長江中下游地區一次短時大暴雨天氣的中尺度分析

王慶華++周金蓮

摘要 利用衛星資料、多普勒雷達資料和中尺度自動站資料，結合常規資料，對江漢平原一次短時大暴雨過程進行分析，探討MCS發生的環境條件、結構和傳播特征等，揭示了BB類MCS在江漢平原發生、產生極端性強降水的地面中尺度原因。結果表明：此次強降水的發生與沿漢江河谷南下的北風、大別山南麓的東南風和從湖南北上的南風密切相關，地面輻合線觸發了對流不穩定能量的釋放，導致MCS的形成，3支氣流在江漢平原的匯合使雷暴迅速增強，造成極端強降水。在強降水的拖曳作用下，強下沉氣流形成冷池，在地面造成幅散大風，底層出流邊界與地面和風暴承載層的西南風匯合，觸發新單體生成并向東北方向傳播，使MCS處于準靜止狀態，加上列車效應，產生了極端強降水。

關鍵詞 短時強降雨；中尺度分析；觸發機制；準靜止；長江中下游地區

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0211-03

湖北省位于長江中下游，是暴雨多發地區，給人民生產生活帶來重大損失，尤其是局地短時強降水，引發山洪、泥石流等次生災害，嚴重威脅人們的生命財產安全。張家國等[1]分析了多普勒天氣雷達反射率因子回波形態、結構、暴雨落區以及主要影響天氣系統，概括了湖北省區域性暴雨雷達回波模型有逗點狀暴雨回波、渦旋狀暴雨回波、渦帶結合型暴雨回波和帶狀暴雨回波等4類。王曉芳等[2-3]分析了長江中下游地區梅雨期線狀中尺度對流系統，總結了8類典型的線狀中尺度對流系統：尾隨層狀降水中尺度對流系統（TS）、準靜止后向建立中尺度對流系統（BB）等。張家國等[4-5]對發生在大別山西側的極端降水進行了中尺度分析，發現特殊地形對雷暴冷池具有阻擋作用，改變MCS傳播方向，由尾隨層狀降水中尺度對流系統（TS）轉變為準靜止后向建立中尺度對流系統（BB），從而導致極端強降水。這些研究對強降水預報預警有很好指導作用，但是當沒有地形阻擋的時候，MCS傳播方向也會出現改變，其中尺度機理值得進一步探索和研究。

1 降水實況

2015年5月14日18：00至15日3：00（北京時，下同），江漢平原出現暴雨到大暴雨天氣，共有42個縣市超過100 mm，其中6個縣市降水超過250 mm，強降水主要位于仙桃、潛江、天門和漢川等地。從單站逐小時降雨量資料可以看出，多個雨量站都出現了連續3～4 h大于30 mm/h的短時強降水。

2 天氣形勢分析

2015年5月14日8：00，500 hPa副熱帶高壓呈帶狀，脊線位于20°N附近，東北為深厚低壓，槽位于河西走廊，青藏高原東部有一淺南支槽，700 hPa和850 hPa上弱西南渦位于四川，湖北受偏南氣流控制，中低層增溫增濕，不穩定能量累積。從T-logP圖可以看出，8：00 CAPE值為0，20：00增加到486，訂正后的14：00 CAPE值為1726，不穩定能量迅速增加。中層較干，有利于對流不穩定的建立和對流系統內部下沉氣流的發展。隨著東北低壓加深，低槽東移使中低層西南低渦加強，湖北降水逐漸開始。14日20：00副熱帶高壓穩定，東北低壓加深，槽位于晉南—陜南—四川一線，湖北受低渦東部暖切控制，850 hPa西南急流的出口位于湖北南部，此時冷空氣侵入倒槽，使降水加強。后隨著低槽東移，中低層轉為冷切控制，降水逐漸減弱結束。從上面分析可以看出：副熱帶高壓、低槽系統、西南渦、西南急流和地面暖倒槽的共同作用導致了此次大暴雨的發生。

3 衛星云圖特征分析

從衛星云圖的演變可以看出（圖1），大降水開始之前有低槽云系位于湖北北部，西南渦東部云系A位于鄂西，最低亮溫為-68 ℃，大部分亮溫≥-58 ℃，梯度小，以層狀云為主，含有弱的對流云。5月14日20：00，江漢平原東部出現弱云團B′，直徑10 km左右，云團迅速發展，到了23：00，B′云團略向西移動，進一步發展增強，直徑超過200 km，最低亮溫為-73 ℃，與西部低渦云團A相連。15日0：00，低渦云團A開始減弱，對流云團B′面積略有增加，強度維持，移動減緩，造成潛江、天門等地的短時強降水。3：00以后，低渦云團A減弱消亡，對流云團B′也開始減弱東移，地面降水開始減弱。

可見，造成江漢平原短時大暴雨的對流云團分為3個發展階段：第一階段為14日20：00—23：00（發展階段），對流云團觸發生成，不斷增強，面積增大，向西發展，此時低渦云團已達到強盛階段，鋒面云系位于湖北北部，冷空氣尚未侵入；第二階段為15日0：00—3：00（成熟階段），對流云團發展到最強盛階段，云頂亮溫達到最低，出現白色亮點，穩定少動，造成局地短時強降水，此時冷空氣的入侵導致低渦云系減弱；第三階段為15日4：00之后（減弱移出階段），對流云團逐漸減弱東移，降水結束[6]。

