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1、皖南山区大范围暴雨成因诊断分析杜其成（安徽省黄山市气象台 黄山 ）摘 要 综合利用地面自动站降水观测资料、雷达、FY-2E卫星云图、Laps以及NCEP1010再分析等资料, 对2014年7 月15日发生在皖南山区的一次大暴雨天气过程的成因进行诊断分析。通过对副热带高压、西风带低槽、低空急流等主要影响系统的详细分析；得出了以下结论：（1）西太平洋副热带高压的稳定，为本次大暴雨过程提供充足水汽输送；（2）西风带低槽过境是本次过程的主要动力条件；（3）梅雨期大范围暴雨天气过程并非由一次降水所完成的，是由不断生成的中尺度云团沿急流轴移动的结果；（4）回波顶高、垂直液态含水量等雷达产品的演变对区域性暴
2、雨的发生、发展、结束有一定的指示作用。关键词 梅雨期暴雨 急流 低槽 副热带高压引言暴雨是皖南山区主要灾害性天气之一, 对暴雨的强度、落区以及影响时间的准确预报非常重要。黄山市位于长江中下游地区。6月份开始进入梅雨期，一般多阴雨天气，日照少；降水为连续性，有时可达暴雨程度，并伴有强对流性天气。其具有雨势之强、面积范围大、时间久、过程雨量大等特点；连续的强降水天气过程，有时造成山洪暴发，河水猛涨，并伴有滑坡、泥石流等地质灾害，给全市人民群众生命财产安全、工农业生产和基础设施建设造成了严重损失。通过对此次梅雨期大范围大暴雨过程的分析， 为今后突发性、灾害性暴雨天气过程积累预报经验。另外，地市级预报
3、员要灵活运用多家中小尺度的精细化数值预报,如LAPS、INCA等等，这样才能把地市级预报做的更细、更准。1 强降水及灾情概况2014年梅雨期的7月15日，该市出现暴雨，局部大暴雨天气过程，强降水主要集中在15日02时到15日12时，全市平均面雨量达到大暴雨以上量级。从时间和区域范围上看，此次降水过程具有范围广、强度大、强降水集中等特点。14日20时到15日20时整个降水过程，全市平均面雨量为105.6毫米，全市190个自动气象站中有64个站点累积雨量达到100毫米，127个站超过50毫米，其中15日6时休宁县江潭乡1小时雨强达到48.9毫米；最大雨量点在休宁县江潭乡（191.3毫米）；雨量较大
4、的区域主要分布在黄山市中部，即休宁县、屯溪区、徽州区和歙县的部分乡镇。呈西南-东北向的分布(如图1)。图1 黄山市7月14日20时15日20时过程总雨量分布图根据市民政局的初步统计：强降雨造成河水猛涨，道路受损、山体滑坡，耕地受淹造成损失。截止7月15日13时，先后接休宁县、歙县灾情报告，2个县38个乡镇受灾，受灾人口6万人,紧急转移安置3224人，无人员伤亡；农作物受灾面积1158公顷，其中成灾面积713公顷；倒塌房屋8户16间，严重损坏房屋25户39间；直接经济损失3465万元，其中农业直接经济损失1255万元，基础设施损失1760万元，公益设施损失180万元，家庭财产损失270万元。2
5、大范围暴雨成因机制2.1 500hPa环流形势从7月15日02时500hPa高度场上可以看出：在东北和长江中下游之间，东亚地区有一深厚的西风带低槽，其槽后不断有冷空气补充南下。副高脊线稳定在23N附近，西伸脊点在110E，大量水汽沿副高边缘北上。7月14日20时到16日08时,副热带高压处于准稳定状态, 在23N附近来回小幅摆动,高空槽在东移过程中受到副高阻挡, 在皖南地区上空有短暂停滞（如图2 a所示）,不断生成的中尺度云团一直维持在沿江江南的584线位置,导致黄山地区出现了大范围的暴雨天气过程。随着低槽的东移以及584线的北抬（如图2b所示），于15日下午黄山山脉以南的强降水过程基本结束；
6、15日夜里到16日上午，受到副高北抬影响，雨带向北移动，其中黄山山脉以北的部分乡镇出现了大雨天气过程，16日下午开始完全转受副高控制，皖南转为晴热高温天气。 图2（a） 7月15日02时500hPa高度场 (b) 14时500hPa高度场2.2 低层辐合区及低空急流7月15日02时（如图3a）850hPa风场上的全风速表现为：江西中部有一明显的最大风速带，12 m/s以上，皖南地区风速迅速减小到6m/s，说明江西北部到安徽南部存在风速辐合。另外，地面图上有东北-西南走向的低压坝一直停留江西北部到安徽南部；同时西南地区到沿江江南一致盛行西南风，850hPa的西南风风速值普遍大于10m/s，为明显
