2014年湖北深秋大范围暴雨天气过程分析

2015-08-14李德俊马德栗

安徽农业科学 2015年30期

柳草，李德俊，马德栗，陈茜

(1.武汉中心气象台，湖北武汉 430074;2.湖北省气象服务中心，湖北武汉 430074;3.武汉区域气候中心，湖北武汉 430074)

暴雨主要发生在夏季，初秋季节也时有暴雨发生，对这些暴雨的形成机理、热力、动力、水汽条件以及卫星雷达观测特征许多学者进行过很深入的研究［1－7］。但进入深秋季节以后，随着气温的降低，大气的热力和水汽条件均明显减弱，通常极少有暴雨天气发生。王淑云等［8］对2003年10月中旬发生在河北沧州市的一次暴雨过程进行分析，但暴雨的范围较小。孙欣等［9］对2006年10月下旬辽宁一次深秋暴雨的发生发展过程和物理机制进行了探讨，指出了位涡与秋季暴雨的关系。总体来看国内对深秋季节的暴雨研究较少［8－10］，这也与深秋季节暴雨罕见且相对夏季短时暴雨危害性小些有关。但对于这种罕见的暴雨，一旦出现预报难度将很大。2014年10月27～30日，已过“霜降”节气，湖北省南部地区自西向东出现了一次大范围的暴雨天气，有31个气象站累计雨量达100 mm以上，这次过程的范围之大、强度之强实属罕见。由于数值模式对此次过程的预报偏弱，再加上季节因素，导致对此次暴雨过程的最终预报也偏弱。笔者在此利用2014年10月27～30日常规观测资料、卫星、雷达数据及NECP 0.5°×0.5°再分析资料对这次深秋大范围暴雨进行了天气分析，试图增加对此类天气的了解，为以后的深秋暴雨预报提供参考。

1 降水实况

10月27～30日湖北省自西向东出现了一次大范围的暴雨天气过程(图1)，4 d累计雨量湖北南部地区普遍达50 mm以上，大于100 mm的有31站，大于50 mm的有26站，最大累计雨量为石首站(191.2 mm)。其中，27日恩施地区南部局部出现了暴雨;28日鄂西南、江汉平原、鄂东北、鄂东南出现了大范围的暴雨，局部出现了大暴雨，28日是暴雨站数最多的一天(图2);29和30日鄂东南局部出现了暴雨。这次过程最大小时雨强出现在28日23:00～29日00:00武汉(18.5 mm/h)。

这次过程前期湖北大部无对流有效位能积聚，另外27～29日恩施地区出现了部分闪电，其他地区基本无闪电，表明这次过程除恩施地区以外，大部分地区为稳定型降水。28日公安站24 h雨量为114.7 mm，达到大暴雨量级，从逐小时雨量来看(图3)，降雨量比较均匀，小时雨量平均为5 mm左右。

2 暴雨形成的动力条件分析

2.1 急流条件过程开始前500 hPa贝湖以西的西伯利亚地区有一个低涡活动，低涡底部有小槽分裂出来沿着中纬地区的西风气流逐渐东移，27日20:00小槽已经东移至甘肃和重庆的西部，呈西北—东南走向，湖北西部转为槽前西南气流，但湖北东部仍受弱脊的控制。随着小槽东移影响湖北，中低空的南风也明显发展加强，700 hPa 27日20:00湖北西部首先出现急流，风速为12 m/s(图4a)，28日08:00进一步加强达18 m/s，同时28日08:00湖北与湖南交界处出现了东南风与西南风形成的暖式切变线;850 hPa 27日08:00湖北以偏东风为主，随后南风分量逐渐增大，28日08:00偏东风已转为东南风，风速4～12 m/s，与此同时在湖北与湖南交界的地方也出现了东南风与西南风形成的暖式切变线。27日08:00～28日08:00，925 hPa以偏东风为主，但风速呈增大趋势，28日08:00湖北上空925 hPa出现了8～12 m/s的东风急流带。28日500 hPa小槽东移缓慢，与东南侧稳定的副高形成西低东高的形势，位势梯度加大，湖北上空西南风持续加大，28日20:00和29日08:00 500 hPa均出现了30 m/s的西南风，且引导中低空的南风也加强北伸。28日20:00(图4b)，700 hPa湖北南部的暖式切变线东移北抬至河南南部和安徽中南部，湖北中东部位于切变线南侧的西南急流中，急流中心位于湖北东部的武汉附近，风速为22 m/s;850 hPa位于湖北与湖南交界的切变线也东移北抬至湖北与河南和安徽的交界处，湖北位于切变线南侧的西南急流中，武汉站风速为16 m/s;925 hPa位于湖北的东风急流带北抬至河南、安徽，武汉站转为东南风，风速12 m/s，湖北中部的江汉平原地区处于低涡环流中。

