一次江淮流域特大暴雨過程的觀測分析*

裴昌春 仇 耀

(福建省泉州市氣象局，福建 泉州 362000 )

1 概述

梅雨鋒暴雨是發生在我國江淮流域的一種特殊大型降水過程，因持續時間長、范圍廣以及雨強大并伴有對流性質常引發洪澇災害，是開展研究和預報服務的重點[1]。過去三十年里，國內外眾多氣象學者從不同角度對其展開大量研究，主要包括以下幾個方面[2-6]：①暴雨發生的大氣環流以及天氣尺度系統特征；②暴雨產生條件的診斷分析；③與梅雨鋒相關的中尺度對流系統研究；④與梅雨鋒暴雨有關的數值試驗和云物理特征研究等。

梅雨鋒暴雨是不同尺度天氣系統相互作用的結果，其中中尺度對流系統(MCS)是暴雨的直接影響系統。研究指出，MCS的形態特征、移動快慢以生命史長短會直接影響暴雨的范圍、強度和持續時間。移動快、生命史短的MCS帶來累計降水量少，移動慢或準靜止且生命史長的MCS帶來降水量大，常造成極端暴雨，引發洪澇災害[7,8]。Schumacher 和Johnson對引發美國極端暴雨的MCS作了統計分類，發現有兩類發展方式的MCS可以造成極端性降水，一種是鄰接層狀單向發展MCS(Training Line/Adjoining stratiformMCS，TL/AS)另一種準靜止后向建立MCS(Back-Building/quasi-stationary，BB)，兩者共同特征是MCS移動慢，不斷有新生對流單體的生成發展使得MCS生命史長[9-10]。

國家氣候中心監測結果顯示，長江流域和江淮地區分別于2015年6月14日和6月24日入梅，長江淮河地區先后出現4次明顯的降水過程,其中26-28日暴雨影響范圍廣，強度強，江蘇中南部、安徽中部、河南東南部等地發生暴雨、大暴雨和局地特大暴雨，其中江蘇常州、南京等多個站點日降水量超過200mm。受強降水影響，江淮流域部分河流水位上漲，太湖平均水位28日漲至3.86m，超過警戒水位0.06m，是2012年以來首次警戒。本文利用常規觀測氣象資料、NECP FNL 1°×1°再分析資料、地面逐小時加密觀測等資料，對2015年6月26-28日發生在江淮流域的特大暴雨過程進行診斷分析，初步探討其暴雨形成的原因。

2 暴雨概況

圖1為2015年6月26日00時至28日00時累積降雨量分布(世界時，下同)，整個雨帶呈東西走向，暴雨范圍橫跨蘇皖兩地，雨帶上有2個明顯的強降水中心，分別位于安徽和河南交界處以及江蘇南部，其中江蘇南部的暴雨中心范圍廣、強度大、持續時間長，計算強降水中心代表站48h累計雨量從左至右依次為霍邱站(224mm)、南京站(248mm)、金壇站(307mm)和張家港站(259mm)。圖2為霍邱站和南京站降水、溫度和氣壓隨時間變化圖，可見降水呈現明顯的中尺度特征，受降水影響溫度和氣壓呈明顯反向變化趨勢。江蘇南部降水主要集中在26日12至27日12時，歷時近24個小時；期間降水呈現明顯的間歇性、多個峰值的特點且降水強度大，統計得到江蘇南部多個地方出現6小時達100mm以上的強降水。

“+”從左至右分別代表霍邱、南京、金壇、張家港站點，黑色矩形表示暴雨中心(單位:mm)

(a)霍邱 (b)南京

3 暴雨發生發展的過程分析

3.1 天氣尺度環境場特征

此次暴雨是在非常有利的大尺度環流背景下發生的。27日00時，200hPa上南亞高壓的主體位置穩定位于20°～35°N,90°～120°E附近，其東北側有很強的偏西風急流，此時江淮流域的上空正處于高空急流入口區右側強輻散中心區域(圖3a)。500hPa上副熱帶高壓脊線位于25°N左右，其西北側和中緯度短波槽之間構成很強的西南風氣流，較強的暖平流為降水區輸送暖濕空氣，這與中緯度脊前的西北氣流輸送的冷空氣交匯在江淮流域的上空，為江淮流域降水提供非常有利的背景條件(圖3b)。

