宜昌市致洪中尺度极端降水成因分析

摘要：

极端降水对河流防洪调控、水库蓄水泄洪等具有重要的影响，研究极端降水成因成为强化区域洪水资源管理的必要环节。基于多源观测资料和ERA5再分析资料，利用HYSPLIT 后向轨迹模式和锋生强度诊断等方法，对2023年8月26日夜间宜昌市致洪中尺度极端降水成因进行分析。结果表明：① 此次极端降水过程关键影响系统为低空急流、超低空急流、边界层冷空气和中尺度低涡。强降水可以分为中尺度低涡新生、低空急流发展，冷暖对峙、冷锋南下，低涡中心东移3个阶段。② 此次过程中低层主要有4条暖湿输送通道，强降水区水汽通量超800 kg/（m·s），可降水量超70" mm。③ 强降水时段低层相对涡度正值中心与垂直速度负值中心基本重合，加之锋生作用增强，强降水中心低层垂直速度达-7.1 Pa/s。④ 强降水时段，地形过渡带附近形成θse（假相当位温）能量锋区，垂直方向上出现高能舌，800 hPa附近中心强度达360 K以上。⑤ 中尺度地形形成了“西北冷干、东南暖湿”中尺度温湿锋区，并起到了阻挡抬升和触发作用，使强降水出现在山前喇叭口内。研究成果可为汛期区域洪水资源管理策略制定提供依据。

关" 键" 词：

极端降水； 超低空急流； 边界层冷空气； 中尺度锋区； 地形作用； HYSPLIT后向轨迹模式； 宜昌市

中图法分类号： P426.6

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.07.012

收稿日期：

2024-01-18

；接受日期：

2024-05-05

基金项目：

湖北省自然科学基金项目（2023AFD106）；三峡局地气候监测项目（SK2023019）；湖北省气象局科技发展基金项目（2023Y13）

作者简介：

成" 勤，女，高级工程师，硕士，主要从事气象灾害预报预警及其影响评价工作。E-mail：550992002@qq.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章编号：1001-4179（2024） 07-0088-10

引用本文：

成勤，王清龙，孟芳，等.

宜昌市致洪中尺度极端降水成因分析

［J］.人民长江，2024，55（7）：88-97.

0" 引 言

全球气候变暖引起全球水循环过程加剧，加快全球降水量再分配［1］，不仅导致季风区极端降水显著增强［2］，而且极端降水增加的速度整体快于平均降水，导致降水的年内变率增加，从而给区域水资源管理带来挑战［3］。极端降水容易在短时间内形成洪水，是引发山洪、泥石流等灾害的重要因素，也是影响洪峰的关键因素，最大1 h降水对洪峰流量的贡献率达40%以上［4］。中国极端降水事件的频率和强度均呈增加趋势，但区域差异显著，其中长江中下游地区极端降水有增加趋势，主要表现在降水量、降水强度和持续时间的增加3个方面［5］。

充沛的水汽和天气系统是造成极端降水不可缺少的条件［6-7］。长江中下游地区极端降水常常与西南通道（南亚季风）、南海通道（南海季风）和东南通道（东南季风）水汽异常偏多有关［6-7］。长江中下游地区形成极端降水的天气系统有高空槽、低涡、切变线、低空急流等［8-9］。中尺度对流系统（MCS）往往是极端强降水的直接制造者［10］，其组织和结构演变、移动以及传播特征是能否形成极端性降水的核心问题［11］。低空急流与MCS的触发和演变关系密切［12］，低空西南暖湿气流加强和西南急流脉动，有利于暴雨增强和发展。中尺度超低空急流将低层的暖湿空气向MCS 发生区域输送，与冷池出流共同作用，进一步加强低层辐合，有利于强降水的维持和增强［13-14］。在MCS 的发生、发展过程中，复杂地形起到触发或增强作用，影响着降水的分布和强度［15］，造成极端强降水［11，15-16］。

