舒　斯，韩芳蓉

（1.湖北省气象服务中心，湖北　武汉430205；2.武汉中心气象台，湖北　武汉430074）

2013年初夏湖北两次低涡暴雨对比分析

舒斯1，韩芳蓉2

（1.湖北省气象服务中心，湖北武汉430205；2.武汉中心气象台，湖北武汉430074）

利用NCEP提供的高时空分辨率的GFS（Global Forecast System）0.5°×0.5°再分析资料和常规气象资料，对2013年初夏湖北两次低涡暴雨进行了对比分析。结果表明：（1）两次暴雨落区不同，5月暴雨由湖北西部向东北方向发展，主要位于湖北西部和中北部；而6月暴雨由湖北西南部向东发展，强降水主要位于湖北中部和东部。（2）两次暴雨落区不同是由于低涡移动的路径不同造成的，而低涡的移动路径受高低空配置的影响，不同的高低空配置导致这两次低涡暴雨的差异。（3）500 hPa正的涡度平流使低涡移动发展，对低涡暴雨的发展和移动有很好的指导意义，而6月暴雨500 hPa存在强正涡度平流中心，使低涡东移发展加强；另外，对流层低层温度平流对低涡的移动有引导作用。（4）边界层水汽辐合为低涡造成的强降水提供了充足的水汽条件。（5）中尺度云团对两次暴雨的影响机制不同，5月暴雨由于西部干区靠近，触发对流，使低涡西南部云团不断新生发展，在湖北中西部产生强降水；而6月暴雨由于东西向的云带向东北移动过程中，形成列车效应，在湖北中东部持续产生强降水。

低涡；暴雨；涡度平流；温度平流

舒斯，韩芳蓉.2013年初夏湖北两次低涡暴雨对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（4）：59-66. doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.04.009

低涡暴雨影响范围大，持续时间长，我国气象专家对低涡暴雨已经做了大量的研究工作，得出了许多有意义的结论，对预报员认识低涡暴雨提供了很多的参考。研究主要集中在造成暴雨天气低涡系统的中尺度结构分析[1-3]、东移机制[4]和环境流场的动力诊断[5-7]，还有利用数值模拟对涡形成的机制以及演变特征进行了细致研究[8、9]，另一方面进行了对流天气中尺度分析[10-12]。晋建设等[13]利用常规观测资料和NCEP再分析资料，对2007年7月12—15日河南省黄淮之间的大暴雨过程进行了诊断分析，发现典型的西南低涡东北移动影响河南省所造成的暴雨，在其移向的右前方和中心区产生了强降水。梁珏等[14]通过对1990—2001年6—8月影响河南省的18个黄淮气旋暴雨个例进行统计得知：500 hPa高空急流核和700 hPa低涡的移动方向对地面气旋的移动有引导作用。范学峰[15]等对一次缓慢东移的黄河气旋暴雨的诊断分析发现，对流层中层的动力因子使气旋中心的气压下降，对流层低层的热力因子使气旋的前部减压，二者均在低层产生上升运动，使得气旋在发展的同时向前移动。张云惠[16]等利用1971—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料，对中亚低涡的活动规律及不同移动路径对新疆的影响等进行了细致分析。

但是目前对初夏影响湖北的低涡研究相对较少，对其东移造成灾害性天气的特征分析也不多见。2013年初夏，湖北出现了两次低涡暴雨，这两次都是西南涡移出经过湖北省，在湖北省产生大范围暴雨，局部大暴雨，但造成降水有明显差别，所以本文将对2013年这两次低涡暴雨进行对比分析，以探讨低涡的发生发展对湖北暴雨的影响，以进一步认识低涡的结构及其发展移动机制，为今后此类灾害性天气提供一些预报着眼点。

