池州市一次汛期暴雨过程诊断分析

肖湛臻，周黄贞，田 慷，杨春雷*

(1.湖北省宜昌市气象局，湖北宜昌 443000；2.安徽省池州市气象局，安徽池州 247000)

汛期暴雨具有降水集中、强度大的特点，常常引起城市内涝、地质灾害等各类次生灾害，对人们生命财产造成极大威胁。为此许多气象工作者做了大量研究工作：陶诗言等[1]分析指出，夏季导致洪涝的持续性暴雨是西太平洋副热带高压、季风涌、冷空气以及青藏高原东传的短波槽共同作用的结果。江晓燕等[2]对一次梅雨锋暴雨的β中尺度对流系统发展机理的数值研究表明，β中尺度天气系统发展演变与中尺度低空辐合流场和高空辐散流场相伴随。尹洁等[3]研究指出，西南急流增强和干冷空气活动对暴雨有加强作用。郝莹等[4]对典型强降水的雷达特征进行分析，将强降水分为低质心和高质心结构，其中低质心降水占80%。吴照宪等[5]对2013年汛期皖南山区的一次强降水天气过程研究后，指出热带风暴对副高有顶托作用，激发暖湿气流的北抬，为强降水提供了充沛的水汽条件。

虽然对暴雨的研究成果颇多，但在实际业务中汛期暴雨依然是预报难点。为了提高对此类暴雨过程的认识，有必要对新近发生的暴雨过程进行深入研究，笔者拟对2015年7月22—25日出现在皖南沿江地区的一次大暴雨过程进行研究，分析大暴雨发生的环境条件和物理机制，以期为提高暴雨预报能力提供参考。

1 过程概况与特点

2015年7月22日20：00—25日20：00，除东至县中西部小片区域外，池州市普降大暴雨，全市共有111个雨量站降水超过100.0 mm，其中12个雨量站降水超过250.0 mm，最大降水出现在东至县泥溪乡河庙，为368.6 mm。

此次降水主要特点是降水时间长，强降水区较为集中。22日夜间至23日白天，暴雨站点主要出现在青阳县境内，最大累计雨量青阳乐园村为177.5 mm，最大小时雨强为75.5 mm。降水短暂停歇后，于23日夜间至24日白天达到最强，23日24：00雨带逐渐南压过江至池州市，全市自北向南出现暴雨到大暴雨，最大小时雨强为东至县河庙的96.6 mm；6 h降水最大为东至县马坑，达到198.1 mm。24日雨带继续南压，暴雨点仅出现在东至县境内，最大累计雨量为71.7 mm。

2 环流形势

2.1500hPa环流形势从图1可以看出，此次过程的主要影响系统有西太平洋副热带高压、内蒙低涡及其底部的高空槽和西太平洋上的热带气旋。受热带气旋的顶托影响，7月23日副高加强北抬，其脊线位于22°N附近，584 dagpm线位于安徽境内的长江北部。内蒙中部有低涡发展，其底部的低槽延伸至贵州中部，配合温度场来看，温度槽落后于高度槽，预示着高空槽将继续加深发展；由于副高加强，高空槽移动非常缓慢。到24日08：00，高空槽略有东移，584 dagpm线稍有南压，与长江基本重合。同时500 hPa上有冷空气南下，在皖南山区形成一个-4 ℃的冷堆。

2.2700和850hPa环流形势700 hPa山东北部到广西西南部的切变线稳定维持，引导低层系统沿切变线方向移动。由850 hPa形势(图2)可见，23日低涡中心位于湖北中部，逐渐向东北偏东方向移动，24日08：00移至六安市；低层西南气流逐渐增强，出现12 m/s的西南急流。

2.3海平面气压场从图3可看出，长江中下游沿江地区有低值系统自西向东移动，至24日08：00，低值系统移至滁州境内，池州市位于其西南部的低槽中。

图2 2015年7月23日20:00(a)和24日08:00(b)850 hPa欧洲中心流场Fig.2 850 hPa European center flow field at 20:00 on July 23(a) and 08:00 on July 24(b) in 2015

