毛以偉 (武漢中心氣象臺(tái)，湖北武漢430074)

短歷時(shí)暴雨是湖北省危害較大的氣象災(zāi)害，是造成山洪和城市內(nèi)澇的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，武漢短歷時(shí)暴雨年均3次，而武漢暴雨日數(shù)年均5次。短歷時(shí)暴雨年次數(shù)雖較少，但由于其具有突發(fā)性強(qiáng)、雨強(qiáng)大、預(yù)報(bào)難、預(yù)防難、致災(zāi)重等顯著特點(diǎn)，對(duì)人民生產(chǎn)生活造成很大影響。2007年5月31日凌晨，罕見(jiàn)暴雨襲擊武漢，創(chuàng)下1956年有完整氣象記錄以來(lái)5月最高值，其中05:00小時(shí)雨量達(dá)94 mm;據(jù)武漢市水務(wù)局排查，當(dāng)天該市中心城區(qū)20多處有明顯積水，最深處積水達(dá)2 m。2013年7月6～7日，武漢市遭遇強(qiáng)降雨，中心城區(qū)普降大暴雨，其中7日06:00～08:00雨量為76.2 mm，受降雨漬水影響，49處路段交通受阻，暴雨還造成武漢10個(gè)地下車庫(kù)里至少500輛汽車被淹受損。可見(jiàn)開(kāi)展短歷時(shí)強(qiáng)降水災(zāi)害性天氣規(guī)律研究，對(duì)于防御其可能造成的災(zāi)害有著積極意義。

關(guān)于短歷時(shí)暴雨，國(guó)內(nèi)外專家均開(kāi)展了具體研究［1－4］。Bruce等［1］對(duì)氣候脆弱性和適應(yīng)氣候變化進(jìn)行了專門研究，認(rèn)為溫哥華機(jī)場(chǎng)短歷時(shí)強(qiáng)降水呈增加趨勢(shì)。ZHANG等［3］對(duì)我國(guó)東部暖季極端小時(shí)降水的時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，指出可能是因?yàn)榘滋斓厍虮砻嫣?yáng)輻射加熱作用，造成我國(guó)南方、北方、東北方以及云南小時(shí)降水大于本站第95百分位的極端降水事件的最大出現(xiàn)頻率為午后和(或)傍晚;而高原上有組織的對(duì)流系統(tǒng)傳播則是四川西部的高原夜間最大的原因。于翡等［5］對(duì)引發(fā)武漢嚴(yán)重洪澇的一次強(qiáng)降水中尺度系統(tǒng)特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為中尺度的渦旋及其東側(cè)的切變線是造成武漢地區(qū)局地強(qiáng)降水的直接影響系統(tǒng)。筆者在學(xué)習(xí)借鑒以上研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)武漢短歷時(shí)暴雨，緊緊圍繞短歷時(shí)暴雨成因的主導(dǎo)系統(tǒng)配置和環(huán)境條件(水汽和不穩(wěn)定條件)的醞釀、變化來(lái)研究。

1 資料及降雨實(shí)況

1.1 資料選取 采用武漢臺(tái)站1998年7月20～23日的雨量自記逐時(shí)觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)1 h和3 h累計(jì)雨量，通過(guò)NCEP 1.0°×1.0°分析資料進(jìn)行處理或計(jì)算得到1998年7月20～23日中短歷時(shí)暴雨過(guò)程的對(duì)流有效位能、風(fēng)場(chǎng)、比濕、垂直速度等;選取武漢出現(xiàn)短歷時(shí)暴雨時(shí)段附近的21日08:00、22日08:00與12 h內(nèi)沒(méi)有短歷時(shí)暴雨發(fā)生的20日08:00的高空形勢(shì)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析;并配合MICAPS常規(guī)資料和要素場(chǎng)以及紅外云圖資料，研究短歷時(shí)暴雨特征和成因，探討了預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

