2013年5月25—27日常德市強降水天氣過程分析

佘高杰 汪思蓓 賈岸斌

摘要 ? ?針對湖南省常德市2013年5月25—27日的一次強降水天氣過程，利用NCEP再分析資料、FY2E衛星反演的TBB資料以及常規氣象觀測資料，從天氣形勢、物理量場以及中尺度系統等方面進行了簡要分析。結果發現，高空低槽、西南低渦、高低空急流是導致本次強降水過程發生的主要影響系統;200 hPa西風急流有利于高層質量輻散的增強，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發展，為此次暴雨發生提供了動力條件;西南低渦在向東北方向移動的過程中，將中低層西南急流向北輸送的水汽和不穩定能量卷入，為強降水的發生提供了充足的水汽和不穩定能量;TBB資料對本次強降水的發生發展及落區有較好的指示意義。

關鍵詞 ? ?強降水;西南低渦;高低空急流;湖南常德;2013年5月25—27日

中圖分類號 ? ?P458.3 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）23-0184-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

常德市地處湖南省北部，西接武陵山脈，東銜洞庭湖泊，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤季風氣候區。暴雨是常德的主要氣象災害之一，暴雨及其衍生的次生災害對農業生產及群眾生活影響明顯。長久以來，很多學者利用多種氣象資料從不同角度對暴雨進行了深入的研究和探討。朱乾根等[1]在對長江中下游地區強暴雨形成機理研究中指出，高空急流、低空急流和邊界層急流上下耦合，使得暴雨區既存在深厚的熱力不穩定機制，又存在水汽輸入機制和熱力不穩定的觸發機制，從而形成強暴雨。董光英等[2]對湖北一次西南渦東移誘發的罕見暴雨診斷分析中發現，西南低渦東移過程中，水汽不斷向低渦內卷入，形成了強水汽輻合，為暴雨的發生提供了充足的水汽條件。胡中明等[3]采用FY-2C紅外云圖反演的逐時TBB資料對吉林一次區域性暴雨分析發現，TBB低值區覆蓋范圍、大小以及持續時間與暴雨的落區、強度以及發生時間等有很好的對應關系。肖遞祥等[4]在對“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析中指出，MCS是暴雨的直接影響系統，引發強降水的MCS多是多單體對流系統，同時云區TBB值越低，表明云頂高度越高，對流越旺盛。本文利用NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛星反演的TBB資料以及常規氣象觀測資料等，從天氣形勢、物理量場以及中尺度系統等方面對常德市2013年5月25—27日的一次強降水天氣過程進行了簡要分析，以期對強降水預報及分析等提供一定的參考依據。

1 ? ?強降水過程概況

2013年5月25—27日，常德市出現一次強降水天氣過程，降水時間集中、強度大，造成部分農田被淹，農作物受災嚴重。強降水主要集中在澧水流域及桃源北部—漢壽南部一線，以大到暴雨為主，局地大暴雨，見圖1（a）。強降水時段主要集中在5月25日晚到26日。據區域自動氣象站資料分析，5月25日8：00至27日8：00，全市累計平均降水量66.7 mm，澧縣面雨量達80.6 mm，為全市最大。主要降水時段為25日20：00至26日20：00，全市共出現27站次大暴雨、115站次暴雨、87站次大雨，最大降水出現在澧縣青龍窖（177.3 mm），青龍窖26日8：00—11：00 3 h降水量達131.2 mm。

2 ? ?大氣環流背景及主要影響系統

高空低槽和西南低渦東出、槽前西南急流輸送的暖濕空氣輻合抬升，中低層切變配合地面弱冷空氣，導致此次強降水過程的發生。從天氣形勢演變來看，25日8：00 500 hPa中高緯地區為平直的西風氣流，低槽位于甘肅南部—四川中部一線，700 hPa低渦在四川中東部地區已形成，但輻合較弱，850 hPa西南急流位于云貴地區以及兩廣一帶。

由圖1（b）可知，25日20：00，200 hPa低槽位于河套西部—四川中部一線，常德市處于200 hPa低槽前部，200 hPa中緯度西風急流較強盛，在東經110°、北緯30°附近分流，湘北處于急流入口區的右側。此時500 hPa低槽已東移至河套—四川東部地區，700 hPa低渦東移至重慶—鄂西地區，常德市處于低渦的右前方，850 hPa西南急流已北抬至湘中以北地區，并且強度迅速加強，懷化站西南風風速達14 m/s，925 hPa在湘中以北地區維持一東西向的切變線。地面圖上，低壓中心位于貴州中部，常德市處于低壓倒槽中。25日20：00前常德市已有弱降水發生，20：00之后降水逐漸加強。200 hPa西風急流有利于高層質量輻散的增強，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發展，而中低層的西南急流為強降水的發生提供了充足的水汽和不穩定能量。

