呂校華，方宗義，劉從省，毛予暉

（1.蘭州大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000；3.國家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081）

Ninomiya[1]研究了長江流域暴雨沿梅雨鋒傳播的中尺度擾動的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)降水單體既有對流性降水又有層云降水的特點．Kuo等[2]分析1981年7月11—15日四川盆地發(fā)生的特大暴雨，認(rèn)為暴雨前期四川盆地特別強(qiáng)的西南季風(fēng)氣流，與西伯利亞氣流在青藏高原東部和四川盆地相遇，產(chǎn)生大規(guī)模低層氣流輻合，為中尺度系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了條件．Ma等[3]對1983年6月23—25日長江流域的暴雨過程，從天氣尺度條件分析了產(chǎn)生降水的氣象條件．陶詩言等[4]研究指出，中國暴雨是在有利的大尺度天氣形勢背景下，由中尺度直接產(chǎn)生的．丁一匯[5]、張順利等[6]、廖移山等[7]、矯梅燕等[8]認(rèn)為，中尺度系統(tǒng)的發(fā)展是造成強(qiáng)降水的主要原因．徐雙柱等[9]對湖北梅雨期暴雨的中尺度系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水發(fā)生時，在對應(yīng)的中尺度對流系統(tǒng)中，存在2個分別位于300 hPa 和600 hPa 附近的強(qiáng)上升運(yùn)動中心．上述研究主要針對較大范圍的暴雨過程，對于較小范圍的局部突發(fā)性大暴雨過程的研究相對較少．筆者利用常規(guī)探空、地面觀測資料、中小尺度自動氣象站資料及水文雨量點資料、T213數(shù)值預(yù)報資料和衛(wèi)星云圖等，對2006年6月25日發(fā)生在湖南隆回北部的突發(fā)性大暴雨天氣過程進(jìn)行綜合分析，探討特大暴雨的多尺度影響系統(tǒng)的相互作用，以期更全面地認(rèn)識和了解對流性暴雨的特征，提高暴雨的臨近預(yù)報水平．

1 暴雨過程描述

2006年6月25日，湖南邵陽出現(xiàn)暴雨天氣過程，隆回北部出現(xiàn)暴雨和特大暴雨．根據(jù)邵陽市145個自動氣象站降水資料和 10個氣象臺站的降水資料記錄，邵陽共有48個站點日降水量超過50 mm，有12個站點大暴雨（降水100~199.9 mm，有2個站點特大暴雨（降水超過200 mm），虎形山鄉(xiāng)總降水量273.7 mm，小沙江日降水量達(dá)210.5 mm．特大暴雨在隆回虎形山鄉(xiāng)引發(fā)歷史罕見的泥石流災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.2億元．

2 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)

2006年6月24日，8:00、500 hPa高空圖上，歐亞中高緯度為兩槽一脊型，西北地區(qū)受高壓脊控制，大槽位于河北饒陽→河南開封→湖北棗陽→重慶梁平→四川峨眉山一線，南支小槽位于云南德欽→耿馬，湖南處在槽前，受西南氣流控制，水汽從南海沿副熱帶高壓南側(cè)的西南氣流經(jīng)廣西向邵陽輸送（圖略）．700 hPa為罕見的一槽三切變線相連的形勢，最北支為橫切變線，西段位于山東日照→巨野附近，與北支槽相連，北支槽位于巨野→河南信陽→湖北運(yùn)安→四川巫山→萬縣市，并與中部的南北向切變線相連，該切變線位于萬縣市→金佛山→鄂西→昆明北部，這支切變線就是影響隆回的中層系統(tǒng)．850 hPa切變線位于河南商丘→信陽→湖南石門→四川酉陽→敘永一線，邵陽上空為一致的西南氣流控制，風(fēng)速達(dá)10 m/s，水汽從南海沿西南氣流通道輸送到邵陽．24日08：00地面，青藏高原東部→云貴高原→湖南西部為一低壓，到14：00，地面出現(xiàn)一地面輻合線，位于長沙→邵陽北部→懷化一線．

3 中尺度分析

3.1 雷達(dá)回波分析

利用永州和長沙多普勒雷天氣雷達(dá)回波資料進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)這次暴雨過程大致可分為4個階段．24日20:00—24:00，回波很弱，25日4:00前，在邵陽西北方有塊狀對流回波發(fā)展，其強(qiáng)度為30～45 dBz，呈明顯的對流性降水型，以緩慢的速度向東偏北方向移動，并且在移動過程中強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)，范圍不斷擴(kuò)大，25日6:00—6:30，有分散性弱回波，25日7:00—9:00，隆回西北上空有2塊回波逐漸合并發(fā)展成1塊，形成對流復(fù)合體，并不斷有新的對流單體生成，發(fā)展形成一塊東北西南向的強(qiáng)回波，強(qiáng)度比前一階段更強(qiáng)，達(dá)40～55 dBz（圖略）．