2023年8月26日夜间发生了大暴雨至特大暴雨，造成长江多条支流出现洪峰。不同于梅汛期典型暴雨过程［17］，此次降水过程对应的天气尺度系统较弱，且受地形影响显著，预报难度大。本文将从天气系统演变、关键物理量特征和地形作用3个方面来分析此次致洪中尺度极端降水的成因，以期提高极端降水中短期预报的准确率和提前量，以便及时采取有效应对措施。

1" 资料与方法

1.1" 研究区域概况

宜昌市为三峡大坝、葛洲坝等国家重要战略设施所在地，被誉为“世界水电之都”，也是长江中下游地区的生态环境屏障，对于长江经济带建设和长江大保护具有重要的作用。宜昌市地处长江上游与中游的结合部、鄂西秦巴山脉和武陵山脉向江汉平原过渡的地带，地形复杂，高低相差悬殊，地势自西北向东南倾斜，形成了“喇叭口”地形（图1）。境内河网密布，均属长江流域，包括长江上游干流水系、长江中游水系、清江水系、澧水水系等。除长江、清江干流外，集雨面积在30 km2以上的境内河流有164条，占境内集雨面积的91.5%，河网密度为0.24 km/km2。由于独特的地形地貌特征，宜昌地区强降水局地性和突发性强、活动规律多变、成因复杂、次生衍生灾害风险高［18-20］，给水资源科学调度和防洪抗灾增加了难度。

1.2" 数据来源

本文使用的资料包括：① 2023年8月26日08：00至27日20：00（北京时，下同）欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF） ERA5 再分析资料，水平空间分辨率为0.25°× 0.25°，时间分辨率为1 h，变量包括位势高度、温度、比湿、水平风场、相对涡度、散度、水汽通量等［21］，并由温度、比湿计算假相当位温（θse），用于分析中尺度系统及动力、热力条件演变。② 2023年6月27 日08：00、20：00宜昌站探空资料，用于分析宜昌市上空大气环境条件变化。③ 宜昌市逐小时自动气象站资料，包括小时降水量、气温、露点等，气象站点分布如图1所示。④ 由全球定位系统GPS信号和地面气压、气温计算的垂直积分水汽总量，又称可降水量（precipitable water vapor，PWV），结合水汽散度等物理量，用于分析强上升、辐合运动以及水汽输送情况［22］。⑤ 美国国家环境预报中心全球资料同化系统GDAS分析场资料，来源于美国国家海洋和大气管理局，时间精度为1 h，水平分辨率为1°×1°，垂直方向21 层，包括位势高度、温度、风、比湿等要素，用于分析气流运动轨迹。

1.3" 研究方法

将600～900 hPa上大于12 m/s的风视为低空急流，将900 hPa以下大于12 m/s的风视为边界层急流［23］。

HYSPLIT是一种研究大气传输和扩散的模式，采用拉格朗日方法，利用移动的参考系对扩散等过程进行计算［24］，可以确定气团的来源。利用HYSPLIT 后向轨迹模式分别对“喇叭口”内宜昌站（30.71°N，111.3°E）上空500，1 000 m和1 500 m处的气团进行后向轨迹模拟，来反映水汽的输送路径。考虑到偏东气流建立和西南气流加强的时间，每条轨迹模拟时长设置为12 h，时间分辨率为1 h。

