章婉奇,申天瑤,張 宇

(1.長(zhǎng)沙市望城區(qū)氣象局，湖南 長(zhǎng)沙 410203；2.長(zhǎng)沙市氣象局，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3長(zhǎng)沙市望城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 長(zhǎng)沙 410203)

1 引言

全球氣候變暖導(dǎo)致極端天氣氣候事件多發(fā)頻發(fā)[1～3]，影響加重。根據(jù)2021年湖南省降水概況分析，當(dāng)年湖南天氣氣候異常，降水分布極為不均，雨水集中期明顯，全年出現(xiàn)兩段雨水集中期。第一段雨水集中期共出現(xiàn)7次降水過(guò)程，全省平均雨量308.4 mm，偏多90.7%，為1961年以來(lái)歷史同期最多。第二段雨水集中期強(qiáng)降雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣，暴雨強(qiáng)度達(dá)到“特強(qiáng)”級(jí)別。據(jù)國(guó)家氣候中心研究，2020～2021年秋冬季曾出現(xiàn)拉尼娜事件，表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同時(shí)也伴隨著全球性氣候混亂，容易產(chǎn)生極端降水[4]，導(dǎo)致次生災(zāi)害頻發(fā)，因此分析暴雨產(chǎn)生原因?qū)ξ磥?lái)的暴雨預(yù)報(bào)具有重要指導(dǎo)作用，大量研究結(jié)果表明，暴雨的發(fā)生與充分的水汽、較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)、地面輻合線、低空急流和地形等因素密切相關(guān)[5～15]。

據(jù)望城災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年望城共遭遇16次暴雨，1次冰雹，多次雷電大風(fēng)強(qiáng)對(duì)流天氣等氣象災(zāi)害，對(duì)人民群眾、農(nóng)作物、林業(yè)、交通等構(gòu)成巨大威脅。研究暴雨的成因?qū)ν欠罏?zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。本文著重分析長(zhǎng)沙市望城區(qū)汛期以來(lái)最強(qiáng)的一次強(qiáng)降水過(guò)程，尋找暴雨預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)。

2 天氣實(shí)況分析

2021年8月25日，望城出現(xiàn)今年以來(lái)最強(qiáng)的一次暴雨(圖1)，望城有10個(gè)區(qū)域站達(dá)到大暴雨量級(jí)(圖2)，最大降水量為靖港150.2 mm，最大1 h雨強(qiáng)為50.1 mm(圖3)，降雨過(guò)程主要出現(xiàn)在25日02:00～07:00，從25日02:00開(kāi)始，04:00加強(qiáng)，07:00減弱。強(qiáng)降水集中發(fā)生在望城北部，伴有短時(shí)強(qiáng)降水(靖港、丁字灣等站點(diǎn)1 h降水量超過(guò)20 mm)天氣。

圖1 望城區(qū)2021年8月24日08時(shí)到8月25日08時(shí)自動(dòng)站累計(jì)雨量

圖2 望城區(qū)2021年8月24日08時(shí)到8月25日08時(shí)自動(dòng)站累計(jì)雨量前10名

圖3 望城區(qū)2021年8月24日08時(shí)到8月25日08時(shí)丁字灣街道雨量時(shí)序

3 天氣形勢(shì)分析

3.1 高空環(huán)流形勢(shì)分析

8月25日08:00，500 hPa中高緯為“兩槽一脊”型環(huán)流，兩個(gè)低槽分別位于新地島西部至波羅的海以南與新西伯利亞群島至我國(guó)河海一帶。我國(guó)內(nèi)蒙古至重慶一帶受東北冷渦低槽影響；湖南省位于高空槽前。由圖4分析高空形勢(shì)，可以看出：高空槽東移，東北冷渦沿著低槽由山西東部東移至湖南西北部與湖北西南部交界處，副熱帶高壓西伸至廣西中部。高空槽東移，容易給中、高緯度地區(qū)造成陰雨和大風(fēng)天氣。移動(dòng)過(guò)程中受高壓所阻，高空槽將減速或停滯，可能造成持續(xù)性降水。這給此次暴雨的發(fā)生提供了充足的動(dòng)力條件。

