2023年6月16-18日孝感市强降水过程成因及预报偏差分析

2023年6月16-18日孝感市强降水过程成因及预报偏差分析

包钟秀  张慧娟  汪子荷

（孝感市气象局，湖北 孝感 432000）

摘  要:本文利用常规气象资料及自动站加密观测资料、ERA5再分析资料、多普勒雷达资料以及卫星资料，对2023年6月16-18日孝感市的一次强降水天气过程进行成因分析。结果表明，本次过程是副热带高压西伸北抬配合低槽东移，同时受低涡切变、低空急流以及地面锋面共同影响，造成的一次强降水天气。本次降水过程存在明显的阶段性特征，分别是16-17日受暖区西南急流发展中产生的稳定性降水，和18日受低涡影响产生的冷切降水。各家数值预报模式对此次降水过程的预报差异较大，其中 ECMWF 模式落区表现较好，但强度出现偏差，主要是模式对于西风分量以及低涡位置预报有偏差。

关键词:强降水；中尺度分析；冷式切变线；雷达回波

孝感市属东亚亚热带季风气候区，天气复杂多变，暴雨是孝感市主要气象灾害之一(罗昭彰等，1988)。据统计，孝感市在夏季特别是6、7月多暴雨发生。近些年来，随着气候变暖进一步加剧，暴雨等气象灾害频次增多、强度增大、极端性增强，给社会、经济和人类带来严重的损失和影响。近几十年来，长江流域暴雨洪涝事件频繁发生，许多学者对湖北夏季强降水过程进行了分析研究(张端禹等，2010；徐双柱等，2012；郭英莲等，2014)。2023年6月17-18日，孝感发生了暴雨到大暴雨过程，此次降水过程强度大，累计受灾人口105982人，农作物受灾面积4383公顷房屋受损41间，直接经济损失3665万元。因此有必要对此次暴雨过程的成因及预报偏差进行分析，为孝感暴雨的预报预警提供有益的线索和依据。

1实况特征

2023年6月16-18日，受高空槽及切变线影响，孝感市普降暴雨到大暴雨，并伴有雷电（图1）。累积雨量有121站（占总站数98%）超过50mm，83站超过100mm，最大降水量出现在安陆巡店234.3mm。本次过程孝感大部地区都出现了大于20mm/h的短时强降水，过程最大小时雨强普遍达到10～30mm/h，共有75站超过20mm，3站超过50mm，其中最大小时雨强为孝南区肖港66.8mm/h。本次降水过程具有明显的阶段性特征，从影响系统及雷达回波的演变特征可见，本次过程强降水主要分为二个阶段：第一阶段发生在6月16-17日，是暖区里西南急流发展过程中暖切影响产生的降水，其中16日雨量较弱，我市以中雨为主，局部大雨；17日我市大部地区出现暴雨到大暴雨，东南部以中到大雨为主，局部暴雨。最大小时雨强普遍在10～30mm/h，有73站达到短时强降水标准。第二阶段发生在18日，主要受低涡后部冷切影响产生降水，其中孝感南部降水较大，以中到大雨为主，局部暴雨，其他地区以小到中雨为主。最大小时雨强普遍在5～10mm/h，有3站达到短时强降水标准。

图12023年6月16-18日孝感市累积降水量分布图

2环流形势

2023年6月16日08时，500hPa高纬为两脊一槽形势，乌拉尔山脉附近为低涡控制，中纬低槽东移缓慢，我省高空受较平直的西风控制。随着中纬低槽东移，低槽经向度逐渐加大，急流加强。新疆地区有低槽东移，带动槽后冷空气东移南下，华北地区受高压脊控制。低纬主要的天气系统为西太平洋副高，16日588线位于华南沿海地区，17日开始西伸北抬，17日20时588线控制华南地区，584线位于湖北中部，副高外围急流加强北进，孟加拉湾有稳定的低值系统维持，有利于西南风输送，为本次暴雨的发生提供了充沛的水汽。16-18日，500hPa高空处在低槽正涡度平流区中，利于低层低值系统发展(李自然等，2021)。持续的水汽供应和稳定的上升运动为此次强降水过程的发生提供了有利条件。16日孝感700hPa受西南气流控制（图2a），西南急流达14m/s，850hPa受偏南气流控制（图2b），17日700hPa西南急流显著加强（图2c），强度达22m/s，湖北省北部的暖切稳定维持且略南压，孝感处在暖切南侧和急流出口左侧叠置区，850hPa孝感处在暖切附近和一支强度为16m/s的西南急流前方（图2d），925hPa上也处在偏东风和偏南风的辐合区，动力条件有利，较16日相比，17日中低层切变线和急流都有所发展，因此在暖区中西南急流的发展产生了第一阶段降水，其中17日降水强度最大。18日700百帕湖北西部为偏北风与西南风的辐合区，西南急流强度较17日相比略有减弱，为14m/s，850hPa有低涡生成，孝感处于低涡冷切、西南急流出口左侧附近，西南急流强度14m/s，动力条件较好，受低涡冷切和低空急流共同影响，孝感出现较明显的第二阶段降水。

