摘要 利用常規(guī)氣象觀測及NCEP 1°×1°再分析等資料，對2010年7月12日湘西中部突發(fā)的特大暴雨過程進行分析，結(jié)果表明，這次突發(fā)性特大暴雨過程是在梅雨鋒的穩(wěn)定控制下，由于高原短波系統(tǒng)引導中緯度冷空氣南下與副熱帶高壓北側(cè)的西南暖濕氣流共同作用下產(chǎn)生的;孟加拉灣向江南一帶輸送的大量暖濕氣流在湘西中部一帶的強烈匯合為暴雨產(chǎn)生提供了充足的水汽來源，700 "hPa高能舌向湘中一帶的能量輸送為對流層中低層不穩(wěn)定能量的積聚提供了條件，而高層的干冷空氣下侵是不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生強降水的主要觸發(fā)機制;同時，武陵山脈東北-西南走向的地形強迫抬升及阻擋在暴雨的增幅中起到重要作用。

關(guān)鍵詞 特大暴雨;診斷分析;環(huán)流背景;物理量;地形

中圖分類號 S161.6 "文獻標識碼

A "文章編號 0517-6611（2014）32-11426-03

基金項目 湖南省氣象局2012年科研課題“適應氣候變化湖南戰(zhàn)略研究”。

作者簡介 彭潔（1974- ），女，湖南保靖人，高級工程師，在讀碩士，從事短期預報、氣候變化研究。*通訊作者，研究員，博士，碩士生導師，從事短期氣候變化及預測研究。

收稿日期 20140930

對于致災性強的極值暴雨天氣過程，由于其往往是在大的環(huán)流背景下發(fā)展強烈的中尺度系統(tǒng)所造成，突發(fā)性和局地性強，對人民生命財產(chǎn)造成的損失十分嚴重，因此一直以來是氣象工作者研究的重點[1-6]。2010年7月8～14日，長江中下游地區(qū)受穩(wěn)定少動的梅雨鋒影響，出現(xiàn)了一次連續(xù)暴雨天氣過程，其中長江沿線的安徽、湖南、江西等省普降暴雨、大暴雨，導致江河水位陡漲，防汛形勢異常嚴峻。在這次連續(xù)的強降水過程中，7月12日凌晨湖南西部的部分縣市突降特大暴雨（以下簡稱“7.12”暴雨），吉首市出現(xiàn)1956年該站有歷史記錄以來的最大降雨，24 h降雨量達235.4 mm。由于武陵、雪峰山脈縱貫湖南省西部，受特殊地理環(huán)境影響，該地暴雨落區(qū)及強度預報難度大，災害損失程度較湖南東部平原地區(qū)更為嚴重。筆者在此對此次極值暴雨天氣過程進行了研究，分析其產(chǎn)生的環(huán)流背景及物理量特征，了解其觸發(fā)及維持的機制，對今后提高此類暴雨的認知水平和預報能力顯得尤為必要。

1 降水實況及環(huán)流背景

1.1 降水實況

從“7.12”暴雨期間湘西中部5個代表站逐小時降水量（圖1）來看，主要的強降水出現(xiàn)在12日01：00～13：00，其中05：00～08：00強降水最為集中，過程最大1 h降水量達63.2 mm;而從暴雨落區(qū)（圖2）來看，此次特大暴雨主要集中在沅水河谷的上游段，呈東北-西南帶狀分布，雨帶十分狹窄，降水具有明顯的局地性和突發(fā)性。