1　降水概况

2013年5月25—26日（下面简称5月暴雨）和6月6—7日（下面简称6月暴雨），随着500 hPa低槽东移，中低层低涡沿切变线移动，造成湖北暴雨到大暴雨天气。5月25日08时—26日08时的自动站累计雨量显示（图1a），大暴雨3县市，暴雨31县市，大雨30县市，强降水区位于鄂西北、鄂西南、江汉平原，最大降水为钟祥134.6mm（图1b）。6月6日08时—7日08时的自动站累计雨量显示，大暴雨10县市，暴雨35县市，大雨18县市，中雨14县市，小雨6县市，较强降水区位于鄂西南、江汉平原、鄂东北、鄂东南，最大降水为武汉192.8 mm。

由图1可以发现，两次降水落区存在明显差异，5月降水由湖北西部向东北方向发展，强降水主要位于湖北西部和中北部，以稳定降水为主；而6月降水由西南部向东发展，强降水主要位于湖北中部和东部，6月降水小时雨量大，对流性降水明显。

图1　2013年5月25日08时—26日08时（a）和6月6日08时—7日08时（b）24 h累计雨量

2　环流特征对比分析

2.1高空形势场对比分析

分析两次低涡暴雨高空形势场（图2a、2b）可知，5月暴雨过程500 hPa环流主要呈经向型分布，槽前西南气流引导低涡向东向北移动，暴雨中心位于高空槽前西南风中，温度槽落后于高度槽，低槽发展，低涡增强，500 hPa发展为一个冷性的低涡；850 hPa南风急流旺盛发展，暴雨中心位于西南急流和东南急流切变处，西南急流最大风速达到了20 m/s，南风分量比较大，700 hPa也有类似的系统，因此，低涡向东偏北的方向移动；配合暴雨中心北部高空200 hPa西南急流，急流核位于河北上空（40°N，115° E）附近，暴雨中心位于高空急流入口区的右侧，高低层耦合区主要位于湖北省西北部，因此，低涡发展北抬，强降水中心主要发生在湖北省中西部，位于低涡前部南风和东南暖湿气流交汇处，后来随着南风急流发展，降水主要位于低涡中心南风气流中。而6月暴雨过程500 hPa环流主要是呈纬向型分布，湖北主要受槽前偏西风控制，引导低涡向东移动，暴雨中心位于500 hPa冷性低涡南部南风气流中；850 hPa西南急流和东南急流的发展，暴雨中心位于低涡中心西南急流和东南急流切变处，西南急流最大风速达到了18 m/s，700 hPa也有类似的系统；配合高空200 hPa急流核位于东海上空（31°N，126°E）附近的西北急流，暴雨中心位于高空急流入口区的右侧，高低层耦合区主要位于湖北省东南部，因此，强降水主要发生在湖北中东部，位于低涡前部东南和西南气流交汇处。

2.2地面系统分析

5月暴雨降水过程主要受西南东北向移动的暖低压控制，有利于近地面层大气的辐合上升。5月25 日20时（图3a）低压中心位于贵州地区，湖北处于低压东北部，低涡移动速度比较快，中心降水持续时间短，降水强度不强；26日02时（图3b）低压进一步东移北抬，在湖北西南部出现中心气压为999 hPa的闭合低压，地面低压加强，并且移动速度变慢，在低压中心出现较强降水；26日08时（图3c）地面气旋缓慢向东北方向移动，几乎停滞在湖北中部地区，气旋进一步加深发展，中心气压下降2 hPa，在低压中心出现强降水；低压继续东移北抬，26日14时移出湖北（图4a）。

图2　2013年5月26日02时（a）、6月6日20时（b）高空形势

6月6日14时（图3d）重庆到湖北西南地区有一个低压带存在，由于低压带持续时间较长，从08时至14时一直持续在重庆到湖北西南部，位于低压中心的西南部降水持续时间长，累积降水量大，在低压东北部也出现较强降水；20时（图3e）低压进一步东移，在湖南北部出现中心气压为1002 hPa的闭合低压，地面低涡加强，在低涡中心及低涡北侧出现强降水；7日02时（图3f）地面气旋东移略有北抬，在低压中心出现强降水。到了7日08时以后低压中心基本移出我省（图4b）。

