2021年湘潭初春一次強(qiáng)降雨成因分析

戴勁，游梟雄，葉梓杰，何寧

摘要 利用高空、地面常規(guī)觀測資料，NCEP格點(diǎn)再分析資料和多普勒雷達(dá)資料，分析湘潭早春的一次強(qiáng)降水過程形成原因。結(jié)果表明：（1）暴雨發(fā)生時，中低空的急流發(fā)展旺盛，850 hPa、700 hPa切變線位置重合（2）地面有低壓倒槽發(fā)展，地面輻合線是主要的觸發(fā)系統(tǒng)。（3）高層輻散對應(yīng)低層輻合，有利于上升運(yùn)動。（4）東西向的強(qiáng)對流回波排列成行，以“列車效應(yīng)”形式造成湘潭北部強(qiáng)降雨。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)降雨;西南急流;列車效應(yīng)

中圖分類號：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0039–03

暴雨是湘潭市主要的氣象災(zāi)害之一，主要發(fā)生在汛期（4—9月），可形成洪澇災(zāi)害，威脅生命財產(chǎn)，2021年3月15—16日受高空槽，中低層切變線、地面輻合線影響，湘潭市出現(xiàn)了一次強(qiáng)降雨天氣過程，其中湘潭市北部出現(xiàn)了大暴雨。近年來，許多專家研究了暴雨[1-2]。童哲堂[3]分析廣東2次大暴雨診斷得出，暴雨落區(qū)與水汽通量散度、螺旋度、垂直速度大值區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系;周慧等[4]分析 2016年湖南一次極端持續(xù)性暴雨成因得出，強(qiáng)降雨不僅與高低空影響系統(tǒng)有關(guān)，還與中尺度系統(tǒng)和地形有關(guān)。

1 降水實(shí)況

2021年3月15—16日湘潭市中北部出現(xiàn)大到暴雨、局地大暴雨天氣，并伴有雷電。據(jù)區(qū)域自動氣象觀測站監(jiān)測，3月15日20：00—16日20：00共出現(xiàn)23站大雨、47站暴雨、3站大暴雨（圖1），最大降水量為133.1 mm（雨湖區(qū)白沖村）;強(qiáng)降水時段為15日夜間至16日凌晨。此次強(qiáng)降水導(dǎo)致多處受災(zāi)，湘鄉(xiāng)市龍洞鎮(zhèn)發(fā)生3處山體滑坡，油菜地、秧苗地被淹，直接經(jīng)濟(jì)損失22萬元;韶山村韶山鄉(xiāng)出現(xiàn)山體滑坡、房屋倒塌現(xiàn)象，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

2 強(qiáng)降水成因分析

2.1 天氣形勢分析

15日08：00綜合圖2a上，500 hPa上

從貴州至廣西一帶有高空槽發(fā)展東移，湖南地區(qū)處于槽前強(qiáng)西南氣流中。700 hPa西南急流發(fā)展旺盛，急流軸位于華南北部至華東一線，湘中以北存在切變線。而850 hPa上，西南急流更加強(qiáng)盛，懷化的風(fēng)速達(dá)到20 m/s，長沙的風(fēng)速為18 m/s，湘西北有風(fēng)速輻合，地面暖低壓發(fā)展，15日白天，全省均為陣型降水，局地強(qiáng)降水主要發(fā)生在急流左側(cè)、暖切南側(cè)地區(qū)，益陽桃江縣在兩小時以內(nèi)達(dá)到暴雨量級。在15日20：00綜合圖2b上，500 hPa有小槽過境，700 hPa上長沙以南仍為西南急流控制，湘中以北有風(fēng)速輻合，在重慶地區(qū)出現(xiàn)一低渦，850 hPa切變線有所東移南壓，在湘中以北地區(qū)，湘潭20：00左右出現(xiàn)地面輻合線，15日晚上湖南地面有暖低壓發(fā)展，湘中以北受強(qiáng)烈發(fā)展的地面倒槽控制，15日白天湘潭最高氣溫均達(dá)28℃以上，且濕度增大;在高溫高濕條件下，降水進(jìn)一步在輻合線附近生成。