圖4 望城區(qū)8月24日20：00高空500 hPa等高線

3.2 中低層環(huán)流形勢(shì)分析

流場(chǎng)表示氣流的流動(dòng)方向，能反應(yīng)大氣的輻合輻散趨勢(shì)。從 8月25日08:00中低空流場(chǎng)圖(圖5)分析來(lái)看，700 hPa、850 hPa、925 hPa切變線東移南壓至安徽中部-湖南中北部一線，且位置基本重合；25日凌晨開(kāi)始850 hPa西南急流不斷加強(qiáng)，風(fēng)速達(dá)14 m/s。強(qiáng)降水落區(qū)基本位于低空切變線和850 hPa急流出口區(qū)附近，與望城北部的強(qiáng)降水區(qū)域相對(duì)應(yīng)。

圖5 望城區(qū)8月25日08：00中低空流場(chǎng)

3.3 地面形勢(shì)分析

從8月25日03:00地面形勢(shì)(圖6)分析，地面有弱冷空氣滲透，長(zhǎng)沙北部-益陽(yáng)桃江地面存在輻合線觸發(fā)對(duì)流能量，引發(fā)強(qiáng)降水。

圖6 望城區(qū)8月25日03：00地面形勢(shì)

4 物理環(huán)境條件分析

分析8月24日20:00的長(zhǎng)沙站探空?qǐng)D(圖7)：物理量指數(shù)CAPE值為0.2 J/kg,K指數(shù)為35.5 ℃，SI指數(shù)為1.06 ℃，CIN為242.5 J/kg，T850-T500=22.9 ℃。800～1000 m低層有逆溫層，有一定的對(duì)流抑制有效位能，說(shuō)明20:00時(shí)大氣層結(jié)比較穩(wěn)定；25日凌晨開(kāi)始大氣層結(jié)被地面輻合線擾動(dòng)，不穩(wěn)定能量爆發(fā)。溫濕曲線顯示整層大氣濕度較大，為暴雨提供了充足的水汽供應(yīng)。垂直風(fēng)切變較弱，表明產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣類型可能為短時(shí)強(qiáng)降水。高空500～600 hPa為偏西風(fēng)，風(fēng)速為5～14 m/s，利于對(duì)流單體的向東移動(dòng)。

圖7 8月24日20時(shí)長(zhǎng)沙站探空實(shí)況

5 雷達(dá)圖分析

由整個(gè)降雨過(guò)程的雷達(dá)圖可見(jiàn)，25日01:00開(kāi)始益陽(yáng)桃江至長(zhǎng)沙北部一帶有對(duì)流云團(tuán)生成，并且西段益陽(yáng)的降水云團(tuán)持續(xù)不斷發(fā)展東移。02:00西部益陽(yáng)桃江不斷生成多個(gè)單體回波，自西向東移動(dòng)，回波中心強(qiáng)度強(qiáng)，單體回波最大反射率因子超過(guò)55 dBz，03:30分形成列車效應(yīng)[12]影響寧鄉(xiāng)、望城(圖8)，望城北部有短時(shí)強(qiáng)降雨。04:00降水云團(tuán)在東移過(guò)程中略向北移動(dòng)，并且回波范圍逐漸擴(kuò)大變塊狀。05:00，益陽(yáng)生成的單體回波仍向東略偏北移動(dòng)，但進(jìn)入寧鄉(xiāng)東北部后有減弱趨勢(shì)。07:00，長(zhǎng)沙北部回波減弱，但益陽(yáng)南部仍有中心回波強(qiáng)度達(dá)50 dBz以上的片狀回波向東略北移動(dòng)，同時(shí)在寧鄉(xiāng)東部逐漸有降水云團(tuán)生成，回波在東北移動(dòng)過(guò)程中強(qiáng)度逐漸減弱。12:00之后回波明顯減弱消散，本輪降水過(guò)程趨于結(jié)束。

