摘 要：通過對安徽省淮南市2021年7月16日強(qiáng)降水實(shí)況、大氣環(huán)流背景、中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展條件及雷達(dá)和云圖實(shí)況進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）此次強(qiáng)降水過程是由強(qiáng)盛的高低空急流耦合作用下產(chǎn)生的輻合線造成的，輻合線呈東西向分布，輻合線發(fā)生發(fā)展主要有3個(gè)條件：大氣層結(jié)不穩(wěn)定、較好的水汽條件和適當(dāng)?shù)挠|發(fā)因子。（2）在暴雨發(fā)生前，淮南市上空K指數(shù)逐漸升高，最高達(dá)40 ℃以上，大氣存在很強(qiáng)的不穩(wěn)定性。（3）850 hPa上，廣西—湖南—湖北—安徽一線建立起一條穩(wěn)定的水汽輸送帶，為暴雨提供充足的水汽條件。（4）散度場配合低空水汽，在淮南市上空形成高層輻散、低層輻合，產(chǎn)生了深厚的垂直上升運(yùn)動，為暴雨提供了很好的動力條件。（5）反射率回波特征表現(xiàn)為典型的混合降水回波，在大面積的層狀云降水回波中，有塊狀對流回波發(fā)展，回波中心強(qiáng)度可達(dá)60 dBz。

關(guān)鍵詞：暴雨；監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)；中尺度對流系統(tǒng)；K指數(shù)；水汽通量

中圖分類號：P461 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

暴雨是指一次短時(shí)的或連續(xù)的強(qiáng)降水過程。在地勢低洼、地形閉塞的地區(qū)，雨水不能迅速宣泄造成農(nóng)田積水和土壤水分過度飽和給農(nóng)業(yè)帶來災(zāi)害；持續(xù)性暴雨會引發(fā)山洪暴發(fā)、江河泛濫、堤壩決口，給人民和國家造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，暴雨過程監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)的重要性尤為突出。以安徽省淮南市為例，對2021年7月16日暴雨過程進(jìn)行復(fù)盤，為暴雨監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)提供參考。

1 暴雨過程特點(diǎn)分析

2021年7月16日，淮南市出現(xiàn)200 mm左右的大暴雨，局地出現(xiàn)250 mm以上特大暴雨，淮南國家氣象站降水強(qiáng)度大，其中有5個(gè)時(shí)次的降水量≥20 mm，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站短時(shí)降水強(qiáng)度突破站點(diǎn)極值。強(qiáng)降水主要分布在安徽省沿淮到江淮之間，時(shí)段主要集中在16日20：00—17日01：00。

在淮南市116個(gè)自動氣象站中，48個(gè)站點(diǎn)累計(jì)降水量≥50 mm，29個(gè)站點(diǎn)累計(jì)降水量≥100 mm，5個(gè)站點(diǎn)累計(jì)降水量≥200 mm。最大雨強(qiáng)為85.8 mm/h（高皇站），累計(jì)3 h最大降水量為219.4 mm（舜耕站），累計(jì)24 h最大降水量為285.2 mm（舜耕站）。

16日22：00，淮南地區(qū)風(fēng)力明顯增大，平均風(fēng)力4～5級，其中，古溝站出現(xiàn)此次過程極大風(fēng)速（21.3 m/s，9級），同時(shí)還有10個(gè)氣象站風(fēng)級達(dá)到7級以上。

總體而言，此次降水過程極端性強(qiáng)、強(qiáng)度大、范圍廣、小時(shí)雨強(qiáng)大，淮南市大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨，短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長，并伴有雷電、雷雨和大風(fēng)，極大風(fēng)力達(dá)9級。暴雨造成全市大面積的城市內(nèi)澇，部分房舍進(jìn)水、道路阻斷，農(nóng)田被淹、并有人員傷亡，雨后災(zāi)情嚴(yán)重，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。

2 大氣環(huán)流背景

此次暴雨發(fā)生時(shí)，江淮地區(qū)已進(jìn)入梅雨季節(jié)，而此次暴雨過程在一定程度上受到梅雨期的大尺度環(huán)流及天氣尺度影響[1]。

7月15日08：00，對流層中層500 hPa高度場上，副熱帶高壓（以下簡稱副高）位置位于我國東部地區(qū)，高緯度地區(qū)有2個(gè)切斷低壓，分別位于烏拉爾山以東和貝加爾湖東部，副高邊緣的低壓位于安徽省北部地區(qū)。