3.2 衛(wèi)星云圖分析[10]

連續(xù)分析了6月24日20:00至25日14:00 GMS衛(wèi)星云圖共36張，衛(wèi)星云圖的演變分4個階段（圖1），第1階段是24日20:00—3:00，云系位置偏南，緩慢東移、減弱、消失，降水量較小，不足1 mm；第2階段是25日3:30—5:30，云系迅速發(fā)展，云塊面積增大成很強(qiáng)的對流復(fù)合體，以后緩慢東移、減弱，降水量較大，超過25 mm，最大達(dá)50 mm；第3階段是25日6:00—6:30，對流單體發(fā)展，云體局部增強(qiáng)，降水強(qiáng)度較大，降水量10 mm以上；第4階段是25日7:30—11:00，開始時，湖南上空有2塊回波，邵陽洞口至綏寧有1塊小尺度云團(tuán)，隆回北部至溆浦東南部、新化西南部有1塊中尺度云團(tuán)，以后這2塊云團(tuán)逐漸合并發(fā)展成1塊東北西南向的云團(tuán)，云主要是雷雨云，25日7:00—9:00，強(qiáng)中心在隆回西北的虎形山、小沙江，云的變化經(jīng)歷了加強(qiáng)、減弱、再加強(qiáng)、再減弱的過程，8:00，綏寧又有1塊對流云團(tuán)向東北方向移動，再次與原在虎形山、小沙江的中尺度云團(tuán)合并加強(qiáng)成為對流復(fù)合體，云團(tuán)為1邊界不規(guī)則的斜壓形狀云團(tuán)，云頂亮溫中心位于隆回西北一帶．強(qiáng)降水就出現(xiàn)在第4階段，7:00—9:00，隆回小沙江2 h雨量達(dá)78.9 mm，虎行山超過100 mm．9:30，云塊南部開始出現(xiàn)倒“V”字形缺口并逐漸減弱，降水也隨之減弱．

圖1 2006年6月25日衛(wèi)星云圖Fig.1 Satellite cloud 25th June, 2006

3.3 雨團(tuán)和雨強(qiáng)分析

采用文獻(xiàn)[11]的方法，利用自動站逐小時降水資料和部分水文站降水資料，分析地面雨團(tuán)和雨強(qiáng)的特征，圖2為部分自動雨量站每小時降水變化．

圖 2 6月25日00∶00—20∶00部分自動站每小時降水變化Fig.2 Parts automatic station hourly rainfall at 00:00—20:00 on 25th June

25日 3:00—12:00，雨團(tuán)呈東→西向分布（圖略），與云團(tuán)的分布（圖 1）一致，最強(qiáng)雨團(tuán)出現(xiàn)在隆回西北部的虎行山，與圖 1-a云團(tuán)對應(yīng)，是 MCC初生階段所產(chǎn)生的降水，6:00—07:00（圖 2），隆回西北部雨團(tuán)呈東北→西南分布，形成中尺度雨帶．隆回縣城位于云團(tuán)的南緣，降水不大，但大屋、桐山的小時雨量分別為34.6 mm/h 和39.0 mm/h．隨著MCC發(fā)展、加強(qiáng)，雨帶向東北方向移動，MCC 內(nèi)部出現(xiàn)2個積云單體活動，雨帶出現(xiàn)2個小尺度強(qiáng)降水中心．25日8:30—11:30，中尺度雨帶上出現(xiàn)3個雨團(tuán)，綏寧與洞口之間的金屋塘、綏寧東北、隆回西北，降水強(qiáng)度最大，分別為64.5、52.2和54.1 mm/h．此后，MCC開始消亡，雨團(tuán)分布松散，邵陽地區(qū)的降水迅速減弱、結(jié)束．

4 物理量診斷分析

利用2006年6月24—25日北京T213數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品資料和地面、探空資料，分析大暴雨過程的能量、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)Q矢量、熱力條件、動力條件、穩(wěn)定度、水汽通量及水汽通量散度、濕度以及相關(guān)的物理量．

4.1 能量分析

4.1.1 低層次天氣尺度的能量系統(tǒng)

分析6月24日8:00和20:00的850 hPa θse場，發(fā)現(xiàn)具備典型的Ω型錮囚高能舌的特征[12-13]．

4.1.2 低層能量的輸送和積聚

（1） 總溫度平流．計算6月24日20:00 850 hPa的濕靜力總溫度平流場[14-15]，邵陽附近強(qiáng)度為20×10－5℃/s，說明暴雨發(fā)生前低層有較強(qiáng)的水平能量輸送．

