2014年6月20日黄石短历时暴雨分析

2015-10-21刘熠炎许明芳

安徽农业科学 2015年31期

刘熠炎许明芳

摘要利用常规资料、自動气象站资料、雷达资料和NCEP 0.5°×0.5°的6 h间隔再分析资料，对2014年6月20日发生在湖北黄石的短历时暴雨过程进行了详细分析。结果表明，大尺度环流系统为暴雨发生提供了基本的水汽、动力和热力条件；上干下湿、低层暖平流高层冷平流垂直分布为暴雨发生提供了不稳定层结条件；低涡在东移过程发展、转竖，西南急流的向北发展，促进了能量锋区的北移，为暴雨的发生提供了较充沛的水汽和不稳定能量条件；地面暖低压中心发展和中尺度辐合线的形成有利于冷空气入侵和较强辐合上升运动产生，触发中尺度对流；在特定流场形势下，黄石特殊的低山丘陵地形对中尺度暴雨的形成有明显作用。

关键词中尺度暴雨；天气背景；探空资料；雷达回波；物理量场；地形

中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-163-03

Analysis of the Shorttime Rainstorm on June 20， 2014 in Huangshi

LIU Yiyan， XU Mingfang， YUAN Jie

（Huangshi Meteorological Observatory， Huangshi， Hubei 435000）

Abstract Based on conventional observations， automatic meteorological station data， radar data and NCEP 6hourly reanalysis data with 05°×0.5° resolution， the shorttime rainstorm on June 20th 2014 in Huangshi is analyzed. The results indicate that： the synoptic scale circulation system provides basic mositure， thermal and dynamic conditions for the rainstorm； the unstable humidity structure and the vertical thermal distribution of lowlevel warm advection and upperlevel cold advection create unstable stratified atmosphere for the rainstorm； the development of the vortex moving eastward and the transverse trough line enhance the northward movement of energy front. This supplies abundant moisture and instability to the rainstorm， the development of the surface warm low and the formation of the mesoscale convergence line are beneficial to cold air intrusion and ascending motion， which lead to mesoscale convection； under specific flow field， the special terrain with small hills in Huangshi has obvious effect on the formation of mesoscale rainstorm center.

Key words Mesoscale rainstorm； Weather background； Sounding data； Radar echo； Physical quantity field； Terrain

暴雨是重要灾害性天气之一，暴雨预报是当今天气预报领域的难题，暴雨天气的发生发展往往是大尺度与中小尺度天气系统相互作用的结果。气象工作者不断对暴雨天气发生发展机理和预报方法进行研究，取得了丰富的研究成果[1-7]，但对不同地区、不同季节、不同大尺度天气背景下的中尺度暴雨的认识还十分有限，中尺度局地暴雨的预报及预警难度较大；而中尺度暴雨由于强度大、突发性强，造成的影响和损失也越来越大，如2005年6月10日黑龙江沙兰镇突发特大暴雨、2007年7月18日济南城区特大暴雨、2010年8月8日甘肃舟曲突发性局地暴雨等。笔者在此利用常规资料、非常规资料和NCEP再分析资料对2014年6月20日下午发生在黄石的中尺度短历时暴雨进行分析，以便为提高今后对此类暴雨的预见性和预报预警及时性提供借鉴与参考。

1雨情实况及影响

2014年6月20日16：00～20：00黄石出现了一次短历时暴雨天气，强降水区呈狭窄的带状分布（图1），暴雨出现在黄石城区和大冶南部，而大冶北部和南部的阳新仅降小雨。国家自动气象站检测显示，黄石站降水量为93.4 mm，大冶站55.0 mm，阳新1.7 mm。区域自动雨量站监测显示，最强降水中心雨量为144 mm，出现在大冶城关老站；最大小时雨强111.9 mm/h，出现在17：00～18：00，同时次，黄石城区最大小时雨强56.3 mm/h，出现在黄石港区军分区站点。此次暴雨过程降水强度大、强降水区窄，持续时间达4 h，局地性和中小尺度特征表现明显。因最强降水出现在黄石城区、大冶城关，导致城市道路短时渍水严重，严重影响交通安全，给城市紧急排渍涝也带来较大压力。

