朱家亮，賀 科，鄧建國，肖 蘭

(湖南省衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001)

2014年5月衡陽3次暴雨過程診斷分析

朱家亮，賀 科，鄧建國，肖 蘭

(湖南省衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001)

該文利用常規(guī)氣象資料與NCEP再分析資料對2014年5月11日、22日和25日共3次發(fā)生在衡陽的暴雨過程進行診斷分析，結果表明：①3次暴雨發(fā)生前均具有地面倒槽發(fā)展，強降水區(qū)增溫增濕明顯，冷空氣侵入與地面輻合線觸發(fā)對流抬升。②第1次和第2次過程為高空槽配合中低層切變線影響，抬升運動明顯，第3次過程為副高邊緣暖區(qū)降水，低層的氣流輻合觸發(fā)了不穩(wěn)定狀態(tài)下氣層的對流發(fā)展。③3次暴雨過程中水汽輻合區(qū)走勢與天氣系統(tǒng)相一致，水汽輻合中心指示強對流發(fā)展中心。④強上升運動區(qū)與強對流云團相對應，第1次和第2次過程中強上升運動區(qū)隨高空槽自西向東移動，上升運動強于第3次過程，但第3次過程強上升運動中心高于第1次和第2次過程。⑤3次暴雨發(fā)生前低層濕暖，高層干冷；暴雨發(fā)生時，低層能量得到釋放；大氣層結轉為穩(wěn)定時，暴雨天氣過程趨于結束。

暴雨；強對流；物理量；衡陽

1 引言

暴雨是衡陽的主要氣象災害之一。一次暴雨過程的降水總量并非由一次連續(xù)性降雨所組成，而是由于在此過程期間中尺度雨團不斷生成和移動的結果[1]。中尺度雨團即為強對流天氣的表現(xiàn)形式，其引起的降水強度大，局地性強，常引發(fā)山洪暴發(fā)、城市內澇、水庫決堤，給工農業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)帶來嚴重的損失。對于暴雨的發(fā)生機制很多學者進行了細致研究，大量研究結果表明，暴雨的發(fā)生與水汽的輻合、大氣不穩(wěn)定層結、位勢不穩(wěn)定釋放機制和高空急流密切相關[2-10]。歷史資料顯示，5月為衡陽降水最多的月份，產(chǎn)生暴雨的次數(shù)僅次于6月。本文利用常規(guī)氣象資料與NCEP再分析資料對2014年5月發(fā)生在衡陽的3次暴雨過程進行診斷分析，以揭示5月影響衡陽的暴雨的天氣形勢特征與產(chǎn)生機制，為暴雨預報提供參考。

2 降水實況及災情

2014年5月，衡陽先后發(fā)生了3次暴雨天氣過程。區(qū)域自動站資料顯示，5月10日20時—11日20時(以下簡稱過程1)，衡陽市出現(xiàn)8站次≥100 mm的大暴雨，59站次≥50 mm的暴雨，強降水主要分布在衡陽市中部地區(qū)，最大降水量128.2 mm出現(xiàn)在衡南縣岐山辦站；5月21日20時—22日20時(以下簡稱過程2)，衡陽市出現(xiàn)8站次≥100 mm的大暴雨，49站次≥50 mm的暴雨，強降水主要分布在衡陽市中北部及東南部地區(qū)，最大降水量120.8 mm出現(xiàn)在常寧市白沙站；5月24日20時—25日20時(以下簡稱過程3)，衡陽市出現(xiàn)6站次≥100 mm的大暴雨，49站次≥50 mm的暴雨，強降水主要分布在衡陽市北部地區(qū)，最大降水量129.0 mm出現(xiàn)在衡陽縣大安站。從降水的空間分布來看，降水空間分布不均；過程1的3 h最大降水量86 mm發(fā)生在10日23時—11日02時的岐山辦站，過程2的3 h最大降水量106 mm發(fā)生在22日01時—04時的白沙站，過程3的3 h最大降水量107 mm發(fā)生在25日09時—12時的大安站，3次暴雨過程表現(xiàn)出降水時段分布不均、降水強度大的特點。短時強降水造成降水集中區(qū)房屋倒塌，作物受災，城市內澇，直接經(jīng)濟損失7 655萬元。

