2022年3月荊門春季首場暴雨形成機制分析

王 培，賀 嘉，李康麗

湖北省荊門市氣象局，湖北荊門 448000

暴雨是荊門市的主要災害性天氣之一，荊門致災性暴雨主要發(fā)生在6—8月，近20年以來，最早出現(xiàn)在4月1日[1]。2022年3月16日荊門市出現(xiàn)了首場春季暴雨，出現(xiàn)時間與歷年同期相比明顯偏早，荊門、鐘祥、京山3個國家氣象站日降雨量均突破了1961年以來的歷史同期極值。暴雨和大風災害造成荊門受災人口777人，緊急轉移分散安置人口10人，倒塌房屋4戶8間，嚴重損壞房屋7戶16間，農(nóng)作物受災面積84.4 hm2；直接經(jīng)濟損失237.45萬元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失92.92萬元。本次強降水過程出現(xiàn)時間早、強度大、范圍廣，在荊門地區(qū)較為少見，因此利用常規(guī)氣象資料、風云衛(wèi)星云圖、雷達及地面觀測資料，研究此次春季暴雨的形成機制，以期為今后荊門市春季暴雨的預報提供參考。25 mm的有109站、超過50 mm的有79站、超過100 mm的有1站，最大降水量110.6 mm，出現(xiàn)在京山屈山站。

1 降雨實況

3月16日白天到夜間荊門出現(xiàn)強降水過程，雨帶為西南—東北向，南部和東部出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨，伴有雷電大風等強對流天氣，累計雨量超過

2 天氣背景

2.1 環(huán)流形勢

3月16日08:00，500 hPa上甘肅南部有低槽帶動冷空氣南下，川東至云南有東北西南向的高空槽東移影響湖北；20:00 2個槽合并成1個槽移至湖北西部，荊門市處于槽前西南氣流中，出現(xiàn)較強降水；17日08:00高空槽東移至湖北東部，荊門降水結束。

中低層主要受低空急流和低渦切變線共同影響。700 hPa上，16日08:00受北部冷空氣侵入影響，四川北部有低渦生成，湖北西部處于西南急流中，此時恩施州已出現(xiàn)降水；20:00低渦東移南壓至恩施東部，西南急流明顯加強，有明顯的暖平流，荊門比濕達7 J/kg，為強對流的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的水汽和動力條件。17日08:00西南急流發(fā)展旺盛，低渦已東移北退出湖北省。

850 hPa上，與700 hPa相對應，16日08:00川東有低渦生成，湖北西部處于渦前西南急流中，恩施州比濕達11 J/kg，已出現(xiàn)明顯降水；20:00北方冷空氣已南壓至湖北西部，低渦往東南方向移至貴州省內，低渦前部西南急流明顯發(fā)展加強，荊門處于低渦切變線上，比濕達11 J/kg，荊門東部出現(xiàn)強降水；20:00之后隨著西南急流進一步加強，低渦繼續(xù)沿東北方向移動，17日08:00低渦已東移北推出湖北省。

2.2 地面形勢

從地面圖可分析出，16日08:00荊門受地面暖低壓倒槽控制，低壓中心在川東地區(qū)，20:00隨著北方冷空氣南下，低壓南壓，荊門受冷高壓控制，降水結束。

2.3 有利于中尺度系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的環(huán)境條件

此次暴雨天氣過程強降水主要集中在16日17:00～21:00。在16日08:00修正過的宜昌探空圖（圖1）可知，200 hPa西南風速達58 m/s，高層急流強輻散引起的抽吸作用有利于低層輻合上升運動。0℃層高達600 hPa，春季出現(xiàn)如此高的0℃層表明暖云層深厚，有利于發(fā)生高效率的強降水。700 hPa以上以干冷空氣為主，700 hPa以下層較濕，這種上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結有利于短時強降水和大風天氣發(fā)生[2]。CAPE值506.5 J/kg，SI指數(shù)為-2.52，DCAPE值1047.7 J/kg，不穩(wěn)定性較大，有利于強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。850 hPa以上以西南風為主，風力較大，近地層還有一定的逆溫層，逆溫頂蓋可以積蓄能量，總體有利于對流不穩(wěn)定的維持和發(fā)展。上述條件導致16日18:00沙洋出現(xiàn)了大風和短時強降水天氣，最大小時降水量達到了44 mm（沙洋紀山站）。

圖1 16日08:00宜昌站修正過的T-logP圖

綜上所述，16日08:00～20:00高空槽東移，中低層有低渦切變線與明顯的急流相配合，形成了強大的輻合抬升運動，為過程提供了動力條件；此次過程中有明顯暖平流，強盛的低空西南急流將水汽向暴雨區(qū)輸送，為此次降水過程提供了充足的水汽[3]。在上、下各層系統(tǒng)的聯(lián)合作用下，產(chǎn)生了本次強降水天氣過程。

