周莉 周慧 蔡榮輝

摘要：綜合利用NCEP/NCAR的1°×1°全球同化數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析資料、地面站點(diǎn)資料和多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料，對(duì)2015年11月10-13日湖南省的一次秋季強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)降水過(guò)程是2015年秋季降水發(fā)生范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次強(qiáng)降水過(guò)程，主要發(fā)生在湘南地區(qū)。烏拉爾山脊線加強(qiáng)，孟加拉灣低槽的東移，地面北部的高壓加強(qiáng)，并且向西南方向擴(kuò)展，使得冷空氣不斷補(bǔ)充南下到湘南地區(qū)，由于孟加拉灣的低壓系統(tǒng)使得北部的高壓不能迅速向西南移動(dòng)，從而形成冷暖勢(shì)力在湘南上空對(duì)峙，為暴雨的發(fā)生和維持提供了有利的環(huán)流背景；暴雨區(qū)位于低空急流軸的左前方，從孟加拉灣而來(lái)的西南暖濕氣流與來(lái)自北方的冷空氣在湘南交匯，形成持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運(yùn)動(dòng)，為此次強(qiáng)降水的發(fā)生提供了水汽和動(dòng)力條件，其中850 hPa的水汽是此次區(qū)域性暴雨的主要輸送源；此次強(qiáng)降水主要還是以穩(wěn)定性降水為主，與夏季典型暴雨明顯的不穩(wěn)定層結(jié)特征有所差異；能量鋒區(qū)較強(qiáng)，鋒前偏南風(fēng)強(qiáng)盛，該暴雨過(guò)程表現(xiàn)為鋒后降水，垂直螺旋度正值中心的變化對(duì)地面氣旋中心的變化以及強(qiáng)降水的發(fā)生有較好的指示意義。

關(guān)鍵詞：秋冬季暴雨；成因分析；垂直螺旋度

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）20-0060-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.014 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Based on NCEP/NCAR's 1°×1° global assimilation data， systematic analysis data， ground station data and Doppler radar observation data， the autumn heavy rainfall process in Hunan on 10-13 November 2015 is analyzed. The results show that the heavy rainfall process is the most widespread and longest lasting heavy rainfall process in autumn 2015， mainly occurring in southern Hunan. Ural ridge strengthened eastward trough in the bay of Bengal， high ground north strengthened， and extended to the southwest， the continuous supply of cold air southward to the southern region， due to the low pressure system makes the pressure not north of the bay of Bengal to move rapidly from southwest， and the formation of air forces in Southern Hunan confrontation over the favorable circulation environment for the rainstorm occurrence and maintenance； The left front rainstorm area is located in the low level jet axis， southwest warm air from the bay of Bengal and the cold air from the north to South intersection， the formation provides moisture and dynamic conditions for convergence steady rise of the heavy rainfall，which 850 hPa is the main source of regional water vapor transport the rainfall； The heavy rainfall is mainly in stability，the characteristics of unstable stratification are different from those of typical summer rainstorms are different. The energy front area is stronger， and the front wind is stronger than the south wind. The rainstorm process is post frontal precipitation. The change of the positive helix center has a good indication for the change of the ground cyclone center and the occurrence of heavy rainfall.

