皖南初春平行线状对流系统引发的大暴雨分析

李冰 周昆 周晓晔 寿泽慧 屈婧

摘要 利用多源氣象观测资料和欧洲中心ERA5再分析资料研究2022年3月中旬安徽南部的一次大暴雨过程。结果表明：受稳定的贝湖东部低槽、西北太平洋副热带高压与东移加强的华西疏散槽共同影响，地面冷锋快速南下，引发大暴雨的中尺度平行线状对流系统形成于地面冷锋附近大别山区南部迎风坡上并向东移动，呈现出列车效应。对流层中低层西南急流、低涡切变、大的垂直风切变为其发展、维持提供了有利的环境条件；复杂地形对平行线状对流系统的发展演变具有重要作用，山地增强了南北水平温度梯度，并通过迎风坡或喇叭口的近地面风场辐合不断产生新的上升气流，低层对流触发后不断随着偏南气流北移，形成线状对流系统，呈现出后向传播特征；整个平行线状对流随着中层引导风向偏东方向移动，强降水中心太湖不仅有东南风与北侧绕大别山区南下的东北风辐合，且处于迎风坡的喇叭口，地形抬升加强辐合作用，对流发展最为旺盛；双偏振雷达参量和雨滴谱仪显示，太湖上空为粒子数密度大的大雨滴，降水效率高。

关键词 大暴雨；平行线状对流系统；山地；双偏振雷达

中图分类号 S162  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0195-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.044

Analysis of Heavy Rainstorm Caused by Parallel Linear Convection System in Early Spring in Southern Anhui

LI Bing1，ZHOU Kun2，3，ZHOU Xiao-ye2 et al

（1.Luan Meteorological Bureau，Luan，Anhui 237000;2.Anhui Meteorological Observatory，Hefei，Anhui 230031;3.Bengbu Meteorological Bureau，Bengbu，Anhui 233000）

Abstract A heavy rainstorm process in the south of Anhui Province in mid-March 2022 was studied using multi-source meteorological data and ERA5 reanalysis data from the European Center.The results showed that under the influence of the stable east Bay Lake trough，the Northwest Pacific subtropical high and the eastward strengthening West China evacuation trough，the surface cold front moved southward rapidly，and the mesoscale parallel linear convective system that caused heavy rain formed on the southern windward slope of Dabie Mountain near the surface cold front and moved eastward，showing a train effect.The southwest jet，low vortex shear and large vertical wind shear in the middle and lower troposphere provide favorable environmental conditions for its development and maintenance.The complex terrain played an important role in the development and evolution of parallel linear convective system.The mountainous area enhanced the north-south horizontal temperature gradient and continuously generates new updrafts through the convergence of the near-surface wind field on the windward slope or the bell-mouth.After the triggering of the low-level convection，the linear convective system moved northward with the southerly air and presents the characteristics of backward propagation.The whole parallel linear convection moved eastward with the mid-level guiding wind direction.The center of heavy precipitation in Taihu Lake not only had the convergence of the southeast wind and the southward northeast wind around Dabie Mountain，but also was located at the bell-mouth of the windward slope.The topographic uplift enhanced the cooperation of the radiation，and the convection developed the most vigorously.The dual-polarization radar parameters and raindrop spectrometer showed that there were a large number of dense raindrops over Taihu Lake，and the precipitation efficiency was high.

Key words Heavy rainstorm;Parallel linear convective system;Mountainous area;Dual polarization radar

基金项目

安徽省气象局预报员专项（kY202208）。

作者简介 李冰（1990—），女，安徽舒城人，工程师，从事短临监测预报和灾害性天气研究。*通信作者，正高级工程师，硕士，从事短时天气预报研究。

收稿日期 2023-07-01；修回日期 2023-07-31

近年来，暴雨灾害带来的损失逐年增加，深入认识暴雨发生发展的机理，仍是国内外广泛关注的科学问题［1］。大暴雨在安徽省春季时有发生，给社会生产、人民生活、财产生命等带来严重影响［2-4］。在江淮流域梅雨期准静止锋或缓慢移动的锋面上，中尺度对流系统常常引起暴雨发生［5-7］。赵宇等［8］研究表明，暴雨过程线状中尺度对流系统（MCS）在发展初期表现为东西向雨带不断的“后部建立”以及随后对流单体的“列车效应”，成熟期对流单体向东北—西南向发展，形成多个近乎平行的东北—西南向短雨带。沿着梅雨锋常观测到一些对流单体嵌在准线状后向传播的对流系统中，相似中尺度对流系统也有发生在华南沿海前雨季期极端降水事件中，此时，沿海中尺度山区地形在对流触发和组织化中也发挥一定的作用［9］。Wang等［10］研究了山区地形对梅雨期中尺度对流系统的形成和维持的作用，得出梅雨锋南侧的山区可以影响后向传播的中尺度对流系统演变。张家国等［11］也指出大别山西侧地形对雷暴冷池的阻挡使得冷空气在山前堆积形成回流，导致MCS出现后向传播并呈准静止状态，经常在山前一定距离处形成极端强降水。