1.2 降雨實(shí)況 1998年7月20～22日鄂東大部出現(xiàn)暴雨、部分地區(qū)大暴雨。武漢3 d雨量分別為145.5、158.8、153.1 mm，21日20:00～22日20:00雨量為285.7 mm，居武漢歷史第3 位。其中 21 日 05:00、06:00、11:00、22 日 10:00、11:00小時(shí)雨量均超過(guò)了30 mm，尤其是21日06:00小時(shí)雨量達(dá)91 mm(圖1)，實(shí)為罕見(jiàn)。

2 高空形勢(shì)分析

500 hPa高空?qǐng)D上，在高原東部四川盆地一帶有低渦向東南方向(貴州)移動(dòng)，貴州一帶有明顯的氣旋性環(huán)流發(fā)展，同時(shí)在30°N附近有低值系統(tǒng)東傳，鄂東武漢等地由一致的西風(fēng)轉(zhuǎn)為西偏南風(fēng)。副高位于華南沿海，呈東西帶狀分布。21日08:00湖北西部、22日08:00湖北中部有短波活動(dòng)，副高逐漸東撤。20日08:00，湖北東部為冷區(qū)，高原以東及四川盆地為顯著的暖區(qū)。在短波槽東移的同時(shí)，也伴隨著暖舌的東擴(kuò)和槽中正渦度的東移。而湖北東部、南部至華南沿海為冷區(qū)，隨著暖舌東擴(kuò)和東部冷區(qū)的西伸，在湖北造成冷暖交匯，輻合加劇，到22日08:00，500 hPa湖北省被冷區(qū)逐漸包圍，冷暖區(qū)的轉(zhuǎn)換，也意味著一次強(qiáng)降水過(guò)程的減弱或結(jié)束?？梢?jiàn)，此次短歷時(shí)暴雨是高原短波槽和四川盆地低渦移出，并促使暖舌自西向東伸展與湖北東部上空冷空氣輻合交匯過(guò)程中所發(fā)生的強(qiáng)降雨過(guò)程。

700 hPa高空形勢(shì)與500 hPa高空形勢(shì)相同的是20日08:00 700 hPa高原東部、四川盆地一帶也有低渦活動(dòng)。不同的是低渦的移動(dòng)方向不一致。700 hPa低渦是沿東西向暖切變移出，是直接影響湖北大部地區(qū)(包括武漢)發(fā)生強(qiáng)降水的主要輻合條件。700 hPa溫度場(chǎng)與500 hPa一樣，在湖北中東部有一次西部暖舌東伸與東部冷空氣交匯并最終導(dǎo)致湖北東部為冷空氣控制的過(guò)程。21日08:00，在500 hPa溫度場(chǎng)上可清晰看到暖舌向湖北東南部至江西北部伸展，武漢位于東伸暖舌的左邊的冷暖交界處暖區(qū)一側(cè)，700 hPa暖舌位于武漢北側(cè)，武漢同樣位于冷暖交界處暖區(qū)。而22日08:00，500 hPa的暖舌越過(guò)武漢，在武漢以北向安徽中部至南京一帶伸展，東部冷區(qū)向鄂東伸展，武漢位于冷舌舌部，700 hPa暖舌則明顯回縮，武漢為冷區(qū)控制。之后，湖北中東部的降水也明顯減弱。

以上分析可見(jiàn)，500、700 hPa有明顯的冷暖氣流交匯，西部高溫高濕，東部相對(duì)干冷，武漢正好位于四川向鄂東南伸展的暖脊的暖區(qū)左側(cè)。受低渦氣旋性環(huán)流影響，其外圍的干冷空氣不斷向低渦環(huán)流中的暖濕氣流浸入，造成冷暖交匯，其后可明顯見(jiàn)到暖舌由武漢南邊北抬至武漢北邊(由四川盆地經(jīng)湖北西部向安徽中部伸展)，武漢位于暖舌右側(cè)，實(shí)現(xiàn)了一次由暖區(qū)向冷區(qū)的轉(zhuǎn)換。