图22023年6月16日20时700hPa（a）、16日20时850hPa（b）

、17日08时700hPa（c）、17日08时850hPa（d）

3 物理量分析

3.1热力条件

从图3可以看出，16日川西一带受暖低压控制，中心气压达990hPa，17日暖低压西伸发展，孝感处在暖倒槽中，16-17日孝感最高温度达到29-32℃，不稳定能量的积聚为本次的暴雨过程提供了良好的热力条件。从K指数的演变上看，16日夜间K指数大值区（K>35℃）主要位于湖南，孝感大部K指数在30℃左右，17日K指数大值区整体北移，17、18日孝感全境K指数大于35℃，利于短时强降水的发生，本次强降水过程最大小时降水发生在17日夜间（肖港，66.8mm/h），19日08时K指数大值区南移，孝感全境K指数在30℃左右，对应降水过程趋于结束。

图3 6月16-17日海平面气压场（a.16日20时、b.17日14时）

3.2水汽条件

从850hPa水汽通量和风场分布来看（图4），本次降水过程水汽源地为南海，低空急流为暴雨提供源源不断的水汽输送。16日早上偏南急流将南海的水汽向湖北输送，由于此时急流强度较弱，水汽通量较小，孝感大部水汽通量小于6g/(s·hPa·cm),随着副热带高压外围西南急流的发展加强，17、18日孝感大部水汽通量大于12g/(s·hPa·cm)。同时，西南风与湖北北部偏东风的辐合有利于孝感出现强降水天气。从整层可降水量分布来看，16日早上，孝感大部可降水量为50mm左右，随着急流发展，源源不断的水汽输送，17日夜间、18日孝感大部可降水量达到70mm左右。副热带高压外围西南急流持续不断的水汽输送为本次强降水的发生提供了有利条件。

图4 6月16-18日850hPa水汽通量和风场（a.16日20时、b.17日20时、c.18日20时）和GPS可降水量（d.16日08时、e.18日01时、f.18日17时）

3.3动力条件

6月16-18日，500hPa高空低槽东移，16、17日中低层存在明显的暖切，18日河南有低涡生成，湖北受低涡后部冷切影响，孝感处在低层西南急流左侧，动力条件较好。从图5可以看到，850hPa湖北省处于低层辐合区内，辐合中心强度16日为-3×10-5s-1，低空急流发展，17、18日辐合中心强度增强，18日辐合中心在鄂东达到-8×10-5s-1 。200hPa鄂东为明显的辐散区，高层辐散、低层辐合的抽吸作用产生强烈的上升运动，触发不稳定能量释放，造成本次孝感短时强降水天气的发生。另外，孝感北部受地形抬升对强降水产生增幅作用，导致大悟县大暴雨的产生。

图5 6月16-18日850hPa散度场（a.16日08时、b.17日20时、c.18日20时）和200hPa散度场（d. 16日08时、e.17日20时、f.18日20时）

4中小尺度系统精细化发展演变

结合雷达和卫星探测资料可以清楚的了解到天气过程中中尺度对流系统的发生发展(潘留杰等，2024)。6月16日的降水主要从中午开始，襄阳至潜江一带不断有片状的层状云回波东移（图6a），回波强度小于35dBZ，给孝感自西向东带来稳定性降水。17日06时后回波主体北抬移出，受一些零散回波影响，孝感产生分散性降水。对应红外云图下午有东西状的带状云系东移入孝感后逐渐北移，至17日早晨带状云系移出孝感。

6月17日10点左右有多个对流单体自南部移入孝感，并逐渐发展，合并加强（图6b），对流与16日相比加强，最强回波强度大于45dBZ，对应红外云图上云团亮温较低，低槽东南侧的云系随着西南急流的加强而加强，云团范围加大并合并，开始出现5站短时强降水（20～35mm/h），云团逐渐向东北方向移动，16时左右，回波主体移出孝感，17日第一轮的短时强降水趋于结束。17日17时左右有中尺度云团开始在湖南北部发展起来，受副高外围西南气流引导，中尺度云团向东北方向发展，云团范围逐渐变大，中心温度逐渐降低，22时发展成椭圆形MCS并伸展到孝感南部，对应雷达回波不断有对流系统新生发展（图6c）。随后MCS云团继续向东北方向移动，中心温度继续降低，对应雷达回波不断合并发展，系统移速较慢，给孝感带来持续性强降水天气。

