楊 令，張琴婧，童中華

(1.湖南省益陽市氣象局，湖南益陽 413000；2.湖南省湘西自治州氣象局，湖南吉首416000)

雨季結(jié)束前最后一次降水天氣過程是政府部門決策的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，2017年7月8—10日是湖南省內(nèi)雨季結(jié)束前最后一場系統(tǒng)性暴雨天氣過程，但在預(yù)報(bào)的過程中數(shù)值模式不斷調(diào)整，對(duì)過程的把握從中央到地方都有一定的不確定性，最終導(dǎo)致服務(wù)效果差強(qiáng)人意，通過翻閱近些年7月上中旬湖南省內(nèi)的暴雨天氣過程[1-6]，發(fā)現(xiàn)2014年7月12—14日的環(huán)流形勢(shì)與此次過程類似，但實(shí)況降水有很大的差異。筆者應(yīng)用常規(guī)觀測資料、自動(dòng)站資料及NC再分析資料，從天氣形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)、物理量等方面對(duì)湖南省這2次暴雨天氣的成因進(jìn)行對(duì)比分析，找出這2場降水天氣發(fā)生機(jī)理的異同[7-8]，旨在提高此類暴雨天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 暴雨過程概況

2014年7月11日20：00—14日20：00，除常德北部、邵陽東部、衡陽北部、郴州東南部和永州以外均出現(xiàn)強(qiáng)降水，累計(jì)雨量大于250 mm的有3站，大于100 mm有264站(圖1a)。雨帶于11日晚開始自湘西北角發(fā)展，12日白天湘西北到湘中偏北一線均出現(xiàn)了強(qiáng)降水，12日晚強(qiáng)降水移至湘中一帶。13日白天降水南壓減弱，湘西南出現(xiàn)了局地強(qiáng)降水，13日晚降水進(jìn)一步減弱。14日白天降水發(fā)展，強(qiáng)降水區(qū)分為兩塊，一塊位于湘西州南部、懷化北部、益陽南部和婁底北部，另一塊位于株洲中北部、衡陽以及郴州北部。

2017年7月7日20：00—10日20：00，湘西北、湘西南到湘東出現(xiàn)較強(qiáng)降水，累計(jì)雨量大于250 mm的有1站，大于100 mm有33站，大于50 mm有193站(圖1b)。8日白天湘西北角大到暴雨，8日晚降水強(qiáng)度較大，但仍位于湘西北角；9日白天降水有所東移南壓，但是強(qiáng)度減弱，僅在懷化北部、益陽西部、岳陽南部、長沙西部出現(xiàn)了大雨點(diǎn)；9日晚降水進(jìn)一步東移南壓，強(qiáng)度加大，但主降水區(qū)位于湘西南角和湘東偏北；10日白天降水區(qū)位置基本不變，強(qiáng)度減弱，僅湘西南角通道和城步有暴雨以上量級(jí)降水。

相比較而言2次過程都是自湘西北發(fā)展，向東南方向移動(dòng)，但移動(dòng)過程中產(chǎn)生的降水效率不一樣，強(qiáng)降水區(qū)也不一樣。

2 大尺度對(duì)比分析

2.1高空槽發(fā)展演變差異2014年7月11日08：00歐亞中高緯為兩槽一脊，其低槽位于烏拉爾山以西和我國東北地區(qū)，兩低之間的貝加爾湖阻高非常強(qiáng)盛，其脊北伸至70°N以北，東部的東北低渦有伸向阻高的橫槽；20：00高空橫槽緩慢轉(zhuǎn)豎，緯向度加大，從東北東部一直延伸至青海南部，引導(dǎo)地面弱冷空氣影響我國東部，同時(shí)，在槽前正渦度平流和暖平流作用下，在重慶誘發(fā)了850 hPa西南低渦的發(fā)生發(fā)展。12日槽經(jīng)向度進(jìn)一步加大，并東移南壓，20：00位于渤海灣到重慶一線，湖南位于高空槽前，此時(shí)850 hPa西南低渦逐步東移，為暴雨的產(chǎn)生和持續(xù)提供動(dòng)力抬升條件。13日高空槽繼續(xù)向東南方向，移動(dòng)緩慢，850 hPa西南低渦已南壓至貴州南部，湖南省降水減弱。14日08：00高空槽西退至湖北西北部到四川南部一線，850 hPa西南低渦北抬至重慶西南部，湖南省降水加大，20：00隨著500 hPa高空槽逐步移出湖南，導(dǎo)致低渦環(huán)流減弱，暴雨過程結(jié)束(圖2a)。

