周 慧，周 莉，劉電英，尹冬德

(湖南省氣象臺(tái),湖南 長(zhǎng)沙 410008)

2015年11月湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程分析*

周 慧，周 莉，劉電英，尹冬德

(湖南省氣象臺(tái),湖南 長(zhǎng)沙 410008)

綜合利用多源資料及NCEP/NCAR再分析資料，對(duì)2015年11月10-12日湘江流域冬季罕見的暴雨過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)降水過程是1961年有氣象記錄以來湘江流域最大洪水過程。孟加拉灣低槽東移、西太平洋副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近、近地面東部冷高壓與向東移動(dòng)的暖低壓在湘江流域?qū)χ艦榇舜螐?qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。強(qiáng)降水發(fā)生在大氣層結(jié)穩(wěn)定的狀態(tài)，旺盛的西南暖濕氣流與冷空氣在湘江流域交匯，配合持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運(yùn)動(dòng)等條件，造成了湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程。

湘江流域；冬汛；大氣層結(jié)特征；大暴雨；假相當(dāng)位溫(θse)

暴雨是我國(guó)常見的災(zāi)害性天氣之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于暴雨的研究大多集中在汛期[1-5]，而秋冬季暴雨[6-7]發(fā)生發(fā)展機(jī)制有著自身不同的特點(diǎn)[8-9]，如陳麗芳等[10]、喻淑華等[11]對(duì)秋冬季一次暴雨進(jìn)行了研究，強(qiáng)調(diào)了低空急流強(qiáng)水汽輸送和動(dòng)力不穩(wěn)定造成的影響。馮建民等[12]用雷達(dá)對(duì)華西一次秋冬季暴雨進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)自西南向東北方向移動(dòng)的“列車效應(yīng)”是暴雨形成的主要原因。劉勇等[13]發(fā)現(xiàn)高空急流給強(qiáng)降水提供強(qiáng)勁的上升運(yùn)動(dòng)并且加強(qiáng)了低空急流，而低層持續(xù)強(qiáng)勁的冷空氣對(duì)暴雨影響顯著。黃萍[14]對(duì)2008年10月一次暴雨過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冷空氣、熱帶低壓為此次暴雨提供有力的天氣背景條件。但對(duì)湖南冬季暴雨的發(fā)生發(fā)展機(jī)制鮮有研究。

2015年11月中上旬，湖南省出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間連陰雨天氣，期間湘江流域發(fā)生三次暴雨，省內(nèi)多個(gè)臺(tái)站降水突破歷史極值，是1961年有氣象記錄以來湘江流域最大洪水。此次暴雨是2015年冬季罕見的暴雨天氣過程，相比夏季暴雨成因具有不同的特征。本文使用多源融合資料及NCEP再分析資料對(duì)該暴雨過程進(jìn)行研究，以揭示冬季暴雨的氣象成因和發(fā)展演變，提煉出預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為減輕洪澇災(zāi)害和提高冬季暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供參考依據(jù)。

1 天氣實(shí)況與降水特征概況

1.1 雨情

2015年11月上中旬，湘江流域出現(xiàn)了三次大暴雨天氣過程，降雨時(shí)段主要出現(xiàn)在7-8日、10-12日和15-17日，強(qiáng)降雨主要位于湘中以南地區(qū)(圖1)。永州、郴州、邵陽(yáng)、衡陽(yáng)、株洲等地共884個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計(jì)雨量超過100 mm，其中永州、郴州及邵陽(yáng)共170個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過200 mm，永州北湖區(qū)華塘降雨量最大為303.8 mm。雨量較歷年同期明顯偏多，致使湘江中上游發(fā)生了自1961年有氣象資料記載以來同期最大冬汛，汛情非常嚴(yán)峻。

1.2 水文及災(zāi)情

受強(qiáng)降雨影響，湘江支流瀟水、耒水、涓水水位大幅上漲，干流衡山以上全線超警戒水位。瀟水道縣站11月13日10:41出現(xiàn)洪峰水位172.26 m，超警戒1.26 m，相應(yīng)流量3 750 m3/s；共造成永州、郴州、衡陽(yáng)、邵陽(yáng)41個(gè)縣市區(qū)51.22萬人受災(zāi)，倒塌房屋632間，轉(zhuǎn)移人口3.93萬人，因?yàn)?zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8.94億元。由于第二個(gè)時(shí)段10-12日暴雨強(qiáng)度最大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且災(zāi)害也較為嚴(yán)重，因此本文主要針對(duì)此次冬季暴雨過程成因進(jìn)行分析。

圖1 湖南省2015年11月7-19日降水量實(shí)況圖

圖2 2015年11月副高指數(shù)變化序列圖

2 大尺度環(huán)流背景場(chǎng)