Key words： autumn and winter rainstorm； genetic analysis； vertical helicity

暴雨天氣的發(fā)生往往會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)卦斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，以往關(guān)于暴雨的研究大多集中在汛期[1-5]，而近年來(lái)，湖南省頻繁出現(xiàn)秋季持續(xù)性暴雨天氣[6，7]，這樣的災(zāi)害性天氣與汛期暴雨相比，更容易引發(fā)滑坡、山洪和泥石流等次生災(zāi)害，且其發(fā)生發(fā)展機(jī)制也有著自身不同的特點(diǎn)[8，9]，但對(duì)湖南省秋季暴雨的研究缺乏足夠的重視，因此分析秋季連續(xù)暴雨的形成機(jī)理，對(duì)更加準(zhǔn)確地進(jìn)行暴雨預(yù)報(bào)、最大程度地減少次生災(zāi)害帶來(lái)的損失有非常重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)秋冬季暴雨的形成機(jī)理已經(jīng)做了很多研究。張芳華等[10]基于觀測(cè)資料和NCEP再分析資料，并結(jié)合中尺度數(shù)值模擬，對(duì)2012年1月14-15日中國(guó)江南和華南冬季暴雨過(guò)程中的鋒生與條件對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定進(jìn)行診斷分析發(fā)現(xiàn)，南支鋒區(qū)上短波槽東移配合低層冷空氣活動(dòng)，在江南南部到華南地區(qū)形成了明顯的鋒生過(guò)程，構(gòu)成了有利于暴雨過(guò)程的天氣尺度環(huán)流背景；來(lái)自孟加拉灣異常充沛的水汽輸送形成了冷季暴雨所必需的水汽條件，異常強(qiáng)盛的高空急流人口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)也有利于暴雨的形成。何芬等[11]利用氣象觀測(cè)站1960年12月至2008年2月的暴雨資料，分析了福建省冬季暴雨的時(shí)空特征及主要影響天氣系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)冬季暴雨主要是南支槽東移、切變線維持和冷空氣南下影響所致，冬季暴雨的產(chǎn)生與充沛的水汽、對(duì)流不穩(wěn)定和輻合上升運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，但大氣層結(jié)比汛期暴雨要穩(wěn)定得多，冬季暴雨異常與500 hPa大氣環(huán)流和赤道中東太平洋海溫異常關(guān)系密切。唐振飛等[12]利用1°×1°逐6 h的NCEP再分析資料、地面常規(guī)觀測(cè)資料以及向外長(zhǎng)波輻射（OLR）數(shù)據(jù)，分析了2015年1月13日發(fā)生在福建省的一次罕見(jiàn)暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)冬季暴雨發(fā)生的水汽主要來(lái)自西北太平洋上低空東南急流的建立和高空弱的輻散形勢(shì)穩(wěn)定維持對(duì)暴雨的發(fā)生發(fā)展起到重要作用。垂直螺旋度能很好反映出低層系統(tǒng)發(fā)展，與強(qiáng)降水落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。高層等熵面位渦密集帶的移動(dòng)和發(fā)展預(yù)示著強(qiáng)降水中心的變化。李彩玲等[13]利用廣東省遙測(cè)站資料，常規(guī)高空、地面資料以及NCEP 1°×1°再分析資料，對(duì)2011年11月廣東省2次秋季暴雨天氣過(guò)程的環(huán)流背景、水汽條件、熱力和動(dòng)力學(xué)特征等進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)暴雨的發(fā)生、維持和消失主要與大陸冷高壓、南海低值系統(tǒng)密切相關(guān)，物理量的空間分布與暴雨落區(qū)有很好對(duì)應(yīng)關(guān)系。韓小令等[14]對(duì)貴州省2010年一次冬季暴雨極端天氣的診斷分析發(fā)現(xiàn)，在暴雨發(fā)生期間，靜止鋒是一個(gè)加強(qiáng)北抬的過(guò)程，在靜止鋒加強(qiáng)的過(guò)程中促使了水汽輻合、上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展以及低層輻合等產(chǎn)生暴雨的有利條件發(fā)展。Yokoi等[15]通過(guò)個(gè)例發(fā)現(xiàn)越南秋季大暴雨是由于寒潮過(guò)程的東北風(fēng)與熱帶的南風(fēng)輻合引起的。但對(duì)湖南省秋季暴雨的發(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)間的連陰雨天氣，期間還有多次暴雨產(chǎn)生，省內(nèi)多個(gè)臺(tái)站降水突破了歷史極值。全過(guò)程累計(jì)降水量以湘東南地區(qū)為最多。此次持續(xù)性的強(qiáng)降水主要受3次天氣過(guò)程的影響，值得關(guān)注的是，第2次過(guò)程中，湘東南24 h的累計(jì)降水量超過(guò)了100 mm。此次暴雨是2015年秋冬季一次比較典型的暴雨，相比于夏季降雨具有不同的特征。本研究使用NCEP 1°×1°分辨率的再分析資料、雷達(dá)等資料對(duì)發(fā)生在2015年秋季湖南省的一次暴雨進(jìn)行研究，以揭示此次暴雨的特征及其發(fā)展演變，同時(shí)找出季節(jié)暴雨天氣預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)，為減輕洪澇災(zāi)害和提高秋冬季暴雨預(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