(a)200hPa的位勢高度(等值線，單位：dgpm)，溫度(紅色虛線，單位：℃)，風場，水平散度(陰影，單位：10-5s-1) (b)500hPa的位勢高度(實線，單位：dgpm)，溫度(紅色虛線，單位：℃)，風場，溫度平流(陰影，單位：℃/s)

700hPa上江淮流域上空呈現明顯的θe密集區，圖3c中，相當位溫345K線近似代表梅雨鋒的位置，梅雨鋒兩側濕度對比明顯，風切變較明顯，江淮流域上空明顯的高θe舌，相對濕度超過90%，說明此時江淮流域上空正處于梅雨鋒南側高溫高濕區中，非常有利于強降水的發生。850hPa上的低空急流在此次降水過程中表現出異常特征，26日12時低空急流很弱，其中心速度僅12m/s左右，范圍也很小，對應此時降水強度很弱，而從26日18開始，低空急流的強度和范圍發生明顯變化，其中心速度超過16m/s(圖略)，至27日00時(圖3d)低空急流繼續發展加強，其中心速度已超過20m/s,并有多個急流中心，維持較高的水汽輸送，并且在32°N附近形成穩定的東-西向切變線，為強降水提供良好的動力抬升條件。

3.2 水汽和不穩定條件

水汽是產生暴雨的必備條件之一，因此有必要分析此次長時間暴雨的水汽輸送來源。圖4(a)為集中降水時間段(26日12時-27日12時)850hPa上水汽通量和風的時間平均圖。可見整個江淮流域30°N南側為寬廣的西南氣流，與其對應的有兩條水汽通量輸送大值帶，分別來孟加拉灣和我國南海，其中來自孟加拉灣的水汽通量輸送值高達27g·cm-1·hPa-1·s-1。沿著暴雨中心位置(120°E，31°N)水汽通量的垂直剖面可見(圖4b和4c),水汽輸送的厚度可以高達400hPa左右，但主要集中在700hPa以下，并在800hPa高度上形成水汽通量輸送中心，同樣可見在850hPa以下為水汽輸送密集帶(垂直梯度大)，經計算可得，約60%左右的水汽輸送集中在850hPa以下，可見低層的水汽輸送是此次暴雨產生的重要物質來源。

進一步分析該區域水汽通量散度特征(圖4d和4e)發現，降水最旺盛階段，925hPa上存在明顯的水汽通量輻合中心，輻合中心值可達-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1與暴雨中心高度一致，說明梅雨鋒暴雨產生除了來自上述兩個地區的源源不斷的水汽輸送之外還需要在本地形成強烈的水汽輻合。而水汽通量輻合的形成很大程度決定于風場的輻合，因此，在江淮流域形成的準靜止東西向的切變線上的輻合中心是此次暴雨產生的重要動力條件之一。

(a)6月26日12時—27日12時850hPa上水汽通量(陰影，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和風場時間平均圖

從沿著暴雨中心(120°E，32°N)熱動力結構剖面來看(圖5)，暴雨上空為深厚的濕空氣柱，強烈的上升運動與之配合，直達200hPa高度左右。很多研究表明，高低空急流的耦合形成的次級環流為暴雨提供有利的動力條件。從圖中可見，在暴雨中心南側30°N以南800hPa以下為強盛偏南氣流V分量達10m·s-1，200～300hPa為偏北氣流并在26°N附近下沉與32°N的上升運動區構成明顯的次級環流。梅雨鋒鋒區隨高度向北傾斜，南側850hPa以下為豐富的暖濕氣流，θse隨高度減小為對流不穩定區，北側為穩定的冷氣團堆積在低層，冷暖空氣穩定對峙在江淮流域上空是暴雨能夠持續發生發展的重要原因，另外南側對流不穩定暖濕氣流在冷堆的阻擋下以及梅雨鋒鋒面系統的抬升下觸發對流，激發小尺度上升運動，進一步有利強降水的產生。

