2015年6月湘潭一次大暴雨过程中尺度分析

黄　娟，何　宁，戴　劲，尹宝蓉，游枭雄

(湖南省湘潭市气象局，湖南　湘潭　411100)



2015年6月湘潭一次大暴雨过程中尺度分析

黄娟，何宁，戴劲，尹宝蓉，游枭雄

(湖南省湘潭市气象局，湖南湘潭411100)

利用常规气象观测资料、高密度区域自动站降水资料、卫星资料、雷达资料以及1°×1°NCEP再分析资料，对2015年6月7—9日发生在湘潭市西北部的大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：这次大暴雨天气过程是受高空槽前和副高西北侧西南气流控制，地面弱冷空气入侵，中低层切变线和地面辐合线触发而引起的。由于西南急流旺盛，且位于850 hPa切变线南侧，使得切变线在湘中附近停滞或缓慢南压，出现持续性强降水。产生湘中及以北区域暴雨的MCC发展强烈, 呈椭圆形结构特征，维持时间较长，湘潭市强降雨出现在其东侧TBB梯度大值区上。此次过程降水回波带一直与地面的中尺度辐合线对应，以积层混合型降水回波为主，降水回波带中有多个对流单体呈线性排列，形成 “列车效应”给湘潭市西北部带来长时间的对流性降水，从而造成大暴雨天气。

高、低空急流；TBB云图；地面辐合线；列车效应

1　引言

暴雨是长江流域夏季多发且危害严重的灾害性天气，常造成严重的人员伤亡和经济损失。因此，暴雨研究工作一直以来受到气象学者的高度关注，也取得了一些重要成果，特别是近年来随着卫星、雷达等非常规资料的逐步丰富，利用高时空分辨率的资料已有可能分析出对流系统的结构及其发生发展过程。本文应用常规观测资料、高密度区域自动站降水资料、卫星资料、雷达资料和NCEP再分析资料综合分析了2015年6月发生在湘潭市西北部的一次大暴雨天气过程, 以探讨产生暴雨的中尺度系统发生演变和动力机制, 寻求有预报指示意义的物理量场, 以期提高对暴雨的预报和服务能力。

2　降水实况及灾情

2015年6月7日08时—9日08时湘中及以北地区出现暴雨，局部大暴雨天气过程，该次过程具有影响范围广、持续时间长、累计雨量大等特点。其中，7日20时—8日20时湘潭市普降中—大雨，部分暴雨，局地大暴雨。据全市110个区域自动气象站资料统计(图1)，>50 mm有45个站，其中6站在100 mm以上，强降水主要集中在湘潭市西北部，最大降水量112.4 mm(韶山新溪村)，8日03—09时为最强降水时段，最大小时雨强为24.0 mm(05—06时，韶山杨林乡)。

图1　6月7日20时—8日20时区域自气象站降水实况Fig.1　Actual precipitation of regional automatic meteorological station from 20∶00, June 7th to 20∶00 June 8th

据湘潭市民政局统计，全市受灾人口达8 712人，紧急转移安置77人；农作物受灾面积433 hm2，其中绝收面积110 hm2；倒塌房屋8户13间，严重损坏房屋27户32间；直接经济损失388万元。

3　环流形势分析

6月7日20时(图2a)，200 hPa南亚高压中心位于中南半岛中北部；500 hPa，北支槽位于黄河中下游地区，南支槽位于贵州地区，副热带高压在华南地区稳定维持，湖南受槽前和副高西北侧西南气流控制，有利于水汽和不稳定能量输送；700 hPa和850 hPa均有低涡和“人”字形切变线发展，期间低空西南急流发展强烈，最强达到17 m·s-1，湘中以北区域出现暴雨，强降水发生在低空急流出口区的左侧附近。

图2　天气形势配置图(a)7日20时；(b )8日08时(黑色实线为200 hPa上1 252线(单位dagpm)；蓝色实线为500 hPa上的588和584线(单位dagpm)；棕色实线为500 hPa高空槽；棕色双实线和箭头分别为700 hPa切变线和急流；红色双实线和箭头分别为850 hPa 切变线和急流；红色“D”为低涡；黑色风向杆为850 hPa风场)Fig.2　Weather situation Diagram (a) 20∶00, June 7th; (b) 8∶00, June 8th (the black solid line is the 1 252 line above 200 hPa, unit:dagpm; the blue solid line is line of 588 and 584 of 500 hPa, unit: dagpm; the brown solid line is upper trough of 500 hPa; the brown double solid line and arrow are 700 hPa shear line and jet; the r