锋生强度可以通过锋生函数进行定量的诊断分析，锋生函数［25-26］可以表示为

F=ddt

SymbolQC@ θ=F1+F2+F3+F4

（1）

式中：F为锋生函数，t为时间，θ为位温。右端4个强迫项F1、F2、F3、F4分别为非绝热加热项、散度项、变形项和倾斜项，表达式分别为

F1=1

SymbolQC@ θ

SymbolQC@ θ·

SymbolQC@ dθdt

（2）

F2=-12

SymbolQC@ θθx2+θy2θx+θy

（3）

F3=-1

SymbolQC@ θ12θx2-θy2·ux-vy+

θxθyvx+uy

（4）

F4=-1

SymbolQC@ θθpθxωx+θyωy

（5）

当F＞0时，对应锋生，F＜0时，对应锋消。

2" 雨情及水情

2023年8月26日夜间250 mm以上的强降水区主要位于宜昌市南部的五峰土家族自治县（以下简称五峰）和宜昌市中部地形过渡带上（图2）。本次降水时间集中、降水强度大、累计雨量大，形成了一次极端暴雨事件。8月26日20：00至8月27日08：00，宜昌市境内共近1/3站点累计雨量大于100 mm，最大累计雨量达312.3 mm。最强降水时段为26日23：00至27日08：00，最大小时雨量达81.8 mm，王家畈、枫香坪、仁和坪、大栗树站累计雨量近300 mm，均突破各自建站以来日雨量极值。极端降水造成黄柏河、渔洋河等出现洪峰，渔洋河水位超历史实测最高水位0.2 m；全市28条中小河流均出现涨水过程，多条河流出现超警戒水位，最大涨幅5.13 m，最大超警戒水位1.44 m；多个水库先后泄洪；全市约11万人受灾，部分乡镇严重内涝。

3" 天气系统及环境场特征

3.1" 天气系统演变

2023年8月26日200 hPa南亚高压东伸，湖北省位于南亚高压东部，为偏西气流和偏北气流的分流区，为暴雨的发生提供了良好的高空辐散条件。500 hPa欧亚高纬地区维持典型的两槽一脊，中高纬以西风为主，配合着中国东北的低涡转动，引导东路冷空气南下。中纬度高原槽在陕西—四川上空维持，槽前小波动北收东移，引导中路冷空气南下。中低层700～925 hPa西南涡发展东移，低涡前部偏南暖湿气流发展，与华北高压底部的湿润偏东急流在鄂西交汇，为强降水区提供源源不断的水汽。同时地面上四川至湖北省西部存在暖低压带，形成西南—东北向的暖倒槽。26日夜间，随着低涡东移和冷锋缓慢南压，宜昌市南部发生极端强降水，根据影响系统不同，强降水可以分为3个阶段：中尺度低涡新生、低空急流发展，冷暖对峙、冷锋南下，低涡中心东移。

3.1.1" 低空急流发展阶段

2023年8月26日23：00前后500 hPa川东大槽加深，槽前环流平直，引导气流变弱（图3（a））。中低层西南涡缓慢东移，涡后北风与暖湿气流共同作用［27］，在西南涡东侧切变线上激发出新的β-中尺度低涡，中心位置位于恩施北部（图3（b）、（c））。宜昌市中低层暖湿气流增强，850 hPa东南风达到12 m/s，925 hPa东风达到8 m/s，低层垂直风切变增大。

2023年8月26日23：00至27日02：00，地面气压进一步降低，有利于低层南风气流加强。低涡前侧700 hPa西南风达到14 m/s，850 hPa南风急流达14 m/s，925 hPa形成超低空急流，偏东风达12 m/s。急流与中尺度低涡产生正反馈［8，16］，二者强度明显增强。中低层垂直风切变增大，风场随高度顺时针旋转，更有利于暖湿空气的输送［28］。在急流顶端水汽和动力条件好，五峰东部至宜都中南部有多个对流单体活动，对流中心雷达组合反射率为45～55 dBZ（图3（d）），造成上述地区3 h 50～90 mm降水，最大小时雨量为64 mm。

3.1.2" 冷锋南下阶段

2023年8月27日02：00前后500 hPa主槽位置稳定，高空槽前有小波动东移，引导冷空气南压。低涡北侧冷空气与强盛暖湿气流交汇，形成西南东北向辐合线，925 hPa辐合线自长阳东部，经宜昌城区、夷陵区延伸至远安一带（图3（e）、（f）），27日05：00前后中尺度低涡中心由恩施东移至五峰中南部，925 hPa辐合线移至五峰东部—宜都南部—枝江（图3（g）、（h）），造成五峰中西部、长阳东部、夷陵区北部、远安等辐合线以北地区20～40 mm降水。辐合线以南的“喇叭口”内低层气流偏东分量加大，呈逆时针流动，与“喇叭口”北端的北风对峙，旋转性增强，造成多个对流系统沿五峰东部—宜都中南部—枝江西部—宜昌城区—夷陵区中西部移动，产生列车效应［11］（图3（i）），累计雨量大。27日02：00～06：00上述地区4 h累计雨量达100 mm以上，其中宜都位于低涡前部和南风急流顶端，出现150 mm以上降水，最大小时雨量为77 mm。