3 天氣形勢

過程1：5月10日08時(圖略)，500 hPa中緯度地區(qū)為兩槽一脊型環(huán)流，我國大部處于寬廣的槽區(qū)之中，槽呈后傾形勢，槽線從河套以西一直延伸至桂東北；700 hPa川東有低渦發(fā)展，低渦東部西南急流旺盛，急流中心風速達22 m·s-1；850 hPa西南低渦中心位于重慶，由低渦中心延伸出兩條“人”字形切變線，湖南大部處于西南急流控制之中，急流中心風速達24 m·s-1；地面上中心位于黔西南的暖低壓發(fā)展旺盛，地面倒槽從低壓中心延伸至蘇北地區(qū)。5月10日20時(圖1)，500 hPa高空槽東移，西南低渦東出，850～700 hPa西南急流維持，急流略有減弱，其中心風速為20 m·s-1，700 hPa切變線位于湘北—川南一線，850 hPa切變線呈東北西南向，從湘東北延伸至滇東，925 hPa有“人”字形切變，地面西南倒槽發(fā)展，冷鋒移至豫北—湘西北—川南一線，在地面倒槽以北形成明顯鋒區(qū)，地面風在湘中地區(qū)輻合，湘中以南地區(qū)增溫增濕明顯。由此可知，20時的高低空配置使得氣流在湘中及其以南地區(qū)強烈抬升，旺盛的西南急流帶來充足水汽，地面倒槽的發(fā)展增加了氣層的不穩(wěn)定，冷空氣侵入與地面輻合線觸發(fā)了對流的發(fā)展。11日08時，隨著高空槽東移北縮，中低層切變線南壓至華南，冷鋒過境，衡陽高空轉為一致的偏北氣流控制，強降水逐漸結束。

圖1 5月10日20時高空系統(tǒng)綜合圖

(實線為500 hPa槽線；虛線為700 hPa切變線；點劃線為850 hPa切變線；點線為925 hPa切變線；叉劃線為地面輻合線；圓點線為地面倒槽；三角線為地面冷鋒；細箭頭線為700 hPa急流；粗箭頭線為850 hPa急流)

過程2：5月21日08時(圖略)，500 hPa中高緯地區(qū)為兩槽一脊型環(huán)流，我國北方大部為弱的偏北氣流控制，高原東部有低槽東出，低槽位于川東—黔中一線，湖南處于槽前暖濕西南氣流控制之中；700 hPa西南急流位于南寧—桂林—長沙一線，急流中心風速達16 m·s-1，湘中以南地區(qū)有風速輻合；850 hPa切變線位于黔北至湘西北地區(qū)，切變線以南南寧—桂林—懷化一線為偏南急流，急流中心風速達14 m·s-1；地面西南地區(qū)有暖低壓，湖南大部為低壓環(huán)流的偏南氣流控制。21日20時(圖2)，500 hPa低槽東移，中低層切變線南壓，700 hPa與850 hPa低空西南急流分別增強至18 m·s-1與16 m·s-1，925 hPa湘中地區(qū)有暖式切變線，地面有冷空氣從湘東北侵入，氣流在湘中以南地區(qū)輻合，200 hPa高空急流在湘南地區(qū)分流，形成低層輻合高層輻散的抽吸上升運動配置。由此可見，20時在有利高低空配置的條件下，冷空氣侵入與地面輻合線觸發(fā)了對流的發(fā)展。22日08時，隨著高空轉為槽后西北氣流控制，850 hPa切變線移至湘南，降水逐漸減弱。

圖2 5月21日20時高空系統(tǒng)綜合圖

(實線為500 hPa槽線；虛線為700 hPa切變線；點劃線為850 hPa切變線；點線為925 hPa切變線；叉劃線為地面輻合線；圓點線為地面倒槽；雙箭頭線為200 hPa急流；細箭頭線為700 hPa急流；粗箭頭線為850 hPa急流)

過程3：此次降水云團為5月24日晚在湘東地區(qū)形成并于25日08時南移影響衡陽北部地區(qū)。5月24日20時(圖3)，副高加強，588等位勢高度線

圖3 5月24日20時高空系統(tǒng)綜合圖

(虛線為700 hPa切變線；點劃線為850 hPa切變線；點線為925 hPa切變線；叉劃線為地面輻合線；圓點線為地面倒槽；細箭頭線為700 hPa流線；粗箭頭線為850 hPa急流)

