2014年5月24—25日湘潭暴雨過程診斷分析

尹寶蓉，袁紅松，黃 娟，歐陽也能，鄭仕超

(湖南省湘潭市氣象局，湖南 湘潭 411100)

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2014年5月24—25日湘潭暴雨過程診斷分析

尹寶蓉，袁紅松，黃 娟，歐陽也能，鄭仕超

(湖南省湘潭市氣象局，湖南 湘潭 411100)

該文利用常規天氣圖、自動氣象站雨量資料、NCEP 1°×1°再分析資料、衛星云圖、雷達等資料對2014年5月24—25日湘潭出現的暴雨過程進行診斷分析。結果表明，這次暴雨過程是大尺度與中尺度天氣系統相互作用的結果，有強大的干侵入觸發；地面小低壓和中低層冷切尾部和暖切頂部的輻合，配合高空反氣旋輻散以及強大的干侵入作用，導致了強烈的垂直上升運動，使不穩定能量得以釋放；強降水區具有典型的正負渦度柱、正負散度柱耦合雙偶結構；暴雨過程以積狀云降水回波為主，具有明顯的中尺度特征，MCC、MCS發展強烈，而湘潭的強降水出現在MCS和MCC云團的TBB最大處；分析干線位置和移動方向對夏季強對流暴雨落區預報有很好的指示意義。

暴雨；中尺度雨團；干線；云圖；雷達

1 前言

暴雨是湖南主要災害天氣之一[1-3]，暴雨天氣的發生和發展是大尺度與中小尺度天氣系統相互作用的結果，暴雨預報是當今天氣預報領域的一大難題，24 h以上時效暴雨預報準確率還很低。為此，中國氣象局《現代天氣業務發展指導意見》強調，要以多種觀測資料和數值產品的綜合應用為基層，逐步從以天氣尺度分析為主的業務向天氣尺度與中尺度分析相結合的業務轉換，要重點加強中尺度天氣分析，為暴雨等強對流天氣的短時臨近預報和災害性天氣短期落區預報提供支持[4]。本文通過對2014年5月24—25日發生在湘潭的暴雨過程的多尺度天氣系統配置，雨團活動情況及主要物理量診斷等方面進行分析，從中找出此類暴雨發生發展的特征，以期為提高預報預警能力提供幫助。

2 天氣實況及影響

5月24日08時—26日08時湘潭出現了2014年入汛以來的最強降水過程，3個國家氣象站累計降水量：湘潭為89.7 mm、湘鄉43.3 mm、韶山69.9 mm；據110個區域自動氣象站資料統計(圖略)，過程平均降水量59 mm，有75站≥50 mm，其中6站≥100 mm，強降水主要集中在雨湖區和湘潭縣，最大降水量132.4 mm(雨湖區姜畬鎮)。其中24日14時—25日14時全市出現65站暴雨， 6站大暴雨。湘潭此次暴雨過程局地差異大，主要以中等雨團(小時雨量10～30 mm)[5]影響為主，最大雨強僅41.1 mm/h。降水過程有兩段：24日22時—25日01時出現在湘潭東北部；25日03—08時為降水范圍最廣、強度最強時段，首先從湘鄉西南部開始，逐漸移向東北方向，出現10站的中尺度暴雨(連續3h降水量≥50 mm，且其中1 h雨強≥30 mm)[5]。

此次暴雨過程造成湘潭市多處地勢低洼和排水不暢地段出現短時積水；早稻處于幼穗分化期，短時間水淹影響不大，但蔬菜受淹損失較大。據民政局統計，全市2 985人因此受災，緊急轉移安置86人，246.5 hm2農作物受災，其中13.5 hm2絕收，倒塌房屋10間，損壞房屋70間，直接經濟損失108萬元，其中農業經濟損失90萬元。