3.1.3" 低涡中心东移阶段

2023年8月27日06：00～08：00时700 hPa暖切北段形成闭合低涡环流，向东北移动，低层北风增大。宜昌市南部位于低空急流和超低空急流顶端，850 hPa

的低涡中心辐合增强，水汽输送及辐合条件好［27-28］（图3（j）、（k））。强对流区主要在五峰东部至宜都南部的低涡中心附近和西侧的冷切上，对流中心雷达组合反射率为45～55 dBZ（图3（1）），降水效率高，2 h累计雨量50～100 mm，局部达160 mm，五峰枫香坪站1 h滑动雨量达103 mm。27日08：00 500 hPa槽前南风减小，700 hPa转为西风，850 hPa中尺度低涡东移至宜昌市东南部，地面受锋后冷气团控制，宜昌市大部降水减弱。

3.2" 环境场演变特征

2023年8月26日08：00宜昌站850 hPa以下为东南风，850 hPa露点和比湿分别为17.7 ℃和14.96 g/kg，850 hPa以上为西南风，其中700 hPa风速达12 m/s，露点和比湿分别为10.4 ℃和11.29 g/kg，K指数达38.7 ℃，湿层厚度达9.5 km，本地水汽和水汽输送条件均较好。不稳定和能量条件较差，沙氏指数SI为-0.19，对流有效位能CAPE为179.25 J/kg。

随着暖湿气流持续增强，8月26日20：00（图4）能量条件和不稳定条件转好，CAPE增长至485.23 J/kg，呈“细长型”分布特征，SI为-0.99，最有利抬升指数BLI为-2.3，有利于强降水发生［24］。水汽条件进一步转好，暖湿气流维持，湿层厚度增至1.2 km，其中暖云层厚度达4.83 km，抬升凝结高度仅295 m，K指数达40.6 ℃。垂直风切变增强，尤其是0～3 km垂直风切变SHR3为11.2 m/s，有利于低层水汽向上传输和系统组织化发展。26日夜间随着暖湿气流发展和低涡系统东移，水汽和动力条件还将进一步转好，有利于极端降水发生。

上述分析表明，此次极端降水过程，高空槽位置稳定，槽前有弱波动东移，宜昌地区位于高空槽下游偏东的位置，其影响系统尺度与强度均不及典型的天气尺度系统［16］，低空急流、超低空急流和中尺度低涡等是强降水的关键影响系统，中尺度地形起到了阻挡抬升的作用，并与急流综合作用［29］，使强降水出现在山前“喇叭口”内，以下将重点诊断产生极端降水的水汽、动力、热力条件，详细讨论地形对降水的作用。

4" 降水关键物理量特征

4.1" 水汽条件

4.1.1" 水汽路径

降水系统水汽来源与对流层低层系统密切相关［23，29］，由2023年8月27日04：00宜昌市上空500～3 000 m高度12 h后向气流轨迹（图5）可知，本次极端降水有4个方向的重要水汽输送路径。500 m高度处为东风气流，自荆门经当阳流入；1 000 m高度处为东南气流，自荆门或荆州经枝江绕流进入“喇叭口”内；1 500 m高度处南风气流转为东南气流；3 000 m高度处为强盛西南气流，风速最大、轨迹最长，起点位于贵州省东部。从边界层到对流层中低层，风向顺转，有利于暖湿气流的水平和垂直输送［28］。27日04：00湖南省北部至湖北省中部整层水汽通量达700 kg/（m·s）以上，其中宜昌市南部至东部整层水汽通量达800 kg/（m·s）以上。