图3 2015年7月23日20:00(a)和24日08:00(b)海平面气压场Fig.3 Sea level pressure field at 20:00 on July 23(a) and 08:00 on July 24(b) in 2015

3 中尺度分析

利用23日20：00和24日08：00的探空资料和EC细网格资料进行中尺度分析，结果发现，23日20：00安庆站700 hPa温度露点差为12 ℃，有明显的干区，而低层湿度较大，850、925 hPa的比湿分别为15和17 g/kg。24日08:00，池州整层湿度都很大，700 hPa及以下各层的比湿均超过10 g/kg，且中低层均出现急流，500 hPa鄂东和皖西地区出现明显的干区，低层有温度槽出现，925和850 hPa的低涡中心位于淮南附近，切变线分别延伸至赣北和鄂东南地区，池州位于低涡切变线前部的高低空急流区中。

24日白天低涡逐渐东移，强降水趋于结束，但500 hPa形势未发生明显的变化，24日白天到25日池州仍有对流性天气出现。通过分析发现，整个降水时段高层有冷空气扩散南下，在低层切变线上不断有中尺度低涡系统激发生成，随即沿切变线向东北方向移动，在切变线及其东侧辐合明显，23日夜间低层气流逐渐增强，到24日08：00 925 hPa的急流正对东至和石台交界处，由于地形影响，该地区辐合上升运动更加明显，因此在该地区出现6 h 198.1 mm的降水。

4 物理量分析

4.1水汽条件研究表明，充足的水汽是产生暴雨的重要条件，但仅靠本地的水汽供应，是很难形成暴雨的，因此必须要有持续稳定的水汽输入，才能促使暴雨形成。此次暴雨过程湖南东部至江西一线有较强盛的西南气流维持，皖南地区850 hPa急流中心风速达16 m/s(图4a)，低空西南急流将水汽源源不断向长江中下游输送，为此次暴雨的产生提供水汽来源。24日02：00池州西南部的大气整层可降水量达到70 kg/m2(图5)，并一直维持到14：00，从而产生持续性降水。

水汽通量表示水汽输送的强度和方向，能很好地反映水汽输送情况[6]。从水汽通量场上来看，24日凌晨从江西北部至皖南地区一直有一条西南—东北走向的水汽输送带维持，其中心值达到20 g/(cm·hPa·s)(图4b)。然而从水汽通量的方向和数值，仅能了解暴雨过程的水汽来源和强度。至于暴雨究竟出现在何处，雨量有多大，则与水汽通量散度的关系更为密切。通过水汽通量散度的时间垂直剖面图(图6)发现，23日23:00水汽通量散度开始增大，24日08：00增至最大，在1 000～925 hPa达到-16×10-7g/(hPa·cm2·s)，随后逐渐减弱，至17:00水汽辐合逐渐消散。

4.2热力条件假相当位温(θse)是综合表征大气温度、湿度的物理量，能反映大气中湿斜压能量的分布。23日20：00其高值区分布在长江以南，24日02：00大于350 K的高值区西移北抬(图7a)，至24日08：00高值区一直呈条状分布在长江中下游。从垂直分布图上(图7b)可以看到，24日02：00等θse密集带位于30°N，即池州附近。等θse线密集带的南部低层θse值较高，是暖湿空气位势不稳定区，有能量聚集，而在密集带北侧则为低值区，为偏北干冷气流，有阻挡暖湿气流向北部扩散、使低层辐合加强的作用。在垂直方向上对流层低层θse随高度的升高而降低，也反映了该处大气层结不稳定性。

图4 2015年7月24日02:00(a)和08:00(b) 850 hPa水汽通量场和风场叠加[单位:g/(cm· hPa·s)]Fig.4 850 hPa water vapor flux field and wind field superposition at 02:00 (a) and 08:00 (b) on July 24, 2015

