湘潭市暴雨過程診斷分析

黃蘊璞 戴勁 覃麟茜

摘 要：利用NCEP逐6h再分析資料、雷達資料、常規天氣資料、國家站和區域自動站資料，對2019年7月7—9日湘潭市一次強降水過程的天氣實況、環流形勢、物理量場和雷達資料進行了天氣學診斷分析。結果表明：高空槽和中低層切變是本次強降水過程的主要影響系統，其同位相疊加和移動緩慢是導致動力條件維持的原因;西南低空急流的水汽輸送和垂直方向上的深厚濕層提供了充沛的水汽條件;低層輻合、高層輻散的配置使上升運動得到發展，利于低層水汽向上輸送，同時帶來熱量和動量的垂直輸送，對強降水的發生有利;本次過程以穩定性降水為主，回波帶的走向與系統的移向夾角小，“列車效應”也是此次強降水過程發生的原因之一。

關鍵詞：暴雨;急流;切變;列車效應

中圖分類號：S16 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330041

引言

降水與人們生活息息相關，一直以來都是氣象學者的研究重點對象，有研究表明，強降水的發生是多尺度天氣系統相互作用的結果，大尺度環流對其發生發展有制約作用、中尺度系統則是直接影響系統[1-4]。湘潭地處長江中游的南部，夏季強降水過程頻發，歷史經驗表明，從技術上對大范圍強降水過程進行分析和總結，對認識其成因和改進預報方法是非常有必要的，因此本文利用NCEP逐6h再分析資料、雷達資料、常規天氣資料、國家站和區域自動站資料，對2019年7月7—9日湘潭市一次強降水過程的天氣實況、環流形勢、物理量場和雷達資料進行了天氣學診斷分析，旨在尋求有預報指示意義的指標，從而提高強降水過程的預報、預警和服務能力。

1 天氣實況

受高空槽、中低層切變和地面弱冷空氣共同影響，2019年7月7—9日湘潭市出現入汛以來最強的降水過程，空間分布呈“北少南多”態勢，過程面雨量為89.4mm。據7日08∶00—9日08∶00過程降水量統計，3個國家觀測站分別為湘潭81.1mm，湘鄉91.1mm，韶山78.3mm;區域站有102站≥50mm，其中39站≥100mm，過程累計最大降水量為190.1mm（雨湖區氣象局），最大小時雨強為38.8mm（雨湖區長城鄉，8日16∶00—17∶00）。

受上游和相關區域強降雨影響，湘江湘潭站水位從7月6日20∶00開始上漲，到10日上午洪峰到達湘江湘潭站，水文部門測得洪峰水位41.42m，流量2.63萬m3/s，這是有數據記錄以來湘江湘潭段第2高洪峰，距歷史實測最高水位41.95m僅差0.53m，流量更是創歷史新高。據統計，湘潭市受災人口達90514人，緊急轉移安置7691人，其中集中安置884人;農作物受災面積2494hm2，其中絕收面積103hm2;倒塌房屋102戶，嚴重損壞房屋37戶，因災造成直接經濟損失達16612.9萬元。

2 環流形勢分析

從7月8日08∶00和20∶00的500hPa高空圖來看，亞洲中高緯度地區為“兩槽一脊”分布，東北的低渦已經入海，高原東部有一低槽，加之副高穩定維持在兩廣一帶，切變系統深厚且移動較為緩慢，西南急流在江南一帶不斷加強發展，輸送水汽，造成降水持續時間長、強度較大。8日08∶00，200hPa本地處于急流出口區右側的輻散區，500hPa在河南至貴州有一深厚低槽;700hPa、850hPa切變位于湘北，且位相重疊較好，同時湘南存在急流，本地位于急流出口區左側，全省濕度大且深厚，850hPa長沙上空比濕為15g/kg;700hPa、850hPa切變和高空急流右側的分流輻散區共同為本次暴雨提供了較好的動力條件;同時本地處在850hPa、700hPa顯著濕區內，較為深厚的濕層配合和西南急流源源不斷的水汽輸送為暴雨提供了良好的水汽條件。20∶00的200hPa上本地仍處于分流輻散區;槽后西北氣流加強，使500hPa槽加深維持;700hPa低渦切變在湘中以北地區、850hPa切變移動到湘中以南地區，中低層西南急流仍穩定維持，本地處于急流左側，切變自北向南緩慢移動，造成了本地長時間的降水。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

