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摘要 利用常规气象观测及NCEP 1°×1°再分析等资料，对2010年7月12日湘西中部突发的特大暴雨过程进行分析，结果表明，这次突发性特大暴雨过程是在梅雨锋的稳定控制下，由于高原短波系统引导中纬度冷空气南下与副热带高压北侧的西南暖湿气流共同作用下产生的;孟加拉湾向江南一带输送的大量暖湿气流在湘西中部一带的强烈汇合为暴雨产生提供了充足的水汽来源，700 hPa高能舌向湘中一带的能量输送为对流层中低层不稳定能量的积聚提供了条件，而高层的干冷空气下侵是不稳定能量释放产生强降水的主要触发机制;同时，武陵山脉东北-西南走向的地形强迫抬升及阻挡在暴雨的增幅中起到重要作用。
关键词 特大暴雨;诊断分析;环流背景;物理量;地形
中图分类号 S161.6 文献标识码
A 文章编号 0517-6611（2014）32-11426-03
基金项目 湖南省气象局2012年科研课题“适应气候变化湖南战略研究”。
作者简介 彭洁（1974- ），女，湖南保靖人，高级工程师，在读硕士，从事短期预报、气候变化研究。*通讯作者，研究员，博士，硕士生导师，从事短期气候变化及预测研究。
收稿日期 20140930
对于致灾性强的极值暴雨天气过程，由于其往往是在大的环流背景下发展强烈的中尺度系统所造成，突发性和局地性强，对人民生命财产造成的损失十分严重，因此一直以来是气象工作者研究的重点[1-6]。2010年7月8～14日，长江中下游地区受稳定少动的梅雨锋影响，出现了一次连续暴雨天气过程，其中长江沿线的安徽、湖南、江西等省普降暴雨、大暴雨，导致江河水位陡涨，防汛形势异常严峻。在这次连续的强降水过程中，7月12日凌晨湖南西部的部分县市突降特大暴雨（以下简称“7.12”暴雨），吉首市出现1956年该站有历史记录以来的最大降雨，24 h降雨量达235.4 mm。由于武陵、雪峰山脉纵贯湖南省西部，受特殊地理环境影响，该地暴雨落区及强度预报难度大，灾害损失程度较湖南东部平原地区更为严重。笔者在此对此次极值暴雨天气过程进行了研究，分析其产生的环流背景及物理量特征，了解其触发及维持的机制，对今后提高此类暴雨的認知水平和预报能力显得尤为必要。
1 降水实况及环流背景
1.1 降水实况
从“7.12”暴雨期间湘西中部5个代表站逐小时降水量（图1）来看，主要的强降水出现在12日01：00～13：00，其中05：00～08：00强降水最为集中，过程最大1 h降水量达63.2 mm;而从暴雨落区（图2）来看，此次特大暴雨主要集中在沅水河谷的上游段，呈东北-西南带状分布，雨带十分狭窄，降水具有明显的局地性和突发性。
图1 2010年7月11～12日湘西中部5个代表站逐小时降水量
1.2 大尺度环流形势特征
此次突发性特大暴雨天气过程是在梅雨锋稳定在长江中下游的大环流背景下产生的，从7月8～12日500 hPa高度场和850 hPa风场的平均形势（图3）可以看到，过程中500 hPa中高纬度处于两槽一脊的形势，贝加尔湖以南为一个脊区，两槽中心分别位于巴尔喀什湖以北、鄂霍次克海南部，副热带高压位置偏南，脊线稳定在20°N附近，北界位于28°N，西脊点伸至105°E附近，在亚洲中纬度地区从高原东部不断有小槽东传带动小股冷空气不断南下。中低层在四川盆地有一个闭合的低值中心，并形成一条“人”字形的切变线位于长江中下游及西南地区东部，位置随着副高北界的变化而略有摆动，华南及江南地区南部有一条暖湿水汽输送带源源不断地向长江中下游输送暖湿气流，地面上在长江中下游形成了一条稳定的梅雨锋雨带。此次湘西中部的特大暴雨是在梅雨锋的稳定控制下，高原东移的短波系统引导中纬度冷空气分裂南下与副热带高压北侧的西南暖湿气流共同作用下产生的。