500hPa環(huán)流形勢(shì)特征為兩脊一槽形勢(shì)(圖略)，烏拉爾山脊加深，隨著強(qiáng)冷空氣侵入，強(qiáng)冷平流使得高空槽加深東移，副熱帶高壓也開始斷裂，槽后冷空氣與副熱帶高壓西北側(cè)的西南暖濕氣流在湘江流域地區(qū)交匯，近地面我國(guó)東部的冷高壓與向東北移動(dòng)的暖低壓在湘江流域?qū)χ艦榇舜螐?qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。另外，西太平洋副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近，造成此次強(qiáng)降水過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。本文從反映西太平洋副高的四個(gè)主要指數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)副高面積和強(qiáng)度變化一致，并且面積和強(qiáng)度變化與三次主要強(qiáng)降雨時(shí)段相對(duì)應(yīng)，從圖2b可以看出，第2次強(qiáng)降雨時(shí)段副高面積和強(qiáng)度均為11中上旬最大，其中面積指數(shù)達(dá)到160，而強(qiáng)度為487，且面積和強(qiáng)度增加時(shí)間都較強(qiáng)降水提前6 h左右，因而副高面積和強(qiáng)度變化對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生有一定的指示意義。從圖2a可以看出在此次強(qiáng)降水過程中，副高脊線和西伸脊點(diǎn)位置都比較固定，其中脊線維持在20°～22°N，脊線位置較平均態(tài)偏北。西伸脊點(diǎn)維持在90°E附近，較往常偏西。副高穩(wěn)定維持有利于西側(cè)的西南暖濕氣流源源不斷的由南海和西太平洋向湖南地區(qū)輸送，水汽條件旺盛。三次強(qiáng)降雨時(shí)段跟副高強(qiáng)度和面積在特定位置上做周期震蕩有關(guān)，當(dāng)副高面積偏大，強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)，更容易引發(fā)強(qiáng)降水。

3 大氣層結(jié)特征

圖3 2015年11月11日02時(shí)-13日20時(shí)沿112°E強(qiáng)降水中心大氣層結(jié)Δθse(500-850)的時(shí)間-經(jīng)向剖面圖

由大氣層結(jié) 時(shí)間-經(jīng)向剖面圖可以看出(圖3)，在強(qiáng)降水過程中，湖南大氣層結(jié) >0℃，表明大氣層結(jié)處于對(duì)流穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨的大值中心， 甚至能夠達(dá)到20℃，說明在低層沒有明顯的不穩(wěn)定能力存在，大氣層結(jié)非常穩(wěn)定，這是比較罕見的個(gè)例，因?yàn)榉€(wěn)定的大氣層結(jié)不利于對(duì)流的發(fā)展，從暴雨理論上來講不利于暴雨發(fā)生，而湖南夏季暴雨一般都發(fā)生在不穩(wěn)定的大氣層結(jié)中[4-5]，這說明此次冬季暴雨的發(fā)生發(fā)展機(jī)制與一般夏季暴雨產(chǎn)生成因存在很大的不同，以后將加強(qiáng)冬季暴雨的樣本研究。

圖4 2015年11月11日02時(shí)-12日20時(shí)暴雨區(qū)渦度和散度的時(shí)間-高度剖面圖

4 氣象成因分析

4.1 水汽因子

有研究指出[13-14]，暴雨對(duì)低空急流是非常敏感的，低空急流微小變化會(huì)引起水汽條件的巨變，從而導(dǎo)致暴雨強(qiáng)度的顯著變化。11日20時(shí)，850 hPa低空有來自南海的西南急流(圖略)，中心風(fēng)速超過了14 m/s，形成強(qiáng)烈的風(fēng)場(chǎng)輻合，同時(shí)為暴雨區(qū)輸送了大量的暖濕氣流，而湘東南地區(qū)位于急流軸的正前方，有利于暴雨天氣的發(fā)生。

4.2 動(dòng)力因子

動(dòng)力抬升是暴雨發(fā)生的觸發(fā)條件，下面將從渦度、散度來分析暴雨過程的動(dòng)力條件。沿強(qiáng)降水中心(112°E，25.5°N)做渦度和散度的時(shí)間-高度剖面圖，由渦度剖面圖(圖4a)可以看出， 500 hPa以下為正渦度，12日02時(shí)，低層渦度中心最大值為5×10-5s-1，而500 hPa以上為負(fù)渦度，負(fù)渦度大值區(qū)位于200 hPa，中心超過-6×10-5s-1，渦度中心出現(xiàn)的位置和時(shí)間對(duì)暴雨有較好的指示作用。這種配置有利于低層暖濕空氣向高層輸送，并且高層負(fù)渦度抽吸作用使得該過程動(dòng)力作用加強(qiáng)，高低層正負(fù)渦度的配置有利于暴雨的產(chǎn)生。