2天气背景及探空分析

6月20日08：00（图2），500 hPa中纬度环流平直多波动，30°N附近、安徽东部有一浅槽，另在恩施—湖南西部—贵州南部上空有一低槽，武汉以东受两槽之间的弱脊影响为平直偏西气流，武汉以西受西南气流控制；700、850 hPa切变线位于30°N以南，鄂东南处于切变北侧，西南急流在湖南、江西南部，位置偏南。14：00随着高空低槽东移，鄂东南已转受槽前西南气流影响，同时700、850 hPa西南气流向北发展，赣北上空700 hPa西南气流由6 m/s加强为18 m/s，850 hPa由4 m/s加强为14 m/s，均达到急流强度；20：00切变略南压，西南气流明显减弱。从地面形势场可见，在暴雨发生前和发生时，鄂东南均处于暖低压倒槽中。

受高空弱脊、切变北侧的反气旋环流形势配置影响，黄石20日上午为多云间晴天气，气温迅速上升，日最高气温达33.7 ℃。天气形势背景、向北发展的西南急流、天空状态良好下的地面较迅速的升温为暴雨形成提供了基本的水汽、动力和热力条件。

3 ℃，低层空气含水量丰富，相对湿度在85%以上；而700 hPa T-Td=3 ℃，其附近相对湿度<30%，存在一干

层，再往上500～400 hPa为T-Td<6 ℃的相对湿层，300 hPa则为干层控制。单站探空风向随高度的变化表明500 hPa以下风随高度顺时针转动为暖平流，500 hPa以上风随高度逆转为冷平流。这种低层湿高层干、低层暖平流高层冷平流的垂直层结分布有利于对流不稳定的形成和加强，对产生强对流天气是有利的。但该时次武汉修正K指数为26 ℃，CAPE值仅为546.5 J/kg，形成对流天气的条件还不够；至14：00修正K指数达36.3 ℃，CAPE值为858.6 J/kg。14：00东边的安庆探空站修正K指数为40.8 ℃，其08：00、20：00 CAPE值均在1 200 J/kg以上。综合分析发现，黄石上空08：00不具备产生对流条件，但14：00已经具备产生强对流条件。

3地面中尺度系统及雷达回波分析

地面风场分析（图3a）表明，暴雨发生前和发生时鄂东为气旋性风场控制，在其北面（武汉以北）为偏北风，13：00开始偏北风明显加强并向南入侵，14：00浠水—黄石—咸宁有一条偏北风和东南风形成的中尺度辐合线，暴雨带与14：00地面中尺度辐合线有极好的对应关系。冷空气向南入侵、地面中尺度辐合线形成是激发出对流天气、形成暴雨的重要原因。

地面变压场分析表明，20日08：00～16：00浠水、黄石、大冶处于负变压中心（图3b）；20：00因降水和冷空气入侵转为正变压中心。表明鄂东南地面暖低压的发展导致变压梯度加大，北边的冷空气与暖低压之间风速加大加强了冷空气的向南入侵，促进不稳定能量释放从而产生暴雨。

由雷达回波可见，6月20日15：39浠水北部、崇阳和通山有块状对流回波生成，黄石—大冶—咸宁一带有零散的回波存在；16：16浠水至崇阳之间零散的回波连接一线；16：40回波发展成带状，黄石和大冶上空有45～50 dBz较强回波；17：05浠水至咸宁的带状回波发展更完整，回波带两端的回波强度减弱，而中段（黄石、大冶上空）发展，强回波区有所扩大。从回波顶高来看，黄石、大冶上空回波顶高一般6～8 km，最高8～10 km，大冶城关回波顶高达10.4 km，表明对流发生旺盛。此次过程中强回波带位置稳定、少动。中尺度带状回波的形成发展、稳定少动是产生此次暴雨的直接原因。此次过程雷达回波与中尺度辐合线上具有良好的对应关系，地面最强降水回波强度维持50 dBz附近，并不是太强，但降水效率极高。

4物理量场分析

4.1涡度平流

20日02：00～08：00 500 hPa槽前大风所在处和700 hPa大风前沿有明显的正涡度平流，可促进地面降压、低压发展，从而导致上升运动加强。从涡度平流演变来看，20日02：00～08：00随着浅槽的东移，平直的偏西风变为西南风，槽前有明显的正涡度平流影响鄂东；14：00低槽加深、槽区变窄，槽前形成一条明显的正涡度带，鄂东南的午后强降水正好受此正涡度带影响，而形成短时强降水天气；20：00正涡度东移。