8日08时(图2b)，200 hPa南亚高压中心东移至西南地区，湖南省处南亚高压东北侧的分流区，高空辐散强；500 hPa北支槽东移至华北地区，槽后西北气流引导冷空气南下，南支槽被副高阻挡，稳定少动；700 hPa冷式切变东移南压，850 hPa切变位于贵州南部—湘中—皖南地区，西南急流从广西延伸至江南大部地区，此时湘中地区降水明显。8日20时(图略)，500 hPa中纬度气流平直，南支槽南落；中低空西南气流加强，700 hPa及850 hPa切变东移北抬，两层切变在长江下游地区叠加，湘潭市的强降水过程基本结束。

地面图上(图略)，7日20时，我国西北地区东南部受高压控制，西南地区有一热低压，湘西南—湘东北处低压倒槽中，地面有中尺度辐合线生成；08日02—08时，受北支槽后西北气流引导，地面冷空气渗透南下，与暖湿气流汇合，地面辐合线维持，触发短时强降水，正好对应湘潭市出现短时暴雨的时段。

这次大暴雨天气过程是受高空槽前和副高西北侧西南气流控制，地面弱冷空气入侵, 中低层切变线和地面辐合线触发而引起的。

4　物理量场诊断分析

4.1高、低空急流

图3为300 hPa高空急流场和850 hPa低空急流场的配置，从图中蓝色虚线可以看出，7日20时(图3a)，我国华北上空高已经存在一个最大风速在45 m·s-1以上的急流中心，即高空急流核(中尺度高空急流)。它继续发展并向东移动，8日02—08时(图3b、3c)，高空急流核东西向带状加强,并移到山东上空，湖南省位于高空急流入口区的右侧，高空辐散作用强。高空急流发展的同时也引导低空急流的发展和走向，并通过垂直环流影响低空急流。从图中红色实线可以看出，低空急流从7日14时(图略)已开始逐渐发展，到8日02时(图3b)，低空急流发展到最广，强度达到最强，急流强中心主要在湘赣一带。湘潭位于低空急流出口区的左侧，湘潭市开始出现短时暴雨。8日08(图3c)时发展集中在江西—福建地区。在这之后低空急流强度跟范围逐渐减小。低空急流在暴雨的形成和发展过程中不断输送水汽，为暴雨的发展建立了通畅的水汽通道。而且西南暖湿气流的输送产生了位势不稳定层结，它是暴雨区低空上升气流的建立者和对流不稳定能量释放的触发者。此次过程中，西南急流旺盛，且位于850 hPa切变南侧，使得切变在湘中附近停滞或缓慢南压，出现持续性强降水，从而造成大暴雨天气。

图3　2015年6月7日20时—8日14时(时间间隔6 h)的300 hPa(a,b,c,d)的高空急流(蓝色虚线，等值线间隔为5，风速≥25 m·s-1)和850 hPa的低空急流(红色实线，等值线间隔为2，风速≥12 m·s-1)Fig.3　300 hPa upper-level jet stream (the blue dotted line, contour line interval being 5, wind velocity ≥25 m·s-1 ) from 20∶00, June 7th,to 14∶00, June 8th (with time interval of 6h) and 850hPa low-level jet (the red solid line, the contour line interval is 2, wind velocity ≥12 m·s-1 )

4.2假相当位温

从6月7日20时—8日20时850 hPa的假相当位温水平面图(图略)可以看出假相当位温等值线的密集地带主要在长江中游地区。8日02时，湖南省位于能量锋区南侧的高能带状区内，能量舌走向与锋区大致平行；之后能量锋区逐渐往南移动至湘北，其移动方向正反映了强雨带的走向。

沿112.8°E做假相当位温的垂直剖面图(图4)，根据假相当位温线随高度的变化，可分析暴雨区域的对流不稳定情况及上升和下沉运动状况。图4的4幅图中，在33～36°N的范围内，即强暴雨中心处，在300 hPa以下假相当位温线近于直立，说明低层有强烈的垂直上升运动。同时，本地700～925 hPa上，锋区上的假相当位温都是随高度而减小的，说明本地上空为对流不稳定区域，对流活动很强。强烈的垂直上升运动，可将这些低层的不稳定能量向上输送，有利于强对流天气的维持和发展。

图4　2015年8日02—20时(每隔6 h)沿112.8°E假相当位温垂直剖面(单位：℃)Fig.4　eauivalent potential temperature vertical cross section along 112.8°E from 2∶00 to 20∶00, August 2nd (with interval of 6 hours)