位于湘中以北地區(qū)(圖略)，700 hPa與850 hPa切變線位于湘北，湘中以南地區(qū)700～850 hPa中低層為較為一致的西南氣流控制，700 hPa風速為8 m·s-1，850 hPa風速為12 m·s-1，925 hPa在湘中地區(qū)有暖式切變線，地面倒槽發(fā)展，湘中以南地區(qū)有地面輻合線。25日08時，副高有所減弱，東路有冷空氣沿著湘東北侵入，強對流云團在南移過程中得到加強，在湘中地區(qū)形成強降水。由此可知，此次暴雨過程為副高邊緣暖區(qū)降水，低層氣流的輻合觸發(fā)了不穩(wěn)定條件下氣層的對流發(fā)展，冷空氣的侵入使對流得到加強。25日20時隨著中低層西南氣流減弱，切變輻合減弱，降水結束。

探空圖上(圖略)，3次暴雨過程的大氣溫濕層結曲線均表現(xiàn)出上干下濕的喇叭口特征。表1為3次暴雨發(fā)生前部分描述大氣層結穩(wěn)定度的參數(shù)，表中k指數(shù)處于較大值，其值均大于38℃；SI指數(shù)均小于-1℃，CAPE 處于較大值，表明大氣存在對流不穩(wěn)定。21日20時郴州站k指數(shù)等于42℃，SI指數(shù)等于-4℃，當-6 ℃

表1 探空指數(shù)

從3次暴雨過程的影響系統(tǒng)可以看出，暴雨發(fā)生前地面倒槽發(fā)展，強降水區(qū)增溫增濕明顯，為強對流的發(fā)生積累不穩(wěn)定能量，地面風場輻合線觸發(fā)對流抬升；動力抬升方面，過程1和過程2為高空槽配合中低層切變線影響，整層氣流輻合抬升運動明顯，過程3為副高邊緣暖區(qū)降水，低層的氣流輻合觸發(fā)了不穩(wěn)定狀態(tài)下氣層的對流發(fā)展；3次暴雨過程中低層均有西南急流存在，過程3急流較弱，低空西南急流為強降水區(qū)提供充足水汽的同時，增加了大氣層結的不穩(wěn)定性；過程1有冷鋒配合，過程2冷空氣較弱，過程3冷空氣的侵入加強了對流的發(fā)展。

4 物理量診斷

4.1 水汽通量散度

3次暴雨過程水汽輸送通道相同，850 hPa～700 hPa為低空西南急流，即水汽來源于孟加拉灣，而低層925 hPa為偏南低空急流，即水汽來源于南海。由于降水的水汽供應主要來源于中低層的水汽輸送，為了解強降水過程中水汽輸送狀況，主要分析850 hPa水汽通量散度。

由圖4看出，10日20時，湘東北至湘西南為一帶狀水汽輻合區(qū)，水汽輻合區(qū)分布與該層次切變線位置相一致，輻合中心位于湘中，其強度為-100×10-5g·cm-2·s-1·pa-1；11日02時，隨著切變線南壓，輻合增強，水汽輻合中心區(qū)域向南擴大，中心強度增大到-120×10-5g·cm-2·s-1·pa-1，此時湘中地區(qū)降水達到最大，水汽輻合中心與強降水中心一致；11日08時，切變線南壓至華南，水汽輻合區(qū)逐步移出湖南，湘中以南地區(qū)降水趨于結束。

圖4 5月10—11日850 hPa水汽通量散度

由圖5看出，21日20時，湖南大部為水汽輻合區(qū)，其中心位于湘東地區(qū)，水汽通量散度達-80×10-5g·cm-2·s-1·pa-1，此時湘中地區(qū)有東西向暖式切變線，水汽輻合中心即為對流發(fā)展旺盛區(qū)；22日02時，水汽輻合區(qū)范圍減小，強度減弱，并南下到湘東南地區(qū)，降水減弱，桂東北地區(qū)有一水汽輻合強中心；22日08時，隨著系統(tǒng)南壓，湖南境內水汽輻合減弱，桂東北地區(qū)水汽輻合強中心緩慢向東發(fā)展。

