长沙望城一次大暴雨天气过程成因分析

章婉奇,申天瑶,张 宇

(1.长沙市望城区气象局，湖南 长沙 410203；2.长沙市气象局，湖南 长沙 410000；3长沙市望城区农业农村局，湖南 长沙 410203)

1 引言

全球气候变暖导致极端天气气候事件多发频发[1～3]，影响加重。根据2021年湖南省降水概况分析，当年湖南天气气候异常，降水分布极为不均，雨水集中期明显，全年出现两段雨水集中期。第一段雨水集中期共出现7次降水过程，全省平均雨量308.4 mm，偏多90.7%，为1961年以来历史同期最多。第二段雨水集中期强降雨过程持续时间长、影响范围广，暴雨强度达到“特强”级别。据国家气候中心研究，2020～2021年秋冬季曾出现拉尼娜事件，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，容易产生极端降水[4]，导致次生灾害频发，因此分析暴雨产生原因对未来的暴雨预报具有重要指导作用，大量研究结果表明，暴雨的发生与充分的水汽、较强的上升运动、地面辐合线、低空急流和地形等因素密切相关[5～15]。

据望城灾害风险数据统计，2021年望城共遭遇16次暴雨，1次冰雹，多次雷电大风强对流天气等气象灾害，对人民群众、农作物、林业、交通等构成巨大威胁。研究暴雨的成因对望城防灾减灾工作具有重要意义。本文着重分析长沙市望城区汛期以来最强的一次强降水过程，寻找暴雨预报的着眼点。

2 天气实况分析

2021年8月25日，望城出现今年以来最强的一次暴雨(图1)，望城有10个区域站达到大暴雨量级(图2)，最大降水量为靖港150.2 mm，最大1 h雨强为50.1 mm(图3)，降雨过程主要出现在25日02:00～07:00，从25日02:00开始，04:00加强，07:00减弱。强降水集中发生在望城北部，伴有短时强降水(靖港、丁字湾等站点1 h降水量超过20 mm)天气。

图1 望城区2021年8月24日08时到8月25日08时自动站累计雨量

图2 望城区2021年8月24日08时到8月25日08时自动站累计雨量前10名

图3 望城区2021年8月24日08时到8月25日08时丁字湾街道雨量时序

3 天气形势分析

3.1 高空环流形势分析

8月25日08:00，500 hPa中高纬为“两槽一脊”型环流，两个低槽分别位于新地岛西部至波罗的海以南与新西伯利亚群岛至我国河海一带。我国内蒙古至重庆一带受东北冷涡低槽影响；湖南省位于高空槽前。由图4分析高空形势，可以看出：高空槽东移，东北冷涡沿着低槽由山西东部东移至湖南西北部与湖北西南部交界处，副热带高压西伸至广西中部。高空槽东移，容易给中、高纬度地区造成阴雨和大风天气。移动过程中受高压所阻，高空槽将减速或停滞，可能造成持续性降水。这给此次暴雨的发生提供了充足的动力条件。

图4 望城区8月24日20：00高空500 hPa等高线

3.2 中低层环流形势分析

流场表示气流的流动方向，能反应大气的辐合辐散趋势。从 8月25日08:00中低空流场图(图5)分析来看，700 hPa、850 hPa、925 hPa切变线东移南压至安徽中部-湖南中北部一线，且位置基本重合；25日凌晨开始850 hPa西南急流不断加强，风速达14 m/s。强降水落区基本位于低空切变线和850 hPa急流出口区附近，与望城北部的强降水区域相对应。

图5 望城区8月25日08：00中低空流场

3.3 地面形势分析

从8月25日03:00地面形势(图6)分析，地面有弱冷空气渗透，长沙北部-益阳桃江地面存在辐合线触发对流能量，引发强降水。

图6 望城区8月25日03：00地面形势

4 物理环境条件分析

分析8月24日20:00的长沙站探空图(图7)：物理量指数CAPE值为0.2 J/kg,K指数为35.5 ℃，SI指数为1.06 ℃，CIN为242.5 J/kg，T850-T500=22.9 ℃。800～1000 m低层有逆温层，有一定的对流抑制有效位能，说明20:00时大气层结比较稳定；25日凌晨开始大气层结被地面辐合线扰动，不稳定能量爆发。温湿曲线显示整层大气湿度较大，为暴雨提供了充足的水汽供应。垂直风切变较弱，表明产生强对流天气类型可能为短时强降水。高空500～600 hPa为偏西风，风速为5～14 m/s，利于对流单体的向东移动。