從850hPa水汽通量散度和比濕綜合圖可以看出，8日08∶00（圖1a）強水汽輻合中心位于湘西南位置，湘潭本地水汽通量散度在-2.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1以上，比濕在20g/kg左右。據全市區域自動氣象站和國家氣象站降水實況監測顯示，在8日14∶00之前，湘潭市降水量均以中等強度降水為主;14∶00（圖1b）強降水輻合中心南壓，但由于前期長時間的水汽在本地輻合，湘潭地區比濕增長到24g/kg左右，且一直位于水汽輻合區，水汽旺盛，利于強降水的發生，全市在14∶00—20∶00出現了暴雨天氣;到了20∶00（圖1c）水汽輻合強度減小，但比濕居高不下，仍有22g/kg，因此降水雖較午后到傍晚有了明顯減弱，但仍自北向南出現了中到大雨、南部局地暴雨。到了9日02∶00（圖1d），水汽輻合有了明顯加強，加之高比濕的維持，全市出現了大到暴雨天氣;08∶00（圖略）水汽輻合再度減弱，比濕也減小，降水實況表現為雨帶南壓，湘潭市降水明顯減弱為陣雨。

3.2 動力條件

圖2為湘潭地區（E112°～113°，N27°～28°）的渦度（圖2a）、散度（圖2b）時間—高度剖面圖。圖中可以看出，在渦度剖面圖上，8日08∶00—9日08∶00湘潭市400hPa以下均為正渦度區;配合散度剖面圖可以發現，在這一時段700hPa以下為負散度區、以上為正散度區;在900～1000hPa出現強輻合中心，這樣低層輻合、高層輻散的高低空配置，為強降水的產生和維持提供了很好的動力條件。且在200hPa以上的散度圖上，8日14∶00—20∶00存在2s-1以上的正散度中心，這樣高空的強輻散會引起強吸收，使動力抬升加強，對應為湘潭市降水明顯增強、出現大面積暴雨發生的主要時段。8日20∶00以后高空的強輻散中心逐漸減小，對應降水有所減弱，而到了02∶00以后高空強輻散再度發展，低層出現強輻合中心，對應渦度剖面圖上在700～900hPa有3s-1的正渦度中心，相應地動力抽吸會加強，全市降水再度增強，出現了大到暴雨天氣。

沿N27.8°得到垂直速度的緯向剖面圖，可以發現在8日02∶00，湘潭市中低層就已出現垂直上升運動，負速度中心最大值出現在700hPa附近（圖略）;到了08∶00（圖3a）負速度區域有了明顯擴展，200～900hPa整層均為垂直運動上升運動，且速度大值中心增強到-0.35m/s，湘潭市上午出現中等強度降水;14∶00（圖3b）負速度中心加強東移，但湘潭市上空仍為負速度大值區，垂直上升運動旺盛且延伸到100hPa，對應此時為降水的最強時段;20∶00（圖3c）湘潭市垂直上升運動明顯減小，降水強度減弱;到了9日02∶00（圖3d）700hPa附近又出現了-3.0m/s的垂直速度大值區，但負速度區高層只到400hPa附近，因此降水雖有明顯增強，但不及前1d午后到傍晚的降水強度;08∶00（圖略）負速度大值中心東移，湘潭市降水再度減小。由于整層負速度區在我市上空長時間維持，動力條件好，湘潭市降水累積形成暴雨。

