2022年3月荆门春季首场暴雨形成机制分析

王 培，贺 嘉，李康丽

湖北省荆门市气象局，湖北荆门 448000

暴雨是荆门市的主要灾害性天气之一，荆门致灾性暴雨主要发生在6—8月，近20年以来，最早出现在4月1日[1]。2022年3月16日荆门市出现了首场春季暴雨，出现时间与历年同期相比明显偏早，荆门、钟祥、京山3个国家气象站日降雨量均突破了1961年以来的历史同期极值。暴雨和大风灾害造成荆门受灾人口777人，紧急转移分散安置人口10人，倒塌房屋4户8间，严重损坏房屋7户16间，农作物受灾面积84.4 hm2；直接经济损失237.45万元，其中农业经济损失92.92万元。本次强降水过程出现时间早、强度大、范围广，在荆门地区较为少见，因此利用常规气象资料、风云卫星云图、雷达及地面观测资料，研究此次春季暴雨的形成机制，以期为今后荆门市春季暴雨的预报提供参考。25 mm的有109站、超过50 mm的有79站、超过100 mm的有1站，最大降水量110.6 mm，出现在京山屈山站。

1 降雨实况

3月16日白天到夜间荆门出现强降水过程，雨带为西南—东北向，南部和东部出现暴雨，局部大暴雨，伴有雷电大风等强对流天气，累计雨量超过

2 天气背景

2.1 环流形势

3月16日08:00，500 hPa上甘肃南部有低槽带动冷空气南下，川东至云南有东北西南向的高空槽东移影响湖北；20:00 2个槽合并成1个槽移至湖北西部，荆门市处于槽前西南气流中，出现较强降水；17日08:00高空槽东移至湖北东部，荆门降水结束。

中低层主要受低空急流和低涡切变线共同影响。700 hPa上，16日08:00受北部冷空气侵入影响，四川北部有低涡生成，湖北西部处于西南急流中，此时恩施州已出现降水；20:00低涡东移南压至恩施东部，西南急流明显加强，有明显的暖平流，荆门比湿达7 J/kg，为强对流的发生、发展提供了充足的水汽和动力条件。17日08:00西南急流发展旺盛，低涡已东移北退出湖北省。

850 hPa上，与700 hPa相对应，16日08:00川东有低涡生成，湖北西部处于涡前西南急流中，恩施州比湿达11 J/kg，已出现明显降水；20:00北方冷空气已南压至湖北西部，低涡往东南方向移至贵州省内，低涡前部西南急流明显发展加强，荆门处于低涡切变线上，比湿达11 J/kg，荆门东部出现强降水；20:00之后随着西南急流进一步加强，低涡继续沿东北方向移动，17日08:00低涡已东移北推出湖北省。

2.2 地面形势

从地面图可分析出，16日08:00荆门受地面暖低压倒槽控制，低压中心在川东地区，20:00随着北方冷空气南下，低压南压，荆门受冷高压控制，降水结束。

2.3 有利于中尺度系统发生、发展的环境条件

此次暴雨天气过程强降水主要集中在16日17:00～21:00。在16日08:00修正过的宜昌探空图（图1）可知，200 hPa西南风速达58 m/s，高层急流强辐散引起的抽吸作用有利于低层辐合上升运动。0℃层高达600 hPa，春季出现如此高的0℃层表明暖云层深厚，有利于发生高效率的强降水。700 hPa以上以干冷空气为主，700 hPa以下层较湿，这种上干冷、下暖湿的不稳定层结有利于短时强降水和大风天气发生[2]。CAPE值506.5 J/kg，SI指数为-2.52，DCAPE值1047.7 J/kg，不稳定性较大，有利于强对流天气的发生发展。850 hPa以上以西南风为主，风力较大，近地层还有一定的逆温层，逆温顶盖可以积蓄能量，总体有利于对流不稳定的维持和发展。上述条件导致16日18:00沙洋出现了大风和短时强降水天气，最大小时降水量达到了44 mm（沙洋纪山站）。

图1 16日08:00宜昌站修正过的T-logP图

综上所述，16日08:00～20:00高空槽东移，中低层有低涡切变线与明显的急流相配合，形成了强大的辐合抬升运动，为过程提供了动力条件；此次过程中有明显暖平流，强盛的低空西南急流将水汽向暴雨区输送，为此次降水过程提供了充足的水汽[3]。在上、下各层系统的联合作用下，产生了本次强降水天气过程。

