存在1條西南風(fēng)急流，從海上為湖北地區(qū)輸送了持續(xù)不斷的水汽，為該地區(qū)強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展提供了充沛的水汽供給，同時西南風(fēng)急流帶來的暖濕空氣增強(qiáng)了該層氣層的不穩(wěn)定性，為該地區(qū)強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展和維持提供了源源不斷的能量供給，并且西南風(fēng)急流與上游的切變線共同作用，使得湖北地區(qū)上空產(chǎn)生了大尺度上升運(yùn)動，進(jìn)而釋放了不穩(wěn)定能量，增強(qiáng)中尺度上升運(yùn)動，為該地強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展和加強(qiáng)提供了有利的動力條件。

4 抬升條件分析

位于云貴高原至長江中下游平原一帶的地面江淮準(zhǔn)靜止鋒使得湖北地區(qū)低空產(chǎn)生了較強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動，配合低層充沛的水汽條件，使得湖北地區(qū)上空的不穩(wěn)定能量釋放，有利于該地強(qiáng)對流的產(chǎn)生。同時位于長江中下游平原以北至四川盆地一線的850 hPa切變線加強(qiáng)了湖北地區(qū)低層的輻合上升運(yùn)動，有利于對流的產(chǎn)生和加強(qiáng)。

從圖5可以看出，在湖北西北部存在低層冷渦，其產(chǎn)生的輻合上升運(yùn)動加強(qiáng)了湖北上空不穩(wěn)定能量的釋放，有利于該地強(qiáng)對流的加強(qiáng)和持續(xù)。

5 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)對流天氣的降水過程有降水范圍大、降水強(qiáng)度強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、發(fā)展迅速的特點(diǎn)，其主要降水的雨帶呈現(xiàn)東西橫向分布，位于鄂西南、江漢平原、鄂東北和鄂東南北部。其中天門市、武漢至黃岡一線、自治州北部等地區(qū)日降水量超過100 mm，達(dá)到大暴雨級別。

（2）200 hPa高空西風(fēng)急流，500 hPa高緯度的倒“Ω”流型，中緯度的平直西風(fēng)氣流和低壓槽，低緯度的副熱帶西太平洋高壓，為湖北地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展提供了有利的環(huán)流形勢。

（3）200 hPa高層輻散與500 hPa中層輻合共同作用，有利于湖北地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。200 hPa高空西風(fēng)急流在湖北地區(qū)上空造成了強(qiáng)的西風(fēng)垂直切變和強(qiáng)的風(fēng)速切變，增強(qiáng)了當(dāng)?shù)厣峡盏膶ΨQ不穩(wěn)定性，有利于當(dāng)?shù)刂谐叨壬仙\(yùn)動的加強(qiáng)，促進(jìn)了湖北地區(qū)強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生和加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：氣象出版社，1980.

[2] 張小玲，陶詩言，張順利.梅雨鋒上的三類暴雨[J].大氣科學(xué)，2004，28（2）：187-205.

[3] 屈花，周繼先.對流性天氣發(fā)生的影響因子及其預(yù)報(bào)[J].生物技術(shù)世界，2014 （7）：146-147，149.

[4] Kain J S， Weiss S J， Levit J J， et al. Examination of convection-allowing configurations of the WRF model for the prediction of severe convective weather ： The SPC/NSSL Spring program 2004[J]. Weather and Forecasting， 2006， 21（2）： 167-181.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis and Numerical Simulation of Severe Convective Weather Process in Hubei on June 30， 2016

Tong Shuang （Karamay Meteorological Bureau， Karamay， Xinjiang 834000）

Abstract Using ERA Interim reanalysis data and hourly precipitation grid data fused by China Automated Station and CMORPH precipitation products， the circulation characteristics and triggering mechanism of severe convective weather in Hubei Province from June 30 to July 1， 2016 were comprehensively analyzed. The results show that the main rain belt of this severe convective weather is located in the northwest of the Western Pacific subtropical high， south of the 850 hPa Jianghuai shear line， left front of the 850 hPa southwesterly jet stream axis， and near the surface Jianghuai quasi stationary front; The 925 hPa southerly jet stream and 850 hPa southwesterly jet stream established the water vapor channel at the lower level in Hubei Province， providing abundant water vapor for the occurrence and development of severe convective weather in the region. At the same time， the vertical water vapor transport over Hubei Province has also strengthened the local severe convective weather. The upper dry and lower wet atmospheric conditions in Hubei and the high convective effective potential energy provide sufficient energy for the occurrence and development of severe convective weather. The convergence and upward movement caused by surface quasi-static front， surface low pressure， low level Jianghuai shear line， middle level low pressure trough and low level cold vortex provide trigger conditions for the release of unstable energy， which is conducive to the occurrence and development of severe convective weather in the region.

Key words Synoptic science; Convective weather; Rainstorm; Numerical simulation; Circulation situation

作者簡介 仝爽（1998—），男，江蘇宿遷人，助理工程師，主要從事氣象類工作。

收稿日期 2022-10-10