湘潭市暴雨过程诊断分析
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摘 要：利用NCEP逐6h再分析资料、雷达资料、常规天气资料、国家站和区域自动站资料，对2019年7月7—9日湘潭市一次强降水过程的天气实况、环流形势、物理量场和雷达资料进行了天气学诊断分析。结果表明：高空槽和中低层切变是本次强降水过程的主要影响系统，其同位相叠加和移动缓慢是导致动力条件维持的原因;西南低空急流的水汽输送和垂直方向上的深厚湿层提供了充沛的水汽条件;低层辐合、高层辐散的配置使上升运动得到发展，利于低层水汽向上输送，同时带来热量和动量的垂直输送，对强降水的发生有利;本次过程以稳定性降水为主，回波带的走向与系统的移向夹角小，“列车效应”也是此次强降水过程发生的原因之一。
关键词：暴雨;急流;切变;列车效应
中图分类号：S16 文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330041
引言
降水与人们生活息息相关，一直以来都是气象学者的研究重点对象，有研究表明，强降水的发生是多尺度天气系统相互作用的结果，大尺度环流对其发生发展有制约作用、中尺度系统则是直接影响系统[1-4]。湘潭地处长江中游的南部，夏季强降水过程频发，历史经验表明，从技术上对大范围强降水过程进行分析和总结，对认识其成因和改进预报方法是非常有必要的，因此本文利用NCEP逐6h再分析资料、雷达资料、常规天气资料、国家站和区域自动站资料，对2019年7月7—9日湘潭市一次强降水过程的天气实况、环流形势、物理量场和雷达资料进行了天气学诊断分析，旨在寻求有预报指示意义的指标，从而提高强降水过程的预报、预警和服务能力。
1 天气实况
受高空槽、中低层切变和地面弱冷空气共同影响，2019年7月7—9日湘潭市出现入汛以来最强的降水过程，空间分布呈“北少南多”态势，过程面雨量为89.4mm。据7日08∶00—9日08∶00过程降水量统计，3个国家观测站分别为湘潭81.1mm，湘乡91.1mm，韶山78.3mm;区域站有102站≥50mm，其中39站≥100mm，过程累计最大降水量为190.1mm（雨湖区气象局），最大小时雨强为38.8mm（雨湖区长城乡，8日16∶00—17∶00）。
受上游和相关区域强降雨影响，湘江湘潭站水位从7月6日20∶00开始上涨，到10日上午洪峰到达湘江湘潭站，水文部门测得洪峰水位41.42m，流量2.63万m3/s，这是有数据记录以来湘江湘潭段第2高洪峰，距历史实测最高水位41.95m僅差0.53m，流量更是创历史新高。据统计，湘潭市受灾人口达90514人，紧急转移安置7691人，其中集中安置884人;农作物受灾面积2494hm2，其中绝收面积103hm2;倒塌房屋102户，严重损坏房屋37户，因灾造成直接经济损失达16612.9万元。
2 环流形势分析
从7月8日08∶00和20∶00的500hPa高空图来看，亚洲中高纬度地区为“两槽一脊”分布，东北的低涡已经入海，高原东部有一低槽，加之副高稳定维持在两广一带，切变系统深厚且移动较为缓慢，西南急流在江南一带不断加强发展，输送水汽，造成降水持续时间长、强度较大。8日08∶00，200hPa本地处于急流出口区右侧的辐散区，500hPa在河南至贵州有一深厚低槽;700hPa、850hPa切变位于湘北，且位相重叠较好，同时湘南存在急流，本地位于急流出口区左侧，全省湿度大且深厚，850hPa长沙上空比湿为15g/kg;700hPa、850hPa切变和高空急流右侧的分流辐散区共同为本次暴雨提供了较好的动力条件;同时本地处在850hPa、700hPa显著湿区内，较为深厚的湿层配合和西南急流源源不断的水汽输送为暴雨提供了良好的水汽条件。20∶00的200hPa上本地仍处于分流辐散区;槽后西北气流加强，使500hPa槽加深维持;700hPa低涡切变在湘中以北地区、850hPa切变移动到湘中以南地区，中低层西南急流仍稳定维持，本地处于急流左侧，切变自北向南缓慢移动，造成了本地长时间的降水。
