鄂北一次秋季暴雨天氣成因分析

秦幼文 賀曉露 林金彪

摘 要：該文利用常規觀測資料、衛星云圖資料、雷達回波產品等，對2012年9月7—8日鄂北一次暴雨天氣過程的物理條件和可能機制進行了分析，發現此次暴雨屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨天氣形勢，暴雨的發生在有利的高低空系統配置下，暴雨出現在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區域中。暴雨發生前期副高的穩定維持，為暴雨區水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨發生過程中低層急流的建立和加強，為暴雨的維持提供了充足的水汽條件。

關鍵詞：暴雨；副高；低槽；切變；急流；鋒生

中圖分類號 P458.121.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）18-0134-03

暴雨是影響我國的重要災害性天氣之一，其發生是不同天氣尺度系統相互作用造成的。多年來，國內外許多專家對其發生機制和預報方法進行了大量研究。如：趙思雄等對長江流域梅雨鋒暴雨機理進行了分析研究[1]，周玉淑等對長江流域一次暴雨過程中的不穩定條件進行了分析[2]，王西磊等對2009年5月9—10日山東大暴雨天氣進行了分析[3]。本文從環流形勢，高低空急流及物理量場等方面對2016年9月7—8日鄂北一次暴雨天氣過程的成因作了分析。

1 天氣實況

2012年9月7日晚至8日白天，鄂北出現了暴雨天氣過程，暴雨中心位于鄂北的隨州市境內，最大降水為隨州市境內的小林鎮，為152.4mm；強降雨集中時段為8日00：00—14：00，最大小時雨強為隨州市境內的淮河鎮，為34.2mm（圖1）。

2 大氣環流形勢和影響系統

2.1 大氣環流形勢 此次暴雨天氣過程環流屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨環流形勢[4]。其中歐亞中高緯為“兩高兩低”的環流形勢，歐洲東部和貝加爾湖地區為高壓脊控制，西西伯利亞和52°N、128°E附近區域為深厚冷性低渦控制。中緯度地區西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）強盛，588dagpm線控制鄂西北地區，巴爾克什湖不斷有小槽分裂東移，和高原上移出的小槽合并。在中緯度低槽的作用下，副高開始東退。同時，地面有暖倒槽生成和發展，東路冷空氣沿中緯度低槽前緣南下進入倒槽導致鋒生，暴雨就是在這樣的環流形勢下發生的。

2.2 影響系統 500hPa天氣圖上（圖2）：7日20：00，我國東北地區有一冷性低渦存在。此時，陜西-川東有低槽東移，副高強度偏強，位置偏西。8日08：00，低槽進入湖北，副高東退，鄂北處在副高外圍的西南暖濕氣流中。此時西南急流強盛，強盛的西南急流為暴雨區提供了充足的水汽供應。在低槽的帶動下，東北冷渦后部冷空氣開始向南擴散，冷暖氣流在副高外圍交匯，導致了強降水的發生。

700hPa天氣圖上（圖2）：7日20：00，在陜西中部-盆地中部有冷式切變線存在。8日08：00，冷式切變線東移至川東-陜南地區，鄂北處于316dagpm線西北側的西南暖濕氣流中，鄂北-豫南有暖式切變線生成。鄂北的隨州正好位于西南急流出口區左側，風速輻合明顯。從溫度場上看，我國東北地區-朝鮮半島向南有東北-西南向的冷舌伸至陜南-豫南，說明冷空氣正逐步向南入侵。

850hPa天氣圖（圖2）：7日20：00，盆地東南部有低渦存在，湖北中部有暖式切變線存在。8日08：00，暖式切變線加強，在切變線南北兩側分別有強盛的西南風急流和偏東風急流存在，兩支急流在鄂北匯合，為強降水提供了充足的水汽和水汽輻合。

地面圖天氣上（圖3）：7日08：00，地面暖倒槽由盆地逐漸向東發展，至7日20：00發展最強盛。7日20：00至8日08：00，東路冷空氣開始逐漸向南滲透影響湖北。冷空氣進入倒槽導致鋒生，促使不穩定能量的釋放，激發強降水的產生。