注：黑色实心三角形为暴雨中心。
图2 2010年7月11日20：00～12日20：00降水量（单位：mm）
注：棕色实线为850 hPa切变线;红色箭头为暖空气路径;蓝色箭头为冷空气路径。
图3 2010 年7月8～12日500 hPa 平均位势高度场与850 hPa 平均风场叠加图
2 物理量场诊断分析
2.1 水汽条件分析
水汽输送及汇聚是产生大暴雨的前提条件[7]，沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做每个时次全风速的纬度-垂直剖面图（图略）可以看到，在此次梅雨锋暴雨过程期间，22°～29°N 850～500 hPa一直存在一条风速≥10 m/s的西南-东北向的强风带，11日14：00这条西南-东北走向的急流带有所减弱，12日02：00开始，低空急流带再次发展，26°～28°N在850 hPa高度西南急流增大至15 m/s;至08：00，15 m/s的急流带所达到的高度和范围明显扩大（图4a），此期间200～400 hPa上空一直维系一条45 m/s的西北急流带，与低空的西南急流相耦合而形成次级环流，导致对流层低层对流系统得到强烈发展。沿暴雨带（27°30′N、108°E～29°N、112°E）做风速V风量的垂直斜剖面也可以发现，300 hPa高度下对流层中南风分量中心值达12 m/s，而200 hPa高度层以上北风分量中心值也达到了相应的量值，可见风向垂直切变十分明显（图4b），暴雨发生期间这种低层暖湿气流上有干冷空气盖的高低层气流耦合导致的抽吸效应，为低空水汽源源不断向高层输送提供了动力机制，也是强降水过程得以维持的重要原因。至12日14：00，低空急流轴中心≥15 m/s的范围明显收缩至28°N左右，低空急流的减小与降水的减弱同位相发生，至20：00急流完全消失，降水结束。 另外，从水汽通量及水汽通量散度分析来看，9日20：00～11日20：00，从孟加拉湾经中南半岛，云南、贵州广西交界至湖南已经建立起一条东北—西南向的水汽输送通道，这条水汽通道将孟加拉湾的暖湿气流源源不断地向江南北部及西南地区东部输送，但水汽辐合的位置偏西偏北，12日02：00，湘西中部至湖南东北部出现一条明显的水汽辐合带，中心数值达-6.0×10-6g/（cm2· hPa·s），正好位于吉首南部附近，与强降水区对应关系十分明显;12日08：00，水汽辐合带范围有所扩大，强度开始减小，但怀化北部仍然处于水汽辐合的相对大值区，中心数值为-3.0×10-6g/（cm2· hPa·s），这正是怀化北部降水最为集中的时段，其中沅陵县07：00～09：00降水量达99.4 mm。
由以上分析可知，孟加拉湾向江南一带输送的大量暖湿气流在湘西中部一带的强烈汇合为此次特大暴雨的发生提供了重要的水汽条件。
注：图a下方的黑色三角形为暴雨中心。
图4 2010年7月12日08：00沿110°E全风速随高度的变化（a）和沿暴雨带全风速V分量的垂直斜剖面（b）
2.2 动力及热力条件分析
2.2.1 假相当位温及垂直速度分析。
沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做θse各时次的纬度-高度垂直剖面图可以看到，7月11日20：00（图5a），700 hPa以下θse呈现随高度递减的状态，也就是大气处于对流不稳定状态，能量锋区位置在30°N以北，同时在700 hPa，湖南境内出现一条东西向的高能舌，湘西中部开始出现向上的能量垂直输送，中心最大值为-0.3 hPa/s;12日02：00，700 hPa θse高能舌的范圍变宽，并从湘西南一直延伸至湘东北一带，湘中一带出现成片的上升区，中心在-0.6 hPa/s以上，850 