3 物理量场分析
3.1 水汽条件
从850hPa水汽通量散度和比湿综合图可以看出，8日08∶00（图1a）强水汽辐合中心位于湘西南位置，湘潭本地水汽通量散度在-2.5×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1以上，比湿在20g/kg左右。据全市区域自动气象站和国家气象站降水实况监测显示，在8日14∶00之前，湘潭市降水量均以中等强度降水为主;14∶00（图1b）强降水辐合中心南压，但由于前期长时间的水汽在本地辐合，湘潭地区比湿增长到24g/kg左右，且一直位于水汽辐合区，水汽旺盛，利于强降水的发生，全市在14∶00—20∶00出现了暴雨天气;到了20∶00（图1c）水汽辐合强度减小，但比湿居高不下，仍有22g/kg，因此降水虽较午后到傍晚有了明显减弱，但仍自北向南出现了中到大雨、南部局地暴雨。到了9日02∶00（图1d），水汽辐合有了明显加强，加之高比湿的维持，全市出现了大到暴雨天气;08∶00（图略）水汽辐合再度减弱，比湿也减小，降水实况表现为雨带南压，湘潭市降水明显减弱为阵雨。
3.2 动力条件
图2为湘潭地区（E112°～113°，N27°～28°）的涡度（图2a）、散度（图2b）时间—高度剖面图。图中可以看出，在涡度剖面图上，8日08∶00—9日08∶00湘潭市400hPa以下均为正涡度区;配合散度剖面图可以发现，在这一时段700hPa以下为负散度区、以上为正散度区;在900～1000hPa出现强辐合中心，这样低层辐合、高层辐散的高低空配置，为强降水的产生和维持提供了很好的动力条件。且在200hPa以上的散度图上，8日14∶00—20∶00存在2s-1以上的正散度中心，这样高空的强辐散会引起强吸收，使动力抬升加强，对应为湘潭市降水明显增强、出现大面积暴雨发生的主要时段。8日20∶00以后高空的强辐散中心逐渐减小，对应降水有所减弱，而到了02∶00以后高空强辐散再度发展，低层出现强辐合中心，对应涡度剖面图上在700～900hPa有3s-1的正涡度中心，相应地动力抽吸会加强，全市降水再度增强，出现了大到暴雨天气。
沿N27.8°得到垂直速度的纬向剖面图，可以发现在8日02∶00，湘潭市中低层就已出现垂直上升运动，负速度中心最大值出现在700hPa附近（图略）;到了08∶00（图3a）负速度区域有了明显扩展，200～900hPa整层均为垂直运动上升运动，且速度大值中心增強到-0.35m/s，湘潭市上午出现中等强度降水;14∶00（图3b）负速度中心加强东移，但湘潭市上空仍为负速度大值区，垂直上升运动旺盛且延伸到100hPa，对应此时为降水的最强时段;20∶00（图3c）湘潭市垂直上升运动明显减小，降水强度减弱;到了9日02∶00（图3d）700hPa附近又出现了-3.0m/s的垂直速度大值区，但负速度区高层只到400hPa附近，因此降水虽有明显增强，但不及前1d午后到傍晚的降水强度;08∶00（图略）负速度大值中心东移，湘潭市降水再度减小。由于整层负速度区在我市上空长时间维持，动力条件好，湘潭市降水累积形成暴雨。
由此可见，低层的辐合上升和高空的辐散抽吸有利于强烈的上升运动，加之上升运动的持续存在，为降水的维持提供了良好的动力条件。
