鄂北一次秋季暴雨天气成因分析

秦幼文 贺晓露 林金彪

摘 要：该文利用常规观测资料、卫星云图资料、雷达回波产品等，对2012年9月7—8日鄂北一次暴雨天气过程的物理条件和可能机制进行了分析，发现此次暴雨属于比较典型的湖北省秋季9—10月暴雨天气形势，暴雨的发生在有利的高低空系统配置下，暴雨出现在低层辐合、高层辐散，低层正涡度、高层负涡度和深厚上升区域中。暴雨发生前期副高的稳定维持，为暴雨区水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨发生过程中低层急流的建立和加强，为暴雨的维持提供了充足的水汽条件。

关键词：暴雨；副高；低槽；切变；急流；锋生

中图分类号 P458.121.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）18-0134-03

暴雨是影响我国的重要灾害性天气之一，其发生是不同天气尺度系统相互作用造成的。多年来，国内外许多专家对其发生机制和预报方法进行了大量研究。如：赵思雄等对长江流域梅雨锋暴雨机理进行了分析研究[1]，周玉淑等对长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件进行了分析[2]，王西磊等对2009年5月9—10日山东大暴雨天气进行了分析[3]。本文从环流形势，高低空急流及物理量场等方面对2016年9月7—8日鄂北一次暴雨天气过程的成因作了分析。

1 天气实况

2012年9月7日晚至8日白天，鄂北出现了暴雨天气过程，暴雨中心位于鄂北的随州市境内，最大降水为随州市境内的小林镇，为152.4mm；强降雨集中时段为8日00：00—14：00，最大小时雨强为随州市境内的淮河镇，为34.2mm（图1）。

2 大气环流形势和影响系统

2.1 大气环流形势 此次暴雨天气过程环流属于比较典型的湖北省秋季9—10月暴雨环流形势[4]。其中欧亚中高纬为“两高两低”的环流形势，欧洲东部和贝加尔湖地区为高压脊控制，西西伯利亚和52°N、128°E附近区域为深厚冷性低涡控制。中纬度地区西太平洋副热带高压（简称副高）强盛，588dagpm线控制鄂西北地区，巴尔克什湖不断有小槽分裂东移，和高原上移出的小槽合并。在中纬度低槽的作用下，副高开始东退。同时，地面有暖倒槽生成和发展，东路冷空气沿中纬度低槽前缘南下进入倒槽导致锋生，暴雨就是在这样的环流形势下发生的。

2.2 影响系统 500hPa天气图上（图2）：7日20：00，我国东北地区有一冷性低涡存在。此时，陕西-川东有低槽东移，副高强度偏强，位置偏西。8日08：00，低槽进入湖北，副高东退，鄂北处在副高外围的西南暖湿气流中。此时西南急流强盛，强盛的西南急流为暴雨区提供了充足的水汽供应。在低槽的带动下，东北冷涡后部冷空气开始向南扩散，冷暖气流在副高外围交汇，导致了强降水的发生。

700hPa天气图上（图2）：7日20：00，在陕西中部-盆地中部有冷式切变线存在。8日08：00，冷式切变线东移至川东-陕南地区，鄂北处于316dagpm线西北侧的西南暖湿气流中，鄂北-豫南有暖式切变线生成。鄂北的随州正好位于西南急流出口区左侧，风速辐合明显。从温度场上看，我国东北地区-朝鲜半岛向南有东北-西南向的冷舌伸至陕南-豫南，说明冷空气正逐步向南入侵。

850hPa天气图（图2）：7日20：00，盆地东南部有低涡存在，湖北中部有暖式切变线存在。8日08：00，暖式切变线加强，在切变线南北两侧分别有强盛的西南风急流和偏东风急流存在，两支急流在鄂北汇合，为强降水提供了充足的水汽和水汽辐合。

地面图天气上（图3）：7日08：00，地面暖倒槽由盆地逐渐向东发展，至7日20：00发展最强盛。7日20：00至8日08：00，东路冷空气开始逐渐向南渗透影响湖北。冷空气进入倒槽导致锋生，促使不稳定能量的释放，激发强降水的产生。