7、的低空急流，为强降水区域提供了有利的水汽和能量；低空急流的左前侧一般为强降水区域，此次暴雨过程皖南山区位于低空急流的左侧出口区。图3(a) 7月15日02时850hPa风场 (b) 7月15日14时850hPa风场15日14时（如图3b）从风场上看西南急流轴明显南压，安徽南部风速辐合减弱，雨带南移，黄山地区的强降水减弱并逐渐结束。综上所述，西南急流为黄山地区此次暴雨产生创造良好热力条件和水汽条件，低空急流位置的摆动以及急流辐合区对暴雨落区有较好的指示意义。2.3探空分析区域性暴雨一般产生在高温高湿并具有强位势不稳定的区域，为了分析方便，选取位于强降水中心上下游的两个探空点，一个位于江西乐平站号
8、201（29N,117E），另一个位于安徽旌德站号297（30.5N,118.5E），这两个探空点相距约200km，有利于分析中尺度的大气层结状态。 图4（a） 7月15日乐平02时LAPS的探空 （b）旌德02时LAPS的探空综合分析15日02时图4的Laps探空曲线可看出, 图4(a)乐平探空站上空大气层结特点是整层大气处于饱和状态，湿度层深厚，CAPE值较大，850hPa以下吹偏南风，中高层吹偏西风，风向随高度顺时针旋转，为暖平流；图4(b)不同的是 15 日02 时旌德上空大气层结特点：500hPa以下中层有干空气侵入，850hPa以下吹偏北风，中高层吹偏西风，风随高度逆转，有冷平流；
9、无CAPE值，中层处于未饱和状态。这些特征表明，在850hPa以下乐平与旌德之间存在着干湿过渡区（即干线）和不稳定能量与稳定能量过渡带（即CAPE梯度区）。冷暖空气在皖南山区相遇后，暖湿空气受到冷空气的抬升，这种结构形式加大了强降水区的对流不稳定，导致对流性天气的发生并加强，从而有利MCS的形成与发展。此次区域性暴雨过程的强降水落区正好位于这两个探空点之间的黄山市境内。另外，据统计发现，同样大小的CAPE值，CAPE形态与降水也有关系，若CAPE形态为条状形，由于能量释放过程中比较平稳缓慢，有利于暴雨的形成；若CAPE形态为矮胖形，不稳定能量释放剧烈，不利于产生暴雨，一般多为雷雨大风、冰雹等强
10、对流天气；因此乐平与旌德的探空曲线特征非常有利于暴雨过程的产生。2.4垂直风切变分析 结合实况天气，对7月15日02时皖南山区0-3KM垂直风切变的分析（如图5），此次大暴雨过程，黄山市地区中低层0-3KM风切变一般在35m/s，风切变的大小较适中，有利于暴雨过程的产生与维持；而浙江北部等地垂直风切变较大，达到6m/s以上，上升运动剧烈，产生雷电、短时强降水等强对流天气过程。因此，在日常预报预警服务中，0-3KM风切变的大小对暴雨和强对流过程的预报预警有较好的指示意义，图5 7月15日02时0-3km风切变3卫星云图及雷达回波特征高时空分辨率的静止气象卫星、多普勒雷达对识别与跟踪中尺度对流系统
11、具有重要价值，尤其是对产生暴雨的中尺度对流系统MCS监测更有效；不仅能观测大尺度云系分布, 而且可以观测中小尺度对流云团降水的发生、发展、成熟、消散的演变全过程。“7.15”黄山市区域性大暴雨过程是在高空槽和副热带高压相互作用的条件下发生的，发生在副高边缘584线附近地区，由嵌入在天气尺度中的一系列中尺度云团直接造成的。3.1云图特征分析利用逐时FY-2E红外云图分析此次大暴雨过程中尺度对流云团的发展演变特征（如图6）。随着高空槽的东移， 7月15日01时的红外云图上有大片低槽云系沿长江向东移动，受其影响黄山市开始出现强降水；04时云图显示，由于副高稳定少动，阻挡了高空槽的东移，使低槽云系停滞
12、在皖南地区， 同时高空槽的槽前夹杂着大量准圆型中小尺度的强对流云团，以列车效应的方式通过黄山地区上空； 10时云图显示，由于西南急流轴南压，皖南地区的降水云系以层状云为主，对流性的降水云团南压到浙江和福建沿海等地。 (a) 01时 (b)04时 (c)10时图6 7月15日01时、04时、10时红外卫星云图图7给出了皖南大暴雨区的休宁自动雨量站逐时雨量，15日02-08时的降水以对流云和层状云的混合云系降水为主，降水效率高、强度大，小时雨强都在10mm/h以上，9时以后降水主要由高空槽的层状云产生的，强度明显减弱，单小时雨强在10mm以下。图6的高空槽云系的演变与图7实况降水强度的变化基本一致