4.2对流不稳定

沿115.5°E作涡度与θse的叠加（图4）可见，20日08：00 30°N处800 hPa以下θsep>0，有对流不稳定存在。14：00，850 hPa以下等θse线变密、增多，倾斜性加强，对流不稳定增强；850 hPa以上θsep近似等于0，大气中性，有利于上升运动的自由发展；且此时垂直陡立的等θse线密集区由29°N以南移至30°N附近，为明显暖湿与干冷空气交汇的能量锋区所在。这样随着午后热力作用的加强，地面弱冷空气前沿偏北风的侵入，促进不稳定能量释放，从而激发

出强对流。14：00有正涡度柱体向上发展，20：00向上发展

4.3流场与温度平流分析

暴雨发生的前一日，受西南气流控制，随着700、850 hPa西南低涡受高空槽的引导，沿着30°N以南移出，鄂东南受低涡前部弱暖式切变影响，低层有水汽的汇聚。20日08：00受小波槽后弱的西北气流控制，天气晴好，气温上升；14：00低涡在东移过程中发展、转竖，转为南北向，低涡前部南风显著加强向北发展，后部的北风也明显加强，切变线位于鄂东上空，冷切尾部发生的小尺度对流和低涡前部暖切对流沿着切变线发展连成一线，最终发展为线状对流，停留数小时后，至20：00切变线南压移出湖北省。

由风场和温度平流演变可见，08：00和14：00 700 hPa鄂东南受暖切变影响，有明显的正温度平流。暖切变线上，冷暖交匯产生了强对流，在暖区一侧产生降水。

5地形作用

此次降水强中心的分布与黄石特殊的地形分布关系密切。黄石地形总的趋势是西南高、东北低，由西南向东北倾斜，地形破碎，为低山丘陵地貌，局部地方形成不完整的山间盆地。其中大冶市地处幕阜山脉北侧的边缘丘陵地带，地形分布为南山北丘东西湖，南高北低东西平。大市南部为南山头（又称大同山），其东南接阳新县，西抵咸宁市，峻岭崇山连绵50余里。大冶城关北边（黄石铁山区与大冶还地桥之间）有几座相连接的小山即为北丘。而大冶城关恰好位于南山与北丘2条山脉走向构成的出口处，再往东就是黄石城区、大冶湖。此次过程强降雨带南北狭窄成带状，正好位于黄石城区—大冶南部，强降水中心在大冶城关，正处于两山脉之出口。

6结论

针对2014年6月20日发生在湖北黄石市的一次中尺度暴雨过程，利用常规资料、非常规资料和NCEP再分析资料对中尺度暴雨中的成因进行了分析，得到以下结论：

（1）大尺度环流系统为暴雨发生提供了基本的水汽、动力和热力条件。

（2）上干下湿、500 hPa以下暖平流和500 hPa以上为冷平流垂直湿度分布以及温度平流分布增强黄石上空大气的不稳定性，为暴雨发生提供了不稳定层结条件、储备了能量。

（3）中低层低涡在东移过程发展、转竖，导致低涡前部西南急流的向北发展，促进了能量锋区的北移，为暴雨最终发生提供了较充沛的水汽和不稳定能量条件。

（4）涡度平流、温度平流和暴雨发生前鄂东南天空状况良好地面明显增温的综合效应为强对流发生储备了能量，同时促进了地面降压中心的形成，导致地面变压梯度加强，加强了冷空气的侵入而产生强对流天气。地面中尺度辐合线的形成有利于较强辐合上升运动，促进对流不稳定能量的释放，从而产生暴雨。

（5）在特定流场形势下，黄石特殊的低山丘陵地形对中尺度暴雨中心的形成有明显作用。

43卷31期刘熠炎等2014年6月20日黄石短历时暴雨分析

参考文献

[1] 丁一汇.1991年江淮流域持续性特大暴雨研究[M].北京：气象出版社，1993：47-68.

[2] 陶诗言，赵煜佳，陈晓敏.东亚季风和中国暴雨[M].北京：气象出版社，1998：3-46.

[3] 陶诗言，倪允琪，赵思雄，等.1998夏季中国暴雨的形成机理与预报研究[M].北京：气象出版社，2001：1-184.