此次暴雨天气过程中，高层200hPa一直处于槽后强盛的西北气流中，强大的西北风急流抽走潜热增暖的高层大气，有利高层辐散机制的维持。

综上分析，500hPa低槽、700hPa和850hPa切变线及地面暖倒槽是此次暴雨天气过程的主要影响系统，高层辐散、低层辐合的配置对暴雨的形成和维持十分有利，低空急流尤其是850hPa西南风和偏东风急流的建立和加强为水汽、能量向暴雨区的输送、聚集及对辐合上升运动的维持起到十分重要的作用。

3 诊断分析

3.1 不稳定条件

3.1.1 假相当位温 θse是同时表征温度和湿度的参数。通常以850hPaθse=340K作为高能暖湿气团与一般气团的分界线，而以500hPa和850hPaθse差值（△θse）作为衡量大气稳定度的一个参数（对流性稳定度参数）。当（△θse）为负值时，大气处于位势不稳定状态[4]。从850hPaθse分布图上看（图4），7日20：00至8日08：00鄂北为θse大于340K的高能暖湿气团控制。从△θse分布看，7日20：00至8日08：00，鄂北为△θse负值区，说明此时鄂北上空大气层结是不稳定的。8日20：00，鄂北转为△θse正值区，此时鄂北降水已基本结束。

3.1.2 K指数和Si指数 此次暴雨天气过程中，K指数和SI指数的变化与系统发展配合非常一致。6日20：00至7日20：00，K指数逐渐增大。7日20：00至8日08：00鄂北K指数在32～36℃，SI指数一直处在0℃附近，说明暴雨过程中整层大气处于不稳定状态。同时周边探空站7日08：00至8日08：00的温度对数压力图均显示出了显著的位势不稳定，潜在不稳定能量大。

图4 7日20：00汉口站的温度对数压力

3.2 水汽条件

3.2.1 比湿 从比湿分布看，此次暴雨天气过程中各层均呈现出相当高的比湿。7日20：00至8日08：00，500hPa比湿一直维持在2～4g/kg，700hPa在8～10g/kg，850hPa在12～14g/kg，说明此次暴雨天气过程水汽充足，湿层深厚。

3.2.2 水汽通量 从水汽通量的分布看，7日20：00至8日08：00各层水汽通量不断增大，说明整层水汽输送在增加。8日08：00，700hPa、850hPa和925hPa鄂北水汽通量分别达到6～8g·cm-1·hPa-1·s-1、8～10g·cm-1·hPa-1·s-1和10～12g·cm-1·hPa-1·s-1。

3.2.3 水汽通量散度 水汽通量辐合中心对暴雨落区有很好的指示意义，而暴雨天气过程中的水汽辐合主要由低层尤其是850hPa以下的边界层中水汽辐合占很大比重，可以达到50%以上[5]。从水汽通量散度场上看，暴雨过程中850hPa和925hPa分别有2个辐合中心，一个位于鄂北，另一个位于鄂东南，且上下层的辐合中心基本重叠，中心强度达-40g·s-1·cm-2·hPa-1。而此时700hPa水汽通量散度在-10～0g·s-1·cm-2·hPa-1，500hPa水汽通量散度在0附近，说明水汽辐合主要集中在850hPa及以下各层，700hPa以上各层水汽辐合很弱或基本无水汽辐合，这和文献[5]结论相同。