以上分析可见，27日低空西南急流主要影响湖北西部地区，28日低空暖切变线东移北抬，西南急流加强并向北伸展，湖北中东部700和850 hPa均为强劲的西南急流，超低空的925 hPa武汉附近也出现了东南风急流。28日850和925 hPa南风急流的北侧还有东风急流存在，南风急流为暴雨区带来了充沛的水汽，被东风急流阻挡后在湖北上空辐合上升并凝结致雨，这2支急流对暴雨的出现均起重要作用。暴雨天气中低空急流较常见，但超低空急流并不常见，超低空南风急流是暴雨区所需水汽的重要提供者［11］，这次过程925 hPa武汉附近出现了12 m/s的东南风，说明这次过程的水汽条件比较好。

29～30日(图4c、d)，500 hPa原小槽逐渐东移北收，四川东部又有新的小槽东移活动，由于副高位置稳定，湖北上空维持西低东高的形势，西南气流依然强劲;但中低层的切变线逐渐东移，主要影响湖北东部地区;低空的急流也东移至安徽，对湖北的影响减弱。故29～30日仅在鄂东南出现了局部暴雨，其他地区为小到中雨，局部大雨。31日贝湖以西的低涡已经东移至贝湖以东地区，同时副高南落，湖北转受低涡底部的平直西风气流影响，降水减弱停止。

2.2 副高条件过程期间500 hPa副高位置稳定，并逐日略向北抬，而西伯利亚低涡底部有多个小槽分裂出来东移，小槽受到副高的阻挡东移缓慢，湖北上空持续处于槽前正涡度平流中，利于中低空产生持续的辐合上升运动。另一方面西低东高的对峙形势导致水平位势梯度较大，利于西南气流发展强劲，并进一步引导低空出现了明显的南风急流，为暴雨区持续提供了充沛的水汽。

使用NCEP 30年的再分析历史资料做出10月第6候(26～31日)500 hPa高度平均场(图5)，历史同期500 hPa我国大部为西高东低形势，湖北上空为西偏北气流控制，不易出现降水特别是暴雨以上的天气。另外2014年10月第6候500 hPa高度较历史平均的距平场(图6)显示，2014年10月第6候我国东海、南海及其以东地区均为正距平，表明副高强度偏强;而我国的中西部地区则高度偏低，有低值系统活动，特别是在贝加尔湖附近地区，出现明显的低涡活动。说明这次暴雨过程中低槽活跃、副高偏强是一个重要的原因。

2.3 散度条件由武汉站上升运动经向剖面可见，武汉站28日14:00～29日夜间近地面为浅薄的冷空气，近地面到高空200 hPa均为上升运动，较强上升运动主要集中在850～300 hPa。对于稳定型降水导致的暴雨过程来说，除了较长的持续时间以外，合适且较大的雨强也是一个重要因素。而深厚的上升运动往往有利于形成深厚的云层和较大的雨滴，进而导致较大的雨强。

从武汉站的散度场经向剖面(图7)来看，28日08:00武汉上空的辐合辐散层均比较浅薄，辐合层集中在800～600 hPa，辐散层集中在600～400 hPa;对应的上升运动也比较浅薄，主要集中在800～400 hPa;此时武汉站的降水也比较弱，为零星小雨。28日14:00开始到29日夜间，武汉站上空逐渐转为中低空辐合、高空辐散形势，辐合、辐散的强度也逐渐增大。29日02:00 500 hPa以下的中低空均为辐合层，辐合中心在600～700 hPa，为－16×10－5s－1;500 hPa以上为辐散层，中心位于400 hPa附近，为12×10－5s－1。辐合辐散的层次比较深厚，对应的上升运动也很深厚。28日08:00和29日02:00的对比图显示出深厚的上升运动除了与中低空低槽、切变线导致的辐合有关以外，高空的辐散也有重要作用。

