长江中下游地区一次短时大暴雨天气的中尺度分析

王庆华++周金莲

摘要 利用卫星资料、多普勒雷达资料和中尺度自动站资料，结合常规资料，对江汉平原一次短时大暴雨过程进行分析，探讨MCS发生的环境条件、结构和传播特征等，揭示了BB类MCS在江汉平原发生、产生极端性强降水的地面中尺度原因。结果表明：此次强降水的发生与沿汉江河谷南下的北风、大别山南麓的东南风和从湖南北上的南风密切相关，地面辐合线触发了对流不稳定能量的释放，导致MCS的形成，3支气流在江汉平原的汇合使雷暴迅速增强，造成极端强降水。在强降水的拖曳作用下，强下沉气流形成冷池，在地面造成幅散大风，底层出流边界与地面和风暴承载层的西南风汇合，触发新单体生成并向东北方向传播，使MCS处于准静止状态，加上列车效应，产生了极端强降水。

关键词 短时强降雨；中尺度分析；触发机制；准静止；长江中下游地区

中图分类号 P458.1+21.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0211-03

湖北省位于长江中下游，是暴雨多发地区，给人民生产生活带来重大损失，尤其是局地短时强降水，引发山洪、泥石流等次生灾害，严重威胁人们的生命财产安全。张家国等[1]分析了多普勒天气雷达反射率因子回波形态、结构、暴雨落区以及主要影响天气系统，概括了湖北省区域性暴雨雷达回波模型有逗点状暴雨回波、涡旋状暴雨回波、涡带结合型暴雨回波和带状暴雨回波等4类。王晓芳等[2-3]分析了长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统，总结了8类典型的线状中尺度对流系统：尾随层状降水中尺度对流系统（TS）、准静止后向建立中尺度对流系统（BB）等。张家国等[4-5]对发生在大别山西侧的极端降水进行了中尺度分析，发现特殊地形对雷暴冷池具有阻挡作用，改变MCS传播方向，由尾随层状降水中尺度对流系统（TS）转变为准静止后向建立中尺度对流系统（BB），从而导致极端强降水。这些研究对强降水预报预警有很好指导作用，但是当没有地形阻挡的时候，MCS传播方向也会出现改变，其中尺度机理值得进一步探索和研究。

1 降水实况

2015年5月14日18：00至15日3：00（北京时，下同），江汉平原出现暴雨到大暴雨天气，共有42个县市超过100 mm，其中6个县市降水超过250 mm，强降水主要位于仙桃、潜江、天门和汉川等地。从单站逐小时降雨量资料可以看出，多个雨量站都出现了连续3～4 h大于30 mm/h的短时强降水。

2 天气形势分析

2015年5月14日8：00，500 hPa副热带高压呈带状，脊线位于20°N附近，东北为深厚低压，槽位于河西走廊，青藏高原东部有一浅南支槽，700 hPa和850 hPa上弱西南涡位于四川，湖北受偏南气流控制，中低层增温增湿，不稳定能量累积。从T-logP图可以看出，8：00 CAPE值为0，20：00增加到486，订正后的14：00 CAPE值为1726，不稳定能量迅速增加。中层较干，有利于对流不稳定的建立和对流系统内部下沉气流的发展。随着东北低压加深，低槽东移使中低层西南低涡加强，湖北降水逐渐开始。14日20：00副热带高压稳定，东北低压加深，槽位于晋南—陕南—四川一线，湖北受低涡东部暖切控制，850 hPa西南急流的出口位于湖北南部，此时冷空气侵入倒槽，使降水加强。后随着低槽东移，中低层转为冷切控制，降水逐渐减弱结束。从上面分析可以看出：副热带高压、低槽系统、西南涡、西南急流和地面暖倒槽的共同作用导致了此次大暴雨的发生。

3 卫星云图特征分析

从卫星云图的演变可以看出（图1），大降水开始之前有低槽云系位于湖北北部，西南涡东部云系A位于鄂西，最低亮温为-68 ℃，大部分亮温≥-58 ℃，梯度小，以层状云为主，含有弱的对流云。5月14日20：00，江汉平原东部出现弱云团B′，直径10 km左右，云团迅速发展，到了23：00，B′云团略向西移动，进一步发展增强，直径超过200 km，最低亮温为-73 ℃，与西部低涡云团A相连。15日0：00，低涡云团A开始减弱，对流云团B′面积略有增加，强度维持，移动减缓，造成潜江、天门等地的短时强降水。3：00以后，低涡云团A减弱消亡，对流云团B′也开始减弱东移，地面降水开始减弱。

可见，造成江汉平原短时大暴雨的对流云团分为3个发展阶段：第一阶段为14日20：00—23：00（发展阶段），对流云团触发生成，不断增强，面积增大，向西发展，此时低涡云团已达到强盛阶段，锋面云系位于湖北北部，冷空气尚未侵入；第二阶段为15日0：00—3：00（成熟阶段），对流云团发展到最强盛阶段，云顶亮温达到最低，出现白色亮点，稳定少动，造成局地短时强降水，此时冷空气的入侵导致低涡云系减弱；第三阶段为15日4：00之后（减弱移出阶段），对流云团逐渐减弱东移，降水结束[6]。