圖1 2010年7月11～12日湘西中部5個代表站逐小時降水量

1.2 大尺度環(huán)流形勢特征

此次突發(fā)性特大暴雨天氣過程是在梅雨鋒穩(wěn)定在長江中下游的大環(huán)流背景下產(chǎn)生的，從7月8～12日500 hPa高度場和850 hPa風場的平均形勢（圖3）可以看到，過程中500 hPa中高緯度處于兩槽一脊的形勢，貝加爾湖以南為一個脊區(qū)，兩槽中心分別位于巴爾喀什湖以北、鄂霍次克海南部，副熱帶高壓位置偏南，脊線穩(wěn)定在20°N附近，北界位于28°N，西脊點伸至105°E附近，在亞洲中緯度地區(qū)從高原東部不斷有小槽東傳帶動小股冷空氣不斷南下。中低層在四川盆地有一個閉合的低值中心，并形成一條“人”字形的切變線位于長江中下游及西南地區(qū)東部，位置隨著副高北界的變化而略有擺動，華南及江南地區(qū)南部有一條暖濕水汽輸送帶源源不斷地向長江中下游輸送暖濕氣流，地面上在長江中下游形成了一條穩(wěn)定的梅雨鋒雨帶。此次湘西中部的特大暴雨是在梅雨鋒的穩(wěn)定控制下，高原東移的短波系統(tǒng)引導中緯度冷空氣分裂南下與副熱帶高壓北側(cè)的西南暖濕氣流共同作用下產(chǎn)生的。

注：黑色實心三角形為暴雨中心。

圖2 2010年7月11日20：00～12日20：00降水量（單位：mm）

注：棕色實線為850 hPa切變線;紅色箭頭為暖空氣路徑;藍色箭頭為冷空氣路徑。

圖3 2010 年7月8～12日500 "hPa 平均位勢高度場與850 "hPa 平均風場疊加圖

2 物理量場診斷分析

2.1 水汽條件分析

水汽輸送及匯聚是產(chǎn)生大暴雨的前提條件[7]，沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做每個時次全風速的緯度-垂直剖面圖（圖略）可以看到，在此次梅雨鋒暴雨過程期間，22°～29°N 850～500 hPa一直存在一條風速≥10 m/s的西南-東北向的強風帶，11日14：00這條西南-東北走向的急流帶有所減弱，12日02：00開始，低空急流帶再次發(fā)展，26°～28°N在850 hPa高度西南急流增大至15 m/s;至08：00，15 m/s的急流帶所達到的高度和范圍明顯擴大（圖4a），此期間200～400 hPa上空一直維系一條45 m/s的西北急流帶，與低空的西南急流相耦合而形成次級環(huán)流，導致對流層低層對流系統(tǒng)得到強烈發(fā)展。沿暴雨帶（27°30′N、108°E～29°N、112°E）做風速V風量的垂直斜剖面也可以發(fā)現(xiàn)，300 hPa高度下對流層中南風分量中心值達12 m/s，而200 hPa高度層以上北風分量中心值也達到了相應的量值，可見風向垂直切變十分明顯（圖4b），暴雨發(fā)生期間這種低層暖濕氣流上有干冷空氣蓋的高低層氣流耦合導致的抽吸效應，為低空水汽源源不斷向高層輸送提供了動力機制，也是強降水過程得以維持的重要原因。至12日14：00，低空急流軸中心≥15 m/s的范圍明顯收縮至28°N左右，低空急流的減小與降水的減弱同位相發(fā)生，至20：00急流完全消失，降水結(jié)束。

另外，從水汽通量及水汽通量散度分析來看，9日20：00～11日20：00，從孟加拉灣經(jīng)中南半島，云南、貴州廣西交界至湖南已經(jīng)建立起一條東北—西南向的水汽輸送通道，這條水汽通道將孟加拉灣的暖濕氣流源源不斷地向江南北部及西南地區(qū)東部輸送，但水汽輻合的位置偏西偏北，12日02：00，湘西中部至湖南東北部出現(xiàn)一條明顯的水汽輻合帶，中心數(shù)值達-6.0×10-6g/（cm2· hPa·s），正好位于吉首南部附近，與強降水區(qū)對應關(guān)系十分明顯;12日08：00，水汽輻合帶范圍有所擴大，強度開始減小，但懷化北部仍然處于水汽輻合的相對大值區(qū)，中心數(shù)值為-3.0×10-6g/（cm2· hPa·s），這正是懷化北部降水最為集中的時段，其中沅陵縣07：00～09：00降水量達99.4 mm。