28日08:00高空300 hPa湖北西部为低槽前部西南气流，而湖北以南地区为偏西气流，两者之间形成分流场，分流导致的辐散中心位于湖北西部(图8a)。随后低槽逐渐东移，分流场也东移，29日02:00分流场主要位于湖北东部和南部;此外低槽东移的过程中，槽前西南气流也逐渐加强，湖北上空出现了≥30 m/s的高空急流带(图8b)。29日02:00湖北上空为高空急流带，湖北东部位于急流核的东南侧，即急流入口区的南侧，2种辐散作用叠加，在湖北东部出现了中心达14×10－5s－1的强辐散区(图8b)。可见对于鄂西南的暴雨主要是受到分流场的辐散作用影响，而对于湖北中东部的暴雨则受到分流场与急流入口区南侧2种辐散作用的影响。高空急流带来的辐散对夏季暴雨的发生有重要作用，这在很多夏季暴雨的个例中均有体现［12－14］。预报员对于深秋降水主要关注中低层，该研究表明深秋季节的暴雨天气同样需要关注高空辐散的情况。

3 深秋暴雨的水汽特征分析

3.1 相对湿度 28日公安站累计雨量达到大暴雨量级，这一天公安站的湿层非常深厚(图9a)，自地面到高空200 hPa以上均为饱和湿层，28日白天公安上空的上升运动比较明显且深厚，夜间虽然低空转为下沉运动，但中高空的上升运动较白天加强，最大上升速度出现在28日夜里600 hPa附近，为1.8 Pa/s。深厚的湿层配合较强的上升运动意味着云层较厚，云滴随上升运动不断向雨滴转化且雨滴的碰并增长较多，导致雨强较大，这对于深秋季节暴雨的形成具有重要作用。29日虽然饱和湿层仍然比较深厚，但上升运动较28日减弱，所以29日公安附近雨量减小，以大雨为主。

3.2 露点由图9b可见，公安站27日夜里开始整层露点均明显增加，这与暖湿的南风气流特别是中低空的南风气流加强有关;温度剖面图上低空有逆温出现。28日是整层露点都最高的一天，分别是700 hPa 4℃左右、850 hPa 10℃左右、925 hPa 11℃左右，而夏季湖北省暴雨天气对应的数值常为700 hPa 7℃左右、850 hPa 16℃左右、925 hPa 19℃左右，可见尽管整层均为饱和湿层，但由于季节原因，整层的温度较夏季低，饱和空气中能容纳的水汽也较夏季低，所以露点值也偏低。

3.3 水汽通量从水汽通量的纬向剖面来看，这次深秋暴雨过程的水汽来源主要集中在500 hPa以下的中低层。从等压面的水汽通量看，过程期间500 hPa水汽来源于孟加拉湾;700 hPa水汽来源于孟加拉湾和南海，以孟加拉湾为主(图10a);850 hPa水汽是从西太平洋输送到南海再折而向北输送到湖北(图10b)。2支水汽通道为暴雨区输送了充沛的水汽。从水汽通量散度的剖面来看，主要的水汽辐合层次位于600 hPa以下的中低层。

3.4 大气可降水量从可降水量(图11)来看，28日湖北中东部暴雨区的可降水量主要集中在40～50 mm，45 mm以上区域与大暴雨区有一定的对应。但也发现鄂西南暴雨区的可降水量偏小，为30～40 mm，估计鄂西南大暴雨区的可降水量值大约在35 mm附近，还需大量个例证实。

4 卫星雷达资料分析

4.1 卫星资料监测从卫星云图上可看出，27～28日白天云系成“逗点”状，“逗点”南部长长的云带呈西南—东北走向，云带上有持续不断的强度较弱的中尺度云团向湖北移动，具有“列车效应”(图12)。云团移进湖北以后在有利的环流背景下获得发展和加强。28日夜间～29日云系由“逗点”状转为带状，又由窄带逐渐变为宽带，29日白天宽带云系上云团较为破碎散乱，29日夜间云系组织性增强，呈若干个中尺度云团从湖北经过，但强度较28日减弱。30日整个云带进一步东移，云系为强度较弱的层状云。

4.2 雷达监测从图13可以看出，引起江汉平原和鄂东南持续性降水的回波主要为层状云降水回波，回波强度不大，一般为35～40 dBz，呈西南—东北向带状，10 dBz回波顶高在8～9 km，回波自西南向东北移动，移速为12 km/h。从28日23:06回波可以看出回波西南强东北弱，沿反射率因子图(图13a1)的E点到F点做垂直剖面，即石首到武汉反射率因子的垂直剖面图(图13a3)，从这剖面图上可见回波亮带特征比较明显，最强反射率因子在0℃层附近，但存在不均匀性，这种不均匀性也可以从图13a1的CD剖面(图13a2)得到验证，同一高度层次上也有许多小于25 dBz的弱回波区，总体上也表现出西南部回波强，大片30～40 dBz絮状回波不断从武汉移过，形成“列车效应”，导致秋季武汉1 h(28日23:00～29日00:00)降下18.5 mm的强降水。29日04:00～05:00江汉平原石首站也出现了10 mm以上的秋季强降水，从图13b1可以看出，30 dBz以上回波更加集中，基本上集中在江汉平原至鄂东一带，沿GH经过石首做剖面(图13b2)可以看出2～3 km高度处有许多35～40 dBz强回波中心，回波质心较低，与经过武汉的IJ剖面(图13b3)相比，武汉附近回波质心较高，强回波中心位于3～4 km，石首回波形态利于云水向降水迅速转化，这个时刻石首较武汉降水多5.7 mm。