4 雷達回波特征分析

2015年5月14日19：00（圖2），湖北省宜昌和十堰有小片降水回波，其他地區有分散對流單體。強降水雨團初生于江漢平原東部，開始分兩塊后迅速合并增強并向西移動。20：00前后發展成一條東西帶狀多單體雷暴A，西側出現回波B，之后A向西北傳播、B向東北傳播，22：00交匯并增強。23：00前后，A南、北側同時出現出流觸發的對流回波，北側回波向北移動并遠離主體，而雷暴A主體向西南方向傳播，生成新的雷暴單體向東北方向移動，導致整體移動緩慢，準靜止狀態下形成BB型強降水回波，造成了江漢平原南部的短時強降水。15日1：00北部冷空氣開始入侵，沿著江漢河谷南下，在荊門觸發出回波C，并向東南方向移動，3：00前后并入A，合并后回波東移南壓，因受到副高的阻擋，南壓至湖南北部移速減慢，轉變為AS型后向東移出湖北。

降水過程中MCS的發展分為3個階段：第一階段為14日19：00—22：00（西北發展階段），在江漢平原東部生成，迅速增強，向西北方向傳播；第二階段為14日22：00至15日3：00（準靜止階段），A向西南方向傳播，新生單體向東北方向移動，處于準靜止狀態，造成江漢平原短時強降水；第三階段為3：00—6：00（東移南壓階段），冷空氣的入侵使降水系統東移南壓，降水減弱結束。

從雷達回波剖面圖可以看出：回波發展初期結構松散，中心強度45 dBZ左右。14日22：00迅速加強，強中心面積增大，出現50 dBZ以上回波，伸展到6 km高度，22：30，50 dBZ強中心連成片，伸展到8 km高度，并出現55 dBZ以上的強回波。區域站資料顯示，23：00強回波所在地雨強達到90 mm/h，出現16 m/s的大風。此時降水強度大，拖曳作用下產生較強下沉氣流，形成冷池，在地面造成輻散大風。雷暴的出流與環境風輻合，觸發新生單體，新單體在引導氣流的作用下，向東北方向移動，形成了BB類中尺度系統。

5 地面中尺度系統分析

從區域站風場資料（圖3）可以看出：14日14：00，湖北大部受南風控制，鄂西南東部存在氣旋式切變，鄂西北局部吹北風。18：00，大別山南麓的風沿著長江轉向，呈現氣旋式切變，江漢平原東部出現東北風與南部的偏南風形成輻合線。21：00—22：00，有冷空氣沿著江漢河谷南下與偏南氣流相遇，在江漢平原西部觸發新的對流。23：00南下冷空氣加強，使江漢平原的雷暴進一步發展。在15日0：00之后，湖北長江以北地區轉為偏北風，但是由于副高的穩定，南部依然存在弱的偏南氣流，地面輻合線附近不斷有新的雷暴單體生成并向東北方向移動，在列車效應下造成局地大暴雨。3：00之后，地面輻合線南壓位于湖南北部，湖北全部轉受偏北風控制，降水減弱結束。

6 結語

在本次強降水過程中，前期西南急流強盛，地面暖倒槽發展，不穩定能量累積；中層較干，有利于對流不穩定的建立和對流系統內部冷下沉氣流的發展；地面輻合線觸發了對流不穩定能量的釋放，導致中尺度對流系統MCS的形成，MCS又在自身出流的觸發下不斷發展加強；本次大暴雨過程屬后向傳播類，MCS觸發生成以后，由于沒有地形阻擋，在風暴承載層平均風（西南風）引導下，風暴平流方向為東北方，但由于此時地面為東南風、西北方又有弱的北風，有新生單體在西北方向生成；當冷空氣沿漢江河谷南下與大別山南麓進入的東南氣流以及沿湖南北上的暖空氣在江漢平原匯合加強，使雷暴迅速發展增強，造成極端強降水，強雷暴的出流觸發了新單體生成，向前傳播轉為向后傳播。向后傳播與風暴承載層平均風抵消，使MCS處于準靜止狀態，形成中尺度對流系統（BB）；多個不同生命階段的單體移到同一地方（列車效應），是產生持續性強降水的原因；江漢平原雖然沒有山脈阻擋，仍然是湖北暴雨多發區，與沿漢江河谷南下的北風、大別山南麓的東南風和從湖南北上的南風3支氣流密切相關，研究這3支氣流的方向、強度和輻合區有助于強對流的提前預警預報。

7 參考文獻

[1] 張家國，王玨，黃治勇，等.幾類區域性暴雨雷達回波模型[J].氣象，2011，37（3）：285-290.

[2] 王曉芳，崔春光.長江中下游地區梅雨期線狀中尺度對流系統分析Ⅰ：組織類型特征[J].氣象學報，2012，70（5）：909-923.

[3] 王曉芳.長江中下游地區梅雨期線狀中尺度對流系統分析Ⅱ：環境特征[J].氣象學報，2012，70（5）：924-935.

[4] 張家國，廖移山，李德俊，等.“98.7”鄂東連續特大暴雨的中尺度分析（一）[J].氣象科學，2001，21（2）：170-176.

[5] 張家國，黃小彥，周金蓮，等.一次梅雨鋒上中尺度氣旋波引發的特大暴雨過程分析[J].氣象學報，2013，71（2）：228-238.

[6] PARKER M D，JOHNSON R H.Organizational modes of midlatitude me-soscale convective systems[J].Mon Wea Rev，2000，128（10）：3413-3436.