hPa低空急流明显加大;在θse的垂直剖面图上显示，850 hPa以下能量锋区刚好位于吉首附近，也就是低层有冷空气入侵导致冷暖气流交汇，使得中低层的对流不稳定得到触发，在云图上表现出一个中γ尺度云团开始生成，吉首附近降水强度明显加大;08：00，由于西南暖湿气流的不断输送及对流层低层的对流扰动，湘西中部的垂直上升运动达到最大，中心值达-1.5 hPa/s以上，这也正是湘西中部一带降水最为集中、强度最大的时段;至14：00，700 hPa高能区范围明显缩小成块状，上升运动大值区北抬至湖北一带，从θse的垂直分布来看（图5b），能量锋区南压过暴雨区，暴雨区上空中低层的θse下降了8 ℃左右，中低层的大气层结变得稳定，此次特大暴雨过程趋于结束。
注：黑色三角形为暴雨中心。
图5 2010年7月11日20：00（a）和12日14：00（b）沿暴雨中心吉首的假相当位温纬向-高度剖面
2.2.2 干侵入特征分析。
干侵入是指从对流层顶附近下沉至低层的干空气，它在气旋暴发性发展、暴雨增幅、位势不稳定增强和中气旋产生、发展等方面起着重要促进作用，可以用相对湿度场或位涡场来表示[8]。沿东经109°43′E做吉首站7月11～12日相对湿度及风场的时间-高度剖面图可以看出在此次特大暴雨过程中干侵入的时间演变。7月11日14：00（图6a），吉首出现阵性降水，对应其上空整层空气均十分潮湿，相对湿度均在90%以上;11日20：00（图6b），其上空500 hPa以上出现了中心湿度≤50%的干空气团，中低层相对湿度仍维持在90%以上，从水平风场形势来看，对流层高层200 hPa至中层500 hPa间盛行偏北风，对流层高层变干、中低层变湿和从高空干冷区吹向低层暖湿区的偏北风呈现明显的干侵入特征，从前面分析可知，此时700 hPa高能舌正位于湘中一带，低层高温高湿的不稳定能量在高层干冷空气
注：a.11日14：00;b.11日20：00;c.12日14：00;d.12日20：00。黑色三角形为暴雨中心。
图6 2010年7月11～12日沿109°43′E大气相对湿度及风场的纬度-高度垂直剖面
安徽农业科学 2014年
下侵的过程中得到触发，促使地面气旋快速发展，从而诱发了此次特大暴雨过程的发生。12日14：00（图6c），从相对湿度的垂直分布来看，近地层850 hPa以下开始出现相对湿度
关键词 特大暴雨;诊断分析;环流背景;物理量;地形
中图分类号 S161.6 文献标识码
A 文章编号 0517-6611（2014）32-11426-03
基金项目 湖南省气象局2012年科研课题“适应气候变化湖南战略研究”。
作者简介 彭洁（1974- ），女，湖南保靖人，高级工程师，在读硕士，从事短期预报、气候变化研究。*通讯作者，研究员，博士，硕士生导师，从事短期气候变化及预测研究。
收稿日期 20140930
对于致灾性强的极值暴雨天气过程，由于其往往是在大的环流背景下发展强烈的中尺度系统所造成，突发性和局地性强，对人民生命财产造成的损失十分严重，因此一直以来是气象工作者研究的重点[1-6]。2010年7月8～14日，长江中下游地区受稳定少动的梅雨锋影响，出现了一次连续暴雨天气过程，其中长江沿线的安徽、湖南、江西等省普降暴雨、大暴雨，导致江河水位陡涨，防汛形势异常严峻。在这次连续的强降水过程中，7月12日凌晨湖南西部的部分县市突降特大暴雨（以下简称“7.12”暴雨），吉首市出现1956年该站有历史记录以来的最大降雨，24 h降雨量达235.4 mm。由于武陵、雪峰山脉纵贯湖南省西部，受特殊地理环境影响，该地暴雨落区及强度预报难度大，灾害损失程度较湖南东部平原地区更为严重。笔者在此对此次极值暴雨天气过程进行了研究，分析其产生的环流背景及物理量特征，了解其触发及维持的机制，对今后提高此类暴雨的認知水平和预报能力显得尤为必要。