图7 8月24日20时长沙站探空实况

5 雷达图分析

由整个降雨过程的雷达图可见，25日01:00开始益阳桃江至长沙北部一带有对流云团生成，并且西段益阳的降水云团持续不断发展东移。02:00西部益阳桃江不断生成多个单体回波，自西向东移动，回波中心强度强，单体回波最大反射率因子超过55 dBz，03:30分形成列车效应[12]影响宁乡、望城(图8)，望城北部有短时强降雨。04:00降水云团在东移过程中略向北移动，并且回波范围逐渐扩大变块状。05:00，益阳生成的单体回波仍向东略偏北移动，但进入宁乡东北部后有减弱趋势。07:00，长沙北部回波减弱，但益阳南部仍有中心回波强度达50 dBz以上的片状回波向东略北移动，同时在宁乡东部逐渐有降水云团生成，回波在东北移动过程中强度逐渐减弱。12:00之后回波明显减弱消散，本轮降水过程趋于结束。

图8 8月25日 03:30(0.5°仰角基本反射率)

对03:30分最强雷达回波作垂直剖面图(图9)，此轮降水影响望城北部的最大回波强度达到60 dBz，降水中心在2 km高度，低层反射率强降水回波有明显的列车效应，呈带状分布，50 dBz的强降水回波为低质心高效率降水回波。

6 地形分析

地形抬升对暴雨的形成十分重要[13～15]，陶诗言[15]认为地形的迎风坡具有的动力和屏障作用使得气流绕山流动和被迫爬升，在有利的大尺度环流背景下，地形抬升可作为不稳定能量释放的触发机制，形成中尺度暴雨。因此地形抬升作用是强降水短时临近预报需要着重考虑的因素。

此次强降水过程望城北部有10个区域站6 h降水超过100 mm，达到大暴雨量级。从望城区地图(图10)来看，望城北部山区、丘陵较多，桥驿镇又处于黑麋峰山前，特殊地形对西南气流起到抬升辐合效应。强降水发生时段，对流云团移动方向为西南东北向，环境风为偏西风，黑麋峰山脉西侧为迎风坡，强降水区在望城北部沿山地区稳定少动。25日3:30强降水回波移动到丁字湾、桥驿等地之后，从雷达剖面图(图9)可看出丁字湾、桥驿等地的降水回波从近地面延伸至6～7 km高度，对应了多地发生短时强降水，例如丁字湾03:00～04:001 h降雨量为50.1 mm，表明地形迎风坡前降水增幅明显，暴雨地形降水效应显著。

图9 8月25日 03:30(0.5°仰角基本反射率)

图10 望城区气象防灾减灾图

7 结语

此次大暴雨过程从8月25日凌晨开始，长沙北部-益阳桃江地面存在辐合线，辐合线不断向东北方向推进，对流单体2点在辐合线西段生成后沿着辐合线方向东移北上，积雨云带随之生成与发展，4点副高继续西伸北抬，使得雨带逐渐北抬至益阳从而望城的暴雨趋于结束。

分析此次暴雨过程，总结出3点成因：①在高空场出现高空槽东移，中纬度短波槽迅速发展,东北冷涡引导冷空气南下，低空西南气流加强输送的情况下，容易引发强降水，致灾风险大。②8月份正值盛夏，空气中存在较强不稳定能量，一旦被地面辐合线或者冷空气触发，强烈冷暖气流交汇，大面积灾害性暴雨就会形成。③山区地形导致的迎风坡气流抬升，更容易产生或增强局地降水的量级和范围，极易导致地质灾害。因此预报山区天气时，降雨量级应适当加强，提醒相关部门注意防范暴雨天气导致的滞后地质灾害。