15日20：00，副高西伸加強(qiáng)，山東南部至安徽北部一帶的低壓閉合，淮南市位于低壓的底部。

16日08：00，副高加強(qiáng)且東西連成帶狀，同時(shí)，對流層下層850 hPa高度場上有一支西南急流和一支南風(fēng)急流，2支急流將印度洋和太平洋的暖濕氣流輸送至江淮附近，急流核最大風(fēng)速達(dá)18 m/s，其出口位于安徽北部，并逐漸向南移動。此外，從山東到湖南北部有一條高空低渦冷式切變線，隨著副高東退、低渦東移。冷渦后部冷空氣與西南暖濕氣流在沿淮至淮北地區(qū)結(jié)合，造成大別山區(qū)至沿淮中東部出現(xiàn)強(qiáng)降水。并且，925 hPa高度場上淮南地區(qū)受低壓的控制，存在著風(fēng)向輻合線，是重要的對流觸發(fā)條件之一，強(qiáng)對流天氣發(fā)生在輻合線附近。

16日20：00，副高持續(xù)加強(qiáng)，低緯地區(qū)副高呈帶狀分布，500 hPa高空高緯度地區(qū)呈現(xiàn)兩槽一脊的形勢，冷空氣隨之南下[2]。對流層中下層700 hPa高度場上，安徽省北部有一個(gè)黃淮低渦，露點(diǎn)溫差≤1 ℃，空氣中的水汽接近飽和。

3 中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展條件分析

中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和維持一般主要取決3個(gè)條件：一是大氣層結(jié)不穩(wěn)定，二是較好的水汽條件，三是有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)因子。以下針對這三點(diǎn)進(jìn)行具體分析。

3.1 不穩(wěn)定條件分析

K指數(shù)用于分析大氣穩(wěn)定程度的氣象學(xué)單位。一般來說，K指數(shù)＞35 ℃，表明大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，發(fā)生大雨、狂風(fēng)及雷暴的概率增加。

在暴雨發(fā)生前，安徽省大部分地區(qū)的K指數(shù)＞35 ℃，尤其是淮南地區(qū)，16日20：00，K指數(shù)＞40 ℃，大氣層結(jié)極其不穩(wěn)定（圖1）。暴雨發(fā)生前12 h內(nèi)，K指數(shù)有一次明顯的上升過程（發(fā)生在16日08：00～14：00），此后K指數(shù)一直穩(wěn)定在40 ℃左右。16日20：00～22：00（暴雨后），K指數(shù)有所減小。17日00：00，K指數(shù)小幅增加，17日08：00K指數(shù)減小。

7月16日20：00，阜陽站顯示的探空圖呈典型的“喇叭口”形狀，925 hPa上存在暖脊，與上層冷溫度槽相對應(yīng)，在上干冷下暖濕的情況下，導(dǎo)致對流不穩(wěn)定，為本次強(qiáng)對流過程提供了熱力不穩(wěn)定條件。高濕度層厚度從地面一直伸展至500 hPa，濕層深厚，同時(shí)，抬升凝結(jié)高度（Lifting Condensation Level，LCL）＜1 km，自由對流高度（Level of Free Convection，LFC）＜2 km，暖云層深厚，降水效率高，風(fēng)向低層隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，高層隨高度逆轉(zhuǎn)，有冷平流，探空物理診斷為典型的強(qiáng)降水天氣。

總之，在此次暴雨過程中，對流有效位能（ConvectiveAvailable Potential Energy，CAPE）值為1 781.5 J/kg，K指數(shù)為40.1 ℃，沙氏指數(shù)為-1.6，非常有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

3.2 水汽條件分析

水汽通量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一單位面積的水汽量，它是表征暴雨區(qū)水汽條件的重要物理量之一[3-5]。

7月16日08：00，廣西—湖南—湖北—安徽一線已經(jīng)建立起一條穩(wěn)定的水汽輸送帶，并向安徽北部輸送水汽，淮南地區(qū)水汽通量值在15 g/（cm·hPa·s）左右（圖2）。20：00，高值中心區(qū)增至27 g/（cm·hPa·s）以上。隨著水汽不斷累積，水汽量也逐漸增大，淮南地區(qū)為大范圍的水汽輻合集中區(qū)域，為暴雨的發(fā)生提供充足的水汽條件。20：00后，降水量逐漸增大，水汽通量有所減小，降水量大的區(qū)域出現(xiàn)在水汽通量大值區(qū)的后側(cè)。17日02：00，水汽通量大值區(qū)逐漸東移且范圍縮小，同時(shí)降水量也逐漸減小。