2015年11月中上旬，湖南省出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的連陰雨天氣，期間還有多次暴雨產(chǎn)生，圖1b給出了2015年11月7-19日湖南省區(qū)域平均24 h降水量的時(shí)間變化，可見(jiàn)此次湖南省降水經(jīng)歷3次主要的強(qiáng)降水過(guò)程，分別為7-8日、10-12日和15-17日。其中第2次降水過(guò)程的降水最為強(qiáng)烈，11日單日的累計(jì)降水量區(qū)域平均達(dá)到了35 mm。由2015年降水時(shí)間緯度變化的剖面（圖1a）也可以看出，第1次強(qiáng)降水向北擴(kuò)展的范圍較小，大于10 mm降水僅能夠達(dá)到26°N，說(shuō)明此次過(guò)程并不是大范圍強(qiáng)降水，屬于局地強(qiáng)降水，且主要集中在湘南地區(qū)，維持了大約1 d。第2次降水過(guò)程的強(qiáng)度更強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間更久，大于20 mm降水的范圍向北推進(jìn)到整個(gè)湖南地區(qū)，大值區(qū)依舊處在湘南地區(qū)，持續(xù)的時(shí)間達(dá)到3 d，且越往北持續(xù)的時(shí)間越短。強(qiáng)降水的大值區(qū)主要位于湘南地區(qū)。第3次強(qiáng)降水較第2次強(qiáng)降水弱，但降水分布較為均勻，在湖南地區(qū)整個(gè)28°N以南降水都超過(guò)20 mm，且降水隨時(shí)間緩慢向北移動(dòng)。

3次暴雨過(guò)程中最大暴雨日降水量的空間分布見(jiàn)圖2，即第1過(guò)程為8日，第2過(guò)程為11日，第3過(guò)程為16日?？梢钥吹?，8日（圖2a）降水主要分布在湘東南地區(qū)，并且沿東北方向降水量逐漸減少，湘東南地區(qū)有7個(gè)臺(tái)站的24 h降水量超過(guò)50 mm，達(dá)到暴雨級(jí)別。11日（圖2b）強(qiáng)降水落區(qū)呈南北向結(jié)構(gòu)，強(qiáng)降水落區(qū)位于湘南地區(qū)（基本位于111°E-113°E、25°N-26°N），有20個(gè)臺(tái)站日降水量達(dá)到了暴雨級(jí)別，其中永州市有兩個(gè)臺(tái)站日降水超過(guò)100 mm，達(dá)到大暴雨級(jí)別。16日（圖2c）降水分布與之前兩個(gè)過(guò)程分布差異較大，強(qiáng)降水大值區(qū)主要位于湘中，降水向湘北和湘南逐漸遞減，湘中地區(qū)的降水量都在25 mm以上，達(dá)到暴雨級(jí)別的臺(tái)站有6個(gè)。由于第二個(gè)過(guò)程的暴雨強(qiáng)度最大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且災(zāi)害也較為嚴(yán)重，因此本研究主要針對(duì)此次秋季暴雨過(guò)程的成因進(jìn)行分析。

利用湖南省97個(gè)臺(tái)站觀測(cè)資料，NCEP 1°×1°分辨率的格點(diǎn)再分析資料，主要對(duì)其中第2個(gè)階段，11-13日的暴雨進(jìn)行了研究，以揭示秋季暴雨的特征及其發(fā)展演變，同時(shí)從機(jī)制上研究其暴發(fā)的成因，為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)秋季暴雨提供一些參考。

2 大尺度環(huán)流背景

2.1 高空形勢(shì)特征

此次暴雨發(fā)生前，2012年11月11日8時(shí)（圖3a），東亞500 hPa環(huán)流形勢(shì)特征為兩脊一槽的環(huán)流形勢(shì)，烏拉爾山和中國(guó)東北為高壓脊控制，在孟加拉灣有一個(gè)弱的槽區(qū)，并不斷分裂出小槽東移。在中國(guó)中部地區(qū)出現(xiàn)一個(gè)弱脊，引導(dǎo)西南氣流向中國(guó)南部輸送水汽。到12日8時(shí)（圖3b），烏拉爾山脊加深，隨著強(qiáng)冷空氣的侵入，強(qiáng)冷平流使得高空槽加深東移，副熱帶高壓也開(kāi)始斷裂，華中地區(qū)的弱脊已經(jīng)移動(dòng)到中國(guó)東部地區(qū)，槽后的冷空氣與副熱帶高壓西北側(cè)的西南暖濕氣流在湘南地區(qū)交匯，為暴雨的發(fā)生和維持提供了有利的環(huán)流背景和充足的水汽條件。