2017年7月7日08：00亞歐中高緯為一槽一脊，其槽脊結(jié)構(gòu)為西北—東南向，高空槽位于烏拉爾山北部經(jīng)貝加爾湖、我國內(nèi)蒙古中部、渤海灣、山東、河南一線，脊位于我國東北地區(qū)到俄羅斯東部一帶；20：00高空槽略有南壓，位于華北到貴州北部一線，此時(shí)850 hPa西南低渦在四川東部發(fā)生發(fā)展。8日高空槽先略有東移南壓，隨后迅速北抬至陜西西部到四川東部一帶，850 hPa西南低渦從四川東部逐步移至重慶東部，整個(gè)強(qiáng)雨帶位于低渦附近及其東南部，湘西北角出現(xiàn)強(qiáng)降水。9—10日高空槽迅速東移南壓，經(jīng)向度大，850 hPa西南低渦以東北路徑移出，湖南境內(nèi)沒有出現(xiàn)大量級(jí)的降水(圖2b)。

2次過程的高空槽脊結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別是走向不同。2014年7月11—14日歐亞中高緯槽脊為東北—西南向，該結(jié)構(gòu)有利于高空槽的發(fā)展，也有利于帶動(dòng)地面冷空氣的南下；2017年7月7—10日歐亞中高緯槽脊為西北—東南向，該結(jié)構(gòu)有利于高空脊的發(fā)展，但不利于槽的發(fā)展，也不利于地面冷空氣的影響[9]。

圖1 2014年7月11日20：00—14日20:00(a)和2017年7月7日20:00—10日20:00(b)降水量Fig.1 Precipitation during 20:00 July 11 - 20:00 July 14，2014(a)and 20:00 July 7- 20:00 July 10，2017(b)

圖2 2014年7月11日20：00—14日20:00(a)和2017年7月7日20:00—10日20:00(b)高空槽演變Fig.2 Evolution of high-level trough during 20:00 July 11 - 20:00 July 14，2014(a)and 20:00 July 7- 20:00 July 10，2017(b)

2.2副熱帶高壓強(qiáng)度和位置差異2次暴雨過程副熱帶高壓(簡稱副高)主體的位置還是有些差異的(圖3)，主要表現(xiàn)為2014年7月11—14日588 dagpm線副高位置偏西，西脊點(diǎn)平均位于107°E附近，經(jīng)向度小于2017年7月7—10日。

圖3 2014年7月11日20：00—14日20:00(a)和2017年7月7日20:00—10日20:00(b)副高演變Fig.3 Subtropical evolution during 20:00 July 11 - 20:00 July 14，2014(a)and 20:00 July 7- 20:00 July 10，2017(b)

從降水的具體日期來看，出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)副高588 dagpm線為東東北—西西南向、西脊點(diǎn)109°E附近。2017年過程中副高強(qiáng)度和位置均偏東，且大部分時(shí)間呈現(xiàn)東北—西南向，不利于冷暖氣流在湖南地區(qū)的交餒[9]。

2.3低空西南急流差異從表1～2可看出，2次暴雨過程在暴發(fā)前，低空西南急流存在著明顯的差異。2014年7月11—14日700和850 hPa懷化站、長沙站、郴州站、貴陽站和桂林站的平均風(fēng)速均比2017年7月11—14日平均風(fēng)速小。2014年7月12日08：00—13日08：00西南風(fēng)速加大，850 hPa風(fēng)速達(dá)12 m/s，伴有西南急流的出現(xiàn)，降水增強(qiáng)；而2017年7月8日后西南風(fēng)速過大，700和850 hPa局部風(fēng)速達(dá)18 m/s以上，使得西南低渦向東北移動(dòng)，從而降水大值區(qū)位于湖南以北。由此可見，湖南地區(qū)的暴雨過程中低層西南急流必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)才有利于暴雨出現(xiàn)，一般在8～16 m/s最佳。

表1 700 hPa湖南省內(nèi)3個(gè)高空站和上游區(qū)域貴陽、桂林兩站風(fēng)速

表2 850 hPa 湖南省內(nèi)3個(gè)高空站和上游區(qū)域貴陽、桂林兩站風(fēng)速

3 地面中尺度系統(tǒng)觸發(fā)條件

地面風(fēng)場輻合線可能對(duì)中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)和維持起到了重要的作用，而中尺度輻合可能在對(duì)流系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)展過程中有更加直接的觸發(fā)作用。風(fēng)速輻合對(duì)觸發(fā)暴雨的產(chǎn)生效果十分明顯，它有可能激發(fā)出中γ尺度強(qiáng)雨團(tuán)。通過對(duì)10 m 風(fēng)場分析可以看到，2014年7月11—14日過程中，7月12日02：00，湘西北角有一中尺度氣旋環(huán)流，氣旋東部為東北與偏南風(fēng)構(gòu)成的輻合線，17：00輻合線一直維持在湘西北，期間，中尺度對(duì)流云團(tuán)源源不斷地在輻合線上生成發(fā)展，這個(gè)時(shí)段亦對(duì)應(yīng)著湘西北的強(qiáng)降水；20：00輻合線有所南壓，對(duì)應(yīng)的中尺度對(duì)流云團(tuán)也在湘西偏南源源不斷地生成發(fā)展，對(duì)應(yīng)著湘西的強(qiáng)降水；13日湖南省內(nèi)大部分為弱高壓控制，輻合線不太明顯，降水偏弱。2017年7月7—10日過程中，近地面處于低壓底部，除了7—8日湘西北角和9日湘西南角、湘東北角輻合線較明顯外，其他地區(qū)的輻合線不太明顯?？梢姡谶@2次強(qiáng)降水過程中，中尺度輻合線可能在強(qiáng)降水過程中起著直接的觸發(fā)作用。

