一次湖南夏季暴雨的湿位涡分析＊

2019-09-21贾岸斌叶日新卢舟焦静

科技与创新 2019年17期

贾岸斌，叶日新，卢舟，焦静

一次湖南夏季暴雨的湿位涡分析＊

贾岸斌，叶日新，卢舟，焦静

（常德市气象局，湖南常德 415000）

利用美国国家环境预测中心模式再分析资料（NCEP/FNL），对湖南省一次夏季持续强降水过程做了湿位涡等物理量的诊断分析。分析发现，相当位温的水平梯度大值区与强降水落区对应一致，365 K等值线可作为湖南省夏季强降水的特征线。湿位涡2.0 PVU的对流层顶扰动示踪，在中低纬较少捕捉，但一旦强湿位涡区扫过，则意味着持续强降水的结束。700 hPa的湿位涡正压项1负值区反映对流不稳定，与强降水落区较为一致，可作为预报指标。斜压项2相对较小，其弱正值向负值过渡的区域有一定反映，但不如正压项对应明显。

强降水；相当位温；湿位涡；相当位温

暴雨洪涝和干旱灾害是影响中国最主要的气象灾害[1]，由于暴雨洪涝灾害造成的死亡人口和直接经济损失最多，而灾害的人口损失历来是社会和公众关注的焦点[2]，所以暴雨洪涝历来备受关注。湖南属洪涝灾害多发地，且损失也远高于全国平均水平，尤其当“四水”洪水与长江干流洪水相遇时，往往酿成特大洪涝灾害[3]。2017-06-22—07-02湖南省发生了大范围强降水过程，社会影响巨大。据湖南省防汛抗旱办公室通报，强降雨造成全省14个市州136个县市区1 722个乡镇1 160.41万人受灾、31个城镇受淹，因洪涝灾害死亡（失踪）50人，转移人口180.66万人，倒塌房屋6.06万间，直接经济损失487.95亿元[4]。

本文选取2017-06-22—07-02发生在湖南的一次持续强降水过程，通过对湿位涡的诊断分析，揭示湿位涡场时空分布特征与降水活动的关系，并期望通过对湿位涡的诊断来判断暴雨的落区和强度，为湖南暴雨预报提供有益的思路和方法，从而为科学决策提供依据，最大限度降低人民的生命财产损失。

1 资料和方法

1.1 资料

利用美国国家环境预测中心模式再分析资料（NCEP FNL），资料精度1°×1°经纬度网格，时间分辨率为6小时/次，具体时间段为北京时间2017-06-20T08：00—2017-07-02T20：00共计51个时次。湖南省中小尺度区域站小时降水量资料，时间段为2017-06-22T20：00—07-02T20：00。

1.2 湿位涡计算方法

湿位涡表达式：

2 降水实况

本次降水过程从2017-06-22T20：00—07-02T20：00，全省大部分地区累计降水量超100 mm，其中湘中及湘西南部分超过400 mm，如图1（d）所示。

过程大致分为三个阶段：第一个阶段06-23—06-25降水量集中在湘中及以北地区，如图1（a）所示；第二阶段06-26—06-28降水量雨带南压集中在湘中以南地区，如图1（b）所示；第三阶段06-29—07-02降水带在湘东北—湘西南一线，如图1（c）所示。全过程中，湘中地区受列车效应影响，累计降水量最大。

图1 湖南2017-06-23—07-02过程降水量（分阶段）累计图（日界CST20时，下同）

3 相当位温分析

2017-06-24T08：00，e的水平分布及沿湖南中部经线（111.7°E）的垂直剖面如图2所示。分析可知，代表冷暖气团交汇的e水平梯度大值区即等值线密集带与强降水区对应较好，365 K等e线可选取湖南省强降水特征线，而垂直剖面上则对应为e垂直递减率小值或近似零值区即e的均值区域，中上层尤其明显，依据倾斜涡度发展理论[15]等e面倾斜程度越大，气旋性涡度的增长越剧烈，反映暖湿气流的上升运动越强烈，越有利于暴雨的发生发展。另2个阶段也有一致对应关系（图略）。

图2 2017-06-24T08：00，850 hPa等压面θe水平分布及沿111.7°E的垂直剖面图

4 湿位涡分析

2017-06-20、2017-06-22、2017-06-25和2017-06-28T20：00，200 hPa等压面1水平分布如图3所示，图中填灰色部分为2.0 PVU和3.0 PVU等值线之间的区域，它近似表示对流层顶附近的扰动情况[15]。从图中可以看出，中高纬度扰动明显，新疆以北的巴湖地区有强湿位涡扰动源。过程前两阶段对流活跃，30°N以南地区对流层顶已经超过200 hPa，到第三阶段28日开始，随着高湿位涡扰动反映的高空冷空气扫过并移出湖南后，持续强降水过程才正式结束。这与胡伯威[16]指出的“强的扰动位涡源，在中高纬度比较容易找到，在纬度偏低的地区，例如夏季的江淮流域，此时此地对流层顶很高，比较难以影响到低层”比较一致。

注：2.0 PVU和3.0 PVU灰色填充。

同时期700 hPa湿位涡正压项1分布如图4所示，前期湘北地区为正1，随着22日湘北逐渐转为1<0对流不稳定地区，23日（图略）达到－1.5 PVU湘北出现了强降水过程。25日湘北转为正1中心，降水明显减弱，前方负值中心移动到湘南地区，随即开始了第二阶段湘南地区的强降水过程。28负值带位于湘东北及西南方向一线，湘西南及湘西北各有一中心，省内湘西南中心值较大达－1.5 MPV，与第三阶段该地区的强降水对应。总结可以发现中低层1的负值区域对应对流不稳定与强降水落区较为吻合。

图4 2017-06-20、2017-06-22、2017-06-25和2017-06-28T20：00，700 hPa等压面MPV1水平分布（单位：1 PVU）

湿位涡的斜压项2则分布相对零散，数值也小1个量级（图略）。分析降水时段2均值场（如图5所示），发现强降水带位于2弱正值向负值过渡的区域，体现风速垂直切变及暖湿气流的对降水的影响。结合文献资料来看，有研究人员提出2>0[17]或2正负中心低值过渡区[18]与强降水落区对应较好。

5 小结与展望

本文利用美国国家环境预测中心模式再分析资料，做了2017年一次湖南夏季暴雨的分析。分析发现：①代表冷暖气团交汇的e水平梯度大值区与强降水区对应较好，365 K等e线可选取湖南省强降水特征线。垂直剖面上e垂直递减率小值或近似零值区在中上层尤其明显，最易发生强降水。依据倾斜涡度发展理论等e面倾斜程度越大，气旋性涡度的增长越剧烈，反映暖湿气流的上升运动越强烈，越有利于暴雨的发生发展。②在200 hPa等压面上，通常示踪对流层顶附近扰动的湿位涡垂直分量2.0 PUV线，在中高纬度应用较好，在30°N以南的中低纬度并不常见，但一旦出现并扫过某地区后，意味着一次持续强降水过程的结束。③湿位涡正压项在700 hPa的负值区域，反映对流不稳定与强降水落区较为吻合，可以作为强降水落区的预报指标。斜压项则分布相对零散，弱正值向负值过渡的区域有一定反映，但不如正压项对应明显。