3 低渦影響分析

3.1 700 hPa低渦分析 由圖2可見(jiàn)，高原東部至四川盆地有低渦向東移出。20日08:00低渦中心位于四川西部康定附近，中心值為303 dagpm，低渦外圍東部邊緣在重慶萬(wàn)縣附近，湖北省大部(除恩施外)為高脊控制;21日08:00，由于低渦向南向東移動(dòng)，低渦中心位于四川西昌附近，中心值為305 dagpm，低渦外圍東部邊緣在安徽西部壽縣附近，東南邊緣正好抵達(dá)武漢附近，原本控制湖北的高脊被低渦填充，武漢位勢(shì)高度下降了0.46 dagpm;此后，低渦繼續(xù)東移，且移動(dòng)幅度很大。至22日08:00，低渦中心分裂為2個(gè)，一個(gè)位于四川東部資陽(yáng)附近(306 dagpm)，另一個(gè)位于其東邊的湖北恩施地區(qū)(307 dagpm)，低渦東部邊緣南壓至安徽霍山附近，東南部邊緣則壓過(guò)武漢達(dá)通山、通城附近，至此低渦基本控制湖北全省。隨后，低渦繼續(xù)東移，23日08:00，其中一個(gè)低渦中心位于安徽宣城附近，另一個(gè)中心則在鄂西南發(fā)展加強(qiáng)(306 dagpm)，此低渦中心邊緣位于監(jiān)利、天門一線，離武漢較近。

3.2 比濕分析

3.2.1 925 hPa渦度和比濕。由圖3 可見(jiàn)，20 日08:00，四川盆地至湖北南部有一條長(zhǎng)的濕舌存在，濕舌位于武漢的南邊;21日08:00，隨著低渦東移，暖切變?cè)诤敝胁恳痪€自西向東穿過(guò)，濕舌也自西向東穿過(guò)湖北中部一線，武漢正好位于濕舌的前部，22日08:00濕舌依然存在;23日08:00，整個(gè)華中區(qū)域比濕均較大，東西伸展的濕舌基本不見(jiàn)蹤影。從比濕的大小來(lái)看，隨著高原東部低渦的發(fā)展、向東移出，湖北省水汽含量有一個(gè)明顯增加的過(guò)程，由20日08:00的10 g/kg顯著增加至21日08:00的12～14 g/kg，此后2 d較穩(wěn)定，雖然降雨量較大，但空氣中水汽含量不減少，水汽供應(yīng)豐富。20日08:00～21日08:00還可以清晰看到與低渦發(fā)展移動(dòng)、分裂相對(duì)應(yīng)的正渦度中心的移動(dòng)，并影響武漢。20日08:00，與低渦中心對(duì)應(yīng)的正渦度中心位于高原東部四川西部，湖北中西部已經(jīng)有正渦度存在，武漢及其東北部為負(fù)渦度區(qū)，鄂東南為正渦度;21日08:00，四川盆地正渦度中心向南發(fā)展，湖北中部正渦度中心與向東北發(fā)展并與原來(lái)位于鄂東南的正渦度中心打通，武漢處于2個(gè)正渦度中心之間，并靠近湖北中部正渦度中心;22日08:00，原湖北中部正渦度中心分裂為一北一南2個(gè)中心，北部正渦度中心向東北部發(fā)展，武漢位于其東南部;23日08:00，湖北中部正渦度中心得到進(jìn)一步加強(qiáng)并向南發(fā)展，高原東部經(jīng)四川向貴州、湖南的水汽輸送進(jìn)一步加強(qiáng)，武漢處于正渦度中心的東北部，隨著低渦的進(jìn)一步南壓，武漢的降水也顯著減弱。

3.2.2 比濕剖面。從武漢上空比濕的時(shí)間變化剖面圖(圖4)可以看到，20日08:00～23日08:00武漢上空比濕較大，且穩(wěn)定維持，特別是21日08:00，受低渦環(huán)流東部的西南急流影響，處于西南急流左前方與東南氣流交匯處的武漢上空比濕突然顯著增大，500 hPa比濕接近8 g/kg，這與其21日06:00突然降雨91 mm相對(duì)應(yīng)。可見(jiàn)處于氣旋環(huán)流中的暖切變對(duì)于水汽的輻合加強(qiáng)有著重要作用。23日08:00，高層比濕有所下降，近地層則下降非常明顯，由原來(lái)的16 g/kg下降至12 g/kg左右，預(yù)示著降雨的明顯減弱，表明降雨量的減弱與低層和高層水汽的輸送明顯減弱有很大的關(guān)系。