圖5 2015年6月27日00時沿著120°E相當位溫(黑色實線，單位：K)，v-w矢量(箭頭，其中w擴大20倍)，相對濕度(陰影部分≥80)，垂直速度(灰色實線，單位：Pa/s)的垂直剖面,6h降水量(灰色直方，單位：mm)

以上通過再分析資料對此次暴雨發生的環流背景、水汽條件、熱動力場和不穩定條件分析得出，此次江淮流域持續性暴雨是在非常有利且穩定的環流形勢下發生的，具有梅雨期降水環流形勢的一般特征，雨帶呈緯向分布，衛星云圖上可見有多個中尺度對流系統的頻繁活動經過江淮地區造成特大暴雨(圖略)。

3.3 地面中尺度特征

Luo[11]通過觀測和數值試驗，對引發江淮流域一次極端暴雨事件中MCS的觸發和組織機制進行研究，認為前期降水蒸發所形成的局地冷池對后期對流的觸發以及MCS的組織化發展起重要作用。為此，我們對降水期間地面加密自動站氣象要素特征進行分析，以期得到一些有用的中尺度特征信息。圖6(a)～(d)為地面氣象要素(風、溫度和海平面氣壓)以及6h降水分布圖。降水初期階段26日12-18時(圖6a)，850hPa上鋒區位于33°N～34°N附近，略呈西北-東南走向，此時地面鋒線位置在31°N附近，雨帶位置位于高空鋒前100km左右；鋒前30°N處為暖低壓中心并延伸出一條東西向的橫槽，槽的北邊地面為東風，在降水中心(32°N，120°E)處風場具有明顯氣旋性輻合，在雨帶的西側有一個22℃的冷中心，此時在地面鋒線上在大別山南側觸發一中尺度雨團，隨后并入主雨帶。降水發展階段26日18時-27日06時(圖6b和c)，850hPa上高空鋒區略微南壓逐漸呈東西走向，地面鋒位置隨著南風不斷往北推進，于27日06時到達31°N附近且熱低壓中心溫度高達34℃，與主雨帶所形成的22℃冷中心溫差達到12℃，構成極強的溫度鋒區且鋒面坡度變得異常陡峭，這非常有利于上升運動的發展，風場顯示降水區偏冷的偏東風出流和暖的西南風在降水區南側對峙形成地面輻合線，是主雨帶南側不斷有新生對流觸發的重要原因，因南側不斷有新生對流的發展，使得整個降水系統能夠長時間維持造成極端降水，更細致的雷達觀測資料發現，對流系統具有明顯的“列車效應”和“后部建立”發展方式，這與Luo[11]研究的梅雨鋒暴雨中對流系統的發展方式類似(圖略)。

(a)26日18時

4 結論與討論

(1)這次降水是在典型的梅雨鋒暴雨環流形勢下產生的，梅雨鋒、低空切變線、低空急流和地面中尺度輻合線是此次大范圍持續強降水重要影響系統。

(2)此次暴雨過程主要有2條水汽來源，一條來源于孟加拉灣，一條來自我國南海。水汽輸送大主要集中在800hPa以下，925hPa水汽通量輻合中心與強降水中心有很好的對應關系，對降水落區具有較好的指示意義。

(3)地面中尺度觀測表明，在降水區形成冷中心與其南側西南高溫暖濕氣流對峙，形成溫度密集帶，有利于南側觸發新的對流。

本文僅是基于有限的觀測資料對一次典型梅雨鋒暴雨過程作分析，關于此次暴雨過程對流的觸發以及MCS組織化方式的成因，有待進一步的數值模擬分析，將另文討論。