怀化市不同季节暴雨天气过程对比

怀化市不同季节暴雨天气过程对比

彭艳青 鞠亮亮 张昆 王起唤

湖南省怀化市气象局 湖南 怀化 41800

摘要：利用多种观测资料及NCEP再分析资料，对2012年9月12-13日及2018年6月19-20日出现在怀化市的两次不同季节暴雨天气过程从天气形势及环境条件等方面进行对比分析，结果表明：秋季“9.12”过程较夏季“6.19”过程降雨时空分布更均匀；两次过程均属锋面暴雨天气过程，但“9.12”过程为冷锋暴雨，而“6.19”过程为准静止锋暴雨，两次过程冷空气强度不同，冷空气南下方式及路径也有所不同；比湿大小、强垂直运动伸展高度、高层辐散强度及低层假相当位温大小与降雨强度的对应关系较好，能用于区分不同季节暴雨过程。

关键词：怀化市、不同季节、暴雨、对比

暴雨一直都是我国主要的灾害性天气之一，近年来许多学者对暴雨做过大量研究^[1-5]，由于秋季暴雨出现于湖南的频次并不高，其受关注的程度相对夏季暴雨低，但秋季正是湖南大部分粮食作物和经济作物的成熟收获期，做好秋季暴雨预报预警工作对防灾减灾同样重要，因而亟需对秋季暴雨形成机理及其与夏季暴雨差异进行研究。2012年秋季9月12-13日及2018年夏季6月19-20日怀化地区分别出现了一次暴雨、大暴雨天气过程，尽管两次过程均为锋面降雨，但降雨强度及分布特点有所不同，致灾程度不同。本文利用常规观测资料、区域自动站资料、多普雷雷达资料及NCEP逐6小时再分析资料，从不同季节暴雨产生的天气形势及环境条件等角度对两次过程进行对比分析，以期对不同季节不同天气背景下的暴雨预报预警提供思路，从而降低暴雨灾害的发生。

1 降雨特征对比分析

1.1 降雨空间分布对比

2012年9月12-13日，怀化出现了一次秋季暴雨天气过程（以下简称“9.12”过程），12日08时-13日20时过程最大累积雨量为99.1mm（洪江市沙湾站），最大一小时降雨量为48.7mm（麻阳县谭家寨站12日17-18时），此次过程降雨空间分布（图1a）较均匀。

2018年6月19-20日，怀化中南部地区出现了一次暴雨、大暴雨天气过程（以下简称“6.19”过程），6月19日20时-21日08时过程最大累积雨量达228.2mm（会同站），最大一小时降雨量达79.7mm（会同站6月19日22-23时），此次过程降雨空间分布（图1b）不均匀，呈南多北少特征，中南部累积雨量较“9.12”过程大，此次过程怀化南部地区受灾较重。

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图1 怀化市2012年9月12日08时-13日20时（a）与2018年6月19日20时-21日08时（b）累积雨量（单位：mm）分布图

1.2 降雨时间分布对比

选取两次过程代表性站点沙湾站和会同站，对比两站降雨时序图（图2）可以看出，“9.12”过程中的沙湾站降雨较平稳，时间分布较均匀，而“6.19”过程中的会同站具有明显的短时强降雨特征，降雨强度较“9.12” 过程大，时间分布不均匀，同时表现出一定的夜雨特征。

图2 沙湾站2012年9月12日08时-13日20时（实心）及会同站2018年6月19日20时-21日08时（空心）降雨时序图

2 天气形势及影响系统对比分析

对比分析两次过程环流演变（图略），发现两次过程有一定的相似之处：在怀化强降雨发生前，2012年9月12日08时及2018年6月19日08时，欧亚中高纬均为两槽一脊形势，脊区都位于贝加尔湖西部；同时地面图上（图略），西南地区倒槽发展旺盛，怀化均处于低压倒槽控制范围，在贝加尔湖西南侧均有冷空气堆积；在高空脊前偏北气流引导下，地面冷空气南下，侵入低压倒槽，导致锋生，两次过程的锋面均位于江苏-安徽-湖北-湘北一线，同时中低层在这一带均有切变线存在，动力条件较好；两次过程的强降雨均出现在各层系统较为重叠的区域，随着各层系统南压影响怀化，导致怀化强降雨的出现。