此次暴雨天氣過程中，高層200hPa一直處于槽后強盛的西北氣流中，強大的西北風急流抽走潛熱增暖的高層大氣，有利高層輻散機制的維持。

綜上分析，500hPa低槽、700hPa和850hPa切變線及地面暖倒槽是此次暴雨天氣過程的主要影響系統，高層輻散、低層輻合的配置對暴雨的形成和維持十分有利，低空急流尤其是850hPa西南風和偏東風急流的建立和加強為水汽、能量向暴雨區的輸送、聚集及對輻合上升運動的維持起到十分重要的作用。

3 診斷分析

3.1 不穩定條件

3.1.1 假相當位溫 θse是同時表征溫度和濕度的參數。通常以850hPaθse=340K作為高能暖濕氣團與一般氣團的分界線，而以500hPa和850hPaθse差值（△θse）作為衡量大氣穩定度的一個參數（對流性穩定度參數）。當（△θse）為負值時，大氣處于位勢不穩定狀態[4]。從850hPaθse分布圖上看（圖4），7日20：00至8日08：00鄂北為θse大于340K的高能暖濕氣團控制。從△θse分布看，7日20：00至8日08：00，鄂北為△θse負值區，說明此時鄂北上空大氣層結是不穩定的。8日20：00，鄂北轉為△θse正值區，此時鄂北降水已基本結束。

3.1.2 K指數和Si指數 此次暴雨天氣過程中，K指數和SI指數的變化與系統發展配合非常一致。6日20：00至7日20：00，K指數逐漸增大。7日20：00至8日08：00鄂北K指數在32～36℃，SI指數一直處在0℃附近，說明暴雨過程中整層大氣處于不穩定狀態。同時周邊探空站7日08：00至8日08：00的溫度對數壓力圖均顯示出了顯著的位勢不穩定，潛在不穩定能量大。

圖4 7日20：00漢口站的溫度對數壓力

3.2 水汽條件

3.2.1 比濕 從比濕分布看，此次暴雨天氣過程中各層均呈現出相當高的比濕。7日20：00至8日08：00，500hPa比濕一直維持在2～4g/kg，700hPa在8～10g/kg，850hPa在12～14g/kg，說明此次暴雨天氣過程水汽充足，濕層深厚。

3.2.2 水汽通量 從水汽通量的分布看，7日20：00至8日08：00各層水汽通量不斷增大，說明整層水汽輸送在增加。8日08：00，700hPa、850hPa和925hPa鄂北水汽通量分別達到6～8g·cm-1·hPa-1·s-1、8～10g·cm-1·hPa-1·s-1和10～12g·cm-1·hPa-1·s-1。

3.2.3 水汽通量散度 水汽通量輻合中心對暴雨落區有很好的指示意義，而暴雨天氣過程中的水汽輻合主要由低層尤其是850hPa以下的邊界層中水汽輻合占很大比重，可以達到50%以上[5]。從水汽通量散度場上看，暴雨過程中850hPa和925hPa分別有2個輻合中心，一個位于鄂北，另一個位于鄂東南，且上下層的輻合中心基本重疊，中心強度達-40g·s-1·cm-2·hPa-1。而此時700hPa水汽通量散度在-10～0g·s-1·cm-2·hPa-1，500hPa水汽通量散度在0附近，說明水汽輻合主要集中在850hPa及以下各層，700hPa以上各層水汽輻合很弱或基本無水汽輻合，這和文獻[5]結論相同。