（2） 總溫度通量散度．計算25日8:00的濕靜力總溫度通量散度場[14]，總溫度通量散度為－50.5× 10－5℃/s，說明本區(qū)低層在暴雨發(fā)生前有較強(qiáng)的能量積聚．

4.2 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)Q矢量分析

對2006年6月25日邵陽地區(qū)大暴雨的Q矢量場[16-17]進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)中低層Q矢量的輻合與大暴雨的落區(qū)、發(fā)生時段有很好的對應(yīng)關(guān)系．

4.3 熱力條件分析

采用假相當(dāng)位溫θse[21]分析探討大暴雨的熱力條件，用探空資料計算周邊12個高空探測站的24日8:00、20:00和25日8:00 850、700和500 hPa的θse值，隆回處于能量降區(qū)的下游，24日8:00—20:00逐漸上升，24日20:00達(dá)到最大，能量釋放至25日8:00，θse值減到最?。?4日20:00北京T213資料（圖5）進(jìn)行分析，850 hPa隆回上游地區(qū)θse≥82 ℃，上游地區(qū)為高能量鋒區(qū)；700 hPa上游地區(qū)也為高能量鋒區(qū)，隆回處在高能量北側(cè)，θse≥71 ℃；500 hPa隆回處在東西向高能量鋒區(qū)中．對比降水的分布可知，強(qiáng)降水正好處于高能量鋒區(qū)中．

4.4 動力條件分析

4.4.1 散度、渦度分析

從單站散度時間-高度剖面圖（圖略）可以看出，暴雨發(fā)生時，散度從地面到600 hPa為輻合，無輻散層在600 hPa，上層為輻散，最大輻數(shù)層約在200 hPa．根據(jù)北京T213資料分析，6月24日20：00 850 hPa，邵陽為輻合中心，達(dá)－329×10－6/s，南北為輻散區(qū)．700 hPa湘北為一輻散中心，湘中以南至廣東為輻合區(qū)．500 hPa散度，邵陽南部轉(zhuǎn)為正值，洞口、隆回仍為負(fù)值，輻合上升．低層強(qiáng)烈的輻合上升，高層較強(qiáng)的輻散有利于對流的發(fā)展與維持，這種“抽吸作用”推動了暴雨或大暴雨的形成．對各層的渦度進(jìn)行分析，24日20:00，邵陽上空500 hPa以下低層為正渦度，最大值出現(xiàn)在850 hPa層，從500 hPa層向上開始轉(zhuǎn)為負(fù)渦度；850 hPa渦度圖上，江西→湖南→貴州為一東西向的正渦度帶．700 hPa渦度圖上，四川為一正渦度中心，湖南絕大部分為正值，邵陽處在正值區(qū)．500 hPa渦度圖上湘北為正渦度中心，湘中南為負(fù)值區(qū)．從渦度平流來看，850 hPa邵陽有正渦度平流下傳，500 hPa有較強(qiáng)的正渦度平流，700 hPa為弱的正渦度平流．低空強(qiáng)正渦度與高空負(fù)渦度的形成，有利于對流系統(tǒng)的發(fā)展與暴雨的產(chǎn)生．

4.4.2 垂直速度分析

選取T213數(shù)值預(yù)報圖24日8:00和20:00實況，24日8:00 500 hPa，邵陽上升速度為正值區(qū)，700 hPa邵陽上升速度為0值區(qū)，北側(cè)為大的負(fù)值中心，850 hPa邵陽上升速度為正值區(qū)，表明，此時從850 hPa到500 hPa都為下沉運(yùn)動，24日20:00，500 hPa邵陽上空速度為負(fù)值區(qū)，－0.4×10－1Pa/s，700 hPa邵陽處在強(qiáng)烈上升運(yùn)動區(qū)的東南部（見圖3）．

圖3 2006年6月24日20:00垂直速度Fig.3 Vertical velocity diagram of 500 hPa and 700 hPa at 20:00 on 24th June, 2006

850 hPa邵陽處于上升區(qū)的東南部，境內(nèi)為負(fù)值區(qū)，從8:00—20:00，500 hPa以下的整個大氣運(yùn)動發(fā)生了根本性的變化，由下沉運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙\(yùn)動，有利于對流天氣的發(fā)生，形成暴雨或大暴雨．

4.5 穩(wěn)定度分析

6月25日隆回大暴雨強(qiáng)度大，歷時短，并伴有雷電，屬于強(qiáng)對流型暴雨，表明大氣層結(jié)極不穩(wěn)定．在暴雨之前和暴雨期間，θseΔ 均為負(fù)值，說明暴雨區(qū)低層為暖而濕，高層較冷而干，對流層低層處于對流性不穩(wěn)定狀態(tài)．低層暖濕空氣向北輸送和高層干冷空氣的入侵是形成暴雨區(qū)位勢不穩(wěn)定層結(jié)的主要原因．