但两次过程还存在一些不同之处：“9.12”过程（图3a）发生时怀化处于500hPa中低纬高空槽前，而“6.19”过程（图3b）发生时怀化处于500hPa中低纬高空槽后；由于发生季节不同，两次过程中地面冷空气强度不同，“9.12”过程中地面冷高压中心达1030hPa以上，而“6.19”过程中地面冷高压中心仅为1015hPa，且冷空气南下方式及路径也有所不同，“9.12”过程（图3ac）为冷空气沿中路路径主体南下方式，且由500hPa及850hPa风场与温度场的配置可以看出低层冷空气入侵早于中高层，同时冷空气势力较暖空气强，锋面性质为冷锋，而“6.19”过程（图3bd）为冷空气沿东路路径渗透南下方式，仅在低层有冷空气侵入，中高层并无冷空气影响，同时冷暖空气势力相当，锋面性质为准静止锋。

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图3 500hPa（a、b）位势高度（蓝色实线，单位：dagpm）、温度（填色，单位：℃）、风场（风向杆，单位：m·s

^-1），850hPa（c、d）温度（填色，单位：℃）、风场（风向杆，单位：m·s^-1）（a、c为2012年9月12日20时，b、d为2018年6月19日20时）

3 环境条件对比分析

3.1 水汽条件对比分析

对两次过程的水汽通量（图略）进行分析，发现“9.12”过程的水汽输送主要源自南海，而“6.19”过程的水汽输送主要来自孟加拉湾。对水汽的垂直分布（图略）进行分析发现，两次过程水汽主要集中在700hPa及其以下，且水汽输送与辐合中心都位于925hPa附近。因此对两次过程925hPa水汽通量、水汽通量散度及比湿进行分析。

“9.12”过程开始前，12日08时（图略），由于925hPa在湘、鄂、渝、黔交界处存在风场辐合切变，造成这一带水汽强烈辐合，形成10×10^-5·g·cm^-2·hPa^-1·s^-1水汽通量辐合中心，同时这一带比湿达14～16 g·kg^-1以上，此时水汽通量为16 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1的大值中心位于湘北，强降雨出现在比湿大值区、水汽通量辐合中心附近以及水汽通量梯度大值区较为重叠的区域，随着辐合切变逐渐东移南压，12日14时（图略），比湿大值区、水汽通量辐合中心以及水汽通量梯度大值区东移南压至湘、黔、渝交界一带，对应怀化西部及西北部的麻阳、沅陵等地出现了暴雨，12日20时（图4a），比湿大值区、水汽通量辐合中心以及水汽通量梯度大值区进一步东移南压至怀化南部地区，且水汽辐合有所增强，辐合中心强度达14×10^-5·g·cm^-2·hPa^-1·s^-1以上，对应怀化东部洪江及南部通道等地出现暴雨，13日02时（图略），水汽输送及其辐合减弱，比湿降低至10～12g·kg^-1，雨势也随之减弱。

“6.19”过程（图4b）强降雨区也与比湿大值区、水汽通量辐合中心以及水汽通量梯度大值区配合较好，但“6.19”过程比湿达16～18 g·kg^-1，水汽含量较“9.12”过程大，水汽辐合中心强度为6～8×10^-5·g·cm^-2·hPa^-1·s^-1，水汽辐合较“9.12”过程弱。可见比湿大小较水汽通量辐合强弱与降雨强度的对应关系更好。

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图4 925hPa水汽通量（蓝色虚线，单位：g·cm^-1·hPa^-1·s^-1）、水汽通量散度（色斑，单位：10^-5·g·cm^-2·hPa^-1·s^-1）和比湿（黑色实线，单位：g·kg^-1）叠加图(a、2012年9月12日20时，b、2018年6月19日20时)

3.2 动力条件对比分析

“9.12”过程怀化（109～111°E，26～29°N）全市均出现较强降雨，而“6.19”过程降雨集中在怀化中南部（109～110°E，26～28°N），因此对两次过程降雨集中区域范围内的平均涡度与垂直速度进行分析。

“9.12”过程（图5a），从垂直速度分布来看，12日08时-13日02时，怀化上空存在一致的上升运动，12日14时在700～850hPa出现一个0.9 Pa·s^-1的强上升运动中心，对应怀化北部、西部开始出现强降雨，涡度分布来看，700hPa以下为正涡度区，700hPa以上为负涡度区，且12日20时，在850hPa形成6×10^-5·s^-1的正涡度中心，中低层涡旋特征明显，对应该时次怀化东部、东南部出现强降雨，13日02时之后，转为低层负涡度的结构，且上升运动消失，雨势减弱。