26日8：00，500 hPa低槽已移至山西南部—鄂西一帶，700 hPa低渦位于河南南部—湖北北部，且繼續向東北方向移動，850 hPa西南急流繼續加強并向東擴展，懷化站已轉為西風，風速減為10 m/s，地面處于低壓底部。26日20：00， 500 hPa低槽繼續東移，常德市位于低槽底部，700 hPa已轉偏北氣流，850 hPa冷式切變位于湘中以北一線。降水南壓至沅水流域，且強度明顯減弱。至27日8：00 500 hPa低槽東移至山東—江西北部，700 hPa低渦移至蘇皖北部—山東南部，925 hPa切變南壓至湘南，地面轉為低壓后部偏北氣流。此次強降水過程對常德市的影響基本結束。

3 ? ?物理量場分析

3.1 ? ?水汽條件

水汽輸送是降水發生的重要條件，但源源不斷的水汽輸送能否在某個區域集中起來更值得關注，水汽通量散度則可以反映逐層水汽的集中情況[5]，一般而言，850 hPa水汽通量散度與降水關系最為密切。本次強降水主要集中在25日晚至26日，其中26日凌晨至上午降水最為明顯。從850 hPa水汽通量散度場來看，26日2：00西南急流源源不斷地向湘鄂地區輸送水汽，見圖2（a），湘鄂黔交界處形成了1條西南—東北向的水汽輻合帶，中心強度達-12×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，并繼續向東擴展，此時常德市西部地區已有弱降水發生，26日8：00西南急流東擴，在鄂中—湘西北地區形成了1條明顯的西南—東北向的切變線，水汽輻合大值區位于鄂中，達-10×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，常德市上空水汽通量散度在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1間，全市降水加強，北部澧水流域出現暴雨，見圖2（b）。

由圖2（c）可知，26日14：00 850 hPa切變繼續東移，常德市上空切變輻合減弱，但水汽通量散度仍維持在-4×10-5 ～ -2×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1間。至26日20：00常德市850 hPa上空轉為偏北氣流，見圖2（d），水汽通量散度輻合中心南壓，常德市北部澧水流域水汽輻合明顯減弱，南部沅水流域地區水汽通量散度維持在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1間，強降水隨之南壓至南部地區。至27日8：00，常德市850 hPa轉為輻散中心，降水過程結束。

3.2 ? ?熱力條件

假相當位溫（θse）是表征溫濕特征的物理量，其值大小反映了顯熱能和潛熱能的高低，其高值中心反映了大氣能量的積累。通常取θse=340 K（約67 ℃）為高能暖濕氣團和一般氣團的分界線[6]，而假相當位溫的密集處（假相當位溫梯度的極大值處）可以表示能量鋒區或鋒面所在的位置[7]。

分析850 hPa θse值，在25日8：00整個湘北地區已處于高能區，θse最高值達80 ℃，說明前期濕溫能量蓄積為強降水的發生提供了有利條件，在湖北北部地區存在1個60 ℃的低值中心，湖北中部一線存在1條明顯的能量鋒區，此時湖北中部出現大范圍強降水，常德市部分地區降水逐漸開始，但強度較弱。

由圖3（a）可以看出，26日2：00隨著西南暖濕氣流的加強，高能舌向東北方向擴展，此時能量鋒區位于貴州北部—重慶—湖北西部一線，與低層切變較為吻合。26日8：00，能量鋒區東移至湘鄂—湘黔交界處，常德市處于θse能量鋒區邊緣，靠近高能中心的一側，此時常德市北部澧水流域出現強降水，見圖3（b）。由圖3（c）可知，26日14：00，湘黔交界處的能量鋒區迅速南壓，湘鄂交界處的能量鋒區逐漸東移，常德市處于能量鋒區內，且θse≥68 ℃，強降水仍然維持。26日20：00，θse能量鋒區迅速東移至湖北東部—江西北部一帶，見圖3（d），常德市θse值降至68 ℃以下，北部降水基本停止，南部降水也逐步減弱。從此次850 hPa θse場分析來看，θse的大值區（即高能暖濕氣團）為強降水蓄積了大量能量，但氣團中未必能產生大面積的強降水，強降水主要還是位于能量鋒區偏高能中心一側。

3.3 ? ?動力條件

經驗表明，單站上空有強烈的垂直上升運動，也就是有次級環流產生，才有利于強降水的發生[8]。選取常德市國家氣象觀測站點中降水量最大的臨澧站（東經111°39′、北緯29°27′），對其上空垂直速度制作高度-時間演變圖，以分析強降水發生地單點上空上升運動的狀況。

由圖4可以看出，25日8：00臨澧站低層出現了弱的上升氣流，10：00臨澧站出現4.9 mm的降水，其后至25日20：00低層始終為下沉氣流所控制，臨澧站未出現降水。25日20：00至26日8：00 700 hPa以下轉為上升氣流，但上升運動較弱，26日8：00之后上升運動迅速加強，26日14：00前后700 hPa上升速度達到-12×10-3 hPa·s-1，上升氣流擴展到200 hPa高度，26日2：00至11：00臨澧站降水量達96.0 mm，其中6：00—7：00 1 h降水量達46.7 mm。26日20：00垂直上升運動減弱，26日20：00之后，整層基本為下沉氣流控制，降水減弱并停止。25日20：00至26日20：00，臨澧中低層均為上升氣流控制，持續的上升運動導致臨澧站該時段出現了99.2 mm的強降水。可見強烈的上升運動是強降水發生的必要條件之一。分析發現，常德整個區域內的降水的開始、加強以及減弱時間與該地垂直上升運動的開始、發展和結束時間的對應關系較好。