4 雷达回波特征分析

2015年5月14日19：00（图2），湖北省宜昌和十堰有小片降水回波，其他地区有分散对流单体。强降水雨团初生于江汉平原东部，开始分两块后迅速合并增强并向西移动。20：00前后发展成一条东西带状多单体雷暴A，西侧出现回波B，之后A向西北传播、B向东北传播，22：00交汇并增强。23：00前后，A南、北侧同时出现出流触发的对流回波，北侧回波向北移动并远离主体，而雷暴A主体向西南方向传播，生成新的雷暴单体向东北方向移动，导致整体移动缓慢，准静止状态下形成BB型强降水回波，造成了江汉平原南部的短时强降水。15日1：00北部冷空气开始入侵，沿着江汉河谷南下，在荆门触发出回波C，并向东南方向移动，3：00前后并入A，合并后回波东移南压，因受到副高的阻挡，南压至湖南北部移速减慢，转变为AS型后向东移出湖北。

降水过程中MCS的发展分为3个阶段：第一阶段为14日19：00—22：00（西北发展阶段），在江汉平原东部生成，迅速增强，向西北方向传播；第二阶段为14日22：00至15日3：00（准静止阶段），A向西南方向传播，新生单体向东北方向移动，处于准静止状态，造成江汉平原短时强降水；第三阶段为3：00—6：00（东移南压阶段），冷空气的入侵使降水系统东移南压，降水减弱结束。

从雷达回波剖面图可以看出：回波发展初期结构松散，中心强度45 dBZ左右。14日22：00迅速加强，强中心面积增大，出现50 dBZ以上回波，伸展到6 km高度，22：30，50 dBZ强中心连成片，伸展到8 km高度，并出现55 dBZ以上的强回波。区域站资料显示，23：00强回波所在地雨强达到90 mm/h，出现16 m/s的大风。此时降水强度大，拖曳作用下产生较强下沉气流，形成冷池，在地面造成辐散大风。雷暴的出流与环境风辐合，触发新生单体，新单体在引导气流的作用下，向东北方向移动，形成了BB类中尺度系统。

5 地面中尺度系统分析

从区域站风场资料（图3）可以看出：14日14：00，湖北大部受南风控制，鄂西南东部存在气旋式切变，鄂西北局部吹北风。18：00，大别山南麓的风沿着长江转向，呈现气旋式切变，江汉平原东部出现东北风与南部的偏南风形成辐合线。21：00—22：00，有冷空气沿着江汉河谷南下与偏南气流相遇，在江汉平原西部触发新的对流。23：00南下冷空气加强，使江汉平原的雷暴进一步发展。在15日0：00之后，湖北长江以北地区转为偏北风，但是由于副高的稳定，南部依然存在弱的偏南气流，地面辐合线附近不断有新的雷暴单体生成并向东北方向移动，在列车效应下造成局地大暴雨。3：00之后，地面辐合线南压位于湖南北部，湖北全部转受偏北风控制，降水减弱结束。

6 结语

在本次强降水过程中，前期西南急流强盛，地面暖倒槽发展，不稳定能量累积；中层较干，有利于对流不稳定的建立和对流系统内部冷下沉气流的发展；地面辐合线触发了对流不稳定能量的释放，导致中尺度对流系统MCS的形成，MCS又在自身出流的触发下不断发展加强；本次大暴雨过程属后向传播类，MCS触发生成以后，由于没有地形阻挡，在风暴承载层平均风（西南风）引导下，风暴平流方向为东北方，但由于此时地面为东南风、西北方又有弱的北风，有新生单体在西北方向生成；当冷空气沿汉江河谷南下与大别山南麓进入的东南气流以及沿湖南北上的暖空气在江汉平原汇合加强，使雷暴迅速发展增强，造成极端强降水，强雷暴的出流触发了新单体生成，向前传播转为向后传播。向后传播与风暴承载层平均风抵消，使MCS处于准静止状态，形成中尺度对流系统（BB）；多个不同生命阶段的单体移到同一地方（列车效应），是产生持续性强降水的原因；江汉平原虽然没有山脉阻挡，仍然是湖北暴雨多发区，与沿汉江河谷南下的北风、大别山南麓的东南风和从湖南北上的南风3支气流密切相关，研究这3支气流的方向、强度和辐合区有助于强对流的提前预警预报。

7 参考文献

[1] 张家国，王珏，黄治勇，等.几类区域性暴雨雷达回波模型[J].气象，2011，37（3）：285-290.

[2] 王晓芳，崔春光.长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统分析Ⅰ：组织类型特征[J].气象学报，2012，70（5）：909-923.

[3] 王晓芳.长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统分析Ⅱ：环境特征[J].气象学报，2012，70（5）：924-935.

[4] 张家国，廖移山，李德俊，等.“98.7”鄂东连续特大暴雨的中尺度分析（一）[J].气象科学，2001，21（2）：170-176.

[5] 张家国，黄小彦，周金莲，等.一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析[J].气象学报，2013，71（2）：228-238.

[6] PARKER M D，JOHNSON R H.Organizational modes of midlatitude me-soscale convective systems[J].Mon Wea Rev，2000，128（10）：3413-3436.