2.2 地面形勢(shì)特征

從地面形勢(shì)場(chǎng)上可以看到，在11日2時(shí)（圖4a），在中國(guó)東北部有一個(gè)強(qiáng)的冷高壓中心，同時(shí)在孟加拉灣存在一個(gè)弱的低壓。到12日2時(shí)（圖4b），中國(guó)北部的高壓加強(qiáng)，并且向西南方向擴(kuò)展，使得冷空氣不斷補(bǔ)充南下到湘南地區(qū)，由于孟加拉灣的低壓系統(tǒng)使得北部的高壓不能迅速向西南移動(dòng)，從而使得冷暖勢(shì)力在湘南上空對(duì)峙。因此，孟加拉灣的低壓和中國(guó)東部的高壓是使輻合區(qū)保持穩(wěn)定的關(guān)鍵系統(tǒng)。這兩個(gè)時(shí)刻地面形勢(shì)的變化不大，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的降水。到13日2時(shí)（圖4c）冷空氣加強(qiáng)繼續(xù)向西南方向移動(dòng)，在14日2時(shí)（圖4d），冷空氣完全控制湖南地區(qū)，天氣形勢(shì)穩(wěn)定，降水消失。

3 暴雨天氣過(guò)程氣象成因分析

3.1 水汽及水汽輸送特征

研究指出[16-18]，水汽及其輸送條件對(duì)暴雨的發(fā)生發(fā)展有著極其關(guān)鍵的作用。從11日20時(shí)850 hPa圖5可以看出，低空有一條來(lái)自中國(guó)南海的西南急流，中心風(fēng)速超過(guò)了15 m/s，湘東南地區(qū)位于急流軸前方偏左一側(cè)，這條低空急流一方面為暴雨區(qū)輸送了大量的暖濕氣流和不穩(wěn)定能量，另一方面在急流左前側(cè)的氣旋性渦度在此處形成強(qiáng)烈的風(fēng)場(chǎng)輻合，使得低層低值系統(tǒng)發(fā)展并產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雨天氣的發(fā)生。從700 hPa的相對(duì)濕度分布也可以看出（圖6），從11日2時(shí)到14日2時(shí)，從孟加拉灣到中國(guó)南部地區(qū)，都有一條狹長(zhǎng)的相對(duì)濕度大值帶。其中，在12日2時(shí)達(dá)到最大，整個(gè)湘南地區(qū)都在90%以上，基本處于飽和狀態(tài)。隨著冷空氣的滲透南下，偏西風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅憋L(fēng)，與西南風(fēng)在湘南地區(qū)輻合，形成明顯切變。此后，濕度大值區(qū)逐漸向東移動(dòng)，到14日2時(shí)，相對(duì)濕度的大值區(qū)已經(jīng)遠(yuǎn)離湖南地區(qū)，這與強(qiáng)暴雨發(fā)生的時(shí)間一致，表明充足的水汽給此次暴雨的發(fā)生提供了必要條件。低層850 hPa的相對(duì)濕度較700 hPa大，從11日2時(shí)至13日2時(shí)，湘南地區(qū)相對(duì)濕度都在95%以上，其中在12日2時(shí)達(dá)到最大，到14日2時(shí)，湖南地區(qū)的相對(duì)濕度減少，這與暴雨強(qiáng)度隨時(shí)間變化也較為一致。