图5 2015年7月24日02：00大气整层可降水量(单位：kg/m2)Fig.5 Probable precipitation of the atmosphere whole layer at 02:00 on July 24,2015

图6 2015年7月23—24日117°E、30°N水汽通量散度时间垂直剖面[单位:×10-7g/( hPa·cm2·s)]Fig.6 Time vertical profile of 117°E, 30°N water vapor flux divergence time from July 23 to 24, 2015

通过温度平流可以了解冷暖空气的交汇情况，并能分析出冷空气的侵入路径。24日02：00 700 hPa皖北和江苏均为冷平流中心，中心强度达-10×10-3K/s(图8a)，说明西北和东北方向都有冷空气侵入。从垂直分布图上看(图8b)，23日下午开始850 hPa以下均受暖平流控制，925 hPa中心值达12×10-3K/s。24日02:00开始，700 hPa逐渐转受冷平流控制，08:00 500 hPa以上也出现冷平流中心，达-3×10-3K/s，再次证明此次暴雨过程在700 hPa以上有弱冷空气侵入，这种高层冷平流、低层暖平流的天气形势有利于对流的发生发展。

4.3动力条件暴雨的产生除了需要充足的水汽供应外，还需要动力条件来维持对流云团的发展，表征动力条件好坏的物理量有散度和垂直速度等[7]。分析散度场的时间垂直剖面(图9a)发现,23日14:00—24日20：00池州地区850 hPa以下始终存在辐合；随着低涡的东移，辐合中心逐渐增强，于24日08：00达-8×10-5s-1，但辐合中心一直较低，维持在900 hPa附近。由垂直速度的时间剖面(图9b)可知，24日02:00前池州市高空受下沉气流控制，之后上升运动逐渐增强，至24日08:00，除500～700 hPa还有弱下沉运动外，1 000 hPa以上几乎都为上升运动区，垂直速度的中心位于850 hPa，约为-1.5 Pa/s。综上所述，池州市上空700～500 hPa有下沉辐散运动，说明该区域可能有冷空气活动，这也与上一节温度平流分析中得出的中高层有弱冷空气侵入的结论相互验证。

图7 2015年7月24日02:00假相当位温(a)及沿117°E的假相当位温垂直剖面(b)(单位：K)Fig.7 False equivalent temperature (a) and along the 117 °E false equivalent temperature vertical profile (b) at 02:00 on July 24,2015

图8 2015年7月24日02：00温度平流(a)及沿117°E的温度平流时间垂直剖面(b)(单位：×10-3K/s)Fig.8 Temperature advection (a) and 117°E temperature advection time vertical profile (b) at 02:00 on July 24,2015

图9 2015年7月23—25日沿117°E、30°N的散度(a,10-5s-1)和垂直速度(b, Pa/s)时间垂直剖面Fig.9 Vertical profile of the divergence (a, 10-5s-1) and vertical velocity (b, Pa/s) along 117°E, 30°N from July 23 to 25, 2015

5 星云图特征分析

红外云图(图10a)显示，我国中东部地区的云带整体呈东北—西南走向，在长江中下游地区有发展旺盛的中尺度对流云团覆盖，在长江以南多分散中小尺度对流单体。通过云顶亮温可以判断，长江中下游地区中尺度对流云团的西南部发展更为旺盛，云顶亮温达到199 K，发展最旺盛处恰好位于池州上空。

水汽云图(图10b)显示，西北太平洋在副高的控制下，表现为大范围的暗区；长江中下游地区中尺度对流云团的水汽含量充沛，且伴随强烈的上升运动，在云图上表现为高白亮区，云顶亮温达到197 K；在对流云团的西侧也存在明显的暗区，说明对流云团西侧的水汽梯度明显。

图10 2015年7月24日02：00红外云图(a)和水汽云图(b)Fig.10 Infrared cloud map (a) and water vapor cloud map (b) at 02:00 on July 24,2015