2.2 物理量場分析

2.2.1 水汽條件 水汽通量散度的變化能很好地反映水汽的聚集情況，湘潭強(qiáng)降水發(fā)生前3月15日20：00（圖3a）925 hPa水汽輻合中心位于貴州南部，中心附近東北部的益陽、長沙有強(qiáng)降水發(fā)生，其水汽通量散度在-0.6×10-7 hPa-1·cm-2·s-1 ～-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1之間。隨著冷空氣南下，16日02：00（圖3b）水汽輻合大值區(qū)北抬且強(qiáng)度增強(qiáng)，四川和江西東北部出現(xiàn)兩處水汽輻合中心，湘中和以北地區(qū)位于在兩個中心之間，其水汽通量散度保持在-0.6 ×10-7 hPa-1·cm-2·s-1 ～-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1的強(qiáng)度，但范圍有所擴(kuò)大，且湘東北水汽通量散度強(qiáng)度增強(qiáng)至-0.9×10-7 hPa-1·cm-2·s-1以上，強(qiáng)降水區(qū)南移至湘潭北部。本次暴雨區(qū)出現(xiàn)在水汽輻合中心區(qū)域附近強(qiáng)度相對較小的水汽輻合區(qū)，因此在初春季節(jié)預(yù)報中不能忽視。

2.2.2 動力條件 分析這次強(qiáng)降水過程的動力條件進(jìn)行發(fā)現(xiàn)（圖4），925 hPa散度場輻合區(qū)與水汽輻合區(qū)對應(yīng)較好，15日20：00強(qiáng)輻合區(qū)主要位于低層850 hPa附近102°E～107°E（圖4a），湘潭附近低層為輻合區(qū)，但850 hPa以上基本為輻散區(qū)，整層維持上升運(yùn)動;至16日02：00強(qiáng)輻合區(qū)位于900 hPa附近116°E～120°E（圖4b），湘潭低層輻合維持，上升速度減慢。

2.2.3 熱力條件 根據(jù)此次過程主要強(qiáng)降水落區(qū)上空假相當(dāng)位溫（）和相對濕度的徑度垂直分布情況（圖5），15日20：00（圖5a）湘潭上空濕層較為深厚，850～600 hPa有濕度高值中心，1000-600達(dá)到16 K，850 hPa以下有水汽的輻合，此時有弱降水開始發(fā)生。至16日02：00（圖5b），中底層濕度進(jìn)一步飽和，600 hPa以下的垂直遞減率明顯下降，1000-600僅為4 K左右，相對濕度>80%區(qū)域維持在700 hPa以下，其中850～950 hPa達(dá)到100%，此時為強(qiáng)降水發(fā)生時段。

2.3 雷達(dá)回波特征分析

分析組合反射率因子可知（圖6），15日下午（圖6a），在長沙區(qū)域內(nèi)有若干個對流回波排列成線，移動緩慢，湘潭地區(qū)為分散性的積狀云回波，出現(xiàn)陣性降水天氣，長沙境內(nèi)的回波自西向東移動的過程中，逐漸合并，不斷加強(qiáng)發(fā)展，到15日21：00（圖6b）， 發(fā)展成為一條長300 km，寬為100 km的東西向強(qiáng)回波帶，此條回波帶穩(wěn)定少動，長時間影響長沙地區(qū)，造成長沙地區(qū)15日下午出現(xiàn)強(qiáng)降水。16日凌晨，整條強(qiáng)回波帶開始南壓，影響湘潭市北部，強(qiáng)回波中心>45 dBZ，排列成行，在湘潭市北部不斷生成—發(fā)展—加強(qiáng)，強(qiáng)回波帶在同一區(qū)域維持了近6 h，16日00：00～04：00為影響的最強(qiáng)時段，韶山市黃田村降水量為72.9 mm，林家灣降水量為67.3 mm，如意鄉(xiāng)降水量為53.1 mm。由于地面輻合線和850 hPa接近東—西橫向的切變線一直穩(wěn)定維持在湘潭區(qū)域內(nèi)，使降雨回波移動方向與回波帶的走向基本一致，形成“列車效應(yīng)”，是湘潭北部產(chǎn)生大暴雨的直接原因[5]。