圖8 8月25日 03:30(0.5°仰角基本反射率)

對(duì)03:30分最強(qiáng)雷達(dá)回波作垂直剖面圖(圖9)，此輪降水影響望城北部的最大回波強(qiáng)度達(dá)到60 dBz，降水中心在2 km高度，低層反射率強(qiáng)降水回波有明顯的列車效應(yīng)，呈帶狀分布，50 dBz的強(qiáng)降水回波為低質(zhì)心高效率降水回波。

6 地形分析

地形抬升對(duì)暴雨的形成十分重要[13～15]，陶詩(shī)言[15]認(rèn)為地形的迎風(fēng)坡具有的動(dòng)力和屏障作用使得氣流繞山流動(dòng)和被迫爬升，在有利的大尺度環(huán)流背景下，地形抬升可作為不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)機(jī)制，形成中尺度暴雨。因此地形抬升作用是強(qiáng)降水短時(shí)臨近預(yù)報(bào)需要著重考慮的因素。

此次強(qiáng)降水過(guò)程望城北部有10個(gè)區(qū)域站6 h降水超過(guò)100 mm，達(dá)到大暴雨量級(jí)。從望城區(qū)地圖(圖10)來(lái)看，望城北部山區(qū)、丘陵較多，橋驛鎮(zhèn)又處于黑麋峰山前，特殊地形對(duì)西南氣流起到抬升輻合效應(yīng)。強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段，對(duì)流云團(tuán)移動(dòng)方向?yàn)槲髂蠔|北向，環(huán)境風(fēng)為偏西風(fēng)，黑麋峰山脈西側(cè)為迎風(fēng)坡，強(qiáng)降水區(qū)在望城北部沿山地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)。25日3:30強(qiáng)降水回波移動(dòng)到丁字灣、橋驛等地之后，從雷達(dá)剖面圖(圖9)可看出丁字灣、橋驛等地的降水回波從近地面延伸至6～7 km高度，對(duì)應(yīng)了多地發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水，例如丁字灣03:00～04:001 h降雨量為50.1 mm，表明地形迎風(fēng)坡前降水增幅明顯，暴雨地形降水效應(yīng)顯著。

圖9 8月25日 03:30(0.5°仰角基本反射率)

圖10 望城區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)圖

7 結(jié)語(yǔ)

此次大暴雨過(guò)程從8月25日凌晨開(kāi)始，長(zhǎng)沙北部-益陽(yáng)桃江地面存在輻合線，輻合線不斷向東北方向推進(jìn)，對(duì)流單體2點(diǎn)在輻合線西段生成后沿著輻合線方向東移北上，積雨云帶隨之生成與發(fā)展，4點(diǎn)副高繼續(xù)西伸北抬，使得雨帶逐漸北抬至益陽(yáng)從而望城的暴雨趨于結(jié)束。

分析此次暴雨過(guò)程，總結(jié)出3點(diǎn)成因：①在高空?qǐng)龀霈F(xiàn)高空槽東移，中緯度短波槽迅速發(fā)展,東北冷渦引導(dǎo)冷空氣南下，低空西南氣流加強(qiáng)輸送的情況下，容易引發(fā)強(qiáng)降水，致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大。②8月份正值盛夏，空氣中存在較強(qiáng)不穩(wěn)定能量，一旦被地面輻合線或者冷空氣觸發(fā)，強(qiáng)烈冷暖氣流交匯，大面積災(zāi)害性暴雨就會(huì)形成。③山區(qū)地形導(dǎo)致的迎風(fēng)坡氣流抬升，更容易產(chǎn)生或增強(qiáng)局地降水的量級(jí)和范圍，極易導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害。因此預(yù)報(bào)山區(qū)天氣時(shí)，降雨量級(jí)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，提醒相關(guān)部門(mén)注意防范暴雨天氣導(dǎo)致的滯后地質(zhì)災(zāi)害。