4 ? ?衛星產品分析

中尺度對流系統（MCS）是造成暴雨等災害性天氣的重要天氣系統，而云頂黑體亮溫TBB值可以很好地反映MCS的演變情況。一般TBB值越低，表明云頂高度越高，云層越厚，對流也越旺盛。利用FY-2E反演的逐時TBB資料對25日20：00至26日20：00期間的強降水過程進行分析。

25日23：00，湘西—貴州東部、湘北—鄂西以及鄂東地區有3個MCS生成，TBB中心值均≤-52 ℃，表明有深對流運動的發展，湘北—鄂西交界處靠近湘北地區的TBB值較小，對流較弱，26日1：00常德市北部的石門、澧縣僅出現弱降水，見圖5（a）。

26日1：00，湘鄂交界處的MCS發展加強，但位置仍然偏北，TBB中心最大值≤-60 ℃，表明有MCS中心深對流運動持續發展，26日3：00及4：00常德全市出現降水，強度不強，僅個別鄉鎮1h降水量超過10 mm，見圖5（b）。26日2：00，湘鄂、湘黔交界處的MCS繼續發展，湘鄂交界處的對流云團中分裂出1個小的對流云團，并向東北方向移動，湘西北大部TBB值≤-52 ℃，表明此地深對流持續發展，對流中心也有所南壓，26日5：00常德市西北部地區降水加強，石門站1 h降水達到20.4 mm，見圖5（c）。

由圖5（d）可知，至26日6：00，原處于湘鄂交界處的MCS已移至湖北東北部地區，強度維持，湘黔交界處的MCS東擴至湘中一線，其中心不斷分裂出小的深對流云團并向東北方向移動，常德大部分地區TBB值≤-52 ℃，對流運動旺盛。26日9：00，常德市境內澧水流域出現1 h≥10 mm的降雨，其中澧縣青龍窖出現了52.2 mm/h的強降雨。26日7：00，湘中一線的強對流云團繼續東擴，TBB值≤-52 ℃的強對流中心分裂成3個對流單體，位于常德市的強對流云團略有東移南壓，南部中心TBB值≤-52 ℃，26日9：00—10：00澧縣東部3個鄉鎮1 h降水量超過50 mm，見圖5（e）。

26日9：00，湘中一線的強對流云團繼續分裂減弱，并向東北方向移動，強對流云團已移出常德地區，見圖5（f）。26日11：00—12：00全市降水減弱。

通過以上分析發現，強降水開始、加強和減弱與TBB值均有很好的對應關系，最大1 h降水量的雨強落后于云團TBB最低值2～3 h，這與胡中明等的研究結果基本一致。

5 ? ?結論

（1）高空低槽和西南低渦東出，槽前西南急流輸送的暖濕空氣輻合抬升，中低層切變配合地面弱冷空氣，導致了此次強降水過程的發生。

（2）來自孟加拉灣和南海的水汽為此次強降水的發生提供了充足的水汽條件，強降水發生期間常德市850 hPa水汽通量散度維持在-4×10-5～-2×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，水汽輻合中心與強降水落區對應關系較好。

（3）強降水發生時常德市處于850 hPa θse≥68 ℃高能鋒區靠近高能中心的一側，大量的不穩定能量在此堆積，高空小擾動和地面弱冷空氣觸發了不穩定能量的釋放，為強降水的發生提供了熱力條件。

（4）200 hPa西風急流有利于高層質量輻散的增強，500 hPa深厚低槽槽前輻合明顯，低層也有強烈的輻合，這種上下耦合模式非常有利于上升氣流的維持和發展，為此次暴雨發生提供了動力條件。

（5）此次強降水具有較明顯的中尺度特征，強降水主要由湘鄂交界處的MCS發展而成，由于湘中一線MCS的頂托，湘北的MCS持續時間較長，有利于常德市出現強降水。強降水開始、加強和減弱與TBB值均有很好的對應關系，最大1 h降水量的雨強落后于云團TBB最低值2～3 h。

6 ? ?參考文獻

[1] 朱乾根，周偉燦，張海霞.高低空急流耦合對長江中游強暴雨形成的機理研究[J].南京氣象學院學報，2001，24（3）：308-313.

[2] 董光英，梁濤，汪高明，等.一次西南渦東移誘發的罕見暴雨診斷分析[J].暴雨災害，2009，28（3）：229-234.

[3] 胡中明，張智勇，王曉明，等.吉林省一次區域性暴雨天氣過程的TBB圖像特征分析[J].暴雨災害，2007，26（2）：130-133.

[4] 肖遞祥，毛家勛，李慶.“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析[J].暴雨災害，2010，29（1）：54-58.

[5] 朱定真，沈樹勤，李聽.華東地區大范圍熱帶氣旋大暴雨的綜合分析[J].氣象科學，1997，17（3）：298-305.

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