由此可見，低層的輻合上升和高空的輻散抽吸有利于強烈的上升運動，加之上升運動的持續存在，為降水的維持提供了良好的動力條件。

3.3熱力條件

系統性的暴雨過程多伴隨強的對流性降水，熱力條件是分析對流性降水必不可少的因子，以下結合假相當位溫和垂直速度沿E112.5°的垂直剖面來進行分析。

圖4為假相當位溫θse和垂直速度的時間—高度剖面圖。從圖中可以看出這次暴雨過程發生期間，假相當位溫大部分均在80℃以下，不穩定能量整體偏低。

具體來看，8日08∶00前假相當位溫等值線較為密集，說明有能量鋒區存在，但垂直上升速度較小。14∶00前后，950hPa處等值線向上凸起，說明有弱的對流不穩定層結，此時整層垂直上升運動有了明顯加強，在700hPa附近出現-0.35m/s以上的負速度中心，為對流性降水較明顯的時段，最大小時雨強為38.8mm，出現在湘潭市雨湖區長城鄉16∶00—17∶00。隨著不穩定能量的釋放，20∶00前后假相當位溫等值線變稀疏，配合垂直運動明顯減弱，降水有了一定的減小。9日02∶00再次出現強的上升運動，但假相當位溫等值線稀疏，能量不強，以穩定性降水為主;直到08∶00以后，垂直上升運動又減弱，降水再次減小。綜合分析可知，此次暴雨過程發生期間，不穩定能量整體較弱，以穩定性降水為主，但垂直上升運動間歇性增強和減弱，降水量時間分布不均，累積降水量大，全市普降暴雨，西部和南部大部分地區出現大暴雨，出現入汛以來最強的降水過程。

4 雷達回波分析

利用湘潭多普勒雷達資料分析看出，此次降水過程主要是穩定性降水為主，維持時間較長，從反射率因子來看（圖5a～d），8日凌晨至上午（圖略），影響湘潭上空的雷達回波比較分散，最強的回波為30dBz左右，因此上午全市區域站小時降水都在3mm以下，中午開始雷達探測區域內有回波發生發展，12∶59在婁底、邵陽一帶不斷有降水回波生成，自西向東移動，回波強度在30～40dBz之間，夾雜著單點的45dBz的回波，湘潭自動站上出現10～20mm/h的降水，16∶24（圖5c）在湘潭市區，出現了小塊的>45dBz的回波，回波頂高大約在9km左右（圖5d），造成了湘潭市氣象局站點17∶00出現了38.8mm的小時強降水。

由于中低層切變線一直穩定維持在湘潭上空，湘潭區域內一直有回波生成和發展，且回波帶的走向與降水系統的移向方向夾角小，系統東移在此區域形成了列車效應，造成了湘潭市長城鄉8日13∶00—19∶00出現了76.4mm的強降水，23∶00后東移南壓，湘潭此階段強降水趨于減弱。

5 結論

本次強降水過程是“兩槽一脊”型暴雨，東北地區冷渦穩定少動，副高穩定維持在兩廣地區，加之中低空急流強盛，500hPa槽、中低層切變系統以及位相重疊較好，并且移動緩慢，使得降水帶在本地停留時間較長，為本次降水提供了持續的動力條件，另外較好的初始水汽條件、深厚的濕層以及西南急流的水汽輸送滿足了強降水所需的水汽條件。

湘潭一直處于水汽輻合區內，水汽旺盛，利于強降水的發生;低層輻合、高層輻散的高低空配置，利于低層水汽向上輸送，同時帶來熱量和動量的垂直輸送，為強降水的產生和維持提供了很好的動力條件;此次暴雨過程發生期間，不穩定能量整體較弱，以穩定性降水為主，但垂直上升運動間歇性增強和減弱，降水量時間分布不均，累積降水量大。

利用湘潭多普勒雷達資料分析看出，此次降水過程主要是穩定性降水為主，維持時間較長，回波強度在30～40dBz之間，且回波帶的走向與降水系統的移向方向夾角小，系統東移在此區域形成了“列車效應”，造成了全市普降暴雨。

參考文獻

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（責任編輯 賈燦）