4.3垂直速度

垂直运动对天气系统的发展有着极其重要的作用,而且直接影响着暴雨的形成和发展。大量的水汽、热量、动量、涡度等都需要有强的垂直运动作为输送通道。沿27.8°N做垂直速度剖面图(图5)，由于是以P坐标系计算的速度，因此负值为上升运动区，正值为下沉区。从图中看本地上空垂直速度的变换，可发现在暴雨发生时段都有明显的垂直上升运动。7日20时(图5a)在113°E附近有强的垂直上升运动，中心强度>0.3 m·s-1的上升运动将底层的暖湿水汽输送到对流层高层，凝结降水。到8日08时(图5b)强的垂直上升带扩展到整层大气，且范围更大，最大速度中心维持在0.24 m·s-1以上。7日20时—8日08时这个最大垂直上升运动中心的存在与最强降水时段相一致。到8日14时(图5c)最大速度中心再次加强至0.3 m·s-1以上，但强中心位置东移至115°E附近，此时正值湘潭东部及南部强降水时段。由此可见垂直速度大值中心与暴雨中心有非常好的对应关系。

5　中尺度对流云团的活动

图6给出FY-2D相当黑体亮温(TBB)图，7日20时开始，在贵州东南部有一些小的对流单体生成，并逐步发展。到7日23时(图6)，位于贵州东南部的对流云团A出现了亮温<-60 ℃的中心，该云团沿850 hPa切变线向东移动，并不断与其周围的小对流单体发生碰并作用，发展加强。8日02时，对流云团A 和B已逐渐合并发展成一个β中尺度的MCC，云顶亮温中心<-70 ℃，该云团位于湘黔交界处上空，其东部边界已触及湘潭，湘乡和韶山西北部开始出现有效降水；位于广西东北部的对流云团C也开始与该MCC发生碰并。8日05时，对流云团A、B和云团C合并发展成α中尺度对流复合体D(MCC)，此时MCC的强度和范围达到鼎盛，呈椭圆形结构特征,中心亮温<-70 ℃的范围扩大；湘潭此时处于MCC东侧的TBB梯度大值区上，韶山和湘乡降水逐渐加强。07时,可以看到MCC的中心部分已经断裂开来，08时(图略)强度逐渐减弱。但由于MCC范围广阔，移动较缓，04—09时，韶山和湘乡西部的降水持续，出现了短时暴雨。11时(图略)已经减弱成不连续的云带(TBB≤-20 ℃的区域)，位于湘中偏南地区，湘潭市降水减弱，随着之后整个云带逐渐消散，降水停止。

图5　7日20时—8日14时沿27.8°N做的垂直速度剖面图(单位：m·s-1)Fig.5　The vertical speed cross section along 27.8°N from 20∶00,June 7th to 14∶00, June 8th (unit: m·s-1)

图6　FY-2D相当黑体温度(TBB，色斑)，7日23时—8日07时的逐小时演变图Fig.6　FY-2D equivalent black body temperature (TBB, color spot), hourly evolution map from 23∶00, June 7 to 7∶00, June 8

6　雷达回波演变特征

6.1雷达反射率因子分析

在雷达反射率因子图上(图7a-7d)，湘中偏北地区回波范围较广，呈东北—西南向分布，在层状云降水回波内镶嵌有多个小尺度的强对流单体，这些强对流单体以带状结构组成回波群，表现为积层混合云降水回波特征。8日02时，对应地面的一条东西向的中尺度辐合线，降水回波带主要位于长沙—娄底—邵阳一带，之后有大片回波从娄邵地区向东北移动逐渐影响湘潭。8日05—06时(图7a、7b)，韶山西北部不断有>45 dBz强回波出现，并加强往东北方向移动，造成韶山杨林乡出现小时雨强24.0 mm/h的降水。08时开始，地面辐合线略有南压，主雨带回波也缓慢南压。由于水汽的不断供应，地面辐合线的位置稳定少动，结构密实的大片回波一直维持到下午14时，造成湘乡、韶山的长时间降水，8日02—14时区域自动站点上>50 mm有35个站，其中>100 mm有3个站，大暴雨站点主要集中在湘潭市西北部，16时之后，随着系统南压减弱，湘潭市的持续强降水随之逐渐减弱。

图7　8日 0.5°仰角雷达反射率因子图(a)5时25分，(b)5时43分，(c)10时32分，(d)14时13分，(e)5时31分，(f)5时31分垂直剖面图Fig.7　Base reflectivity(a～e) at 5∶25,5∶43,10∶32,14∶13 and 5∶31 at 0.5°elevation and cross section (f) at 5∶31 BT ,8 June 2015

湘潭最大小时雨强出现在8日05—06时，因此对8日5时31分反射率因子图(图8e)中黑色线条位置做垂直剖面(图7f)，可以看到回波中多个对流单体呈线性排列，里面有45 dBz的高强度回波单体，强回波中心接地，大于30 dBz的回波基本处于6 km以下，单体具有低质心结构，这种低质心、高效率的“列车效应”回波很容易产生暴雨或大暴雨。