3 天氣形勢分析

3.1 環流背景

24日08時(圖2a)，湘潭處在副高邊緣，高層濕度小，中低層濕度大，其中700 hPa低槽后部有溫度槽配合，地面圖上我國西南地區有一低壓倒槽。14時地面圖上湘潭處兩高之間的低壓輻合帶中，增溫增濕明顯。24日20時(圖2b)，副高位置穩定少動，700 hPa低槽東移南壓，溫度槽仍落后高度槽，且對應925 hPa上的溫度脊，850 hPa貴州西北—湖南北部有橫切變，廣西中部—湖南西部有急流建立，地面西南倒槽發展，冷鋒維持在長江中下游北岸，湘潭處在高空槽底部、700 hPa冷切尾部和850 hPa暖切頂部的輻合區及地面輻合帶中，降水開始并加強。25日08時(圖2c)，副高略有南壓，700 hPa低槽東移入海，湘潭處在槽后偏北氣流中，廣西北部—湖南西南部有急流；850 hPa轉為冷式切變，維持在湘西北—貴州東南部，急流加強東移，地面冷鋒位置少動，冷空氣主體明顯南移，湘潭處在低槽后部，強降水趨于減弱。14時受地面冷空氣南下影響，系統東移減弱，湘潭的降水逐漸停止。

圖1 湘潭市降水雨團分布圖(a)和中尺度暴雨站小時降水量情況圖(b，站點從SW→NE)

圖2 2014年5月24日08時(a)、24日20時(b)、25日08時(c)、25日20時(d)高空形勢圖

3.2 中尺度分析

從長沙24日20時的探空圖(圖3a)看出，大氣層結處于不穩定狀態，上干下濕；分析天氣圖發現(圖3b)，湘潭高空3層均處在暖區溫度脊中，但上冷下暖，500 hPa和925 hPa溫差為26℃，干線位于山東中部—河南中部—甘肅中東部；850 hPa和700 hPa低槽位置相近，位于長江以北，后部均有溫度槽配合，其中700 hPa溫度槽對應925 hPa溫度脊，且落后于高度槽，促使低槽發展東移；地面處于低壓輻合區內。

25日08時850 hPa和700 hPa兩層低槽東移入海，湘潭處于槽后，700 hPa干線隨槽后偏北氣流侵入本地，使之成為顯著干區(長沙站露點溫度從20時的10℃下降為-26℃，干侵入達36℃)。有研究認為，干冷空氣侵入對位勢不穩定能量的增強、氣旋的爆發性發展、暴雨的增幅及中氣旋的發生發展等起著重要的促進作用[6-8]。湘潭處在西南倒槽中，高溫高濕的不穩定環境，中層強大的干侵入觸發，造成25日03—08時出現中尺度暴雨，暴雨落區出現在干線南側、700 hPa冷切尾部和850 hPa暖切頂部輻合區及地面倒槽中。

這次暴雨過程是大尺度與中尺度天氣系統相互作用的結果，有強大的干侵入觸發。由于地面小低壓及700 hPa冷切尾部和850 hPa暖切頂部的輻合，加上高空反氣旋輻散以及強大的干侵入作用，導致了強烈的垂直上升運動，使不穩定能量得以釋放，造成強對流天氣。分析干線位置及移動方向，對夏季強對流暴雨落區預報有很好的指示意義。

圖3 2014年5月24日20時探空圖(a)、24日20時和25日08時700 hPa中分析圖(b)

圖4 850 hPa風場(流線)和水汽通量散度(色斑，單位：10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)和比濕(等值線，單位：g/kg);

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件

根據“規劃”中提出2020年要建設666. 67千 hm2棉花高產區，單產達到2 250 kg/hm2，高產棉區占種植總面積的30%。2025年實現1 066. 67千hm2棉花高產區，約占種植總面積的50%。設定情景B：2020年實現666. 67千 hm2棉花高產高效區，單產2 250 kg/hm2，2025年建成1 066. 67千hm2棉花高產高效區，按照2020年單產年均增長率2. 06%估算，2025年單產達2 490 kg/hm2。

利用NECP 1°×1°的再分析資料(圖4)看出，24日14時850 hPa在廣西—湖南中部形成了一條水汽通道，湘北出現一個強的水汽輻合中心；從比濕的分布來看，湖北西部為干區，湖南東部處于濕度大值區，湘潭市處于水汽通量和濕度的大值區內，說明濕度條件很好。