以上分析可見(jiàn)，四川盆地至湖北東部有濕舌生成且穩(wěn)定維持，武漢位于濕舌的東端。過(guò)程發(fā)生前和發(fā)生中，925 hPa濕舌的根部(高原東部至四川盆地東部)比濕均達(dá)21 g/kg以上，只是發(fā)生前，濕舌向湖北東部伸展的16～18 g/kg區(qū)域還沒(méi)有連成整體，呈塊狀分布。過(guò)程發(fā)生中濕舌向湖北東部伸展的中心部分穩(wěn)定維持在16～18 g/kg。過(guò)程減弱趨于結(jié)束時(shí)，濕舌強(qiáng)度明顯減弱西撤南壓至貴州湖南北部一線，其根部(高原東部及至四川盆地東部)中心比濕下降至16～18 g/kg，而武漢已經(jīng)遠(yuǎn)離濕舌中心區(qū)，比濕下降至12 g/kg左右。比濕剖面圖分析顯示，短歷時(shí)暴雨發(fā)生時(shí)，武漢上空比濕會(huì)突然增加，低層達(dá)16～18 g/kg，500 hPa可達(dá)6～8 g/kg或更高;低渦消失或南壓，925和500 hPa比濕顯著降低，經(jīng)過(guò)武漢的濕舌強(qiáng)度明顯減弱，預(yù)示著短歷時(shí)暴雨的結(jié)束。

3.3 衛(wèi)星云圖特征分析 21日05:00，在武漢與黃石間有一水平尺度100 km左右的中β尺度對(duì)流云團(tuán)隨渦旋氣流向武漢移動(dòng)，將影響武漢，06:00該云團(tuán)向西移出武漢，07:00南昌至武漢間又一新生的水平尺度在250 km左右的中β尺度對(duì)流云團(tuán)已經(jīng)影響武漢(06:00～07:00雨量91 mm)，08:00該云團(tuán)又西移離開(kāi)武漢(08:00～09:00雨量5 mm)，在中尺度渦旋氣流的西北與西南風(fēng)交匯處(中尺度渦旋的東南部的貴州湖南交界處)、西南與東東南風(fēng)交匯處(湖北中東部，武漢以西、以南)存在2個(gè)顯著的中尺度云團(tuán)(圖5a)，影響江漢平原及鄂東南，水平尺度在400 km左右。09:00，黃石至武漢又有一新生的成長(zhǎng)條狀的水平尺度在150 km左右的中β尺度對(duì)流云團(tuán)，并影響武漢(09:00～10:00雨量15 mm)，此云團(tuán)到13:00才完全離開(kāi)武漢(武漢11:00、12:00 2 h雨量達(dá)59 mm)。22日08:00，在低渦環(huán)流的東南部、河南與湖北交界處的東風(fēng)急流處各有一水平尺度在1 000 km左右的中α尺度的對(duì)流云團(tuán)(圖5b)。西南急流中的中尺度對(duì)流云團(tuán)分裂出水平尺度在100 km左右的中β尺度對(duì)流云團(tuán)影響到咸寧和黃石一線，09:00該中β尺度對(duì)流云團(tuán)在武漢南部西移至宜昌南部;10:00，又有一水平尺度在50 km左右的對(duì)流云團(tuán)在南昌與黃石之間生成，緩慢西北移動(dòng)，到12:00左右才結(jié)束(09:00～12:00武漢累計(jì)雨量93 mm);13:00，江漢平原南部至鄂東南一線(中心在武漢、江夏、黃石一帶)又有一水平尺度達(dá)500 km左右的中β尺度對(duì)流云團(tuán)生成，14:00該云團(tuán)加強(qiáng)，并影響到宜昌大部(12:00～14:00武漢累計(jì)雨量49 mm)，此后該對(duì)流云團(tuán)明顯減弱?？梢?jiàn)，在中尺度渦旋的西南急流和東風(fēng)急流中，往往有幾十公里至幾百公里的中β尺度對(duì)流云團(tuán)生成，尤其是西南急流左前方區(qū)域，受低渦中強(qiáng)的上升氣流影響，加之急流中攜帶的豐富水汽，容易造成短歷時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

