長江中下游地區(qū)一次短時(shí)大暴雨天氣的中尺度分析

王慶華++周金蓮

摘要 利用衛(wèi)星資料、多普勒雷達(dá)資料和中尺度自動站資料，結(jié)合常規(guī)資料，對江漢平原一次短時(shí)大暴雨過程進(jìn)行分析，探討MCS發(fā)生的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)和傳播特征等，揭示了BB類MCS在江漢平原發(fā)生、產(chǎn)生極端性強(qiáng)降水的地面中尺度原因。結(jié)果表明：此次強(qiáng)降水的發(fā)生與沿漢江河谷南下的北風(fēng)、大別山南麓的東南風(fēng)和從湖南北上的南風(fēng)密切相關(guān)，地面輻合線觸發(fā)了對流不穩(wěn)定能量的釋放，導(dǎo)致MCS的形成，3支氣流在江漢平原的匯合使雷暴迅速增強(qiáng)，造成極端強(qiáng)降水。在強(qiáng)降水的拖曳作用下，強(qiáng)下沉氣流形成冷池，在地面造成幅散大風(fēng)，底層出流邊界與地面和風(fēng)暴承載層的西南風(fēng)匯合，觸發(fā)新單體生成并向東北方向傳播，使MCS處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，加上列車效應(yīng)，產(chǎn)生了極端強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞 短時(shí)強(qiáng)降雨；中尺度分析；觸發(fā)機(jī)制；準(zhǔn)靜止；長江中下游地區(qū)

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0211-03

湖北省位于長江中下游，是暴雨多發(fā)地區(qū)，給人民生產(chǎn)生活帶來重大損失，尤其是局地短時(shí)強(qiáng)降水，引發(fā)山洪、泥石流等次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。張家國等[1]分析了多普勒天氣雷達(dá)反射率因子回波形態(tài)、結(jié)構(gòu)、暴雨落區(qū)以及主要影響天氣系統(tǒng)，概括了湖北省區(qū)域性暴雨雷達(dá)回波模型有逗點(diǎn)狀暴雨回波、渦旋狀暴雨回波、渦帶結(jié)合型暴雨回波和帶狀暴雨回波等4類。王曉芳等[2-3]分析了長江中下游地區(qū)梅雨期線狀中尺度對流系統(tǒng)，總結(jié)了8類典型的線狀中尺度對流系統(tǒng)：尾隨層狀降水中尺度對流系統(tǒng)（TS）、準(zhǔn)靜止后向建立中尺度對流系統(tǒng)（BB）等。張家國等[4-5]對發(fā)生在大別山西側(cè)的極端降水進(jìn)行了中尺度分析，發(fā)現(xiàn)特殊地形對雷暴冷池具有阻擋作用，改變MCS傳播方向，由尾隨層狀降水中尺度對流系統(tǒng)（TS）轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)靜止后向建立中尺度對流系統(tǒng)（BB），從而導(dǎo)致極端強(qiáng)降水。這些研究對強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警有很好指導(dǎo)作用，但是當(dāng)沒有地形阻擋的時(shí)候，MCS傳播方向也會出現(xiàn)改變，其中尺度機(jī)理值得進(jìn)一步探索和研究。

1 降水實(shí)況

2015年5月14日18：00至15日3：00（北京時(shí)，下同），江漢平原出現(xiàn)暴雨到大暴雨天氣，共有42個(gè)縣市超過100 mm，其中6個(gè)縣市降水超過250 mm，強(qiáng)降水主要位于仙桃、潛江、天門和漢川等地。從單站逐小時(shí)降雨量資料可以看出，多個(gè)雨量站都出現(xiàn)了連續(xù)3～4 h大于30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。

2 天氣形勢分析

2015年5月14日8：00，500 hPa副熱帶高壓呈帶狀，脊線位于20°N附近，東北為深厚低壓，槽位于河西走廊，青藏高原東部有一淺南支槽，700 hPa和850 hPa上弱西南渦位于四川，湖北受偏南氣流控制，中低層增溫增濕，不穩(wěn)定能量累積。從T-logP圖可以看出，8：00 CAPE值為0，20：00增加到486，訂正后的14：00 CAPE值為1726，不穩(wěn)定能量迅速增加。中層較干，有利于對流不穩(wěn)定的建立和對流系統(tǒng)內(nèi)部下沉氣流的發(fā)展。隨著東北低壓加深，低槽東移使中低層西南低渦加強(qiáng)，湖北降水逐漸開始。14日20：00副熱帶高壓穩(wěn)定，東北低壓加深，槽位于晉南—陜南—四川一線，湖北受低渦東部暖切控制，850 hPa西南急流的出口位于湖北南部，此時(shí)冷空氣侵入倒槽，使降水加強(qiáng)。后隨著低槽東移，中低層轉(zhuǎn)為冷切控制，降水逐漸減弱結(jié)束。從上面分析可以看出：副熱帶高壓、低槽系統(tǒng)、西南渦、西南急流和地面暖倒槽的共同作用導(dǎo)致了此次大暴雨的發(fā)生。