3 各家模式對比分析

3.1 模式高度場對比

根據(jù)上述分析，由于各時段均出現(xiàn)了降水落區(qū)和強(qiáng)度不同程度的偏差，因此分別分析了15日20：00、16日08：00的高度場。

如圖7所示，實(shí)況15—16日湘潭市受多波動環(huán)流影響，均處于槽前，而EC模式預(yù)報15日20：00環(huán)流較為平直，未報出明顯的槽變化，16日08：00槽速度較實(shí)況慢，深度較實(shí)況淺。總體來說，此次高度場預(yù)報未體現(xiàn)出高空槽對湘潭市的影響。

3.2 模式風(fēng)場對比

如圖8所示，實(shí)況上3月15日西南氣流在湘西南有風(fēng)速輻合，急流核位于湘南至兩廣一帶，切變位于湘中以北，呈東北—西南向，16日切變維持，位置略有南壓，湘南的西南急流逐漸減弱，EC模式15日850 hPa風(fēng)場24 h預(yù)報與實(shí)況較為一致，能較好地反映出實(shí)況場中急流的位置和強(qiáng)度，前48 h預(yù)報較實(shí)況更為接近，但兩個時次總體西南風(fēng)速預(yù)報的比實(shí)況弱，16日切變位置預(yù)報較實(shí)況明顯偏南，湘中一帶風(fēng)向預(yù)報偏差較大。

4 結(jié)論

（1）暴雨發(fā)生時，湘潭市處于高空槽前西南暖濕氣流中，有充分的水汽和較強(qiáng)的上升運(yùn)動，地面有暖低壓發(fā)展，積聚了大量的不穩(wěn)定能量，地面輻合線是主要的觸發(fā)系統(tǒng)。

（2）從物理量場分析得出：初春季節(jié)，在強(qiáng)的水汽輻合中心邊緣或較弱的水汽輻合區(qū)也能產(chǎn)生強(qiáng)降水;中低層的水汽輻合區(qū)和散度場輻合區(qū)有較好的對應(yīng)，加上不穩(wěn)定能量的維持，最終造成強(qiáng)降雨的發(fā)生。

（3）由于地面輻合線和850 hPa接近東—西橫向的切變線一直穩(wěn)定維持在湘潭區(qū)域內(nèi)，以積狀云為主的東西向強(qiáng)對流回波帶移動緩慢，形成“列車效應(yīng)”，是湘潭北部產(chǎn)生大暴雨的直接原因。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[2] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M]北京：氣象出版社，2007.

[3] 童哲堂，胡昌瓊，汪高明，等.2008年盛夏湖北一次連續(xù)性暴雨天氣過程分析[J].暴雨災(zāi)害，2010，29（2）：186-192.

[4] 周慧，蔡榮輝，尹冬德，等.2016年7月湖南一次極端持續(xù)性暴雨成因分析[J].干旱氣象，2018，36（1）：56-63.

[5] 許美玲，尹麗云，金少華，等.云南突發(fā)性特大暴雨過程成因分析[J].高原氣象，2013，32（4）：1062-1073.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of the Causes of a Heavy Rainfall in Xiangtan Early Spring in 2021

DAI Jin et al（Xiangtan Meteorological Bureau， Xiangtan， Hunan 411100）

Abstract Using high-altitude and ground routine observation data， NCEP grid reanalysis data and Doppler radar data， the reasons for the formation of a heavy rainfall in Xiangtan in early spring were analyzed. The results show that： （1） When a heavy rain occurs， the mid-to-low-altitude jet stream developed vigorously， and the positions of the 850 hPa and 700 hPa shear lines coincide. （2） There was low-pressure inverted trough development on the ground， and the ground convergence line was the main trigger system. （3） High-level divergence corresponds to low-level convergenced， which was conducive to upward movement. （4） The strong convective echoes in the east-west direction were arranged in rows， causing heavy rainfall in the northern part of Xiangtan in the form of “train effect”.

Key words Heavy rainfall; Southwest jet; Train effect