4.1.2" 可降水量

从2023年8月26日23：00至27日08：00整层可降水量（图6）演变可知，湖南省北部至湖北省中部有西南—东北向可降水量大值区维持，宜昌市大部地区可降水量为60 mm以上，“喇叭口”内可降水量维持在70 mm以上。结合水汽通量散度和850 hPa流场可知，水汽辐合中心与低涡切变系统基本重合，可降水量大值区位于水汽辐合中心东南侧。03：00～05：00南北风对峙，以辐合线为分界线，两侧可降水量梯度加大，西北侧可降水量降至50～60 mm，东南侧水汽辐合增强，水汽通量散度达-0.007 kg/（m2·s），可降水量维持在70 mm以上，其中04：00宜昌站可降水量达82 mm，有利于强降水发生。

4.2" 动力条件

4.2.1" 辐合抬升作用

高层辐散有利于低层低值系统发展，低层强烈的上升运动为水汽和能量输送提供动力条件［30］。从200 hPa散度来看，对流层上层有辐散运动，2023年8月26日夜间辐散中心位于宜昌地区，有利于低层上升运动发展。从26日23：00至27日08：00 850 hPa的相对涡度、垂直速度和流场分布上可以看出，对流层低层上升运动强烈。其中26日23：00前后正涡度中心与负速度中心在宜昌市中部形成，正涡度中心与负速度中心基本重合，主要位于中尺度低涡中心和切变线上；27日03：00～05：00，垂直上升运动增强，大值中心缓慢东移南压；27日05：00前后宜昌市东南部上升运动最强，相对涡度达8.2×10-4 s-1，垂直速度达-7.1 Pa/s。

从8月26日20：00至27日20：00强降水中心单点（30.169°N，111.299°E）相对涡度、垂直速度和水平风场时间序列（图7）可以看出，26日23：00至27日04：00，强降水中心正涡度区和负速度区主要集中在800 hPa以下的对流层低层，相对涡度为2×10-4s-1，垂直速度为-1.2～-0.6 Pa/s。27日04：00～08：00，随着低涡中心东移过境，相对涡度陡增，正涡度区呈倾斜结构，自地面伸展至400 hPa附近，大值中心位于850 hPa附近，中心值达6×10-4 s-1。负速度区与正涡度区重叠度高，上升速度大值中心位于700～850 hPa，中心值达-4.8 Pa/s，上升运动剧烈且深厚，为强降水发生提供了必要的动力条件。

4.2.2" 锋生作用

探空和地面监测数据显示，2023年8月26日白天甘肃—河南一带存在高空锋区，700 hPa和850 hPa锋区两侧武都站和四川达川站温差分别为7℃和4℃，地面上四川至湖北省西部的暖低压带向东发展，形成西南—东北向的暖倒槽。26日夜间，冷空气进一步南下，锋区两侧温度梯度增大，地面冷锋入暖倒槽。由850 hPa锋生函数F分析结果（图8）来看，26日23：00起北风增大，锋生作用明显，27日02：00～07：00锋生

作用进一步增强，形成南北向大值区并缓慢东移，中东部的触发和抬升作用进一步增强［26］。

4.3" 不稳定条件

假相当位温（θse）是综合表征大气温度、湿度和压力的物理量，能反映大气能量的分布，其水平和垂直分布变化与对流系统的触发和发展关系密切［27］。2023年8月26日夜间受暖湿气流发展影响，能量和热力条件转好，“喇叭口”内边界层θse维持在350 K以上，在地形过渡带附近形成θse能量锋区。随着宜昌市东部边界层偏东急流建立和西北部冷空气南下，南北θse梯度增大，锋区增强，潜在对流不稳定增强［31］，有利于强对流触发和降水增强。从强降水中心单点（30.169°N，111.299°E）时间剖面图（图9）可以看出，26日夜间垂直方向上对流层中下层整体处于对流不稳定状态，随着暖湿气流增强，低层大气不稳定能量持续积聚，垂直方向上形成高能舌，向上伸展至800 hPa以上，中心强度达360 K以上，并在800～950 hPa附近形成垂直能量锋区，具有较大的垂直不稳定。