5 总结和讨论

使用NCEP再分析资料、常规观测资料、雷达卫星数据对2014年10月27～30日湖北省出现的一次深秋季节大范围暴雨天气过程进行了详细分析，主要结论如下:

(1)这次过程由于时值深秋季节，过程前期及过程中气温偏低，缺乏不稳定能量的集聚，是一次稳定性的降水过程。平均小时雨强约在2～5 mm，且降水稳定、持续时间较长，合适的雨强加上较长的持续时间最终导致暴雨的形成。

(2)动力条件分析表明，此次过程期间副高较历史同期偏强、位置偏北，与东移的小槽形成东西对峙形势，阻挡小槽东移，导致降水持续较长的时间;水平位势梯度加大导致低空急流发展强劲，为暴雨区输送水汽，其中28日降雨范围和强度最大，湖北上空南风急流也最强，分别为700 hPa 22 m/s、850 hPa 16 m/s、925 hPa 12 m/s。850 和925 hPa 南风急流还受到北侧东风急流的阻挡，利于低空形成较强的水汽辐合。高空分流场与高空急流入口区南侧2种辐散作用叠加，导致了较强的高空辐散，与低空辐合相配合出现了深厚的上升运动，这对于形成合适的雨强也起到了重要作用。

(3)水汽条件分析表明，这次暴雨过程的水汽主要来源于中低空的2个通道，一个是中空的西南通道，将孟加拉湾的水汽输送到暴雨区，另一个是低空的偏南通道，将南海的水汽输送到暴雨区。过程期间湿层深厚，200 hPa至地面均为饱和湿层，湖北中东部暴雨区可降水量为40 mm以上，大暴雨区的可降水量约为45 mm以上。28日是整层露点都最高的一天，分别为700 hPa 4℃左右、850 hPa 10℃左右、925 hPa 11℃左右。

(4)红外云图和雷达回波均具有明显的“列车效应”，接连不断的云团和回波沿西南—东北走向移动，云团和回波的强度均不及夏季中尺度系统。回波强度一般为35～40 dBz，10 dBz回波顶高在8～9 km，回波具有低质心特点。

［1］齐杰，孙莹，王浩，等.辽宁局部大暴雨过程分析［J］.安徽农业科学，2010，38(12):6317 －6320.

［2］李昀英，曹芳，孙莹.广西特大暴雨过程中两类中尺度系统的模式预报能力研究［J］.热带气象学报，2013，29(1):161 －168.

［3］吴翠红，张萍萍，龙利民，等.峡谷地形对两次大暴雨过程的增幅作用对比分析［J］.暴雨灾害，2013，32(1):38 －45.

［4］屠妮妮，李跃清.一次引发川东暴雨的西南涡特征分析［J］.干旱气象，2014，32(6):962 －971.

［5］曹晓岗，王慧，漆梁波.台风与冷空气对“13.10”上海特大暴雨过程的影响分析［J］.暴雨灾害，2014，33(4):351 －362.

［6］张楠，何群英，刘一玮，等.天津地区两次副高边缘特大暴雨过程的多尺度对比分析［J］.暴雨灾害，2014，33(4):372 －379.

［7］刘勇，郭大梅，胡启元.2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因［J］.干旱气象，2014，32(3):424 －430.

［8］王淑云，寿绍文，刘艳钗.2003年10月河北省沧州秋季暴雨成因分析［J］.气象，2005，31(4):69 －72.

［9］孙欣，蔡芗宁，黄阁.一次辽宁秋季暴雨天气的诊断分析［J］.气象，2007，33(9):83 －93.

［10］金琪，谌伟.对湖北省2002年一次秋季暴雨天气过程的分析［J］.湖北气象，2003(3):20 －23.

［11］朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法［M］.北京:气象出版社，2000:398－399.