通過(guò)分析水汽通量和水汽通量散度（圖7），進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，從11日2時(shí)開(kāi)始，湘西南地區(qū)已經(jīng)被弱的輻合區(qū)所控制，且存在一條從南海向湘南輸送水汽的水汽輸送帶，到12日2時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，強(qiáng)的輻合帶呈帶狀沿廣西中部一直延伸到湘西南地區(qū)，其中湘西南地區(qū)水汽通量散度超過(guò)了-6×10-7 g/（cm2·hPa·s），水汽輻合使得暴雨區(qū)水汽含量增加。但由于受中國(guó)東部地面冷高壓的控制，該水汽帶并未能夠向更北的地區(qū)輸送水汽，使得暴雨主要集中在湘南地區(qū)。到13日2時(shí)，隨著北風(fēng)的加強(qiáng)，以及西南氣流的減弱，使得達(dá)到湘南地區(qū)的水汽減少，湖南省境內(nèi)水汽輻合明顯減弱，且輻合中心隨之向東南方向移動(dòng)。到14日2時(shí)，水汽輸送帶依舊存在，但水汽通量開(kāi)始減弱，并且水汽輸送以及輻合中心逐漸向東移動(dòng)。到14日2時(shí)，來(lái)自南海的水汽輸送帶消失，但有一條來(lái)自孟加拉灣的水汽輸送帶，此水汽帶只經(jīng)過(guò)廣西和廣東地區(qū)，未能達(dá)到湖南地區(qū)，隨之伴隨著輔合中心移動(dòng)到廣東、福建地區(qū)，湖南省境內(nèi)無(wú)水汽通量的輻合，對(duì)應(yīng)湘南此次強(qiáng)降水過(guò)程趨于結(jié)束。此次降水過(guò)程降水的大值區(qū)也是由湘南向東南方向移動(dòng)，總的來(lái)說(shuō)，低層850 hPa水汽通量值較大，水汽輻合較強(qiáng)且散度的時(shí)空分布特征與強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征基本吻合。說(shuō)明底層850 hPa的水汽是此次區(qū)域性暴雨的主要輸送源。

3.2 暴雨的動(dòng)力、熱力及能量特征

螺旋度是表征大氣環(huán)境風(fēng)場(chǎng)氣流沿運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的物理量，垂直螺旋度是垂直速度和垂直渦度決定的，能反映出大氣在垂直空間上的旋轉(zhuǎn)上升和運(yùn)動(dòng)特征。過(guò)暴雨中心做垂直螺旋度的剖面見(jiàn)圖8，可以看出，從11日2時(shí)開(kāi)始，在800～900 hPa有正的螺旋度，在高層450 hPa處出現(xiàn)-60×10-6 m/s2的大值中心，垂直螺旋度的正值中心能夠很好地對(duì)應(yīng)地面氣旋和低層切變線的移動(dòng)和變化[19-21]。由于低層的螺旋度并不是很強(qiáng)， 因此降水強(qiáng)度較小。并且底層正螺旋度有向高層移動(dòng)并且增強(qiáng)的趨勢(shì)，到11日2時(shí)，正螺旋度達(dá)到對(duì)流層且強(qiáng)度增強(qiáng)，并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，到強(qiáng)降水的大值時(shí)刻，12日2時(shí)，正螺旋度最大，達(dá)到140×10-6 m/s2，此刻的暴雨最為劇烈。到12日8時(shí)，正螺旋度開(kāi)始減小，強(qiáng)降水逐漸減弱，到12日14時(shí)在750 hPa附近又出現(xiàn)一個(gè)正螺旋的大值區(qū)，中心強(qiáng)度有60×10-6 m/s2，在低層有一個(gè)負(fù)值中心，這樣的配置引發(fā)了新一輪的強(qiáng)降水。從13日2時(shí)開(kāi)始，低層和高層均為零值線控制，降水趨于結(jié)束。以上分析表明，螺旋度能夠很好地表征此次強(qiáng)降水過(guò)程強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，高層存在強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)下沉氣流，而低層有旋轉(zhuǎn)上升氣流，這為暴雨發(fā)生提供了強(qiáng)大的動(dòng)力條件。

冷暖空氣交匯一方面使得氣柱斜壓性增強(qiáng)，另一方面也有利于空氣輻合抬升，因此，暴雨天氣的發(fā)生一般來(lái)說(shuō)需要有冷空氣來(lái)配合。在整個(gè)過(guò)程（圖9），華南地區(qū)都存在顯著的暖平流，強(qiáng)度維持在8×10-5 ℃/s。在11日2時(shí)，湖南省的東北部出現(xiàn)一股弱的冷空氣，強(qiáng)度為-2×10-5 ℃/s，后期隨著冷空氣南下，冷平流逐漸加強(qiáng)，湖南省的暖平流強(qiáng)度為4×10-5 ℃/s。到11日14時(shí)冷平流范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，且強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，冷平流強(qiáng)度中心位于青藏高原北部，強(qiáng)度能夠達(dá)到-6×10-5 ℃/s。到湖南省的暖平流也有一定程度的增加。到12日2時(shí)，強(qiáng)降水的大值時(shí)刻，湖南省東北冷平流的強(qiáng)度加強(qiáng)，且冷平流強(qiáng)度與暖平流相接近，強(qiáng)度能夠達(dá)到-6×10-5 ℃/s，湖南省大部分的暖平流能夠增加到6×10-5 ℃/s。到12日14時(shí)，暖平流雖然增強(qiáng)，但暖平流的中心向東南方向移動(dòng)，同時(shí)湖南省東北方向的冷平流減弱，預(yù)示此次強(qiáng)降水過(guò)程逐漸趨于結(jié)束。由此可見(jiàn)，影響湖南省強(qiáng)降水的冷空氣是從高原下達(dá)到湘西南地區(qū)，而湖南省西南部地區(qū)一直維持的暖濕空氣與南下而來(lái)的冷空氣在湘南地區(qū)形成交匯，是此次暴雨發(fā)生的主要機(jī)制。