6.2雷达径向速度

从8日04时20分的 0.5°仰角雷达径向速度图(图8a)可以看出有一条风场不连续线，零线在速度图上呈“L”型，表明有此时冷锋过境，从图8b可以看出，在上下正负径向速度区分别有明显的正、负径向速度大值区, 负速度最大值达17 m/s，正负径向速度中心的存在表明有低空急流的存在，且第一个距离圈内零速度等值线为反“S”型，测站上空的风由偏北风随高度转为偏西风，表明风向随高度逆转，在雷达有效探测范围内有冷平流。由于冷暖空气在湘潭市上空交汇，从而有利于大降水的发生。

图8　雷达径向速度图(a)4时20分0.5°仰角雷达速度图，(b)9时10分1.5°仰角雷达速度图Fig.8　Radar radial velocity map (a) 4∶20 0.5°elevation radar velocity map, (b) 9∶10 1.5°elevation radar velocity map

7　小结

①这次大暴雨天气过程是由于受槽前和副高西北侧西南气流控制，地面弱冷空气入侵, 中低层切变线和地面辐合线触发而引起的。

②西南急流旺盛，且位于850 hPa切变线南侧，使得切变线在湘中附近停滞或缓慢南压，出现持续性强降水，从而造成大暴雨天气。

③垂直速度大值中心与暴雨中心有非常好的对应关系，强烈的垂直上升运动，将低层的不稳定能量向上输送，有利于强对流天气的维持和发展。

④产生湘中及以北区域暴雨的MCC云团发展强烈, 呈椭圆形结构特征, 维持时间较长,湘潭我市强降雨出现在其东侧TBB梯度大值区上。

⑤此次过程主要以积层混合型降水回波为主，降水回波带一直与地面的中尺度辐合线对应。东北—西南向的降水回波带中有多个对流单体呈线性排列，形成 “列车效应”给湘潭市西北部带来长时间的对流性降水，这是导致湘乡、韶山局地大暴雨的直接原因。

[1] 陶诗言,等.中国之暴雨[M].北京:气象出版社,1980:1-225.

[2] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文.天气学原理和分析方法[M].北京：气象出版社,2007.

[3] 丁一汇.暴雨和中尺度气象学问题[ J].气象学报,1994,52(3):274 -283.

[4] 田莹,戴泽军,隋兴斌,等.2011年湖南一次暴雨过程中尺度分析[J].气象科学,2014,34(5):556-563.

[5] 陈静静,叶成志,陈红专,等.“10·6”湖南大暴雨过程MCS的环境流场特征及动力分析[J].暴雨灾害,2011,30(4):313-320.

[6] 欧阳也能,尹宝蓉,辜倩,等.西南低涡造成湘中一次大暴雨天气过程的诊断分析[J].贵州气象,2013,37(5):6-11.

[7] 罗晓松,方标,严小冬.黔东北一次局地特大暴雨天气的雷达回波特征分析[J].贵州气象,2014,38(6):16-19.

[8] 朱家亮,贺科,邓建国,等.2014年5月衡阳3次暴雨过程诊断分析[J].贵州气象,2015,39(1):35-41.

[9] 陈伟,唐明辉,张劲强,等.湘东北一次大暴雨“列车效应”特征分析和预警服务[J].广东气象,2014,36(4):38-43.

Meso-scale Analysis on a Heavy Rainfall Event in June 2015 in Xiangtan

HUANG Juan,HE Ning,DAI Jin,YIN Baorong,YOU Xiaoxiong

(Xiangtan Meteorological Bureau, Xiangtan 411100，China)

Diagnostic analysis was performed on a heavy rainfall from 7th to 9th in June 2015 in northwest Xiangtan with conventional and intensive observations , the satellite data, the Changsha Doppler radar products,NCEP 1°×1° global analysis data. The results show that this rainfall event was caused by the southwesterly current in the front of the high level trough and on the subtropical high northwest side, weak cold air of ground, the shear line at the low and middle levels and surface convergence line. Because the southwest jet located in the south side of 850hPa shear line was strong, the shear line was stagnant or slowly moving toward the south and bring torrential rain to central Hunan. This rainfall event was directly caused by typical MCC ,which is oval structure characteristics and maintain a long time. Heavy rain-belt occurred at the east of the MCC where TBB gradients have big values. Radar data analysis shows that rainfall echo belt with a lot of convective storm development was mainly made up of mixed echo of cumuliform cloud. The highly coincidence of surface convergence line and rainfall echo belt was the main causes for the formation of "train effect", which produced a long time convective rainfall in northwestern Xiangtan.

upper and low level jet; TBB images; surface convergence line; "train effect"

1003-6598(2016)02-0032-08

2015-07-30

黄娟(1988—) 女，助工，主要从事天气预报工作，E-mail:2468549270@qq.com。

P458.1+21.1

B