圖5 5月21—22日850 hPa水汽通量散度

由圖6看出，24日20時，在湘西南和湘東北地區(qū)分別有水汽輻合中心，強度均在-50×10-5g·cm-2·s-1·pa-1左右，此時湘西南地區(qū)已產(chǎn)生較強降水；25日02時，湘西南地區(qū)水汽輻合中心向東擴展，湘中以南地區(qū)出現(xiàn)水汽輻合中心，中心強度達-45×10-5g·cm-2·s-1·pa-1；25日08時，隨著湘西地區(qū)低渦東出，兩個水汽輻合中心合并、加強，形成一個西北—東南向水汽輻合區(qū)，中心強度增大到-80×10-5g·cm-2·s-1·pa-1。由此可知，此時湖南境內的兩個強降水中心與兩個水汽輻合中心有很好的對應關系。

圖6 5月24—25日850 hPa水汽通量散度

綜上所述，3次暴雨過程中水汽輻合區(qū)走勢與天氣系統(tǒng)相一致，水汽輻合中心指示強對流發(fā)展中心，過程1低空西南急流比過程2和過程3的旺盛，水汽輻合亦比過程2和過程3的強。

4.2 垂直速度

3次強降水均發(fā)生在27°N附近，因此，沿27°N作垂直速度剖面圖。

由圖7看出，10日20時，112°E從地面到300 hPa高度為表征上升運動的負垂直速度強中心，其中心位于800～500 hPa高度，強度為-1.2 pa·s-1，強上升運動中心處于高空槽前，中低層切變線附近，上升運動區(qū)東部113°E上空為一下沉運動區(qū)，在垂直方向上形成次級環(huán)流，有利于對流發(fā)展；11日02時，隨著系統(tǒng)東移，強上升運動中心東移至113°E上空，強度增大至-3 pa·s-1，上升運動強烈，由于降水作用，地面出現(xiàn)弱的下沉運動；11日08時，高空槽移出湖南，切變線南壓，強上升運動中心進入江西，衡陽轉為弱的下沉運動。

由圖8看出，21日20時， 114°E上空有一強上升運動區(qū)，其中心位于700 hPa高度，強度達-4 pa·s-1，對流發(fā)展旺盛，由于對流云團于20時前經(jīng)過衡陽，衡陽處于對流中心外圍，上升運動較弱；22日02時，強上升運動區(qū)向西擴展至113°E上空，中心強度減弱至-0.9 pa·s-1，低層出現(xiàn)下沉運動，對流進入消散階段；22日08時，上升運動區(qū)范圍減小，強度減弱，112°E至113°E區(qū)域低層的下沉運動區(qū)向上擴展，降水趨于結束。

圖7 5月10—11日沿27°N垂直速度剖面

圖8 5月21—22日沿27°N垂直速度剖面

由圖9看出，24日20時， 110°E上空有一上升運動區(qū)，其中心位于800～700 hPa高度，強度為-1 pa·s-1；25日02時上升運動區(qū)向西擴展，強度增大至-1.6 pa·s-1，此時111°～113°E區(qū)域分別出現(xiàn)一正一負的垂直運動中心，正負速度相伴有利于形成垂直方向上的次級環(huán)流，使得氣流的垂直上升運動得以維持發(fā)展；25日08時，110°E上空上升運動區(qū)減弱，低層轉為弱的下沉運動，113°E上空上升運動區(qū)范圍擴大，從地面至200 hPa高度為一致的上升運動，其中心位于600～300 hPa高度，強度增大至-2.1 pa·s-1，此時對流云團進入衡陽北部并加強。

圖9 5月24—25日沿27°N垂直速度剖面

綜上所述，3次暴雨過程中強上升運動區(qū)與強對流云團相對應，過程1、過程2的強上升運動區(qū)隨高空槽自西向東移動，上升運動強于過程3；過程3為副高邊緣降水，強上升運動中心高于過程1、過程2，其上升運動發(fā)展至200 hPa高空，這是由于湘南地區(qū)200 hPa高空處于南亞高壓控制之下，上高下低的配置使上升運動得以發(fā)展。

4.3 假相當位溫

假相當位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，其水平分布代表大氣中能量的分布特征，垂直分布反應大氣對流不穩(wěn)定，常用Δθse(500-850)來表示大氣的穩(wěn)定度[13]。為探究3次暴雨過程中的大氣層結穩(wěn)定度情況，沿強降水區(qū)27°N作假相當位溫垂直剖面。

