湖南夏季2次暖區(qū)暴雨的對比分析

黃娟 王米吉 唐明暉 張悅 戴勁 龔哈燕

摘要 利用高空、地面氣象觀測資料、NCEP格點再分析資料以及多普勒雷達資料，對比分析湖南 2019 年7月7—8日（以下簡稱07.08暴雨）和2019年7月12—13日（以下簡稱07·13暴雨）夏季2次暖區(qū)暴雨天氣過程，探討2次暴雨發(fā)生發(fā)展的天氣學(xué)條件差異。結(jié)果表明：（1）暖區(qū)暴雨形成時，地面均有熱低壓倒槽發(fā)展，地面輻合線加強觸發(fā)暖區(qū)暴雨的發(fā)生，850 hPa和700 hPa的低空急流均明顯加強。（2）兩次過程中比濕均超過14 g/kg;散度場均是低層輻合、高層輻散的配置，非常有利于垂直上升運動的發(fā)展，強降水均出現(xiàn)在假相當(dāng)位溫梯度大的區(qū)域。

關(guān)鍵詞 暖區(qū)暴雨;地面輻合線;西南急流;雷達特征;列車效應(yīng)

中圖分類號：P426.62 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）10–0051–04

暖區(qū)暴雨最早是由黃土松[1]（1986）在華南前汛期暴雨實驗中提出的，不同于大范圍系統(tǒng)性降水，其具有強度大、對流性明顯、降水時段集中、突發(fā)性強和階段性明顯等特點。由于暖區(qū)暴雨的強對流性和局地性，并且模式預(yù)報對暖區(qū)暴雨的預(yù)報能力有限，使得暖區(qū)暴雨的短期預(yù)報難度大。2019 年7月7—8日和7月12—13日湖南發(fā)生了2次暖區(qū)暴雨天氣過程，數(shù)值模式和預(yù)報員對這2次暴雨的落區(qū)預(yù)報均有偏差較大[2]。

1 過程降水實況

2019年7月7日20：00～8日20：00（圖1a），湖南共 35個縣（市）暴雨，其中10個縣（市）出現(xiàn)大暴雨，其中最大降雨量為邵陽洞口縣，降雨量達186 mm，過程最大小時雨強70 mm/h（衡陽常寧市陽泉鎮(zhèn)，7月8日07：00～08：00），強降雨帶主要位于湘中及偏南地區(qū)。從邵陽洞口縣的單站降水時序來看，降水主要從8日04：00開始發(fā)展，04：00～09：00是主要的降水時段，且降水強度較大，最強的達到61.9 mm/h。

2019年7月12日20：00～13日20：00（圖1b）湖南出現(xiàn) 23縣（市）暴雨，其中5縣（市）大暴雨，其中最大降雨量為永州雙牌，達178.9 mm，過程最大小時雨強70.2 mm（永州祁陽，13日05：00～06：00）。強降雨帶主要位于湘中以南地區(qū)。從邵陽洞口縣的單站降水時序來看，降水主要從13日02：00后開始發(fā)展，05：00～08：00是主要的降水時段，且降水強度較大，4 h中有3 h的雨強超過30 mm/h，最強的達到 57.9 mm/h。

2 主要影響系統(tǒng)和探空資料分析

2.1 環(huán)流背景與主要影響系統(tǒng)的對比分析

07.08暴雨，暴雨發(fā)生前的天氣背景如圖2所示。中緯度地區(qū)有短波槽沿西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)邊緣東出，副高588線位于華南沿海。副高西北側(cè)的西南暖濕氣流為湖南中南部地區(qū)源源不斷地輸送了充足的水汽。700 hPa和850 hPa均有較強的西南急流存在，最大急流風(fēng)速超過16 m/s，切變線位于湘中，同時925 hPa上也存在氣旋式輻合區(qū)。7日20：00后，在地面圖上可見明顯的暖低壓倒槽發(fā)展，強降雨主要發(fā)生在中低層切變線南側(cè)、西南急流出口處及地面輻合線上最不穩(wěn)定的區(qū)域，符合典型的暖區(qū)暴雨形勢特點。

07·13暴雨，暴雨發(fā)生前天氣背景如圖3所示。高空有低槽東移，副高588線位于湖南與廣東交界處。中低層受低渦切變線影響（圖3a），從850 hPa低渦的演變來看，12日08：00有低渦在貴州生成，12日20：00已移入湖南，位于湘北地區(qū)，此后繼續(xù)東移北上，13日08：00移至贛北。12—13日西南氣流旺盛，均達到了急流的強度，最大急流風(fēng)速超過18 m/s。地面圖 （圖3b）上，暴雨發(fā)生前湖南省處于均壓場中，13日02：00開始東部地區(qū)有暖低壓倒槽發(fā)展，對應(yīng)有地面輻合線。12日晚至13日上午的強降水區(qū)域主要發(fā)生在低渦南側(cè)100～150 km西南急流帶上和地面輻合線上空。暴雨發(fā)生前后，湘東南地區(qū)被低壓倒槽南側(cè)的偏南氣流控制，沒有冷空氣侵入，因此這次暴雨過程也是一次暖區(qū)暴雨天氣過程。