6 雷达特征分析

由雷达基本反射率(图11a)可知，24日00:45左右，强回波主体已进入池州境内，其强度达到50 dBz，呈东北—西南带状分布，并向东移动，形成“列车效应”。

径向速度图(图11b)显示，皖南整体以西南气流为主，在2 km高度西南气流径向速度已超过15 m/s，达到低空急流标准；零径向速度线呈“S”型，说明低空有较强的暖平流；流入和流出2个强风速区呈不对称分布，说明在700 hPa上西南气流存在气旋式旋转。此外在池州西北部存在一个中气旋，其位置与反射率图上强回波的位置基本一致，这也是造成局地强降水的原因之一。

注：a.24日00:45基本反射率；b.24日00:45径向速度；c.23日23:30垂直积分液态含水量；d.24日00:45基本反射率垂直剖面Note:a.Basic reflectivity at 00:45 on July 24;b.Radial speed at 00:45 on July 24;c.Vertical integral liquid water content at 23:30 on July 23;d.Basic reflectance vertical profile at 00:45 on July 24图11 2015年7月23—24日雷达回波Fig.11 Radar echoes from July 23 to 24,2015

此次过程最大的特点是降水强度大，从垂直积分液态含水量(图11c)可以看出，23日23：30有一条中α尺度的雨带位于池州市沿江地区，其平均液态含水量超过15 kg/m2，中心最大液态含水量达28 kg/m2。

沿雨带的纵向对雷达基本反射率做垂直剖面(图11d)，发现40 dBz以上的强回波基本位于5 km以下，回波中心超过60 dBz，均位于1 500 gpm以下，回波呈现短时强降水典型的“低质心”特点。

7 地形影响

暴雨虽然是在一定的天气形势下产生的，但地形对暴雨的强度以及落区等都有不可忽视的作用。同样的天气形势下，迎风坡的降水要比其他地区大。地形对降水的动力作用主要表现为：地形的强迫抬升；地形使系统性的风向发生改变，从而在某些地方产生地形辐合或辐散[8]。

由池州市地形图(图12)可以看出，池州市东南部是以九华山、牯牛降为主体的山区，中部为连绵起伏的丘陵区，北部沿江地区为洲圩区，地势低平。对比雨量和地形叠加图(图13)可知，此次暴雨过程的强降水区主要集中在池州市南部，上述区域恰好是池州的山区及丘陵地区，与强降水落区吻合，而且南部地区迎风坡降水普遍大于背风坡，可见地形对降水有增幅作用。

图12 池州市地形(单位：m)Fig.12 Chizhou topography

注：黑色数值为7月22—25日雨量(mm)；填色区域为海拔(m)Note:The black value is the rainfall (mm) on July 22-25;the color fill area is the altitude (m)图13 池州市雨量与地形叠加Fig.13 Rainfall and terrain overlay of Chizhou City

8 结论

(1)此次大暴雨天气是发生在大陆高压和西太平洋副热带高压之间的低槽前部，中高层有弱冷空气侵入，低层切变线附近激发出多个中尺度低涡系统，并有规则地向东北方向移动，在其附近造成了强降水。

(2)强降水区出现在低层急流轴的左前方，低层水汽接近饱和，中高层有弱冷空气侵入，水汽、热力、动力等物理量与降水的强度变化和落区有较好的对应关系，低层暖平流、高层冷平流的上下层配置，以及低层辐合、高层辐散的耦合机制有利于暴雨的发展。

(3)雷达图上有一条中α尺度雨带东移影响池州，形成“列车效应”。强回波区位于5 km及以下，呈现短时强降水典型的“低质心”特点。

(4)池州市南部的强降水时段，低空急流出口正对强降水区；对比池州地形与雨量叠加图发现强降水区与山区吻合，且迎风坡降水大于背风坡，说明地形对强降水有一定的贡献。