3 中尺度天气系统的特征及演变

从荆门站风廓线雷达3月16日13:00～19:00实时数据风羽图（图2）可以推算出，荆门站降水主要分为3个阶段：14:00～15:00南风有明显加强，降水属于南风急流里的暖区降水；18:00～19:00地面有中尺度涡旋生成，造成强降水；19:00之后中尺度涡旋移除荆门站，降水转为稳定性降水[4]。

图2 荆门站3月16日13:00～19:00风羽图

3.1 地面风场分析

从地面风场来分析18:00～20:00最强降水时段。18:00华北冷空气沿地面倒槽后部侵入，沙洋西部的西北风与东部的偏东风形成地面辐合线，触发对流天气，造成沙洋的短时强降水[5]。随着850 hPa和700 hPa低涡东移，19:00地面加密站风场（图3）可见，地面辐合线在东移至京山南部时，形成中尺度涡旋，造成京山南部和天门西部短时强降水。

图3 地面加密站风场叠加小时雨量图

3.2 卫星云图的特征分析

从本次过程云图（图4）的演变可以看出，荆门降水主要分为3个过程。16日13:00之前，湖北西部至荆州东部生成了西北东南向的对流云带，14:00～15:00荆门出现明显降水；随着南风发展加强，云带往北推，16:00～17:00南部出现降水间歇；18:00随着川东低涡东移南压，宜昌地区又有新的对流云团生成并发展东移合并至原对流云带中，造成荆门第2轮强降水，19:00东移至京山时达到最强，云顶亮温达到低值，造成京山南部强降水，最大小时雨强47.9 mm，出现在20:00；20:00之后低涡继续东移，荆门转为稳定性降水[6]。

3.3 雷达回波分析

此次降水过程雷达回波图（图5）反映出本次降水过程以积云降水为主。16日13:00，湖北西部至荆州东部生成了西北东南向的带状回波，随着南风发展加强回波往北移动，到达荆门西南部，强回波中心有50 dBz以上，明显层积混合云回波特征，为强降水回波，降水效率较高[7]。14:00～15:00，强回波东移北推至荆门东部和北部，同时宜昌地区有新的对流回波生成并继续向东北方向移动。17:00宜昌地区强回波移至荆门。18:00，在荆门掇刀区至沙洋形成南北向的弓形回波，造成沙洋强降水及雷电大风，最大风速达25.3 m/s。19:00，弓形回波继续东移影响京山南部，造成京山南部暴雨大风天气。21:00之后，强降水回波东移出荆门，雷达回波以层状云降水回波为主，荆门转为稳定性降水[8]。

图5 过程期间雷达三维反射率拼图分析

4 结论

利用多种气象观测资料，分析了2022年3月16日荆门春季暴雨过程的天气背景特征及中尺度系统演变特征，得出以下主要结论：

（1）高空强辐散、500 hPa高空槽东移、中低层低涡切变线、低空急流加强东移北抬、地面冷空气入侵暖低压倒槽等天气系统配置，是这次春季暴雨发生的有利天气背景。

（2）这次暴雨发生前的环境场特点为适中的对流有效位能，较大水汽含量及上干冷、下暖湿极，说明强对流天气为短时强降水及雷暴大风。

（3）华北冷空气沿地面倒槽后部侵入，沙洋西部的西北风与东部的偏东风形成地面辐合线，触发对流天气，造成沙洋的短时强降水。

（4）与中尺度对流云团移动相对应，宜昌地区有中尺度对流单体生成，其东移中加强并在荆门南部形成弓形回波，雷达回波图上强的反射率回波对应卫星云图上有TBB低值区，说明对流云发展高度高，垂直运动剧烈，造成荆门南部短时强降水和雷暴大风。

针对16日08:00—17日08:00湖北的强降水落区和强度进行检验，不同起报时间各家模式有不同表现。36 h时效来看，NECP-GFS预报最好，最接近实况，其次是CMA-TYM、EC，落区与强度跟实况有差别；中尺度模式CMAMESO、CMA-SH9强降水落区偏南。16日08:00起报的24 h时效来看，CMASH9最接近实况，其次是EC和NECPGFS；中尺度模式CMA-MESO、CMASH9强降水落区均往北做了调整，具有一定的指示意义。从这次春季暴雨预报来看，对于对流性降水模式预报落区及量级存在一定的偏差，预报员应结合温湿条件及订正后的探空环境进行综合预判，对流性暴雨落区及强度进行人工订正，可取得更好的预报效果。