5" 地形对降水的作用

5.1" 中尺度锋区触发作用

边界层和对流层低层暖湿气流在向西和向北输送的过程中，被山地阻挡上升，使得暖湿空气在山前堆积，山前假相当位温增大，有利于强降水的形成［29］。地面测站显示2023年8月26日20：00前后，宜昌市中东部地面温度维持在25～27 ℃，与西部、北部山区温差在3～4 ℃，沿地形边界形成温度梯度区。西部山区与中东部露点温度等值线密集，西北部山区露点温度为20 ℃，中东部露点温度为24～25 ℃，局部达26 ℃以上。夜间暖湿输送加强，扰动温度梯度增大。“西北冷干、东南暖湿”的中尺度温度和湿度锋区不断加强，有利于加强暖空气一侧的上升运动和冷空气一侧的下沉运动，有利于对流触发［32］。

5.2" 强迫抬升作用

图10为2023年8月27日03：00 850 hPa和925 hPa风场。从图中可以看出，925 hPa “喇叭口”东部以

东南风为主，枝江南部风速达12 m/s，受到地形阻滞和爬升作用［29］影响，向南绕流形成气旋性切变，风速减小；当阳以北以东北风为主，风速约9 m/s；夷陵区北部为弱北风，风速约1.5 m/s。三支气流在夷陵区西南部、市城区西部汇合，形成逆时针旋转曲率。850 hPa风向和风速辐合情况与此类似。

沿图10中“喇叭口”内A（31.103°N，110.889°E）、B（30.606°N，111.454°E）两点作风场、垂直速度和相对涡度垂直剖面，结果如图11所示。垂直方向上，925" hPa急流出口区与850" hPa急流左侧正涡度区相重合，这种较为深厚的中低层辐合配置使得上升运动显著增强［30］。地形阻挡和急流出口区辐合的共同作用，使得辐合层由近地面发展至4 km以上，山前水平相对涡度中心超过6×10-4 s-1，上升运动进一步发展至对流层上层，上升运动大值区在2.5 km附近，强度达-6.4 Pa/s，造成更多水汽凝结。风场随高度顺时针旋转，更有利于暖湿空气的输送［16］，超低空偏东风急流的建立和增强有利于边界层垂直风切变增强，促进水平涡度向垂直涡度转换，进而与风速水平切变造成的垂直涡度叠加［33］，造成强降水长时间维持。

6" 结 论

2023年8月26日夜间宜昌市南部出现一次致洪中尺度极端降水事件，造成多条中小河流出现洪峰、多个中小型水库紧急泄洪。本文对造成极端降水的天气系统和关键物理量进行分析，并讨论地形对降水的作用，得出如下结论：

（1） 本次极端降水过程的关键影响系统为低空急流、超低空急流、边界层冷空气和中尺度低涡。其中五峰东部至宜都南部位于低涡移动前侧和低空急流顶端，12 h累计降水量在300 mm以上。

（2） 引入HYSPLIT 后向轨迹模式，结合水汽通量和整层可降水量数据，诊断水汽条件。发现本次极端强降水中低层主要有偏东、东南、偏南、西南4个方向的水汽输送路径，自低到高呈顺时针旋转，有利于暖湿气流的输送和强降水维持，强降水区整层水汽通量达800 kg/（m·s）以上，可降水量维持在70 mm以上。

（3） 通过锋生函数、对流层上层散度和中低层涡度及垂直速度等物理量分布，诊断动力条件。发现强降水时段对流层上层辐散，低层正涡度中心与负速度中心基本重合，加之强锋生作用，垂直上升运动强。8月27日05：00前后强降水区相对涡度达8.2×10-4 s-1，垂直速度达-7.1 Pa/s。

（4） 通过假相当位温分布和变化来诊断不稳定条件，发现8月26日夜间能量和热力条件较好，地形过渡带附近形成θse水平能量锋区，垂直方向上形成高能舌，向上伸展至800 hPa以上，中心强度达360 K以上。随着宜昌市东部边界层偏东急流建立和西北部冷空气南下，南北θse梯度增大，锋区增强，潜在对流不稳定增强。

（5） 中尺度地形起到了阻挡作用，并与急流综合作用，山前气流堆积抬升，造成较为深厚的辐合抬升运动，形成“西北冷干、东南暖湿”中尺度温湿锋区，有利于对流触发，并沿地形过渡带形成列车效应，使强降水出现在山前“喇叭口”内。鄂西地区中小尺度地形与降水的作用仍有很多未知之处，需要借助现代数值模拟和遥感技术深入研究，完善现有概念模型，强化对极端降水前兆信号的追溯，延长降水的预报时效，从而预留出更多的水利调度和防灾减灾时间。

参考文献：

［1］" 孔锋，史培军，方建，等.全球变化背景下极端降水时空格局变化及其影响因素研究进展和展望［J］.灾害学，2017，32（2）：165-174.