2.2 探空曲線分析

選取2次暴雨發(fā)生前（2019年7月7日20：00和7月12日20：00）懷化和郴州（圖4）站探空資料進行分析。分析T-lnp圖發(fā)現(xiàn)，2次暴雨過程懷化站均出現(xiàn)了深厚的濕層，郴州站存在一定的不穩(wěn)定能量。07·08暴雨發(fā)生前，郴州站對流有效位能CAPE為622.7 J，K指數(shù)為40.1℃，SI指數(shù)為-0.9℃，說明在暴雨發(fā)生前有不穩(wěn)定能量的積蓄。925～700 hPa，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，中低層有暖平流，這有利于對流天氣的發(fā)生發(fā)展。07·13暴雨發(fā)生前，郴州站對流有效位能CAPE為1 190.7 J，K指數(shù)為36.1℃，SI指數(shù)為-1.1℃，同樣在暴雨發(fā)生前有不穩(wěn)定能量的積蓄。400 hPa高度以下，郴州站均為偏南風(fēng)影響，有利于大氣中層水汽和能量的輸送，以及垂直運動的發(fā)展。

從上述2次暖區(qū)暴雨過程的影響系統(tǒng)來看，相同點：高空500 hPa上湖南省處于副高的西北側(cè)，西面均有槽東移影響;中低空850～700 hPa均出現(xiàn)西南風(fēng)加強，形成低空急流;地面均有熱低壓倒槽發(fā)展，暴雨發(fā)生前有不穩(wěn)定能量的積蓄。不同點：500 hPa副高強弱、位置不同，07·08暴雨副高偏弱，588線位于華南沿海，07·13暴雨副高588線位于湖南—廣東交界處，受副高西北的西南氣流影響，急流更強;07·13暴雨850 hPa上有低渦東移，暴雨區(qū)位于低渦切變線南側(cè)100～150 km 急流帶上;而07·08暴雨區(qū)主要在中低層切變線南側(cè)、西南急流出口處。

3 物理量場對比分析

3.1 水汽條件

分析2019年7月8日08：00的850 hPa比濕分布發(fā)現(xiàn)，湖南全省都處于高濕狀態(tài)，湘中及其以南超過14 g/kg。水汽通量和水汽通量散度（圖5a）顯示，湖南暴雨區(qū)的水汽通道主要是來自孟加拉灣的西南氣流攜帶的水汽輸送，湖南大部處于水汽輻合區(qū)，輻合中心位于湘中，其水汽通量散度中心強度達-50×10-7 g/（cm2·hPa·s），與強降雨的分布基本吻合。

分析2019年7月13日08：00 850 hPa比濕分布（圖5b）發(fā)現(xiàn)，同樣湖南全省都處于高濕狀態(tài)，湘中以南地區(qū)的比濕超過14 g/kg。從圖5b上看出，湘中及其以南處于水汽輻合區(qū)，輻合中心位于永州、邵陽和株洲中西部，其水汽通量散度中心強度達-40×10-7 g/（cm2·hPa·s），強降水也主要位于這一帶。

對比分析發(fā)現(xiàn)，2次暴雨過程的水汽來源相同，暴雨過程中湘中及其以南地區(qū)都處于水汽輻合區(qū)，強降水中心也與850 hPa水汽輻合中心對應(yīng)。

3.2 動力條件

進一步分析2次過程強降水發(fā)生時段的垂直速度和散度的徑向剖面圖。在07·08暴雨中，從圖6a中可知，8日08：00在湘中地區(qū)（27°N附近）存在一個強的垂直運動區(qū)，上升中心強度超過8×10-2 m/s，位于700～600 hPa之間，2×10-2 m/s以上的顯著上升區(qū)主要位于湖南境內(nèi);同時有散度場與之配合，26.5～29.5°N存在明顯的低層輻合，900附近有顯著的輻合中心存在，600 hPa以上主要表現(xiàn)為輻散，散度場的高低空分布與垂直速度對應(yīng)較好，強上升中心基本位于無輻散層附近。