3.3 动力条件

3.3.1 涡度和散度 从此次暴雨天气过程高低空涡度和散度场配置看，此次暴雨出现在低层辐合、高层辐散，低层正涡度、高层负涡度和深厚上升区域。这和文献[6]结论相吻合。涡度场上，7日20：00，700～200hPa鄂北处在负涡度区中，850hPa及以下各层鄂北处在正涡度区中。8日08：00，500～700hPa开始转正涡度控制，850hPa及以下各层正涡度明显增大，鄂北处在+20.0×10-5s-1以上的区域内。散度场上，7日20：00，各层辐合和辐散特征均不明显。8日08：00，高层辐散、低层辐合的特征明显。200hPa鄂北处在东北-西南向的强辐散区内，至400hPa辐散明显减弱，说明强辐散中心位于200hPa附近，这同样和文献[6]结论相吻合。500hPa及以下各层均为辐合，鄂北处在西北-东南向强辐合区内，且上下层的强辐合区和辐合中心基本重叠，而且和水汽通量散度强辐合区和辐合中心一致，说明气流在辐合上升时携带大量水汽，这有利于强降水的出现。同时，200hPa的辐散明显大于低层辐合，说明在暴雨过程中高层的抽吸作用明显强于低层辐合。这种高层负涡度辐散和中低层正涡度辐合相叠置的配置，有利于强上升运动的发展，促使不稳定能量的释放和降水的加强。

3.3.2 垂直速度 从垂直速度场上看，强降水发生时各层上升运动均明显增强。从T639垂直速度场上看，08日08：00，在111.00°E、29.50°N～115.00°E、33.50°N区域内，从1 000～200hPa整层大气均处在较强上升运动中，上升运动最大值在500～600hPa，中心在114.00°E、32.50°N附近。从地面6h雨量实况可以看出，垂直上升运动中心对应6h强降水中心。

4 中尺度特征分析

此次暴雨天气过程是在完整的低槽云系上不断激发中尺度对流云团产生的。8日00：30鄂北西南部有中β尺度对流云团生成，随后向东北方向移动并不断加强，04：00移出湖北。06：00低槽云系上有新的对流云团发展、加强，07：00—09：00、11：00—14：00分别有2个中β尺度对流云团自西向东移动，影响鄂北的随州，导致随州境内短时强降水的出现。雷达回波显示，此次强降水回波以积状云为主的混合型回波，且具有明显的列车效应，最大反射率达57dBz，回波顶高14～18km，最大垂直液态含水量35kg/m2，具有强对流和短时强降水发生的显著特征。

5 结论

（1）此次暴雨天气过程是在有利的高低空系统配置下发生的，属于比较典型的湖北省秋季9—10月暴雨天气形势。500hPa低槽，700hPa冷式切变线，850hPa暖式切变线，地面暖倒槽，为主要影响系统。地面东路冷空气入暖倒槽导致锋生触发上升运动，导致降水加强。

（2）此次暴雨出现在低层辐合、高层辐散，低层正涡度、高层负涡度和深厚上升区域中。暴雨发生过程中上升运动明显加强，上升运动最大值在500～600hPa，上升运动中心对应强降水中心。

（3）暴雨产生前期西太平洋副热带高压的稳定维持，为暴雨区水汽的聚集起到了十分重要的作用，而暴雨发生过程中低层急流的建立和加强，为暴雨的维持提供了充足的水汽。

（4）水汽通量辐合中心对暴雨的落区有很好的指示意义。此次暴雨天气过程中的水汽辐合主要集中在850hPa及以下各层，700hPa以上各层水汽辐合很弱或基本无水汽辐合。

参考文献

[1]赵思雄，陶祖玉，孙建华，等.长江流域梅雨锋暴雨机理的分析研究[M].北京：气象出版社，2004.

[2]周玉淑，邓国，黄仪虹.长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析[J].气象学报，2003，6.

[3]王西磊，吕淑芳，赵京峰，等.2009年5月9—10日山东大暴雨天气分析[J].暴雨灾害，2009，28（2）：173-178.

[4]崔讲学.湖北省天气预报手册-暴雨预报[M].北京：气象出版社，2011.

[5]丁一汇.暴雨与强对流天气发生条件的比较研究[J].大气科学，1981，5：388-397.

[6]史小康，李耀东，高守亭，等.一次江淮暴雨的数值模拟及暴雨落区的诊断分析[J].气象科学，2007，27（1）：26-36.