Special 专题
东风波引发的湖南南部强暴雨过程分析
蒋丽敏1 付炜2 彭艳青3 李菁华1
（1 永州市气象局，永州 425000；2 株洲市气象局，株洲 412000；3 怀化市气象局，怀化 418000）
摘要：利用常规观测资料、ERA5再分析资料及永州多普勒雷达资料等对2016年8月12—13日湖南南部的东风波暴雨过程进行综合分析。结果表明：这次深厚东风波暴雨过程处于南亚高压由西部型向东部型转换的过渡阶段，副热带高压控制我国中东部，西南季风卷入到副热带高压南侧强盛偏东风波动中，诱生出低涡，使得垂直风切变加大，东风波系统得以较长时间维持；主要降雨区位于诱生低涡经过的区域和东风波槽前东北气流区，低涡西侧的能量锋区及东风波槽前θ 大值区的出现均对强雨区的预报有一定的指示作用，当槽前正涡度平流中心与低层θ 大值区重叠时，降水强度明显增大；强雨区与湘南地区特殊地形密切相关，暖湿气流与山脉走向夹角大，使得降水增幅明显。关键词：东风波，暴雨，诱生低涡，诊断分析，地形影响DOI：10.3969/j.issn.2095-1973.2022.06.014
Analysis of Heavy Rainfall in Southern Hunan Caud
by Easterly Wave
Jiang Limin 1, Fu Wei 2, Peng Yanqing 3, Li Jinghua 1
(1 Yongzhou Meteorological Obrvatory, Yongzhou 425000 2 Zhuzhou Meteorological Obrvatory, Zhuzhou 412000
3 Huaihua Meteorological Obrvatory, Huaihua 418000)Abstract: Bad on conventional obrvation data, ERA5 reanalysis data and Yongzhou Doppler radar data, the heavy rainfall occurring in Southern Hunan Province from 12 to 13 August 2016, which was affected by easterly wave, was analyzed. The results show that the heavy rainfall process occurred in the period when the 200 hPa South Asian high was converting from the western type to the eastern type, and the central and eastern China were controlled by the Western Pacific subtropical high (WPSH ). The mesoscale low vortex was induced by the southwest monsoon and easterly wave on the south side of WPSH, and it was the low vortex that incread the vertical wind shear and made the easterly wave maintaining for a long period of time. The main rainfall area was located in the zone where the mesoscale low vortex pasd through. It was also within the range of the northeast wind in front of the easterly wave trough. Both the frontal zone of energy on the west side of the vortex and the large
value region of θ (equivalent potential temperature ) in front of the easterly wave indicate the occurrence of rainstorm in a certain area. The precipitation intensity will increa significantly when the center area of the positive vorticity advection in front of the easterly wave overlaps with the low-level θ large value area. There is high correlation between the rainstorm area and the special terrain of southern Hunan. The large angle between the alignment of mountain and the warm moist flow makes the precipitation increa significantly. Keywords: easterly wave, heavy rainfall, mesoscale low vortex, diagnostic analysis, terrain effect
收稿日期：2021年11月2日；修回日期：