1 降水实况及环流背景
1.1 降水实况
从“7.12”暴雨期间湘西中部5个代表站逐小时降水量（图1）来看，主要的强降水出现在12日01：00～13：00，其中05：00～08：00强降水最为集中，过程最大1 h降水量达63.2 mm;而从暴雨落区（图2）来看，此次特大暴雨主要集中在沅水河谷的上游段，呈东北-西南带状分布，雨带十分狭窄，降水具有明显的局地性和突发性。
图1 2010年7月11～12日湘西中部5个代表站逐小时降水量
1.2 大尺度环流形势特征
此次突发性特大暴雨天气过程是在梅雨锋稳定在长江中下游的大环流背景下产生的，从7月8～12日500 hPa高度场和850 hPa风场的平均形势（图3）可以看到，过程中500 hPa中高纬度处于两槽一脊的形势，贝加尔湖以南为一个脊区，两槽中心分别位于巴尔喀什湖以北、鄂霍次克海南部，副热带高压位置偏南，脊线稳定在20°N附近，北界位于28°N，西脊点伸至105°E附近，在亚洲中纬度地区从高原东部不断有小槽东传带动小股冷空气不断南下。中低层在四川盆地有一个闭合的低值中心，并形成一条“人”字形的切变线位于长江中下游及西南地区东部，位置随着副高北界的变化而略有摆动，华南及江南地区南部有一条暖湿水汽输送带源源不断地向长江中下游输送暖湿气流，地面上在长江中下游形成了一条稳定的梅雨锋雨带。此次湘西中部的特大暴雨是在梅雨锋的稳定控制下，高原东移的短波系统引导中纬度冷空气分裂南下与副热带高压北侧的西南暖湿气流共同作用下产生的。
注：黑色实心三角形为暴雨中心。
图2 2010年7月11日20：00～12日20：00降水量（单位：mm）
注：棕色实线为850 hPa切变线;红色箭头为暖空气路径;蓝色箭头为冷空气路径。
图3 2010 年7月8～12日500 hPa 平均位势高度场与850 hPa 平均风场叠加图
2 物理量场诊断分析
2.1 水汽条件分析
水汽输送及汇聚是产生大暴雨的前提条件[7]，沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做每个时次全风速的纬度-垂直剖面图（图略）可以看到，在此次梅雨锋暴雨过程期间，22°～29°N 850～500 hPa一直存在一条风速≥10 m/s的西南-东北向的强风带，11日14：00这条西南-东北走向的急流带有所减弱，12日02：00开始，低空急流带再次发展，26°～28°N在850 hPa高度西南急流增大至15 m/s;至08：00，15 m/s的急流带所达到的高度和范围明显扩大（图4a），此期间200～400 hPa上空一直维系一条45 m/s的西北急流带，与低空的西南急流相耦合而形成次级环流，导致对流层低层对流系统得到强烈发展。沿暴雨带（27°30′N、108°E～29°N、112°E）做风速V风量的垂直斜剖面也可以发现，300 hPa高度下对流层中南风分量中心值达12 m/s，而200 hPa高度层以上北风分量中心值也达到了相应的量值，可见风向垂直切变十分明显（图4b），暴雨发生期间这种低层暖湿气流上有干冷空气盖的高低层气流耦合导致的抽吸效应，为低空水汽源源不断向高层输送提供了动力机制，也是强降水过程得以维持的重要原因。至12日14：00，低空急流轴中心≥15 m/s的范围明显收缩至28°N左右，低空急流的减小与降水的减弱同位相发生，至20：00急流完全消失，降水结束。 另外，从水汽通量及水汽通量散度分析来看，9日20：00～11日20：00，从孟加拉湾经中南半岛，云南、贵州广西交界至湖南已经建立起一条东北—西南向的水汽输送通道，这条水汽通道将孟加拉湾的暖湿气流源源不断地向江南北部及西南地区东部输送，但水汽辐合的位置偏西偏北，12日02：00，湘西中部至湖南东北部出现一条明显的水汽辐合带，中心数值达-6.0×10-6g/（cm2· hPa·s），正好位于吉首南部附近，与强降水区对应关系十分明显;12日08：00，水汽辐合带范围有所扩大，强度开始减小，但怀化北部仍然处于水汽辐合的相对大值区，中心数值为-3.0×10-6g/（cm2· hPa·s），这正是怀化北部降水最为集中的时段，其中沅陵县07：00～09：00降水量达99.4 mm。