從散度場(chǎng)(圖4b)可以看到12日02時(shí)低層850hPa散度達(dá)到 -7×10-5s-1，表明輻合明顯，對(duì)應(yīng)高空400～500 hPa之間為正散度的大值區(qū)，表明有強(qiáng)烈的輻散，這種低層輻合高層輻散的配置有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。從該強(qiáng)降水過程的動(dòng)力條件分析表明，雖然大氣層結(jié)非常穩(wěn)定，但在暴雨期間的低層輻合、高層輻散和正負(fù)渦度的耦合，仍可產(chǎn)生大暴雨天氣，低層強(qiáng)水汽輻合的維持，是此次持續(xù)性暴雨發(fā)生的主要原因。

4.3 熱力因子

熱力條件是對(duì)流性降水發(fā)生的有利因子，而系統(tǒng)性的暴雨過程往往是伴隨強(qiáng)的對(duì)流降水。下面結(jié)合假相當(dāng)位溫和垂直速度沿112°E的垂直剖面來分析該過程的熱力條件。從圖5可以看出，在25°N以北θse等值線相當(dāng)密集，表明能量鋒區(qū)強(qiáng)，鋒前偏南風(fēng)強(qiáng)盛，有利于對(duì)流發(fā)展，該暴雨過程為鋒后降水。

圖5 2015年11月12日02時(shí)沿112°E強(qiáng)降水中心的垂直速度(陰影表示垂直上升，單位：Pa/s)和假相當(dāng)位溫(黑色實(shí)線，單位：K)經(jīng)向剖面圖

5 結(jié)論

本文綜合利用多源資料和NCEP/NCAR再分析資料對(duì)2015年11月發(fā)生在湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程進(jìn)行了綜合分析，得到以下結(jié)論。

(1)烏拉爾山脊線加強(qiáng)，孟加拉灣低槽的東移，西太平洋副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、脊線穩(wěn)定維持在20°N附近，近地面我國(guó)東部的冷高壓與向東北移動(dòng)的暖低壓在湘南對(duì)峙為此次強(qiáng)降水發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。

(2)此次冬季暴雨過程的層結(jié)特征與一般夏季暴雨有明顯的差異，即強(qiáng)降水發(fā)生在大氣層結(jié)穩(wěn)定的狀態(tài)下，這是比較罕見的。

(3)湘江流域位于低空急流軸的左前方，從孟加拉灣來的西南暖濕氣流與來自北方的冷空氣在此交匯，配合持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運(yùn)動(dòng)及高能量鋒區(qū)，為此次罕見的暴雨過程提供了有利的水汽、動(dòng)力條件。

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Analysis of the Rare Rainstorm Weather Process in Xiangjiang Basin in 2015

ZHOU Hui, ZHOU li, LIU Dianying and YING Dongde

(Hu’nanProvincialMeteorologicalObservatory,Changsha410008,China)

Based on the national centers for environmental prediction global forecast system reanalysis data, weather station data and Doppler radar data, we have analyzed a heavy rain event that occurred in Hun’an in 10-12 November 2015. The results show that it was the largest flood in Xiangjiang basin since 1961. After the ridge line was strengthened in Ural, the low move to the east in the Bay of Bengal, the western Pacific subtropical high strength is stronger, the ridge line is maintained at 20°N, the cold high in the near surface area in East China and the warm low moving to northeast confrontation in South Hu’Nan, the heavy rain occurred in the advantageous circulation background, it occurred in addition to steady atmospheric stratification. The southwest moist air from the Bay of Bengal meets the cold air from the north, dynamic condition was provided by sustainable convergence and updraft, due to the heavy rain event.

Xiangjiang basin; flood; the stratification structure; heavy rain

周慧，周莉，劉電英，等.2015年11月湘江流域罕見的冬季暴雨天氣過程分析[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33(1)：136-139.[ZHOU Hui, ZHOU li，LIU Dianying， et al.Analysis of the Rare Rainstorm Weather Process in Xiangjiang Basin in 2015[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：136-139.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.024.]

2017-04-14

2017-07-31

2016年中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)“湘北罕見的冬汛暴雨天氣過程分析” (CMAYBY2016-049)；氣象關(guān)鍵技術(shù)與集成面上項(xiàng)目“基于GRAPES-MESO湖南暴雨預(yù)報(bào)技術(shù)研究” (CMAGJ2014M36)

周慧(1973-)，女，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，正研級(jí)高級(jí)工程師，首席預(yù)報(bào)員，目前從事天氣預(yù)報(bào)和數(shù)值預(yù)報(bào)方面的研究.E-mail：514446798@qq.com

周莉(1989-)，女，漢族，江蘇揚(yáng)州人，碩士，工程師，目前從事天氣預(yù)報(bào)與研究工作.E-mail：442601285@qq.com

X43；P45；P42

A

1000-811X(2018)01-0136-04

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.024