由圖10看出，10日20時，108°～113°E區(qū)域900 hPa以下高溫高濕，高能中心θse>350 K，111°～112°E區(qū)域高能舌伸展至700 hPa高度，700～400 hPa高度θse遞減，Δθse(500-850)<-9 K， 低能氣層疊加于高能氣層之上，氣塊存在很大潛在不穩(wěn)定，110°E上空有一向低層高能舌伸展的低能舌；11日02時，低能舌侵入高能舌，100°～114°E區(qū)域在800 hPa以下轉為低能舌控制，112°E上空能量分布為低層低能，高層高能，大氣層結變得穩(wěn)定；11日08時，100°～114°E區(qū)域低能區(qū)范圍向上擴展，其中心θse<317 K，Δθse(500-850)>0 K，大氣層結穩(wěn)定。21日20時，109°E低層有一低能中心，低能舌向東延伸至112°E上空，112°E低層為較薄的高能區(qū)，在900 hPa以下形成上低下高的不穩(wěn)定能量分布特征，Δθse(500-850)<-6 K大氣層結不穩(wěn)定；22日02時，低能舌繼續(xù)向東擴展，在112°E上空900 hPa以下出現(xiàn)低能中心，900～600 hPa高度為高能舌控制，大氣層結逐漸穩(wěn)定；22日08時，低能區(qū)向上擴展，Δθse(500-850)>0 K，能量釋放后，大氣層結變得穩(wěn)定；24日20時，107°～115°E 700 hPa以下為高能區(qū)，其中心θse>360 K，高能層結深厚，112°～115°E區(qū)域700～400 hPa高度有一低能舌，其中心θse<335 K，Δθse(500-850)<-12 K，大氣層結極不穩(wěn)定；25日02時，受降水影響，低層高能區(qū)迅速減弱，高層低能區(qū)向下擴展，112°E低層維持高能狀態(tài)；25日08時，112°E地區(qū)強降水發(fā)生前后，高層低能區(qū)繼續(xù)向下擴展，低層維持高能狀態(tài)，Δθse(500-850)<-3 K，大氣層結不穩(wěn)定。25日14時(圖略)，112°E低層能量釋放，高層θse增大，大氣層結轉為穩(wěn)定狀態(tài)。

圖10 假相當位溫沿27°N垂直剖面

綜上所述，暴雨發(fā)生前低層濕暖，高層干冷，大氣層結不穩(wěn)定。暴雨發(fā)生時，過程1表現(xiàn)為低能舌侵入低層高能舌；過程2表現(xiàn)為低層的低能舌向高能舌擴展，過程3表現(xiàn)為高層的低能舌向低層的高能舌擴展，低層能量得到釋放。大氣層結轉為穩(wěn)定時，暴雨天氣過程趨于結束。

5 小結

① 3次暴雨發(fā)生前地面均有倒槽發(fā)展，強降水區(qū)增溫增濕明顯，為強對流的發(fā)生積累不穩(wěn)定能量，冷空氣侵入與地面輻合線觸發(fā)對流抬升。

② 過程1和過程2為高空槽配合中低層切變線影響，抬升運動明顯，過程3為副高邊緣暖區(qū)降水，低層的氣流輻合觸發(fā)了不穩(wěn)定狀態(tài)下氣層的對流發(fā)展；3次過程中低層均有低空西南急流，過程3急流較弱。

③ 3次暴雨過程中，水汽輻合區(qū)走勢與天氣系統(tǒng)相一致，水汽輻合中心指示強對流發(fā)展中心，過程1低空西南急流比過程2和過程3的旺盛，水汽輻合亦比過程2和過程3的強。

④ 強上升運動區(qū)與強對流云團相對應，過程1、過程2強上升運動區(qū)隨高空槽自西向東移動，上升運動強于過程3；過程3強上升運動中心高于過程1、過程2。

⑤ 3次暴雨發(fā)生前低層濕暖，高層干冷；暴雨發(fā)生時，低層能量得到釋放；大氣層結轉為穩(wěn)定時，暴雨天氣過程趨于結束。

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2014-06-23

朱家亮(1985—)，男，助工，主要從事雷達短時臨近預報和短期天氣預報工作。

1003-6598(2015)01-0035-07

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