在07·13暴雨的過程中，13日08：00暴雨區(qū)附近（永州北部，26°N附近），近地面層和高層均出現(xiàn)上升運動，上升運動有2個強中心，分別位于低層850 hPa和高層400 hPa，中心強度分別為4×10-2 m/s和3×10-2 m/s。散度場上，暴雨區(qū)附近也呈低層輻合、高層輻散的垂直交替結(jié)構(gòu)，500 hPa以上為輻散場，輻散中心位于300 hPa左右，低層輻合中心位于900 hPa左右。

對比分析2次暴雨過程中的垂直速度和散度發(fā)現(xiàn)：2次過程中散度場均是低層輻合、高層輻散的配置，非常有利于垂直上升運動的發(fā)展。07·08暴雨發(fā)生過程中，中低層垂直運動整體較強，07·13暴雨過程中垂直運動較弱，但2次過程低層的垂直上升區(qū)位置與暴雨落區(qū)對應(yīng)基本一致，對暴雨落區(qū)有較好的指示意義。

3.3 熱力和不穩(wěn)定條件

假相當(dāng)位溫（θse）能在一定程度上反映不穩(wěn)定能量，當(dāng)?shù)蛯拥募傧喈?dāng)位溫水平梯度足夠大時，說明存在能量鋒區(qū)，有利于對流的發(fā)生和發(fā)展。從沿暴雨中心做假相當(dāng)位溫的垂直剖面圖7上看，7月8日08：00 113°E做剖面圖，在暴雨區(qū)（27°N附近）形成θse密集帶，為能量鋒區(qū)所在位置;7月13日08：00沿112°E的剖面圖發(fā)現(xiàn)，θse具有鞍形場結(jié)構(gòu)，26°N附近存在向上伸展的高θse舌區(qū)，強降水中心與高能中心與假相當(dāng)位溫梯度大值區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

4 結(jié)論

本文通過對比分析湖南2次夏季暖區(qū)暴雨過程，結(jié)果顯示2次暴雨存在一定的相似性和差異。

（1）暖區(qū)暴雨形成時，地面均有熱低壓倒槽發(fā)展，地面輻合線加強觸發(fā)暖區(qū)暴雨發(fā)生，850 hPa和700 hPa的低空急流均明顯加強。2次暴雨過程影響系統(tǒng)副熱帶高壓的強度和位置不同，暴雨區(qū)位于低空急流的位置也不同，07·08暴雨過程副高偏弱，588線位于華南沿海，暴雨區(qū)位于切變線南側(cè)、西南急流出口區(qū)，而07·13暴雨過程中副高更強，588線位于湖南與廣東交界處，暴雨區(qū)位于切變線南側(cè)100～150 km急流脈動區(qū)上。

（2）2次過程中低層的水汽輸送和水汽輻合明顯，湖南處于高濕狀態(tài)，暴雨區(qū)比濕均超過14 g/kg;散度場均是低層輻合、高層輻散的配置，非常有利于垂直上升運動的發(fā)展。熱力不穩(wěn)定能量高，2次暴雨過程均出現(xiàn)在假相當(dāng)位溫梯度大的區(qū)域，且強降水中心與高能中心有較好的對應(yīng)。

參考文獻

[1] 黃士松.華南前汛期暴雨[M].廣州：廣東科技出版社，1986.

[2] 韋統(tǒng)健.華南前汛期暖區(qū)暴雨流場結(jié)構(gòu)的特征[J].熱帶氣象學(xué)報，1994（1）：37-46.

責(zé)任編輯：黃艷飛

A Comparative Analysis of Two Rainstorms in the Warm Region of Hunan in Summer

HUANG Juan et al（Xiangtan Meteoro-logical Bureau of Hunan Province， Xiangtan， Hunan 411100）

Abstract In this paper， based on the meteorological observation data of upper air and surface， NCEP grid reanalysis data and Doppler radar data， a comparative analysis is made on the heavy rain process in Hunan during July 7-8， 2019 （07.08 rainstorm） and July 12-13， 2019 （07.13 Rainstorm）. The difference of synoptic conditions for the occurrence and development of two heavy rains was discussed. The results showed that ：（1） when the heavy rain in warm region was formed， there are thermal low pressure trough on the surface， the strengthening of surface convergence line triggers the occurrence of heavy rain in warm region， and the low-level jet at 850 hPa and 700 hPa are obviously strengthened. （2） The specific humidity of the two processes was more than 14 g/kg; The divergence field ws the configuration of convergence in the lower layer and divergence in the upper layer， which is very conducive to the development of vertical upward movement， and the heavy precipitation occurred in the region with large pseudo-equivalent potential temperature gradient.

Key words Warm rainstorm; ground convergence line; Southwest jet; Radar characteristics; Train effect