［2］" ZHANG W，ZHOU T.Significant increases in extreme precipitation and the associations with global warming over the global land monsoon regions［J］.Journal of Climate，2019，32（24）：8456-8488.

［3］" MASSON-DELMOTTE V，ZHAI P，PIRANI A，et al.Climate change 2021：the physical science basis［M］.London：Cambridge University Press，2021.

［4］" 杨悦莹，朱志华，蔡宴朋，等.城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应［J］.水资源保护，2021，37（6）：27-33，66.

［5］" 江洁，周天军，张文霞.近60年来中国主要流域极端降水演变特征［J］.大气科学，2022，46（3）：707-724.

［6］" 张辛，张凌云.我国极端降水时空分布及大气环流背景研究进展［J］.气象研究与应用，2023，44（4）：70-77.

［7］" 张乐英，邢雯慧，侯书秀，等.CMIP6 模式碳中和时期长江流域降水变化及成因分析［J］.人民长江，2024，55（6）：122-128，135.

［8］" 陶诗言.中国之暴雨［M］.北京：科学出版社，1980.

［9］" HOUZE R A.100 Years of research on mesoscale convective systems［J］.Meteorological Monographs，2018，59（1）：1-17，54.

［10］WANG C C，CHEN G T J，CARBONE R E.A climatology of warm-season cloud patterns over East Asia based on GMS infrared brightness temperature observations［J］.Monthly Weather Review，2004，132（7）：1606-1629.

［11］SCHUMACHER R S，JOHNSON R H.Characteristics of U.S.extreme rain events during 1999-2003［J］.Weather and Forecasting，2006，21（1）：69-85.

［12］黄治勇，王婧羽，周文.2020 年7月4—8 日长江中游极端暴雨特征分析［J］.暴雨灾害，2021，40（4）：333-341.

［13］孙继松.北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究［J］.大气科学，2005，29（3）：445-452.

［14］MOORE J T，GLASS F H，GRAVES C E，et al.The environment of warmseason elevated thunderstorms associated with heavy rainfall over the central United States［J］.Weather and Forecasting，2003，18（5）：861-878.

［15］李银娥，吴翠红，陈赛男，等.峡谷地形对两次极端降水的作用［J］.气象科学，2021，41（4）：484-494.

［16］孔期，符娇兰，谌芸，等.河南“21·7”特大暴雨过程中尺度低空急流和低涡的演变特征及成因分析［J］.气象，2022，48（12）：1512-1524.

［17］张家国，王珏，吴涛.长江中游地区极端降水主要天气系统类型分析［J］.暴雨灾害，2018，37（1）：14-23.

［18］吴涛，张家国，牛奔.一次强降水过程涡旋状MCS 结构特征及成因初步分析［J］.气象，2017，43（5）：540-551.

［19］郭生练，李娜，王俊，等.华西秋雨与梅雨对三峡水库蓄水调度影响分析［J］.人民长江，2023，54（7）：69-74.

［20］李娜，郭生练，王俊，等.长江中下游梅雨与三峡水库入库洪水遭遇规律分析［J］.人民长江，2022，53（3）：44-49.

［21］HERSBACH H，BELL B，BERRISFORD P，et al.The ERA5 global reanalysis［J］.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，2020，146（730）：1999-2049.

［22］郝丽萍，邓佳，李国平，等.一次西南涡持续暴雨的GPS 大气水汽总量特征［J］.应用气象学报，2013，24（2）：230-239.

［23］李青春，程丛兰，全继萍，等.夏季两次不同强度暴雨过程的低空急流特征及其作用对比分析［J］.气象，2022，48（11）：1384-1401.