以往关于梅雨锋暴雨中尺度对流系统的组织特征和触发条件已有不少研究［12-18］，但对江淮地区快速南下的冷锋上平行线状且后向传播的中尺度对流系统的分析较少。由于大暴雨预报难度大，且在安徽省预报系统中对大暴雨的客观预报产品能力较低，仍以主观预报为主［19］，因此，研究大暴雨的天气学特征是提高预报员分析总结能力和预报水平的重要途径［20］。了解当冷锋南下时，山区地形对平行线状对流系统的形成所发挥的作用，对于理解江淮地区地形影响下冷锋引起的大暴雨过程、提高此类灾害性天气预报准确率、提升预报员综合素质十分必要。笔者主要针对皖南初春的极端降水事件，重点结合S波段双偏振雷达和雨滴谱资料分析其中尺度特征，初探皖南复杂地形对后向传播的线状对流系统的形成和维持所起的作用。

1 资料说明

该研究所用资料包括2022年3月16日08：00—17日08：00 Micaps常规气象观测资料；2022年3月16—17日的ERA5再分析资料，水平分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h；安庆站S波段双偏振多普勒天气雷达资料，时间分辨率平均约6 min，可扫描230 km半径的回波强度以及偏振数据；太湖站DSG5型降水现象仪观测数据。其中DSG5型降水现象仪由华云升达研发，其测量传感器能精密测得地面降水粒子，谱数据分为32个直径通道和32个速度通道，以1 min为采样间隔。目前业务降水现象仪与人工观测对于大于0.1 mm/h雨强的平均捕获率不低于97%，显示出与人工观测良好的一致性，能较好反映实际降水变化，其数据质量可靠。

2 大暴雨过程概况

3月16日皖南地区出现大暴雨，并伴随多种灾害性天气，如短时强降水、大风、寒潮、大雾。由图1可见，16日08：00—17日08：00累计降雨量最大出现在太湖（133 mm），其中强降水时段主要集中在16日夜里到17日白天，6 h累计降雨量达110 mm，此次强降水中心落区的西北侧为大别山区，东南侧为皖南山区，西南侧为幕阜山。强降水期间伴有雷暴大风，最大为怀宁县（23.4 m/s）。淮河以南16日最高气温28～30 ℃，受冷空气影响，长江流域24 h降温幅度达8～16 ℃，17日早晨苏皖北部最低气温降至4 ℃，皖南出现大雾。

3 大气环流背景

3月16日欧亚大陆500 hPa高纬度呈现两槽一脊环流形势，贝湖东部低槽和西北太平洋副热带高压稳定，华西有一疏散槽东移加强，气压梯度增大。700、850 hPa配合有西南急流，偏东路冷空气加强南下，在江淮地区形成低涡切变。16日开始地面热低压发展，夜里起冷锋自北向南迅速移动，并于17日上午移出安徽。

由图2可见，地面冷锋附近水平温度梯度大，位于大别山区南侧有一暖中心（25 ℃），山区北侧冷空气堆积，存在16～18 ℃的冷中心；同时气压梯度也大，锋前、锋后分别有一低压中心（1 004 hPa）、高压中心（1 012 hPa），地面10 m风为6 m/s 左右，偏东风、偏南风到达大别山区，其东南侧、南侧为迎风坡，平行线状对流即形成在该锋面附近迎风坡上，强降水中心太湖附近不仅有东南风与北侧绕大别山区南下的东北风辐合，而且处于迎风坡的喇叭口，由于地形抬升，辐合更强，更利于对流发展。

4 中尺度特征分析

4.1 大气稳定度分析

从2022年3月16日20：00位于强降水落区附近的安庆站探空廓线分布（图3）可以看出，皖南地区CAPE为86.9 J/kg，能量条件一般，600 hPa附近有一干层，800 hPa以下水汽接近饱和，1 000 hPa为偏东风，温度为25 ℃，低层空气暖湿，风垂直切变大。500 hPa以上为偏西风，中层风引导平行线状对流的移动。线状对流的南侧新生对流单体随着锋面上偏南气流向北。

对皖南暴雨雨区的强降水中心作纬向垂直速度和相对涡度剖面，由图4可见，在115.5°～119°E具有大范围较强上升运动区，呈纬向带状分布，从850 hPa伸展到250 hPa左右，气流垂直上升运动层深厚。从涡度纬向垂直分布特征來看，皖南地区有明显的正涡度区，辐合层高度达到300 hPa左右，有利于低值系统和垂直上升运动的维持；其中低层116.5°E附近有一正涡度中心，对应强辐合中心和大暴雨中心落区。总体上，此次大暴雨的动力条件较好，也与地形侧向摩擦、低层系统性辐合上升以及凝结潜热释放多重作用增强气柱垂直拉伸有关。