3　物理量对比分析

3.1涡度平流

5月25日20时（图5a），850 hPa低涡位于湖北西部，在低涡东北部有正涡度平流中心，正涡度平流向东北传播，低涡中心东北部气旋性涡度增加，配合高层的辐散，造成低涡东北部为强上升运动区，低涡中心向东北移动发展；到了26日02时（图5b），低涡中心移动到湖北西北部，在低涡东部、北部存在正涡度平流，引导低涡东移北抬。

6月6日14时（图5c），850 hPa低涡位于湖北西南部，在湖北中部存在强正涡度平流中心，正涡度平流向东传播，低涡中心东部气旋性涡度增加，配合高层的辐散，造成低涡东部为强上升运动区，低涡中心向东移动发展增强；到了20时（图5d），湖北中部形成强低涡中心，在低涡东部存在正涡度平流，引导低涡继续东移。

图3　2013年5月25日20时地面气压场和25日14时—20时6 h降水叠加图（a）、26日02时地面气压场和25日20时至26日02时6 h降水叠加图（b）、08时地面气压场和26日02时—08时6 h降水叠加图（c）、2013年6月6日14时地面气压场和6日08时—14时6 h降水叠加图（d）、20时地面气压场和14时—20时6 h降水叠加图（e）、7日02时地面气压场和6日20时—7日02时6 h降水叠加图（f）（气压单位：hPa，降水单位：mm）

图4　2013年5月25日20时—26日20时地面低压演变（a）、6月6日14时—7日08时地面低压演变（b）

图5　2013年5月25日20时（a）、26日02时（b）、6月6日14时（c）、20时（d）500 hPa涡度平流和850 hPa风场叠加图

3.2温度平流

分析温度平流可以发现，5月25日20时，850 hPa低涡位于湖北西部，在低涡东北部有暖平流中心，使低压东北部减压，低层产生上升运动，低涡中心向东北移动；到了26日02时，在低涡东北部存在暖平流中心，低涡继续向东北方向移动。6月6日14时，850 hPa低涡位于湖北西南部，在低涡东部有强暖平流中心，引导低涡中心向东移动；到了20时，低涡中心移动到湖北中部，在低涡东北部和东部均存在强暖平流中心，在低涡的西部存在冷平流中心，这种强烈的冷暖平流导致斜压的不稳定，低层等压面下降和较强的辐合抬升，从而低涡除了继续向东方向移动外，还进一步增强发展[17]。因此，对流层低层热力因子，即温度平流对低涡的移动有引导作用，并且能使低涡进一步发展加强。

3.3水汽条件

5月25日20时（图6a），湖北西北部存在强水汽辐合中心，中心强度25×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，为湖北西北强降水提供了充足的水汽条件，另外在江汉平原也存在一个辐合中心，为江汉平原降水提供水汽条件；到了26日02时（图6b），水汽辐合中心位于湖北北部，这为湖北北部钟祥附近02时以后出现的强降水提供了充足的水汽；也可以看出降水自西向东移动，主要发生在湖北中部及西部地区。

6月6日14时（图6c），湖北中部存在一个强的水汽辐合中心，中心值35×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，这为江汉平原强降水提供了充足的水汽条件；到了20时（图6d），强辐合中心随着低涡移动到湖北东部，为21时以后武汉附近出现的强降水提供水汽；由此可以看出，低层水汽为自西向东强降水提供了充足的水汽条件。