由以上分析可知，孟加拉灣向江南一帶輸送的大量暖濕氣流在湘西中部一帶的強烈匯合為此次特大暴雨的發(fā)生提供了重要的水汽條件。

注：圖a下方的黑色三角形為暴雨中心。

圖4 2010年7月12日08：00沿110°E全風速隨高度的變化（a）和沿暴雨帶全風速V分量的垂直斜剖面（b）

2.2 動力及熱力條件分析

2.2.1 假相當位溫及垂直速度分析。

沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做θse各時次的緯度-高度垂直剖面圖可以看到，7月11日20：00（圖5a），700 hPa以下θse呈現(xiàn)隨高度遞減的狀態(tài)，也就是大氣處于對流不穩(wěn)定狀態(tài)，能量鋒區(qū)位置在30°N以北，同時在700 hPa，湖南境內(nèi)出現(xiàn)一條東西向的高能舌，湘西中部開始出現(xiàn)向上的能量垂直輸送，中心最大值為-0.3 "hPa/s;12日02：00，700 hPa θse高能舌的范圍變寬，并從湘西南一直延伸至湘東北一帶，湘中一帶出現(xiàn)成片的上升區(qū)，中心在-0.6 "hPa/s以上，850 hPa低空急流明顯加大;在θse的垂直剖面圖上顯示，850 hPa以下能量鋒區(qū)剛好位于吉首附近，也就是低層有冷空氣入侵導致冷暖氣流交匯，使得中低層的對流不穩(wěn)定得到觸發(fā)，在云圖上表現(xiàn)出一個中γ尺度云團開始生成，吉首附近降水強度明顯加大;08：00，由于西南暖濕氣流的不斷輸送及對流層低層的對流擾動，湘西中部的垂直上升運動達到最大，中心值達-1.5 hPa/s以上，這也正是湘西中部一帶降水最為集中、強度最大的時段;至14：00，700 hPa高能區(qū)范圍明顯縮小成塊狀，上升運動大值區(qū)北抬至湖北一帶，從θse的垂直分布來看（圖5b），能量鋒區(qū)南壓過暴雨區(qū)，暴雨區(qū)上空中低層的θse下降了8 ℃左右，中低層的大氣層結(jié)變得穩(wěn)定，此次特大暴雨過程趨于結(jié)束。

注：黑色三角形為暴雨中心。

圖5 2010年7月11日20：00（a）和12日14：00（b）沿暴雨中心吉首的假相當位溫緯向-高度剖面

2.2.2 干侵入特征分析。

干侵入是指從對流層頂附近下沉至低層的干空氣，它在氣旋暴發(fā)性發(fā)展、暴雨增幅、位勢不穩(wěn)定增強和中氣旋產(chǎn)生、發(fā)展等方面起著重要促進作用，可以用相對濕度場或位渦場來表示[8]。沿東經(jīng)109°43′E做吉首站7月11～12日相對濕度及風場的時間-高度剖面圖可以看出在此次特大暴雨過程中干侵入的時間演變。7月11日14：00（圖6a），吉首出現(xiàn)陣性降水，對應其上空整層空氣均十分潮濕，相對濕度均在90%以上;11日20：00（圖6b），其上空500 hPa以上出現(xiàn)了中心濕度≤50%的干空氣團，中低層相對濕度仍維持在90%以上，從水平風場形勢來看，對流層高層200 hPa至中層500 hPa間盛行偏北風，對流層高層變干、中低層變濕和從高空干冷區(qū)吹向低層暖濕區(qū)的偏北風呈現(xiàn)明顯的干侵入特征，從前面分析可知，此時700 hPa高能舌正位于湘中一帶，低層高溫高濕的不穩(wěn)定能量在高層干冷空氣

注：a.11日14：00;b.11日20：00;c.12日14：00;d.12日20：00。黑色三角形為暴雨中心。

圖6 2010年7月11～12日沿109°43′E大氣相對濕度及風場的緯度-高度垂直剖面

安徽農(nóng)業(yè)科學 " " " " " " " " " " " " 2014年

下侵的過程中得到觸發(fā)，促使地面氣旋快速發(fā)展，從而誘發(fā)了此次特大暴雨過程的發(fā)生。12日14：00（圖6c），從相對濕度的垂直分布來看，近地層850 hPa以下開始出現(xiàn)相對濕度