24日20時，850 hPa在湘西和湘東北各有一個水汽輻合中心，而廣西—湖南中部水汽通道維持，湘潭水汽輸送條件很好。25日02時，由于北方干冷空氣侵入湘北，水汽輻合中心南壓至湘西—湘南，湘中以北濕度減小，在湘北形成明顯的濕度鋒區，此時湘潭市開始出現短時強降水。25日08時西南氣流加強，在湘西北地區出現強的水汽輻合中心，而湘東北為輻散區；濕度鋒區進一步南壓減弱，湘潭的強降水趨于減弱。濕度鋒區的南壓過程，正好對應湘潭市03—08時的強降水時段。

4.2 動力條件分析

從圖5可知，24日14時，暴雨區為低層正渦度(負散度)和高層負渦度(正散度)，是典型的暴雨渦散場耦合模式[1-4]。20時之后，正渦度區向上發展，到25日02時，對流層925～700 hPa之間正渦度加大，在900 hPa形成一個中心，中心強度達4×10-5s-1，而高空的負渦度也在加強，在400 hPa附近形成一個-6×10-5s-1的中心；同時，900 hPa 以下的負散度加強，形成一個中心值達-3×10-5s-1的強輻合中心，500 hPa附近正散度明顯加大，中心值為2×10-5s-1，低層輻合高空強烈輻散，湘潭對流上升運動發展強烈，出現雷電、短時強降水等強對流天氣，一直持續到08時。08時之后，低層正渦度減少，正散度加大，強降水減弱。由此可見，強降水區對應一個從地面—對流層頂的正負渦度柱耦合、正負散度柱耦合的典型雙耦結構，構成產生暴雨的動力機制。這種耦合結構在暴雨發生前已出現，這對此類暴雨預報預警有指示意義，這次短時暴雨出現在正負渦度和正負散度發展到最強趨于減弱的時間段內。

圖5 暴雨區(112～113°E，27～28°N)的平均渦度(a)和散度(b)的時間-高度剖面圖(單位：10-5m/s)

圖6 5月25日02時(a)、08時(b)的850 hPa假相當位溫(色斑，單位：K)和700 hPa垂直速度(等值 線，單位：Pa·s-1)

4.3 熱力及不穩定條件分析

由850 hPa假相當位溫(θse)和700 hPa垂直速度的疊加圖可知，24日14時(圖略)，θse的高值區在廣西西部，并向東北伸展，湖南省除湘西北外，θse>354 K，表明低層為高溫高濕區，此時垂直上升區位于湘西南及湘中以北。24日20時(圖略)，θse的高值區在廣西西部和貴州南部，并向東伸展，湘西、湘南相對較高，垂直上升區位于湘西、湘中以北，在西部湘黔交界處和湘東北各有一個中心。25日02時(圖6a )湘西、湘中以南處于θse高值區內，垂直上升區在湘中偏北開始發展并東移南壓，不穩定層結配合強烈的垂直上升運動造成湘潭出現雷電、短時強降水。08時(圖6b)上升中心南壓至衡陽，其南北兩側各有一個下沉中心，其中南側的下沉中心速度達0.6 Pa·s-1，形成上升和下拽兩支氣流，此時強降水南壓至湘潭縣南部和衡陽地區，湘潭市北部降水逐漸減弱。由此可見，高溫高濕配合強烈的垂直上升運動是產生這次暴雨的原因之一，降水增強時段與上升速度增強時段有較好的對應關系，而且對流性的強降水與上升和下拽兩支氣流密切相關。