13、，梅雨期的红外云系的强度的演变可以较好的反映出雨强的大小。图7 休宁站7月15日212日逐时雨量时序图（单位：mm）3.2雷达特征分析3.2.1反射率因子特征Gamache等使用雷达反射率因子将降水类型划分为层状云和对流云降水，他们认为当降水的雷达反射率因子大于38dBz时，降水云系为对流云降水；这两类降水有着较大的区别：对流云降水强度大、含水量丰富、持续时间短；层状云降水雨强较小、含水量也较小、但持续时间长；雷达资料显示“7.15”大暴雨过程是由镶嵌在层状云中的对流云回波单体产生的，由于层状云和对流云单体的相互作用、相互依赖使得降水持续时间增长、强度增大。（a）4：24 (b )13：00
14、图8 7月15日4：24、13：00雷达反射率因子利用SWAN的雷达反射率因子可以看出（图8）, 04: 24分对皖南大暴雨区内的婺源县到旌德县之间雷达反射率因子作剖面分析，剖面的基线如图中红直线所示，从反射率因子及其剖面图上均可以看出：两地之间以层状云回波为主，回波强度在2540dBz之间，回波顶的高度在6km以下；另外，在层状云回波中镶嵌了多个对流性的强回波单体, 中心强度达到45dBz。13: 00 时，随着西南低空急流轴南压到浙江中部和江西南部一带，强回波也随之移动到低空急流轴附近；此时，皖南地区的回波强度以1520dBz的大片弱回波为主，弱回波面积加大且边界清晰，强降水也基本结束，仅
15、有一些零星的小雨天气。而图7的逐时降水实况资料也验证了雷达反射率因子的演变特征。3.2.2回波顶高与垂直液态含水量特征对7月15日1：00到 13：00的SWAN的雷达产品综合分析，此次皖南大暴雨过程的雷达回波顶高和垂直液态含量水量的变化特征具有典型的的层状云回波中夹杂着对流云回波特点，层状云为降水强度大、降水效率高的对流云提供了合适的降水环境，从而使黄山市产生暴雨过程，尤其是天目山与黄山山脉之间的黄山市中部降雨量更大，基本全部区域站点都达到大暴雨的量级。 （a）4：24 (b )6：00 图9 7月15日4：24、6：00时雷达回波顶高从回波顶高的变化中可以看出（图9），4：24分黄山市和江
16、西东北部回波顶高约在69km，属于层状云回波顶高特征，其中只有少量的小区域的回波顶高达到12km，说明大片的层状云中出现了中小尺度对流云；到6：00时，受高空槽云系东移的影响，黄山市西北部的回波顶高明显降低，回波顶高24km，而黄山市的东南部的回波发展增大增强，层状云回波顶高达89km，甚至对流云的回波顶高可达12km以上。 （a）01：24 (b )5：12 图10 7月15日01：24、5：12时雷达液态含水量分析垂直液态含量水量（如图10），降水开始前， 1：24分黄山市的空中液态含量水量较小，基本在1kg/m2以下；随后西南急流增强，并且急流出口辐合区正位于皖南地区，整个黄山市地区上空
17、垂直液态含水量随着层状云和对流云的发展增强，快速增加到515kg/m2。在5:12时垂直液态含水量随着层状云的东移，有所减弱，但其值约510kg/m2；实况雨量表明，强降水从15日2时开始一直持续到8时，雨强基本在10mm/h。两种指标综合表明，这次强降水过程符合层状云回波特点，属于典型的层状云和对流云混合降水；结合实况雨量发现，降水强度变化与回波顶高、垂直液态含水量的演变基本一致，这两个产品可以作为层状云和对流云降水预报预警的参考指标。5 结论通过对皖南山区强降水过程的诊断分析，结论如下：（1）西太平洋副热带高压的稳定少动与高空槽的完美配合为发生强降水过程提供很好的动力条件，有利于降水的维持，是造成此次暴雨天气过程的主要原因；（2）高空西风急流、低空西南急流相互配合, 形成深厚的水汽输送带, 为大暴雨过程的发生提供了充足的水汽条件；（3）此次暴雨过程是在风速辐合区不断生成的中尺度云团沿急流轴移动的结果；（4）卫星云图、雷达回波产品对强降水的预报预警有一定指示作用。