4.2 卫星雷达特征

可见光云图（图5）显示，3月16日14：43我国华东地区有一庞大的锋面气旋云系，位于其西侧有强烈的对流云团发展。

安庆站0.5°仰角雷达图（图6）显示，3月16日22：00—17日01：00大别山区南侧有多个对流单体风暴逐渐组织化，锋面低层有对流单体形成后向偏北方向移动，随后在锋面低层又有新的对流生成并北移，形成多条近南—北走向的线状回波，偏南气流与对流云降水产生的冷出流叠加东北冷空气相互作用，形成后向传播。平行线状对流ABC的南侧有新对流形成并不断向北并入线状对流回波中。平行线状对流回波随着对流层中层偏西引导气流向东移动，先后影响太湖，最大回波强度达62 dBZ，出现列车效应，最大雨强44.6 mm（17日00：00—01：00），对应径向速度图上有弱的辐合式气旋。平行线状对流回波的后向传播伴随着冷锋南下，同时大别山区地形也发挥着重要作用。其中3月17日00：32，太湖处于钩状回波的弱回波区，有明显的回波悬垂，最大可达52.5 dBZ，上升运动较强，太湖附近可以看到中气旋。

4.3 双偏振雷达参量和雨滴谱特征

由双偏振雷达参量值（图7）可见，3月16日23：54平行线状对流移近太湖附近，对应差分传播相移率（KDP）大（最大可达5.3°/km）和差分反射率因子（ZDR）大（最大为7.8 dB），同时零阶滞后相关系数（CC）>0.95，说明此时雨滴直径较大，粒子数密度大。

从雨滴谱分布（图8）来看，3月16日23：00—24：00直径1.0～1.5 mm的粒子个数最多，3月17日00：00—01：00直径1.0～1.5 mm的粒子个数仍然最多，但3.0 mm左右的大雨滴在增多，同时0.5 mm左右的小雨滴数量也在增多，降水效率增大。

5 机理初探

2022年3月16日冷锋南侧偏东风、偏南风与锋面上中尺度对流系统引起的冷出流叠加南下的冷空气之间的相互作用形成平行分布的线状对流系统，山区在平行线状对流系统的形成中发挥重要作用。

在冷暖空气交界处，有山区影响的地方水平温度梯度大，更易触发对流。山区迎风坡可以较长时间维持低层风场辐合抬升，增强了冷暖空气的相互作用，而后向传播通常发生在锋面冷暖交汇更剧烈的地方。位于山区东南侧、南侧的低层对流触发之后向北移动，通过迎风坡或喇叭口山区地形作用，近地面风场辐合不断产生新的上升气流，形成新的对流单体向北并入旧的对流中形成线状对流系统，呈现出后向传播的特征。整个平行分布的线状对流系统主要沿着中层引导风向偏东方向移动。

6 小结与讨论

利用Micaps常规气象观测、S波段双偏振多普勒天气雷达和雨滴谱等资料，研究了2022年3月中旬皖南的一次大暴雨过程。主要得到以下结论：

（1）2022年3月16日皖南大暴雨发生时天气复杂，伴有短时强降水，最大降雨量位于大别山区东南侧的太湖，6 h累计降雨量达110 mm，同时伴有雷暴大风、寒潮，17日出现大雾。

（2）500 hPa低槽，700、850 hPa西南急流、低涡切变，地面冷锋，结合大别山区地形影响，均有利于大暴雨发生。平行线状对流主要形成在地面冷锋附近迎风坡上，尤其是太湖，不仅有东南风与北侧绕大别山区南下的东北风辐合，而且处于迎风坡的喇叭口，由于地形抬升，辐合更强，更利于对流发展。

（3）当冷锋南下到大别山南部时，山区增强了南北水平温度梯度，并通过迎风坡或喇叭口的近地面风场辐合不断产生新的上升气流，低层对流触发之后不断随着偏南气流向北移动，形成线状对流系统，呈现出后向传播的特征；整个平行线状对流随着中层引导风向偏东方向移动。

（4）由双偏振雷达参量和雨滴谱仪数据显示，大暴雨中心太湖上空为籽子数密度大的大雨滴，表明降水效率高。

在当天预报中，欧洲数值模式预报出了大别山区的暴雨，但大别山区南侧和皖南山区的暴雨、大暴雨漏报。初探其原因，数值模式对于低槽、低涡和急流的预报偏西，对于冷锋的预报偏弱偏慢，且地形作用考虑不足，导致对安徽南部的主客观降水预报均偏弱。对比山区和其东侧平原，大别山区南侧低层湿度条件更好，冷锋与地形共同作用辐合更强，产生强降水。通过分析此次大暴雨过程可知，即使在3月份，在冷暖空气剧烈交汇、水汽充沛、山区地形有利条件下，皖南也有发生大暴雨的可能性。

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