4 物理量對(duì)比分析

4.1水汽條件對(duì)比分析從這2場降水天氣過程850 hPa的比濕條件(圖4)來看，2014年比濕大值區(qū)主要位于20°～35°N，而2017年位于25°～35°N，特別是30°N附近。從時(shí)間分布上來看，2014年比濕較大的時(shí)間段為11—12日，2017年湖南西北部(30°N附近)7—8日較大，西南部25°N附近10日較大，東部比濕大值區(qū)偏北明顯。從實(shí)況降水的落區(qū)來看，比濕對(duì)這2場強(qiáng)降水落區(qū)有很好的指示意義，強(qiáng)降水落區(qū)基本上位于850 hPa比濕大值區(qū)(15 g/kg以上)附近。

4.2能量場對(duì)比分析通過對(duì)這2場暴雨天氣過程中的K指數(shù)、SI指數(shù)和CAPE值分析(圖5)得出，2014年降水天氣的K指數(shù)11—12日均在37 ℃及以上，13—14日08：00均有所下降，特別是長沙站下降至20 ℃左右，14日20：00又迅速上升至40 ℃左右；2017年降水天氣的K指數(shù)整體比較小，懷化站8日較大，長沙站8—9日較大，郴州站7日20：00后一直都較大；2014年降水天氣SI指數(shù)明顯低于2017年，其對(duì)流性降水偏強(qiáng)；2014年前期降水大的時(shí)候?qū)?yīng)的CAPE值比2017年大，由于前期能量釋放較快，后期減弱很明顯。

4.3動(dòng)力條件對(duì)比分析利用850 hPa垂直速度場的分布特征，對(duì)這2次強(qiáng)降水天氣過程中最強(qiáng)降水時(shí)刻產(chǎn)生的動(dòng)力條件進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖6)，2014年降水天氣垂直速度低值區(qū)較2017年略偏北；2014年11—12日垂直速度比13—14日大，降水強(qiáng)度較強(qiáng)；2017年垂直速度低值區(qū)時(shí)段較多，但除7日白天和10日白天外總體偏弱，即上升速度偏弱。

5 小結(jié)

(1)2次過程都是自湘西北發(fā)展，向東南方向移動(dòng)，但移動(dòng)過程中2014年降水效率比2017年大，強(qiáng)降水區(qū)也更為廣泛。

(2)2次暴雨過程，歐亞中高緯槽脊為東北—西南向，該結(jié)構(gòu)有利于高空槽的發(fā)展，利于帶動(dòng)地面冷空氣的南下，副高588 dagpm線為東東北—西西南向，西脊點(diǎn)在109°E附近，利于冷暖氣流在湖南地區(qū)的交餒。

注：a1、b1為110°E；a2、b2為113°ENote：a1，b1 is 110°E；a2，b2 is 113°E圖4 2014年7月11—14日(a)與2017年7月7—10日(b)110°E、113°E比濕對(duì)比Fig.4 Contrast with specific humidity of 110°E and 113°E during July 11-14，2014(a)and July 7-10，2017(b)

注：a1、b1為K指數(shù)；a2、b2為SI指數(shù)；a3、b3為CAPENote：a1,b1 is K index；a2、b2 is SI index；a3、b3 is CAPE圖5 2014年7月11—14日(a)與2017年7月7—10日(b)能量場對(duì)比Fig.5 Energy field contrast during July 11-14，2014(a)and July 7-10，2017(b)

注：a1、b1為110°E；a2、b2為113°ENote：a1，b1 is 110°E；a2，b2 is 113°E圖6 2014年7月11—14日(a)與2017年7月7—10日(b)110°E、113°E垂直速度對(duì)比Fig.6 Vertical speed contrast of 110°E and 113°E during July 11-14，2014(a)and July 7-10，2017(b)

(3)湖南地區(qū)的暴雨過程中低層西南急流8～16 m/s最有利于暴雨出現(xiàn)，中尺度輻合線在強(qiáng)降水過程中起著直接的觸發(fā)作用。

(4)從物理量對(duì)比分析的結(jié)果看，強(qiáng)降水落區(qū)基本上位于850 hPa比濕大值區(qū)(15 g/kg以上)附近，同時(shí)垂直上升速度、K指數(shù)、SI指數(shù)和CAPE值的分布與這2場降水過程的落區(qū)及強(qiáng)度也有較好的一致性，其中K指數(shù)的對(duì)應(yīng)值最好，數(shù)值越大，降水越強(qiáng)。

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