3 衛(wèi)星云圖特征分析

從衛(wèi)星云圖的演變可以看出（圖1），大降水開始之前有低槽云系位于湖北北部，西南渦東部云系A(chǔ)位于鄂西，最低亮溫為-68 ℃，大部分亮溫≥-58 ℃，梯度小，以層狀云為主，含有弱的對流云。5月14日20：00，江漢平原東部出現(xiàn)弱云團(tuán)B′，直徑10 km左右，云團(tuán)迅速發(fā)展，到了23：00，B′云團(tuán)略向西移動，進(jìn)一步發(fā)展增強(qiáng)，直徑超過200 km，最低亮溫為-73 ℃，與西部低渦云團(tuán)A相連。15日0：00，低渦云團(tuán)A開始減弱，對流云團(tuán)B′面積略有增加，強(qiáng)度維持，移動減緩，造成潛江、天門等地的短時(shí)強(qiáng)降水。3：00以后，低渦云團(tuán)A減弱消亡，對流云團(tuán)B′也開始減弱東移，地面降水開始減弱。

可見，造成江漢平原短時(shí)大暴雨的對流云團(tuán)分為3個(gè)發(fā)展階段：第一階段為14日20：00—23：00（發(fā)展階段），對流云團(tuán)觸發(fā)生成，不斷增強(qiáng)，面積增大，向西發(fā)展，此時(shí)低渦云團(tuán)已達(dá)到強(qiáng)盛階段，鋒面云系位于湖北北部，冷空氣尚未侵入；第二階段為15日0：00—3：00（成熟階段），對流云團(tuán)發(fā)展到最強(qiáng)盛階段，云頂亮溫達(dá)到最低，出現(xiàn)白色亮點(diǎn)，穩(wěn)定少動，造成局地短時(shí)強(qiáng)降水，此時(shí)冷空氣的入侵導(dǎo)致低渦云系減弱；第三階段為15日4：00之后（減弱移出階段），對流云團(tuán)逐漸減弱東移，降水結(jié)束[6]。

4 雷達(dá)回波特征分析

2015年5月14日19：00（圖2），湖北省宜昌和十堰有小片降水回波，其他地區(qū)有分散對流單體。強(qiáng)降水雨團(tuán)初生于江漢平原東部，開始分兩塊后迅速合并增強(qiáng)并向西移動。20：00前后發(fā)展成一條東西帶狀多單體雷暴A，西側(cè)出現(xiàn)回波B，之后A向西北傳播、B向東北傳播，22：00交匯并增強(qiáng)。23：00前后，A南、北側(cè)同時(shí)出現(xiàn)出流觸發(fā)的對流回波，北側(cè)回波向北移動并遠(yuǎn)離主體，而雷暴A主體向西南方向傳播，生成新的雷暴單體向東北方向移動，導(dǎo)致整體移動緩慢，準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)下形成BB型強(qiáng)降水回波，造成了江漢平原南部的短時(shí)強(qiáng)降水。15日1：00北部冷空氣開始入侵，沿著江漢河谷南下，在荊門觸發(fā)出回波C，并向東南方向移動，3：00前后并入A，合并后回波東移南壓，因受到副高的阻擋，南壓至湖南北部移速減慢，轉(zhuǎn)變?yōu)锳S型后向東移出湖北。

降水過程中MCS的發(fā)展分為3個(gè)階段：第一階段為14日19：00—22：00（西北發(fā)展階段），在江漢平原東部生成，迅速增強(qiáng)，向西北方向傳播；第二階段為14日22：00至15日3：00（準(zhǔn)靜止階段），A向西南方向傳播，新生單體向東北方向移動，處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，造成江漢平原短時(shí)強(qiáng)降水；第三階段為3：00—6：00（東移南壓階段），冷空氣的入侵使降水系統(tǒng)東移南壓，降水減弱結(jié)束。

從雷達(dá)回波剖面圖可以看出：回波發(fā)展初期結(jié)構(gòu)松散，中心強(qiáng)度45 dBZ左右。14日22：00迅速加強(qiáng)，強(qiáng)中心面積增大，出現(xiàn)50 dBZ以上回波，伸展到6 km高度，22：30，50 dBZ強(qiáng)中心連成片，伸展到8 km高度，并出現(xiàn)55 dBZ以上的強(qiáng)回波。區(qū)域站資料顯示，23：00強(qiáng)回波所在地雨強(qiáng)達(dá)到90 mm/h，出現(xiàn)16 m/s的大風(fēng)。此時(shí)降水強(qiáng)度大，拖曳作用下產(chǎn)生較強(qiáng)下沉氣流，形成冷池，在地面造成輻散大風(fēng)。雷暴的出流與環(huán)境風(fēng)輻合，觸發(fā)新生單體，新單體在引導(dǎo)氣流的作用下，向東北方向移動，形成了BB類中尺度系統(tǒng)。