3.4不稳定条件

暴雨的产生还需要不稳定层结合强烈的上升运动，沿2次低涡暴雨中心做假相当位温和垂直速度的垂直剖面（图7），可以看到2次过程热力和动力条件比较相似，θse≥350 K，500 hPa以下θse随高度升高而减小，θse线密集说明该区有明显的静力条件不稳定，且随暖湿气流的北上，不稳定能量向湖北输送，暴雨中心位于垂直上升运动区，并紧邻于暴雨发生前θse线密集区南部。对比可以看出，6月暴雨过程θse线更加密集，因此，这次暴雨中心强度更强，武汉7日01时1 h降水达到50 mm。

图6　2013年5月25日20时（a）、26日02时（b）、6月6日14时（c）、20时（d）925 hPa水汽通量散度，（单位：10-7g·cm-2·hPa-1·s-1）

图7　2013年5月26日02时（a）、6月6日20时（b）暴雨中心的假相当位温、垂直速度的垂直剖面（等值线表示假相当位温/K；阴影表示垂直速度（/Pa·s-1）；黑色三角表示钟祥（a）、武汉（b）纬度）

4　卫星云图和雷达回波特征对比分析

4.1卫星云图特征分析

5月25日夜间（图8a），随着西部干区靠近云区，湖北西南部开始有中尺度对流系统（MCS）云团发展。26日01时，MCS中心亮温值达到-91℃，云团存在明显的亮温梯度，MCS云团处于强烈发展阶段，小时强降水出现MCS西南部亮温大值区内，在鹤峰出现一小时达55 mm强降水。随后MCS云团沿着底层低涡路径向东北方向移动，-70℃冷云罩面积逐渐增大，05时（图8b），-70℃冷云罩面积达到了6×104km2，最大小时雨量还是出现在MCS云团西南部。08时后，随着低涡北抬移出湖北省，MCS云团逐渐减弱出省。

6月暴雨在湖北历时较长，6日02时高空槽移动缓慢，重庆有多个对流云团发展东移。03时（图9a），对流云团进入恩施西部产生短时强降水，而恩施南部中β尺度（长度约30 km）初生小块对流云团，云顶亮温-43℃，小时降水达33 mm。至07时（图9b）该云团缓慢东移中在恩施南部一带产生大暴雨，云顶亮温-81℃，最大小时雨量为69 mm，表明云团降水效率极高，同时伴随大范围层状云降水。14时（图9c）后，云带东端东移进入湖北东南部，强度迅速减弱，但西端有对流云团初生，且继续发展成中尺度对流云团，经过荆州南部。22时（图9d）涡旋云系后侧位于湖北东部，湖北东北部对流云团范围小，移动快，云顶亮温-73℃，局部降水效率极高，7日01时武汉小时雨量达50 mm。07时后，涡旋云系移出我省，强降水过程结束。

从卫星云图分析可以看出，5月暴雨过程云系西部干冷空气逐渐靠近并进入云区，叶状云系演变为逗点云系，在云系西南部气团交汇处MCS云团加强发展，在MCS西南部亮温大值区内出现最强小时降水，随着MCS云团沿着低涡向东北方向移动，最大小时雨量还是出现在MCS云团西南部。6月暴雨过程高空槽云系逐渐演变为涡旋云系，高空槽移动缓慢，同时有多个对流云团发展东移，云团降水效率极高，对流云团连接成东西向带状，伴随大范围层状云降水，东移中对流云带后部有多个小块对流云团生成发展东移产生强降水，而东端对流云团移动缓慢且强度维持，使得整个对流云带移动缓慢，产生持续强降水，减弱后西端有对流云团初生，涡旋云系后侧位于湖北东北部的对流云团范围小，移动快，局部降水效率极高，向东北移动中产生强降水。