3.4 對(duì)流有效位能分析 分析此次過(guò)程對(duì)流有效位能的變化情況(圖6)可以發(fā)現(xiàn)，在湖北中北部與河南南部、安徽中東部一帶一直存在著一個(gè)高值中心，中心位于安徽東部，高值中心值20～22日維持在3 000 J/kg，這一高值中心(中心值2 700 J/kg以上)在500 hPa正好對(duì)應(yīng)著高空槽后強(qiáng)勁的西北氣流與副熱帶高壓外圍偏西氣流交匯區(qū)域(30°～33°N)，在低層則對(duì)應(yīng)著暖切變東部(西南氣流與東南氣流交匯處)。23日中心西移至安徽與河南南部交界處，中心值下降至1 800 J/kg。另外在重慶附近一直有一個(gè)次高值中心，中心值為1 200～1 500 J/kg，20～22日位置相對(duì)固定，23日則明顯南落。武漢站的對(duì)流有效位能自20日08:00的1 800 J/kg逐日遞減至22日08:00的900 J/kg，23日08:00維持在900 J/kg左右。表明對(duì)流有效位能在強(qiáng)降雨期間是一個(gè)被消耗掉的過(guò)程，低渦的東移伴隨著動(dòng)力抬升和水汽輻合，同時(shí)也消耗掉了大量的對(duì)流有效位能。

4 小結(jié)與討論

(1)1998年7月20～22日武漢的短歷時(shí)暴雨過(guò)程中，700 hPa四川盆地低渦(850、925 hPa也有)分裂出的小低渦中心沿湖北中部一線向東移出，造成湖北中部暖切變加強(qiáng)，輻合加強(qiáng)，小低渦攜帶的正渦度沿暖切變東移，造成處于西南氣流與東南氣流交匯處的武漢上空氣流輻合突然加強(qiáng)，并與武漢當(dāng)?shù)馗邔?duì)流有效位能氣團(tuán)相遇，武漢上空氣流輻合上升進(jìn)一步加劇，同時(shí)高空500 hPa短波槽東移并配合明顯的西部暖濕氣流與東部干冷氣流在武漢上空交匯，并沿干冷氣流爬升，進(jìn)一步造成中上層不穩(wěn)定加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)加劇，加之西南氣流攜帶的豐富水汽，從而造成武漢短歷時(shí)暴雨發(fā)生。

(2)衛(wèi)星云圖分析顯示，在中尺度渦旋的西南急流和東風(fēng)急流中，往往有幾十公里至幾百公里的中β尺度對(duì)流云團(tuán)生成，尤其是西南急流左前方區(qū)域，受低渦切變中強(qiáng)的上升氣流影響，加之急流中攜帶的豐富水汽，造成中尺度對(duì)流云團(tuán)的一次發(fā)展都明顯對(duì)應(yīng)著一次短歷時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

(3)這次過(guò)程的主要水汽來(lái)源于西南急流輸送，強(qiáng)輻合作用主要在于低渦及其向東伸展的暖切變;主要?jiǎng)恿ψ饔迷谟谥械蛯永渑諝饨粎R的抬升觸發(fā)作用和鄂東高對(duì)流有效位能的釋放。

(4)診斷分析顯示，短歷時(shí)暴雨發(fā)生過(guò)程中明顯伴隨著一次500、700 hPa武漢上空的冷暖轉(zhuǎn)換、比濕和CAPE值的明顯增長(zhǎng)和減弱。

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