一次由列车效应引发的湖南暴雨研究

李婷 蔡杏芳 童洁 肖诗尧 黄卓禹 刘久国

关键词暴雨;稳定维持;东传;锋区;列车效应

2019年5月12日白天到夜间，在副高西北侧附近，湖南出现了一次暴雨、局地大暴雨天气过程，降雨落区主要位于湖南中北部地区，暴雨中心位于益阳、娄底地区。这次过程雨强不大，但降水的持续时间长，最长稳定维持时间长达12h以上。对于此次过程，临近时各家数值模式预报结果较为一致，降水稳定在湖南的中北部，夜间降水系统南压，雨带也一致预报南压至湖南的南部地区：而预报与实况出现了明显的偏差，夜间降水依然稳定维持在湖南的中部区域。

基于以往的预报经验和预报思路，一个地区产生持续降水之后，不稳定能量和大气层结等会变得较为稳定，尤其是夜间冷空气南下，一直考虑降水系统南压，因而造成较大范围的漏报。为了提高暴雨、大暴雨的预报质量，对此次稳定性持续暴雨过程的环流背景和物理过程进行分析，试图分析在大气环流形势相对稳定的情况，出现此次持续性强降水的原因，为今后类似预报服务提供借鉴。

1降水实况

2019年5月12日白天到夜间湖南的中北部地区出现暴雨天气过程。从整个24h降水分布可以看出，强降水区主要分布在湘西州南部、怀化北部、益阳、娄底、湘潭、长沙一线，大致呈准东西向分布，从降水时段内最大小时雨强分布看，此次强降水过程中，最大小时雨强为10～30mm/h，降水强度在区域性暴雨天气过程中偏弱（图1）。

2成因分析

2.1环流背景分析

2.1.1中高层环流形势从2019年5月12日20：00的500 hPa高度场可以看出，湖南北侧的中高纬度地区被深厚宽广的低槽控制，其南侧带状副高北伸至20°N以北，整个湖南处于副高北侧强的高空辐散区内，有利于系统性上升运动的维持，而南北2个系统的稳定对峙有利于高空西风急流的维持和增强，同时，也有利于中低层系统的稳定少动。

2.1.2中低层环流形势以中高层环流相对应的是在湖南中北部700～925hPa之间稳定维持着准东西向的切变线，整个强降水区处于来自南海洋面的西南偏南风和来自东侧洋面的偏东气流的汇合。二者近似饱和暖湿气流的汇合，非常有利于强降水天气的出现和维持。

2.1.3地面环流形势从强降水时刻海平面气压的分布看，湖南北侧有较强的冷高压的入侵，西侧存在较强的暖低压，在重庆一四川一线形成准静止锋，湖南处于两股气流的影响区内，有利于对流天气的触发和发展。

2.2探空资料分析

以同样是强降水区长沙探空站的分析可以看出，从近地面至600hPa附近为深厚的湿层以及比湿和饱和比湿的垂直剖面可以看出，500hPa以下的水汽近乎饱和，非常有利于强降水天气的发生和维持。另外，从各层风场可以看出，在较强的西南气流之下的近地面，有浅薄的冷空气侵入，加大暖区倒槽内暖湿气流的被迫抬升。

3降水系统移动特征分析

3.1一致的西风气流引导下，降水系统东传特征明显

从沿着28°N逐6h的纬向风一垂直风的纬向剖面可以看出，辐合上升气流在降水时段存在明显的东传的现象，且从相伴随的垂直速度大小可知，在东传过程中，由西侧的高海拔区向低海拔区移动中，上升存在一个增强变化的趋势，然后在进入地势相对平缓区时，又逐渐减弱。娄底北部发生强降水的时间分别是在12日的白天和夜间，对应此时的大速度区正位于影响地区的上空。另外，从东西向的流场分布看，500hPa以上，102°E～116°E均表现为一致的偏西风，边界层至中低层之间存在不同尺度的扰动，这也是对流发展高度不高的原因之一：此外，在中高层一致的西风气流引导下，东传特征明显（图2）。

3.2锋区下传与近地面中小尺度扰动结合促进降水持续

同理，沿着111°N逐6h的经向风一垂直风的经向剖面可以看出，12日20：00（北京时）28°N为偏南风控制，且伸展至300hPa以上其北侧的为偏北风侵入，在28°N～30°N中层形成较明显的锋区，随着冷空气逐渐向下渗透，锋区伸展高度逐渐降低，并与在沿山脉附近则是多南北两支气流形成的中小尺度扰动系统合并，进一步促进降水的发生和持续（图3）。

3.3强盛的偏南风不利于系统南落

从沿着111°N逐6h的经向一垂直风的经向剖面图可以看出，北方冷空气的向南侵入的纬度有限，为了更为明确地了解系统南北移动的趋势，再一次分析沿着111°N逐6h的水平风的纬度—高度剖面图。从降水各时次的剖面可以看出，北侧较强的偏北风主要集中在600hPa以下，与南侧强盛的西南气流相比，则明显偏小，而且在整个强降水过程中，西南气流均表现得异常旺盛，此次当处于强盛的偏南气流影响下，强的水汽辐合和强的上升运动都位于偏南气流内，在上下一致强的西南气流的阻挡下，相对弱的冷空气南侵有限，致使中切变在28°附近稳定维持此次，高层较稳定的层结阻挡中低层系统向上发展，这也导致对流云团发展不旺盛（图4）。

4基于卫星云图和雷达分析降水特征

4.1基于卫星云图降水特征分析

从各时次的假相当位温的分布看第一阶段的降水时次，娄底的北部有冷性对流云团发展，但强度和范围有限，且对流云团均在山脉北侧发展东移，在08：00～10：00次对流云团在張家界一湘西一带山脉移入怀化北部、益阳西部和娄底北部地势相对低的位置时，对流云团有存在发展加强的趋势，而这些区域也对应着大暴雨的分布区和局地小时雨强超过50mm/h。这也表明上述地区的地形分布有利于促进移入对流云团的发展，降水的增幅作用较明显。在12日夜间第二阶段的降水过程，基本表现为暖云降水（图5）。

4.2基于雷达的降水特征分析

从上述分析可知，此次强降水过程中，对流发展高度均不高，小时雨强最大也在30mm/h以下。从两个阶段的强降水时刻的各仰角的雷达反射率可以看出，在第一阶段北部最强降水时刻的10：23的组合反射率在新化北部出现了小范围的积云降水回波，最强回波有达到45 dbz，对应小时的雨强在20mm/h左右，0.5和1.5度仰角来看，最强的回波集中在中层4km附近。故整个强降水的回波都集中在中层以下，有利于降水的持续（图6）。

而从第二阶段的降水回波看，强度较第一时次有减弱，但列车效应明显，导致娄底的西部、中部地区出现了持续较高效率的降水。另外，从较强回波的列车带上可以看出，在3.4°仰角，在同等影响系统下，在娄底的中部地区表现出在高仰角较强的回波，表面对流在这些地区的发展较为旺盛，而这些地区正处于下坡区，这是否也存在的地形的增幅作用，有待于今后的进一步验证。

5结语

此次强降水过程，湖南北侧的中高纬度地区被深厚宽广的低槽控制，其南侧带状副高北伸至20°N以北，整个湖南处于副高北侧强的高空辐散区内，有利于系统性上升运动的维持，而南北两个系统的稳定对峙有利于高空西风急流的维持和增强，同时，也有利中低层系统的稳定少动。强降水区稳定维持着准东西向的切变线，西路冷空气渗透入高饱和湿区的地面暖倒槽内，有利于对流天气的触发、发展和维持。