3.3 動力條件

3.3.1 渦度和散度 從此次暴雨天氣過程高低空渦度和散度場配置看，此次暴雨出現在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區域。這和文獻[6]結論相吻合。渦度場上，7日20：00，700～200hPa鄂北處在負渦度區中，850hPa及以下各層鄂北處在正渦度區中。8日08：00，500～700hPa開始轉正渦度控制，850hPa及以下各層正渦度明顯增大，鄂北處在+20.0×10-5s-1以上的區域內。散度場上，7日20：00，各層輻合和輻散特征均不明顯。8日08：00，高層輻散、低層輻合的特征明顯。200hPa鄂北處在東北-西南向的強輻散區內，至400hPa輻散明顯減弱，說明強輻散中心位于200hPa附近，這同樣和文獻[6]結論相吻合。500hPa及以下各層均為輻合，鄂北處在西北-東南向強輻合區內，且上下層的強輻合區和輻合中心基本重疊，而且和水汽通量散度強輻合區和輻合中心一致，說明氣流在輻合上升時攜帶大量水汽，這有利于強降水的出現。同時，200hPa的輻散明顯大于低層輻合，說明在暴雨過程中高層的抽吸作用明顯強于低層輻合。這種高層負渦度輻散和中低層正渦度輻合相疊置的配置，有利于強上升運動的發展，促使不穩定能量的釋放和降水的加強。

3.3.2 垂直速度 從垂直速度場上看，強降水發生時各層上升運動均明顯增強。從T639垂直速度場上看，08日08：00，在111.00°E、29.50°N～115.00°E、33.50°N區域內，從1 000～200hPa整層大氣均處在較強上升運動中，上升運動最大值在500～600hPa，中心在114.00°E、32.50°N附近。從地面6h雨量實況可以看出，垂直上升運動中心對應6h強降水中心。

4 中尺度特征分析

此次暴雨天氣過程是在完整的低槽云系上不斷激發中尺度對流云團產生的。8日00：30鄂北西南部有中β尺度對流云團生成，隨后向東北方向移動并不斷加強，04：00移出湖北。06：00低槽云系上有新的對流云團發展、加強，07：00—09：00、11：00—14：00分別有2個中β尺度對流云團自西向東移動，影響鄂北的隨州，導致隨州境內短時強降水的出現。雷達回波顯示，此次強降水回波以積狀云為主的混合型回波，且具有明顯的列車效應，最大反射率達57dBz，回波頂高14～18km，最大垂直液態含水量35kg/m2，具有強對流和短時強降水發生的顯著特征。

5 結論

（1）此次暴雨天氣過程是在有利的高低空系統配置下發生的，屬于比較典型的湖北省秋季9—10月暴雨天氣形勢。500hPa低槽，700hPa冷式切變線，850hPa暖式切變線，地面暖倒槽，為主要影響系統。地面東路冷空氣入暖倒槽導致鋒生觸發上升運動，導致降水加強。

（2）此次暴雨出現在低層輻合、高層輻散，低層正渦度、高層負渦度和深厚上升區域中。暴雨發生過程中上升運動明顯加強，上升運動最大值在500～600hPa，上升運動中心對應強降水中心。

（3）暴雨產生前期西太平洋副熱帶高壓的穩定維持，為暴雨區水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨發生過程中低層急流的建立和加強，為暴雨的維持提供了充足的水汽。

（4）水汽通量輻合中心對暴雨的落區有很好的指示意義。此次暴雨天氣過程中的水汽輻合主要集中在850hPa及以下各層，700hPa以上各層水汽輻合很弱或基本無水汽輻合。

參考文獻

[1]趙思雄，陶祖玉，孫建華，等.長江流域梅雨鋒暴雨機理的分析研究[M].北京：氣象出版社，2004.

[2]周玉淑，鄧國，黃儀虹.長江流域一次暴雨過程中的不穩定條件分析[J].氣象學報，2003，6.

[3]王西磊，呂淑芳，趙京峰，等.2009年5月9—10日山東大暴雨天氣分析[J].暴雨災害，2009，28（2）：173-178.

[4]崔講學.湖北省天氣預報手冊-暴雨預報[M].北京：氣象出版社，2011.

[5]丁一匯.暴雨與強對流天氣發生條件的比較研究[J].大氣科學，1981，5：388-397.

[6]史小康，李耀東，高守亭，等.一次江淮暴雨的數值模擬及暴雨落區的診斷分析[J].氣象科學，2007，27（1）：26-36.