3 中尺度天氣系統(tǒng)的特征及演變

從荊門站風廓線雷達3月16日13:00～19:00實時數(shù)據(jù)風羽圖（圖2）可以推算出，荊門站降水主要分為3個階段：14:00～15:00南風有明顯加強，降水屬于南風急流里的暖區(qū)降水；18:00～19:00地面有中尺度渦旋生成，造成強降水；19:00之后中尺度渦旋移除荊門站，降水轉為穩(wěn)定性降水[4]。

圖2 荊門站3月16日13:00～19:00風羽圖

3.1 地面風場分析

從地面風場來分析18:00～20:00最強降水時段。18:00華北冷空氣沿地面倒槽后部侵入，沙洋西部的西北風與東部的偏東風形成地面輻合線，觸發(fā)對流天氣，造成沙洋的短時強降水[5]。隨著850 hPa和700 hPa低渦東移，19:00地面加密站風場（圖3）可見，地面輻合線在東移至京山南部時，形成中尺度渦旋，造成京山南部和天門西部短時強降水。

圖3 地面加密站風場疊加小時雨量圖

3.2 衛(wèi)星云圖的特征分析

從本次過程云圖（圖4）的演變可以看出，荊門降水主要分為3個過程。16日13:00之前，湖北西部至荊州東部生成了西北東南向的對流云帶，14:00～15:00荊門出現(xiàn)明顯降水；隨著南風發(fā)展加強，云帶往北推，16:00～17:00南部出現(xiàn)降水間歇；18:00隨著川東低渦東移南壓，宜昌地區(qū)又有新的對流云團生成并發(fā)展東移合并至原對流云帶中，造成荊門第2輪強降水，19:00東移至京山時達到最強，云頂亮溫達到低值，造成京山南部強降水，最大小時雨強47.9 mm，出現(xiàn)在20:00；20:00之后低渦繼續(xù)東移，荊門轉為穩(wěn)定性降水[6]。

3.3 雷達回波分析

此次降水過程雷達回波圖（圖5）反映出本次降水過程以積云降水為主。16日13:00，湖北西部至荊州東部生成了西北東南向的帶狀回波，隨著南風發(fā)展加強回波往北移動，到達荊門西南部，強回波中心有50 dBz以上，明顯層積混合云回波特征，為強降水回波，降水效率較高[7]。14:00～15:00，強回波東移北推至荊門東部和北部，同時宜昌地區(qū)有新的對流回波生成并繼續(xù)向東北方向移動。17:00宜昌地區(qū)強回波移至荊門。18:00，在荊門掇刀區(qū)至沙洋形成南北向的弓形回波，造成沙洋強降水及雷電大風，最大風速達25.3 m/s。19:00，弓形回波繼續(xù)東移影響京山南部，造成京山南部暴雨大風天氣。21:00之后，強降水回波東移出荊門，雷達回波以層狀云降水回波為主，荊門轉為穩(wěn)定性降水[8]。

圖5 過程期間雷達三維反射率拼圖分析

4 結論

利用多種氣象觀測資料，分析了2022年3月16日荊門春季暴雨過程的天氣背景特征及中尺度系統(tǒng)演變特征，得出以下主要結論：

（1）高空強輻散、500 hPa高空槽東移、中低層低渦切變線、低空急流加強東移北抬、地面冷空氣入侵暖低壓倒槽等天氣系統(tǒng)配置，是這次春季暴雨發(fā)生的有利天氣背景。

（2）這次暴雨發(fā)生前的環(huán)境場特點為適中的對流有效位能，較大水汽含量及上干冷、下暖濕極，說明強對流天氣為短時強降水及雷暴大風。

（3）華北冷空氣沿地面倒槽后部侵入，沙洋西部的西北風與東部的偏東風形成地面輻合線，觸發(fā)對流天氣，造成沙洋的短時強降水。

（4）與中尺度對流云團移動相對應，宜昌地區(qū)有中尺度對流單體生成，其東移中加強并在荊門南部形成弓形回波，雷達回波圖上強的反射率回波對應衛(wèi)星云圖上有TBB低值區(qū)，說明對流云發(fā)展高度高，垂直運動劇烈，造成荊門南部短時強降水和雷暴大風。

針對16日08:00—17日08:00湖北的強降水落區(qū)和強度進行檢驗，不同起報時間各家模式有不同表現(xiàn)。36 h時效來看，NECP-GFS預報最好，最接近實況，其次是CMA-TYM、EC，落區(qū)與強度跟實況有差別；中尺度模式CMAMESO、CMA-SH9強降水落區(qū)偏南。16日08:00起報的24 h時效來看，CMASH9最接近實況，其次是EC和NECPGFS；中尺度模式CMA-MESO、CMASH9強降水落區(qū)均往北做了調整，具有一定的指示意義。從這次春季暴雨預報來看，對于對流性降水模式預報落區(qū)及量級存在一定的偏差，預報員應結合溫濕條件及訂正后的探空環(huán)境進行綜合預判，對流性暴雨落區(qū)及強度進行人工訂正，可取得更好的預報效果。