6月18日下午有源自西南方向东北-西南走向的弓状回波向东北方向移动，从红外云图分析看到有带状MCS持续影响孝感，给孝感带来持续性降水。18时前后与孝感北部之前存在的对流单体合并（图6d），回波强度逐渐加大，中心强度超过50dBZ，此时位于孝感的MCS云系逐渐发展为团状，给大悟县带来短时强降水天气。随着弓状回波移动，回波后部附近后向传播特征明显，给孝感南部带来降水。

图6 2023年6月16-18日雷达组合反射率

5 强降水预报偏差成因分析

通过数值预报与实况对比分析，分别对比各家模式16日、17日和18日降水落区预报效果发现：（1）全球模式与中尺度模式落区和强度均存在较大差异，16、17日CMA-GD模式预报的范围和强度最大，18日CMA-MESO模式和CMA-SH9模式预报的强度最大。（2）16日中尺度模式预报优于全球模式，针对孝感而言，

CMA-SH9模式最接近实况；17日全球模式较中尺度模式相比量级偏弱，针对孝感而言，CMA-SH9模式最接近实况；18日除CMA-MESO模式和CMA-SH9模式外，各家模式预报的强度偏弱，其中CMA-MESO模式预报的落区更接近实况。以ECMWF模式预报为例，讨论此次强降水预报偏差的原因。ECMWF模式对于17日暖区急流中降水的落区把握较好，但强度偏弱，而对18日低涡冷切影响阶段的降水落区预报偏西，对孝感预报的降水强度偏强，主要是对低层风场的辐合位置及强度有偏差。数值模式预报17日20时的850hPa急流主体为偏南风，湖北省东部的西南风较弱，而实际风场中西南急流强度更强，急流位置偏东，给湖北省东部提供有利的水汽辐合条件。数值模式预报18日20时的850hPa湖北省低涡系统出现在湖北省中部略偏西的位置，低涡后部的冷切偏竖切，但实际风场中低涡位置偏东，冷切更偏东西走向，因此降水预报位置偏西，强度偏强。

6 总结

（1）此次暴雨过程发生在高空低槽东移、中低层切变线和副热带高压外围西南急流影响的背景下，有利的动力、热力条件以及持续的水汽输送利于本次暴雨天气的形成。

（2）本次暴雨过程呈现显著的阶段性特征，主要降水过程分为两个阶段：第一阶段暴雨发生在高空低槽东移和暖切共同影响的区域，主要过程发生在17日；第二阶段暴雨出现在高空低槽前和低涡后部冷切共同影响的区域，暴雨出现在18日下午，此阶段雨量较前一阶段有所减弱。

（3）从雷达和卫星图上看出本次过程以层状云降水为主，有对流云团生成，伴有明显的列车效应，带来局地强降水天气的发生。

（4）此次暴雨过程的强度及落区预报均存在一定偏差。数值模式对西南急流发展过程中的暖区降水的预报能力不足，对低涡切变的位置及强度均有偏差。

参考文献：

[1]罗昭彰, 袁恩国, 胡伯威, 等. 湖北天气预报手册[M]. 1988: 81-83

[2]张端禹,王明欢,陈波.2008年8月末湖北连续大暴雨的水汽输送特征[J].气象,2010,36(02):48-53.

[3]徐双柱,吴涛,王艳.2010年7月7—15日湖北省持续性暴雨分析[J].暴雨灾害,2012,31(01):35-43.

[4]郭英莲,王继竹,李才媛等.锋生作用对2011年梅汛期湖北暴雨的影响[J].气象,2014,40(01):86-93.

[5]李自然,郑舒天,杨舒杨等.2010年6月8日由西南低涡引起湖南、湖北大范围暴雨的分析[J].农业灾害研究,2021,11(01):83-84.

[6]潘留杰,张宏芳,刘嘉慧敏等.MODE检验在天气预报中的应用研究进展[J].地球科学进展,2024,39(02):193-206.

作者简介：包钟秀（1996-），女，汉族，湖北孝感人，研究生学历，助理工程师，主要从事天气预报相关研究。