4.2雷达回波特征分析

5月25日00左右，回波首先在湖北西南部发展，到04时（图10a），在湖北西南部到中部发展成东西向回波带，回波带以层状云回波为主，随后东西向暖切回波带北抬，东侧回波减弱，西侧回波与东移来的低槽前部的中层急流回波带合并。18时左右（图10b），在湖北中东部局地有对流泡发展，20时，局地回波不断发展合并，演变成西北-东南向暖切回波带，25日22时（图10c），鄂西南又有回波发展，回波中心强度达45 dBz，以大片的稳定性降水回波为主，22时小时最大降水达到47 mm。随着该回波带不断东移北上，在26日05时（图10d）从回波形态上可以看到明显的低涡中心，与低涡中心相伴随的暖切回波带和冷切回波带，强降水出现在低涡中心靠近暖切一侧。09时以后，低涡中心东移北抬出省。

图8　2013 年5月25日22 时（a）、26日05 时（b）红外云图

图9　2013年6月6 日03时（a）、07 时（b）、14 时（c）、22时（d）红外云图

图10　2013年5月25日04时（a）、18时（b）、22时（c）、26日05时（d）、6月6日02时（e）、08时（f）、14时（g）、20时（h）雷达组合反射率（单位：dBz）

6月5日23时，中低层低涡位于四川东部，中低层气流发展，涡前暖切变位于鹤峰一带，湖南西北部不断有新回波生成并向北移动，由于列车效应，造成恩施东部暴雨带，降雨量超过100 mm。6日02时（图10e），随着西南急流发展，暖切加强，在五峰到石首之间新生了一条东西向的暖切回波带，造成宜昌南部、荆州地区的强降水。08时左右（图10f），低涡加强并向东北方向缓慢移动，暖切回波继续东扩北抬，影响整个湖北中部地区。最强回波强度达到55 dBz，降水效率高，最大雨强达到一小时49 mm。14时（图10g），低涡向东北方向移动，涡旋回波向东北方向发展，涡旋回波的头部横穿湖北中部，使中部成为此次强降水的中心之一。20时（图10h），涡旋回波带主要位于湖北中东部一线，回波整体强度有所减弱，07日02时左右，涡旋回波头部东移到武汉附近，湖北东北部强降水加强。05时，强回波基本移出湖北，强降水结束。

从雷达回波特征分析可以看出，5月暴雨过程中，25日白天呈大片稳定性回波为主，低涡回波带在25日夜间加深加强，25日夜间受低涡回波带影响，在低涡中心附近都出现了短时强降水天气；随着低涡回波向东北移动，雨带北抬出湖北省。而6月暴雨过程中，涡旋回波带自西向东北移动，涡旋回波头部移动的路径就是强降水发生的路径。05日夜间，低涡位置稳定，涡前西南气流发展，受到低涡暖切影响，在来凤至荆州一带出现了强降水；06日白天，低涡加强并向东北方向缓慢移动，湖北中东部受到低涡涡旋回波影响，出现了强降水天气；06日夜间，低涡减弱并继续向东北方向移动，但湖北东部涡旋回波特征明显，造成暴雨天气。

5　结论

对2013年5月25日至26日以及6月6日至7日湖北两次低涡暴雨进行了对比分析，得出了以下结论：

（1）高空槽、低空急流和高空急流是这两次低涡暴雨的共同环流形势特征，但不同的高低空形势配置，500 hPa形势场、850 hPa风场和200 hPa高空急流的不同特点导致了不同的降水结果。5月暴雨过程500 hPa环流主要呈经向型分布，槽前西南气流引导低涡向东向北移动，低涡北抬明显，很快穿过湖北，降水发生在低涡前部西南暖湿气流和东南气流交汇处，后来随着西南急流发展，西北气流加强，降水主要发生在低涡中心，西北气流前部的西南气流中；而6月暴雨过程500 hPa环流主要是呈纬向型分布，湖北主要受槽前偏西风控制，引导低涡向东移动，低涡缓慢的东移，影响湖北时间长，强降水主要发生在低涡前部东南和西南气流交汇处。