3.3热力条件
系统性的暴雨过程多伴随强的对流性降水，热力条件是分析对流性降水必不可少的因子，以下结合假相当位温和垂直速度沿E112.5°的垂直剖面来进行分析。
图4为假相当位温θse和垂直速度的时间—高度剖面图。从图中可以看出这次暴雨过程发生期间，假相当位温大部分均在80℃以下，不稳定能量整体偏低。
具体来看，8日08∶00前假相当位温等值线较为密集，说明有能量锋区存在，但垂直上升速度较小。14∶00前后，950hPa处等值线向上凸起，说明有弱的对流不稳定层结，此时整层垂直上升运动有了明显加强，在700hPa附近出现-0.35m/s以上的负速度中心，为对流性降水较明显的时段，最大小时雨强为38.8mm，出现在湘潭市雨湖区长城乡16∶00—17∶00。随着不稳定能量的释放，20∶00前后假相当位温等值线变稀疏，配合垂直运动明显减弱，降水有了一定的减小。9日02∶00再次出现强的上升运动，但假相当位温等值线稀疏，能量不强，以稳定性降水为主;直到08∶00以后，垂直上升运动又减弱，降水再次减小。综合分析可知，此次暴雨过程发生期间，不稳定能量整体较弱，以稳定性降水为主，但垂直上升运动间歇性增强和减弱，降水量时间分布不均，累积降水量大，全市普降暴雨，西部和南部大部分地区出现大暴雨，出现入汛以来最强的降水过程。
4 雷达回波分析
利用湘潭多普勒雷达资料分析看出，此次降水过程主要是稳定性降水为主，维持时间较长，从反射率因子来看（图5a～d），8日凌晨至上午（图略），影响湘潭上空的雷达回波比较分散，最强的回波为30dBz左右，因此上午全市区域站小时降水都在3mm以下，中午开始雷达探测区域内有回波发生发展，12∶59在娄底、邵阳一带不断有降水回波生成，自西向东移动，回波强度在30～40dBz之间，夹杂着单点的45dBz的回波，湘潭自动站上出现10～20mm/h的降水，16∶24（图5c）在湘潭市区，出现了小块的>45dBz的回波，回波顶高大约在9km左右（图5d），造成了湘潭市气象局站点17∶00出现了38.8mm的小时强降水。
由于中低层切变线一直稳定维持在湘潭上空，湘潭区域内一直有回波生成和发展，且回波带的走向与降水系统的移向方向夹角小，系统东移在此区域形成了列车效应，造成了湘潭市长城乡8日13∶00—19∶00出现了76.4mm的强降水，23∶00后东移南压，湘潭此阶段强降水趋于减弱。
5 结论
本次强降水过程是“两槽一脊”型暴雨，东北地区冷涡稳定少动，副高稳定维持在两广地区，加之中低空急流强盛，500hPa槽、中低层切变系统以及位相重叠较好，并且移动缓慢，使得降水带在本地停留时间较长，为本次降水提供了持续的动力条件，另外较好的初始水汽条件、深厚的湿层以及西南急流的水汽输送满足了强降水所需的水汽条件。
湘潭一直处于水汽辐合区内，水汽旺盛，利于强降水的发生;低层辐合、高层辐散的高低空配置，利于低层水汽向上输送，同时带来热量和动量的垂直输送，为强降水的产生和维持提供了很好的动力条件;此次暴雨过程发生期间，不稳定能量整体较弱，以稳定性降水为主，但垂直上升运动间歇性增强和减弱，降水量时间分布不均，累积降水量大。
利用湘潭多普勒雷达资料分析看出，此次降水过程主要是稳定性降水为主，维持时间较长，回波强度在30～40dBz之间，且回波带的走向与降水系统的移向方向夹角小，系统东移在此区域形成了“列车效应”，造成了全市普降暴雨。
参考文献
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（责任编辑 贾灿）
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