5 衛星資料分析

分析5月25日01—09時逐小時TBB云圖演變過程，25日01時(圖7a)在貴州西部有一個中小尺度的強對流云團，中心TBB≤-70℃；湖南邵陽隆回、懷化沅陵、岳陽沅江有小的對流云團生成；江西西部靠近湖南邊界也有一個TBB≤-70℃的強對流中心。02時(圖7b)貴州西部云團迅速發展增大，并向東移動，在移動前方又有新的對流云團生成；在湘中及以北地區，有4個小尺度的對流云團MCC生成并迅速發展；江西的云團減弱南壓。03時(圖7c)，湘中的對流云團發展，其中有一個在婁底的西部，湘潭的西南部處其前方，此時婁底發生強的降水，湘潭西南強降水開始。04時(圖7d)，貴州西部和湘中以北的對流云團繼續發展東移，婁底西部的對流云團已影響湘潭西半部，強降水范圍加大。05時(圖7e)影響湘潭的對流云團往東北方向移動很快，中心強度也達到-70℃以下，局地雨強達30 mm/h以上。06時(圖7f)貴州西部的MCS發展東移并逐漸影響湘西，而湘中以北的4個對流單體發展加強并形成一個新的MCS，湘潭受其影響，短時強降水加強，中尺度暴雨出現區域為TBB最強處。06—08時，西南部的MCS中心強度再次加強南擴，湘東云團有所南壓，湘潭西部又有新的對流云團生成影響，強降水一直持續。至09時(圖7j)湘西的對流云團與湘東的連在一起，南壓至湘潭縣南部和衡陽一帶，湘潭強降水減弱。

圖7 2014年5月25日01時(a)-09時(i)FY-2E TBB變化(色斑)(間隔1 h)

6 雷達回波演變特征

分析多普勒雷達產品(圖略)表明，5月24日22時，在湘北和湘中以南各有一條不連續的強回波帶，湘潭的湘鄉有一小塊強回波存在，中心強度在50 dBz以上。對應的基本速度圖上，在湘潭的西部，即湘鄉與韶山境內存在負速度大值區，在回波的移動過程中，該負速度的大值區一直存在，并向東移動。結合降水分析，24日22時—25日01時的強降水落區與強回波區及負速度的大值區相對應，快速自西向東移動。25日02時，湘北的強回波帶已南壓至益陽和岳陽南部，婁底東部有一塊強回波，但均未影響湘潭。03時婁底的強回波東移至湘鄉邊界，回波強度在40 dBz以上，回波迅速發展加強，中心強度達55 dBz，湘鄉西南部出現雷電和短時強降水。隨著強回波帶東移，湘潭自西南向東北陸續出現強對流天氣。05時，影響湘潭東部的強回波東移到株洲境內，但湘鄉西部出現新的一塊積狀云降水回波，且湘北的強回波帶已南壓至長沙。受湘鄉西南部的強回波發展東移和北面強回波帶的南壓接連影響，湘潭市中東部06—08時出現短時暴雨，部分站點3 h降水量達50 mm以上。

此次暴雨過程是以積狀云降水回波為主，強回波帶移動速度很快，中心反射率因子達55 dBz，造成雷暴和短時強降水等強對流天氣。

7 小結

①這次暴雨過程是由于地面小低壓、冷切尾部和暖切頂部的輻合，加之高空反氣旋輻散以及700 hPa強大的干侵入作用，導致了強烈的垂直上升運動，使不穩定能量得以徹底釋放。且暴雨發生前，湘潭有明顯的增溫，一直處于高濕區，干侵入形成明顯的濕度鋒區，濕度鋒區南壓過程出現強降水。分析干線位置及移動方向，對強對流天氣落區預報有很好的指示意義。

②強降水區對應一個從地面—對流屋頂的正負溫度柱耦合，正負散度柱耦合的典型雙耦結構，構成產生暴雨的動力機制。溫度場、教度場耦合結構在暴雨發生前出現，對此類暴雨預報預警有指示意義。

③ 降水增強時段與垂直上升速度增強時段有較好的對應關系，對流性強降水與上升和下拽兩支氣流密切相關。

④ 此次暴雨過程是以積狀云降水回波為主，具有明顯的中尺度特征，MCC、MCS發展強烈，而湘潭的強降水出現在MCS和MCC云團的TBB最大處。

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2014-08-25

尹寶蓉 (1970—)，女，高工，主要從事短期天氣預報工作。

1003-6598(2015)06-0034-05

P458.1+21

B