熱力條件在強(qiáng)降水的發(fā)生和維持過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。12日2時(shí)沿112°E經(jīng)強(qiáng)降水中心的垂直速度和假相當(dāng)位溫經(jīng)向剖面見(jiàn)圖10。在25°N以北θse等值線相當(dāng)密集，能量鋒區(qū)較強(qiáng)，鋒前偏南風(fēng)強(qiáng)盛，該暴雨過(guò)程為鋒后降水?？梢钥吹降蛯愉h面呈整體傾斜上升，因而暖濕氣流沿鋒面傾斜上升，？棕≤ -0.5 Pa/s的上升氣流從低層一直延伸到200 hPa，且南北跨越8個(gè)緯度，即23°N-31°N。在降水所在的緯度范圍內(nèi)，θse等值線在750～500 hPa附近接近于垂直狀態(tài)，因而強(qiáng)的上升氣流也接近于垂直發(fā)展，基本維持在固定的緯度（25.5°N）。強(qiáng)的上升中心值高達(dá)-5 Pa/s，強(qiáng)的上升氣流可以將下層從南部而來(lái)的暖濕氣流帶到高空，使得湘南地區(qū)在此時(shí)段內(nèi)能夠產(chǎn)生更大的降水量。

通過(guò)分析K指數(shù)的演變情況，可以進(jìn)一步了解暴雨的不穩(wěn)定性特征。K指數(shù)定義為K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700，其能夠反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定狀況，K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。K指數(shù)與可能出現(xiàn)的雷暴活動(dòng)存在一定的關(guān)系。11日2時(shí)到13日20時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程K指數(shù)的時(shí)間緯向剖面見(jiàn)圖11。由圖11可以看出，從11日2時(shí)開(kāi)始，只有湘南小部分地區(qū)的K指數(shù)在35 ℃以上，其中在12日2時(shí)的K指數(shù)超過(guò)了36 ℃，但大部分地區(qū)K指數(shù)較小，說(shuō)明盡管大氣中存在一定的不穩(wěn)定層結(jié)，為暴雨的發(fā)生、發(fā)展提供了一定的能量基礎(chǔ)，但不穩(wěn)定能量較弱，主要還是以穩(wěn)定層結(jié)為主，與夏季典型暴雨較強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)的特征還是有較明顯區(qū)別。

濕位渦能夠綜合反映大氣的動(dòng)力、熱力及水汽特征。因此，對(duì)濕位渦進(jìn)行分析可以進(jìn)一步了解暴雨過(guò)程的發(fā)展演變規(guī)律。濕位渦（MPV）分為兩部分，濕位渦的垂直分量（MPV1）和濕位渦的水平分量（MPV2），根據(jù)傾斜渦度發(fā)展理論，對(duì)流穩(wěn)定度的減小、水平風(fēng)垂直切變或濕斜壓度的增長(zhǎng)均可引起氣旋性渦度的增加，從而導(dǎo)致強(qiáng)降水發(fā)展。由圖12可以看出，在12日2時(shí)，在23°N 700 hPa附近有MPV1<0的負(fù)值區(qū)，但范圍較小，強(qiáng)度較弱，表明此處產(chǎn)生了局地的較弱對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，并且配合有一定的上升運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放，因而產(chǎn)生了較弱的對(duì)流性降水，而其他地區(qū)MPV1均為正值，表明此次暴雨過(guò)程主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性降水。從MPV2的經(jīng)向剖面可以看到從近地面沿鋒面為MPV2<0的負(fù)值帶，負(fù)值越大說(shuō)明大氣的斜壓性越強(qiáng)，有利于氣旋性渦度的發(fā)展，利于暴雨的產(chǎn)生?？梢钥吹较婺暇鶠樨?fù)值區(qū)，且負(fù)值中心強(qiáng)度較大，說(shuō)明此次強(qiáng)降水與不穩(wěn)定能量釋放關(guān)系較弱，而主要與MPV2負(fù)值區(qū)引起的斜壓不穩(wěn)定發(fā)展有關(guān)。