由以上分析可知，孟加拉湾向江南一带输送的大量暖湿气流在湘西中部一带的强烈汇合为此次特大暴雨的发生提供了重要的水汽条件。
注：图a下方的黑色三角形为暴雨中心。
图4 2010年7月12日08：00沿110°E全风速随高度的变化（a）和沿暴雨带全风速V分量的垂直斜剖面（b）
2.2 动力及热力条件分析
2.2.1 假相当位温及垂直速度分析。
沿暴雨中心吉首（109°43′E、28°19′N）做θse各时次的纬度-高度垂直剖面图可以看到，7月11日20：00（图5a），700 hPa以下θse呈现随高度递减的状态，也就是大气处于对流不稳定状态，能量锋区位置在30°N以北，同时在700 hPa，湖南境内出现一条东西向的高能舌，湘西中部开始出现向上的能量垂直输送，中心最大值为-0.3 hPa/s;12日02：00，700 hPa θse高能舌的范圍变宽，并从湘西南一直延伸至湘东北一带，湘中一带出现成片的上升区，中心在-0.6 hPa/s以上，850 hPa低空急流明显加大;在θse的垂直剖面图上显示，850 hPa以下能量锋区刚好位于吉首附近，也就是低层有冷空气入侵导致冷暖气流交汇，使得中低层的对流不稳定得到触发，在云图上表现出一个中γ尺度云团开始生成，吉首附近降水强度明显加大;08：00，由于西南暖湿气流的不断输送及对流层低层的对流扰动，湘西中部的垂直上升运动达到最大，中心值达-1.5 hPa/s以上，这也正是湘西中部一带降水最为集中、强度最大的时段;至14：00，700 hPa高能区范围明显缩小成块状，上升运动大值区北抬至湖北一带，从θse的垂直分布来看（图5b），能量锋区南压过暴雨区，暴雨区上空中低层的θse下降了8 ℃左右，中低层的大气层结变得稳定，此次特大暴雨过程趋于结束。
注：黑色三角形为暴雨中心。
图5 2010年7月11日20：00（a）和12日14：00（b）沿暴雨中心吉首的假相当位温纬向-高度剖面
2.2.2 干侵入特征分析。
干侵入是指从对流层顶附近下沉至低层的干空气，它在气旋暴发性发展、暴雨增幅、位势不稳定增强和中气旋产生、发展等方面起着重要促进作用，可以用相对湿度场或位涡场来表示[8]。沿东经109°43′E做吉首站7月11～12日相对湿度及风场的时间-高度剖面图可以看出在此次特大暴雨过程中干侵入的时间演变。7月11日14：00（图6a），吉首出现阵性降水，对应其上空整层空气均十分潮湿，相对湿度均在90%以上;11日20：00（图6b），其上空500 hPa以上出现了中心湿度≤50%的干空气团，中低层相对湿度仍维持在90%以上，从水平风场形势来看，对流层高层200 hPa至中层500 hPa间盛行偏北风，对流层高层变干、中低层变湿和从高空干冷区吹向低层暖湿区的偏北风呈现明显的干侵入特征，从前面分析可知，此时700 hPa高能舌正位于湘中一带，低层高温高湿的不稳定能量在高层干冷空气
注：a.11日14：00;b.11日20：00;c.12日14：00;d.12日20：00。黑色三角形为暴雨中心。
图6 2010年7月11～12日沿109°43′E大气相对湿度及风场的纬度-高度垂直剖面
安徽农业科学 2014年
下侵的过程中得到触发，促使地面气旋快速发展，从而诱发了此次特大暴雨过程的发生。12日14：00（图6c），从相对湿度的垂直分布来看，近地层850 hPa以下开始出现相对湿度