“6.19”过程（图5b）700hPa以下均为弱的正涡度，700hPa以上为强的负涡度，同时怀化中南部均存在上升运动，且19日20时-20日02时上升速度增强到0.6 Pa·s^-1，有利于降雨的增强与持续。

对比两次过程，虽然“9.12”过程强降雨时段内垂直速度与低层正涡度均较“6.19”过程大，但降雨强度却弱于“6.19”过程，仔细分析原因发现，“6.19”过程强垂直运动伸展高度更高，达500hPa以上，“9.12”过程强垂直运动仅伸展至700hPa以上、500hPa之下；且“6.19”过程高层200hPa的负涡度更明显，可见“6.19”过程高层负涡旋的辐散特征较明显，更有利于抽吸作用及强降雨的持续。综上，强垂直运动伸展高度和高层辐散特征较垂直速度和中低层涡度的大小与降雨强度关系更密切。

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图5 2012年9月12日08时-13日20时109～111°E，26～29°N范围内（a）与2018年6月19日08时-21日08时109～110°E，26～28°N范围内（b）的平均涡度（等值线，单位：10^-5·s^-1）与平均垂直速度（填色，单位：Pa·s^-1）的时间-高度剖面

3.3 热力条件对比分析

假相当位温（θse）显示，“9.12”过程（图6ac）对流层中层（500hPa）和低层（850hPa）干冷空气活动较明显，θse≤312 K的冷舌位于河套地区沿偏北风入侵，且冷空气前沿东移南压，冷舌范围不断扩大，低层冷空气与华南地区暖湿气流沿切变线交汇，形成一条东北-西南向的假相当位温高梯度带。强降雨正出现在假相当位温高梯度带东南侧的暖湿气流中；“6.19”过程（图6bd）对流层中层（500hPa）和低层（850hPa）干冷空气活动不如“9.12”过程明显，850hPa冷舌位于东北地区，北部冷空气主体东移后从东北地区至北部海区回流后侵入华中地区，并与这一带暖湿气流沿切变线交汇，形成准东西向的假相当位温高梯度带，强降雨出现在假相当位温高梯度带南侧θse≥356 K的高能舌中，不稳定能量较“9.12”过程明显偏强，降水强度较“9.12”过程偏强。可见降雨区低层θse大小较冷空气强弱与降雨强度关系更密切。

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图6 500hPa（a、b）和850hPa（c、d）假相当位温（等值线，单位：K）及风场（风向杆，单位：m·s^-1）分布（a、c为2012年9月12日20时，b、d为2018年6月19日20时）

4 结论

从两次过程降水时空分布来看，“9.12”过程时间与空间分布都很均匀，而“6.19”过程时空分布不均匀，具有明显的短时强降雨特征，且有一定的夜雨特征。

从影响系统来看，虽然两次过程均为锋面暴雨，但两次过程冷空气强度不同，且冷空气南下方式及路径也有所不同，“9.12”过程为较强冷空气沿中路路径主体南下方式，而“6.19”过程为弱冷空气沿东路路径渗透南下方式；两次过程的锋面性质也不同，“9.12”过程为冷锋造成的暴雨，而“6.19”过程为准静止锋造成的暴雨。

从环境场条件来看，比湿大小、强垂直运动伸展高度、高层辐散强度及低层假相当位温大小与降雨强度的对应关系较好，能用于区分不同季节暴雨过程。

参考文献

[1]彭艳青，王强，鞠亮亮,等.怀化地区一次大暴雨过程两个降雨阶段对比分析[J]中低纬山地气象，2019,43（4）：23-31

[2]黄小玉,陈媛,顾松山,等. 湖南地区暴雨的分类及回波特征分析[J].大气科学学报, 2006, 29(5):635-643

[3]郁淑华.一次华西秋季大暴雨的水汽分析[J].高原气象, 2004, 23(5):689-696

[4]陈红专，叶成志，唐明晖.2011年6月湖南两次暴雨过程的中尺度特征对比分析[J].气象，2013，39（12）：1580-1590

[5]杨舒楠，陈涛，刘建勇.两次台风暴雨冷空气影响对比分析[J]气象科技，2018,46（2）：324-334

作者简介：彭艳青（1989-），女，汉，本科，工程师，研究方向：灾害性天气预报研究，从事短中期天气预报工作。

基金项目：湖南省气象局短平快项目（XQKJ21B017）

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