3.3 雷達(dá)回波特征

此次過(guò)程降水的大值區(qū)位于湘西南的永州市境內(nèi)，從永州市雷達(dá)組合反射率因子（圖13）來(lái)看，11日8時(shí)至13日20時(shí)有兩次最大反射率因子在50 dBZ以上，分別為11日9時(shí)13分50 dBZ和11日22時(shí)16分51 dBZ?；夭敻叨然驹?～9 km，最大為10.7 km，而夏季一次較強(qiáng)過(guò)程往往能達(dá)18 km以上，因此這次過(guò)程回波頂不高。11日8時(shí)7分9.9°仰角反射率因子（圖13）4.0 km附近出現(xiàn)明顯的零度層亮帶，表明此時(shí)0 ℃高度大概在4 km左右。從11日20時(shí)28分至11日23時(shí)58分逐半小時(shí)0.5°仰角反射率因子可以發(fā)現(xiàn)，永州市境內(nèi)不斷有對(duì)流風(fēng)暴生成并向東移動(dòng)，造成列車(chē)效應(yīng)，導(dǎo)致東安縣、永州市區(qū)、冷水灘區(qū)、祁陽(yáng)縣的持續(xù)降水。12日1時(shí)以后自廣西桂林全州縣不斷有回波向東北移動(dòng)，同時(shí)永州市南部的江永縣、江華瑤族自治縣、道縣不斷有回波生成并向北移動(dòng)，造成永州市北部大范圍的暴雨。12日下午降水回波南壓，造成永州市南部大范圍的暴雨，13日回波明顯減弱，降水也隨之減弱。

從11日8時(shí)13分0.5°仰角徑向速度（圖14a）可以看到，大致在雷達(dá)西側(cè)至南側(cè)50～100 km距離圈高度處存在輻合中心，該中心的旋轉(zhuǎn)速度將近10 m/s。抬高仰角到1.5°（圖14b）發(fā)現(xiàn)，冷空氣厚度1.6 km左右。綜合此次過(guò)程風(fēng)場(chǎng)的高低空配置，地面為冷空氣控制，風(fēng)速達(dá)到5～10 m/s，冷空氣厚度為1.6 km左右，1.6 km以上為偏南風(fēng)控制，2.5～5.2 km風(fēng)速在15 m/s以上。

4 小結(jié)

利用NCEP/NCAR分辨率1°×1°的再分析資料、多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料對(duì)2015年11月發(fā)生在湖南地區(qū)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、強(qiáng)度較強(qiáng)的一次強(qiáng)降水過(guò)程及其成因進(jìn)行分析，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，地面北部的高壓加強(qiáng)，并且向西南方向擴(kuò)展，使得冷空氣不斷補(bǔ)充南下到湘南地區(qū)，由于孟加拉灣的低壓系統(tǒng)使得北部的高壓不能迅速向西南移動(dòng)，從而形成冷暖勢(shì)力在湘南上空對(duì)峙，為暴雨的發(fā)生和維持提供了有利的環(huán)流背景。

2）湘南位于低空急流軸的左前方，從孟加拉灣而來(lái)的西南暖濕氣流與來(lái)自北方的冷空氣在湘南交匯，形成持續(xù)穩(wěn)定的輻合上升運(yùn)動(dòng)，為此次強(qiáng)降水的發(fā)生提供了水汽和動(dòng)力條件，其中850 hPa的水汽是此次區(qū)域性暴雨的主要輸送源。

3）此次強(qiáng)降水主要還是以穩(wěn)定性降水為主，與夏季典型暴雨不穩(wěn)定層結(jié)特征有較明顯的差異。能量鋒區(qū)較強(qiáng)，鋒前偏南風(fēng)強(qiáng)盛，該暴雨過(guò)程表現(xiàn)為鋒后降水。垂直螺旋度正值中心的變化對(duì)地面氣旋中心的變化以及強(qiáng)降水的發(fā)生有較好的指示意義。

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