5 地面中尺度系統(tǒng)分析

從區(qū)域站風(fēng)場資料（圖3）可以看出：14日14：00，湖北大部受南風(fēng)控制，鄂西南東部存在氣旋式切變，鄂西北局部吹北風(fēng)。18：00，大別山南麓的風(fēng)沿著長江轉(zhuǎn)向，呈現(xiàn)氣旋式切變，江漢平原東部出現(xiàn)東北風(fēng)與南部的偏南風(fēng)形成輻合線。21：00—22：00，有冷空氣沿著江漢河谷南下與偏南氣流相遇，在江漢平原西部觸發(fā)新的對流。23：00南下冷空氣加強(qiáng)，使江漢平原的雷暴進(jìn)一步發(fā)展。在15日0：00之后，湖北長江以北地區(qū)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，但是由于副高的穩(wěn)定，南部依然存在弱的偏南氣流，地面輻合線附近不斷有新的雷暴單體生成并向東北方向移動，在列車效應(yīng)下造成局地大暴雨。3：00之后，地面輻合線南壓位于湖南北部，湖北全部轉(zhuǎn)受偏北風(fēng)控制，降水減弱結(jié)束。

6 結(jié)語

在本次強(qiáng)降水過程中，前期西南急流強(qiáng)盛，地面暖倒槽發(fā)展，不穩(wěn)定能量累積；中層較干，有利于對流不穩(wěn)定的建立和對流系統(tǒng)內(nèi)部冷下沉氣流的發(fā)展；地面輻合線觸發(fā)了對流不穩(wěn)定能量的釋放，導(dǎo)致中尺度對流系統(tǒng)MCS的形成，MCS又在自身出流的觸發(fā)下不斷發(fā)展加強(qiáng)；本次大暴雨過程屬后向傳播類，MCS觸發(fā)生成以后，由于沒有地形阻擋，在風(fēng)暴承載層平均風(fēng)（西南風(fēng)）引導(dǎo)下，風(fēng)暴平流方向?yàn)闁|北方，但由于此時(shí)地面為東南風(fēng)、西北方又有弱的北風(fēng)，有新生單體在西北方向生成；當(dāng)冷空氣沿漢江河谷南下與大別山南麓進(jìn)入的東南氣流以及沿湖南北上的暖空氣在江漢平原匯合加強(qiáng)，使雷暴迅速發(fā)展增強(qiáng)，造成極端強(qiáng)降水，強(qiáng)雷暴的出流觸發(fā)了新單體生成，向前傳播轉(zhuǎn)為向后傳播。向后傳播與風(fēng)暴承載層平均風(fēng)抵消，使MCS處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，形成中尺度對流系統(tǒng)（BB）；多個(gè)不同生命階段的單體移到同一地方（列車效應(yīng)），是產(chǎn)生持續(xù)性強(qiáng)降水的原因；江漢平原雖然沒有山脈阻擋，仍然是湖北暴雨多發(fā)區(qū)，與沿漢江河谷南下的北風(fēng)、大別山南麓的東南風(fēng)和從湖南北上的南風(fēng)3支氣流密切相關(guān)，研究這3支氣流的方向、強(qiáng)度和輻合區(qū)有助于強(qiáng)對流的提前預(yù)警預(yù)報(bào)。

7 參考文獻(xiàn)

[1] 張家國，王玨，黃治勇，等.幾類區(qū)域性暴雨雷達(dá)回波模型[J].氣象，2011，37（3）：285-290.

[2] 王曉芳，崔春光.長江中下游地區(qū)梅雨期線狀中尺度對流系統(tǒng)分析Ⅰ：組織類型特征[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（5）：909-923.

[3] 王曉芳.長江中下游地區(qū)梅雨期線狀中尺度對流系統(tǒng)分析Ⅱ：環(huán)境特征[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（5）：924-935.

[4] 張家國，廖移山，李德俊，等.“98.7”鄂東連續(xù)特大暴雨的中尺度分析（一）[J].氣象科學(xué)，2001，21（2）：170-176.

[5] 張家國，黃小彥，周金蓮，等.一次梅雨鋒上中尺度氣旋波引發(fā)的特大暴雨過程分析[J].氣象學(xué)報(bào)，2013，71（2）：228-238.

[6] PARKER M D，JOHNSON R H.Organizational modes of midlatitude me-soscale convective systems[J].Mon Wea Rev，2000，128（10）：3413-3436.