4.6 水汽通量及水汽通量散度分析

圖4 2006年6月24日20:00水汽通量和水汽通量散度Fig.4 Vapor flux graph and vapor flux dispersion

從24日20:00高空天氣形勢圖和水汽通量（圖4）可知，850 hPa水汽源自南海，湘南→廣西為大值區(qū)，邵陽最大水汽通量值達(dá) 11.9×10－1g/ （hPa·cm·s）；700 hPa有兩支氣流輸送水汽，一支來自孟加拉灣的西南氣流，另一支來自南海的東南氣流，江蘇→上海→浙江→江西→湖南為一高值水汽通量帶；500 hPa的水汽來自南海，邵陽處在強(qiáng)水汽通量帶中，印度次大陸為一水汽通量中心，南海至廣西為水汽通量最大值區(qū)，通過來自南海的東南氣流輸送至邵陽．24日20:00 850 hPa水汽通量散度圖上，邵陽上空處在負(fù)值區(qū)內(nèi)，為一輻合中心，到25日8:00，輻合減小到－27×10－7g/（hPa·cm·s），說明暴雨期間水汽輻合一直維持，充沛的水汽自孟加拉灣、南海輸送至本地，為暴雨產(chǎn)生提供了有利條件．500 hPa水汽通量散度在邵陽北部為輻散中心．700 hPa邵陽處在負(fù)值區(qū)內(nèi)，在此層仍是輻合的不穩(wěn)定層結(jié)條件．

4.7 濕度條件分析

4.7.1 相對濕度

分析6月24日8:00和20:00 925～400 hPa共6層的相對濕度，相對濕度逐漸減小，925 hPa邵陽處在高濕度帶中；850 hPa上?！K—浙江→江西→湖南→貴州，為一東北西南向高濕度帶，邵陽相對濕度達(dá)88%；700 hPa和600 hPa強(qiáng)濕度中心位于邵陽，中心值分別達(dá)89%和85%；500 hPa和400 hPa處在高濕度帶中．從8:00—20:00，相對濕度逐漸加大，這種高濕條件有利于強(qiáng)降水的形成．

4.7.2 溫度露點差

邵陽境內(nèi)，6月24日8：00，溫度露點差表現(xiàn)為：地面為2～4 ℃，925 hPa為≤1.9 ℃，850 hPa為≤2 ℃，700 hPa為≤3 ℃，邵陽處在低值中心區(qū)內(nèi)，500 hPa為≤5 ℃．到24日20:00，邵陽境內(nèi)，溫度露點差變得更小，地面為≤1 ℃，925 hPa 為≤1.7 ℃，850 hPa為≤2 （℃圖5-b），700 hPa為≤2℃，邵陽處在東西向的低值帶中，500 hPa為≤3 ℃，邵陽為一低值中心．8:00—20:00 500 hPa以下的整個大氣層濕度大，說明氣層中水汽充足，有利于暴雨的產(chǎn)生．

圖5 2006年6月24日20:00 850 hPa假相當(dāng)位溫和溫度露點差Fig.5 Potenlal pseudo-equivalent temperature and dew point temperature difference at 850 hPa at 20:00 on 24th June, 2006

5 小 結(jié)

a. 隆回2006年6月25日大暴雨過程，是在歐亞中高緯度兩槽一脊型的大尺度環(huán)流背景下產(chǎn)生的，槽線和切變線是主要影響系統(tǒng)，暴雨區(qū)中心上升運(yùn)動和水汽輻合均大于周圍；大氣層結(jié)的強(qiáng)烈不穩(wěn)定，強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動，是形成暴雨的重要條件；中層的水汽來自孟加拉灣和南海，而低層和高層的水汽都來自南海．

b. 雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖上，云系的移速與移向、變化與發(fā)展、減弱與消亡，與降水的加強(qiáng)與減弱在時間和空間上完全一致．

c. 大暴雨發(fā)生前，低層有較強(qiáng)的水平能量輸送和較強(qiáng)的能量積聚，850 hPa圖上θse具有典型的Ω型錮囚高能舌的特征；低層暖濕空氣向北輸送和高層干冷空氣的入侵，是形成暴雨區(qū)位勢不穩(wěn)定層結(jié)的主要原因．

d. 大暴雨發(fā)生前，500 hPa以下整個暴雨區(qū)的大氣運(yùn)動發(fā)生了根本性的變化，由下沉運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙\(yùn)動，暴雨區(qū)就出現(xiàn)在強(qiáng)烈的上升區(qū)；低層正渦度、高層負(fù)渦度與低層輻合、高層輻散完全一致，這種“抽吸作用”促進(jìn)了大暴雨的形成．

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英文編輯：胡東平