（2）500 hPa正的涡度平流使低涡移动发展，850 hPa热力因子，暖平流使低涡前部减压，引导低涡向前移动，且在低层产生上升运动，使得低涡发展的同时向前移动。暖平流对低涡的移动有引导作用，冷暖平流导致低涡进一步发展加强，涡度平流和温度平流对湖北低涡暴雨的发展和移动有很好的指导意义。6月暴雨过程存在强正涡度平流中心及冷暖平流中心导致低涡进一步发展加强，降水强度更强，持续时间更长，造成的灾害更大。

（3）边界层水汽辐合为低涡造成的强降水提供了充足的水汽条件，中心强度越强，造成的降水强度越强。6月暴雨过程边界层有更强的水汽辐合中心，为暴雨发生提供了更充足的水汽。

（4）经过分析不稳定条件发现，暴雨中心有明显的静力条件不稳定，暴雨落区紧邻于暴雨发生前θse线密集区的南部。且随暖湿气流的北上，不稳定能量向湖北输送，暴雨中心又位于垂直上升运动区。对比可以看出，6月暴雨过程θse线更加密集，低涡增强发展，产生强暴雨。

（5）卫星云图和雷达回波特征分析进一步说明了两次暴雨过程低涡移动发展的特点，及其强降水的差异。从卫星云图分析可以看出，5月暴雨过程中，随着西部干区靠近云区，湖北西南部的MCS云团发展,在MCS西南部出现最强小时降水，随着MCS云团沿着低涡向东北方向移动，强降水向东北方向移动；6月暴雨过程高空槽云系逐渐演变为涡旋云系，对流云团连接成东西向带状，发展东移的过程中形成列车效应，在湖北省中东部产生持续强降水。从雷达回波特征分析可以看出，5月暴雨过程湖北主要受低涡回波带在西部加深加强的影响；而6月暴雨过程湖北主要受涡旋回波带自西向东北移动的影响，涡旋回波头部移动的路径就是强降水发生的路径。

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Comparative Analysis of Two Rainstorm Processes Caused by Low Vortex in Early Summer 2013 in Hubei

SHU Si1，HAN Fangrong2
（1.Hubei Meteorological Service Center，Wuhan 430205，China；2.Wuhan Central Meteorological Observatory，Wuhan 430074，China）

Based on the automatic weather station data and the reanalysis data GFS（Global Forecast System）0.5°×0.5°with high spatial and temporal resolution from NCEP,two rainstorm processes occurred in 2013 were analyzed,which caused by low vortex.The result showed that: Firstly,the areas of the two heavy rains were different.The rain in May from west to the northeast direction,mainly located in western and north-central Hubei;And the heavy rain in June from the southwest to east,mainly located in the central and eastern Hubei.Secondly,the areas of these two heavy rains caused by different low vortex moving paths,and the low vortex moving paths depended on the configuration of the high and low allocation,which lead to the two differences of low vortex rainstorm.Thirdly,the positive vorticity advection at 500 hPa make the low vortex develop and move,which had a good guide on vortex storm development.On June 6th to 7th,there was a strong positive vorticity advection center at 500 hPa,which make the low vortex eastward development; besides,temperature advection in the lower troposphere had a guiding for the movement of the low vortex.Fourthly,water vapor convergence in boundary layer provided ample water vapor condition for the heavy rainfall.Finally,the mesoscale convective cloud clusters on the impact of the two rainfalls mechanism were different.The western arid region approaching the clouds triggered off convective activities,caused the cloud clusters in the southwest of the low vortex,which made the rain located in the Midwest Hubei in May;And the consistent heavy rainfall in the Mideast Hubei in June caused by“train effect”,during the process of east-west cloud belt moving to north-east.

low vortex；rainstorm；vorticity advection；temperature advection

P458.121.1

B

1002-0799（2016）04-0059-08

2015-10-21；

2015-12-21

湖北省气象局科技发展基金项目（2016Q01）资助。

舒斯（1985-），女，工程师，研究方向为中短期天气预报。E-mail：395656412@qq.com