［24］王佳津，肖红茹，杨康权，等.四川盆地一次持续性暴雨的水汽输送特征［J］.干旱气象，2023，41（3）：474-482.

［25］BLUESTEIN H B.Observations and theory of weather systems.Vol.2，synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes［M］.London：Oxford University Press，1993：608.

［26］贺哲，竹磊磊，张霞，等.河南省秋季连续两个暴雨日的锋生和不稳定诊断分析［J］.气象，2022，48（9）：1101-1115.

［27］邓承之，张焱，李强，等.四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析［J］.暴雨灾害，2023，42（1）：24-36.

［28］李超，崔春光，徐慧燕，等.河南“21·7”特大暴雨水汽输送、收支和转化特征对局地强降水的影响机制研究［J］.气象，2022，48（12）：1497-1511.

［29］汪小康，崔春光，王婧羽，等.“21·7”河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析［J］.气象，2022，48（5）：533-544.

［30］覃皓，刘乐，农孟松，等.广西一次持续性暴雨过程中低空急流的作用及其特征［J］.暴雨灾害，2023，42（6）：640-647.

［31］刘璐，冉令坤，周玉淑，等.北京“7.21”暴雨的不稳定性及其触发机制分析［J］.大气科学，2015，39（3）：583-595.

［32］张芳，张芳华，孔期，等.2018年5月21日四川盆地极端大暴雨的中尺度成因和预报偏差分析［J］.气象，2022，48（6）：691-704.

［33］曾智琳，谌芸，朱克云.2017年6月一次华南沿海强降水的对流性特征及热动力机制研究［J］.大气科学，2019，43（6）：1295-1312.

（编辑：谢玲娴）

Causes of a flood-causing mesoscale extreme precipitation in Yichang City

CHENG Qin1，2，WANG Qinglong1，2，3，MENG Fang1，2，LI Fang1，2，PENG Fuqiang1，2，LEI Dongyang1，2

（1.Three Gorges National Climate Observatory，Yichang 44300，China；" 2.Yichang Weather Bureau of Hubei Province，Yichang 443000，China；" 3.College of Marine Science and Technology，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Abstract：

Extreme precipitation has an important impact on flood control and water dispatch of rivers and reservoirs.Studying the causes of extreme precipitation is a necessary stage to strengthen regional water resources management.Based on multi-source observation data and ERA5 reanalysis data，using HYSPLIT backward trajectory model and frontogenesis intensity diagnosis，the causes of a flood-causing extreme heavy precipitation in Yichang City on the night of August 26，2023，were analyzed.The results indicated that： ① In this extreme precipitation process，the low-level jet，super low-level jet，boundary layer cold air，and mesoscale vortex were the key influencing systems.The heavy rainfall period could be divided into three stages： the formation of the mesoscale vortex and the development of low-level jets，the confrontation between the cold and warm streams and the southward movement of the cold front，and the eastward movement of the vortex center.② There were four main warm and wet transport channels in the middle and lower layers of the process，which made the water vapor flux in the heavy precipitation area over 800 kg/（m·s） and PWV （Precipitable Water Vapor） over 70 mm.③ During the heavy rainfall period，the positive vorticity center and the negative velocity center basically coincided，the frontogenesis was enhanced，and the vertical ascending motion was strong，the vertical velocity at the lower level reached -7.1 Pa/s.④ During the heavy rainfall period，the θse energy front zone was formed near the terrain transition zone，the high-energy tongue was formed in the vertical direction，and the center of 800 hPa θse reached over 360 K.⑤ The combination of mesoscale topography and jet stream formed a mesoscale temperature and humidity frontal zone of “northwest cold and dry，southeast warm and wet”.The terrain played a role in blocking the uplift and triggering so that heavy rainfall appeared in the front of the mountain.The research results could provide a basis for formulating regional water management strategies during the flood season.

Key words：

extreme heavy precipitation； super low-level jet； cold air in the boundary layer； mesoscale frontal zone； influence of topography； HYSPLIT backward trajectory model； Yichang City