3.3 觸發(fā)因子分析

沿暴雨中心做垂直剖面，分析渦度、散度、垂直上升運(yùn)動和降水的關(guān)系。如圖3a所示，降水強(qiáng)度最大的出現(xiàn)時(shí)沿117°E的渦度垂直剖面，分析發(fā)現(xiàn)，淮南北部正渦度柱伸展至500 hPa層，強(qiáng)渦度中心位于900 hPa層附近，與底層切變線系統(tǒng)對應(yīng)，同時(shí)，淮南地區(qū)近地面至200 hPa層均為正渦度。

如圖3b所示，淮南地區(qū)及西部正渦度從地面伸展至100 hPa層，高低空均存在強(qiáng)渦度中心深厚的渦旋結(jié)構(gòu)，這為淮南地區(qū)的暴雨提供了良好的動力抬升條件。

如圖3c、圖3d所示，淮南地區(qū)及其北部上空為負(fù)垂直速度，其中，淮南地區(qū)深厚的上升運(yùn)動區(qū)發(fā)展至150 hPa層，最大上升運(yùn)動速度（-3 Pa/s）出現(xiàn)在300 hPa層，對應(yīng)輻合中心在850 hPa層（輻散中心值為-15×10-5 s-1），200 hPa層輻散中心值為35×10-5 s-1。

可見，低層輻合、高層輻散的結(jié)構(gòu)特征有利于上升運(yùn)動的維持。

4 雷達(dá)觀測分析

合肥S波段多普勒雷達(dá)（以下簡稱雷達(dá)）位于淮河以南約100 km處。沿淮地區(qū)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，雷達(dá)附近無明顯降水。該雷達(dá)距離適中，所受干擾因素較小，其雷達(dá)資料對分析沿淮地區(qū)強(qiáng)降水有良好、真實(shí)的反映[6-7]。

根據(jù)雷達(dá)觀測情況，從7月16日18：00開始，在淮南鳳臺縣至蚌埠懷遠(yuǎn)縣有一條東北—西南走向的強(qiáng)回波，且向東南方向移動；19：00開始，該強(qiáng)回波影響淮南市西部的潘集區(qū)和八公山區(qū)。20：00，強(qiáng)回波移動至淮南市主城區(qū)，隨后穩(wěn)定少動，反射率回波特征表現(xiàn)為典型的混合降水回波，在大面積的層狀云降水回波中，有塊狀對流回波發(fā)展，回波中心強(qiáng)度可達(dá)60 dBz。22：00，主要的強(qiáng)回波逐漸移出淮南市，北部的分散回波繼續(xù)加強(qiáng)并向南移動至淮南市，導(dǎo)致出現(xiàn)持續(xù)性暴雨，但強(qiáng)度有所減弱。17日01：00，強(qiáng)回波完全移出淮南市，暴雨過程結(jié)束。

5 結(jié)束語

此次強(qiáng)降水過程是由強(qiáng)盛的高低空急流耦合作用下產(chǎn)生的輻合線造成的，輻合線呈東西向分布，從河南南部延伸至江蘇北部，雷達(dá)窄帶回波與衛(wèi)星帶狀云團(tuán)特征相吻合，該中尺度輻合線發(fā)生發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

在暴雨發(fā)生前，淮南市上空K指數(shù)逐漸升高，最高達(dá)40 ℃以上，大氣存在很強(qiáng)的不穩(wěn)定性。

在850 hPa上，廣西—湖南—湖北—安徽一線建立起一條穩(wěn)定的水汽輸送帶，為暴雨提供充足的水汽條件。

散度場配合低空水汽，在淮南市上空形成高層輻散、低層輻合，產(chǎn)生了深厚的垂直上升運(yùn)動，為暴雨提供了很好的動力條件。

組合反射率回波特征表現(xiàn)為典型的混合降水回波，在大面積的層狀云降水回波中，有塊狀對流回波發(fā)展，回波中心強(qiáng)度可達(dá)60 dBz。

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