2022年4月27日 第一作者：蒋丽敏（1989—），Email ：通信作者：付炜（1985—），Email ：资助信息： 湖南省气象局预报员专项（XQKJ18C008）；湖南省气象局研究型业务预报预测专项（XQKJ22C005）；湖南省气象局重点课题（XQK21A001）
0 引言
1940年Riehl [1]
最早根据加勒比海地区的气象资料归纳出了东风波的经典模型，指出坏天气发生在槽后。但影响我国的东风波结构由于受到西南气流的影响，与经典模型略有不同[2]
，强对流及强降水在东风波槽前、槽后均出现过。
因东风波引发的强天气情况比较复杂，这些年来我国诸多学者专家对其展开研究，沈杭锋等[3]
指出当有低层的中尺度辐合线出现时易触发或加强对流天气，缺乏低层系统配合时难触发强天气；刘丽君等[4
]
通过分析一次影响海南岛的东风波暴雨，指出东风波天气下配合低空东风急流的出现激发次级环流有利于降水的增幅，同时低空东风急流也是暴雨所需水汽的最大提供者；诸多研究[
5-9]
也证实，在单纯的东风波影响下降水强度一般不强，当东风波与西南季风或低涡或其他天气系统相互作用时，可造成较大范围强降水，另外地形的影响也很重要[
10-12]
，地形强迫抬升及对暖湿气流的阻挡作用、沿海喇叭形超浅海河口港湾
的狭管效应等，都对降水有一定的增幅作用。为进一步加强对东风波强降水的认识，诸多学者专家通过物理量进行诊断分析，王忠东等[13]
、曹楚等[14]
皆指出在涡度场以及垂直螺旋度与暴雨或强降水的落区也有很好的对应关系；顾思南等[15]
也表示风暴相对螺旋度演变能够提前预报东风波强降水的落区，但提前的时效较短。
近年来对东风波强降水的研究发现了这些事实，在天气预报业务中得到应用，但东风波影响下的降水天气突发性强、尺度较小、发展迅速，预报预警难度大，需要进一步深化以及更系统的研究。2016年8月12—13日湖南南部的强降水过程，使得部分城区积水，农作物受损、房屋及道路被摧毁，造成较大经济损失，是近十年来对湘南影响最大的一次东风波暴雨过程。本文对此次暴雨过程进行分析，以期加深对东风波暴雨的认识，找出预报着眼点，为今后监测与防范此类天气过程提供参考。
1 东风波暴雨天气形势实况分析
2016年8月11日凌晨，中国台湾附近的东风波发展加强，自东向西移动，陆续经过广东中北部、广西东北部、中部等地，影响华南地区，13日白天掠过广西南部进入北部湾。受其影响，华南北部地区出现了大到暴雨局地大暴雨的天气，雨带自东向西扩展，相继影响多省。最强降水时段出现在12日08时
至13日08时（图1），三个强降水中心分别位于广东中西部、湖南南部和广西中部，最大累积降水量达264.9 mm （图1红点处，广东清远佛冈县境内），最大小时雨强达103.3 mm （12日16—17时，广西梧州苍梧县境内），湖南南部强降水中心累计雨量为157.2 mm 。此次过程以短时强降水为主，具有影响范围广、降水效率高 、移
动快、强降水分布不均等特点，上述地区都出现了不同程度的致灾现象，这也是近十年来影响湘南地区范围最广、强度最大的一次东风波暴雨天气过程。
fifo200 hPa 上显示（图略），11日20时之后位于90°E 以西和江淮地区的两个1260 dagpm 高压中心合并加强，12日08时呈带状从江淮地区一直延伸到青藏高
原，高压中心于12日20时向东越过90°
E ，中心加强到1264 dagpm ，呈块状稳定在90°
jeremy sumpterE 以东，南亚高压由西部型转东部型的过渡阶段，属带状型过程[16]
。
500 hPa ，11日08时（图略）副热带高压位于我国中东部，588 dagpm 西脊点至川西高原，脊线位于30°
N 附近，日本岛到山东半岛附近有592 dagpm 中心，台湾以北洋面和闽浙沿海为偏东气流，在700 hPa 上达急
流强度，台湾海峡附近对流层中低层形成东风波；12日08时（图2a ），中高纬西风槽经向度减小，副高中心强度减弱、范围缩小，由块状结构逐渐转为带状，并继续西伸，西脊点至青藏高原东部，副高南侧偏东
风有组织性加强，在其引导下，700 hPa 急流伸展到赣北（南昌站东东南风14 m ·s −1），东风波系统由东向西移动，中南半岛、南海一带西南季风加强北上与偏东气流在粤东地区诱生出低涡（地面图上表现为粤赣交界处有低压系统生成，该处ΔP 24 （24小时变压）达 −5 hPa ，图略），此时降水强度增加，低涡经过之处陆续出现暴雨（12日11—14时在广西境内ΔP 3（3小时变压）负值 中心达3.2 hPa ，有利于地面辐合。图
略）；13日08时，700 hPa 低涡向西南方向移至广西南部，东风波波槽减弱，涡东侧由东东南急流转为偏东风（郴州站12日20时东东南风14 m ·s −1，13日08时东风10 m ·s −1），至此华南地区降水减弱，过程趋于结束。
12日08时粤东地区诱生出低涡，东风波槽线位于粤赣交界，位于槽前的郴州站探空图（图3a ）显示，风随高度顺转，低层1000～500 hPa 有较强的垂直风切变，400～250 hPa 盛行偏东风，200 hP
a 转为东南风，
低层东风分量随高度增加，基本气流的垂直切变为东风切变，降水主要发生在东风波槽前。雷达图（图略）上已有强积云降水回波移向郴州站，郴州站将出现较
强降水，该站K 指数为41 ℃，SI 达 −2.41 ℃，图3b 中显示在925～400 hPa 存在和（符号含义见图3），表明大气处于条件不稳定层结状态，湿层较为深厚，对流条件理想，有利于东风波槽前出现强降水。
此次暴雨过程发生在南亚高压在由西部型转东部型的过渡阶段，东风波出现在副高南侧，中低层配合有低涡、低空急流等天气系统，暴雨主要发生在低涡
图1 2016年8月12日08时至13日08时降水实况（单位：mm ）
Fig . 1 Accumulated precipitation from 08:00 BT 12 to
08:00 BT 13 August 2016 (unit : mm )
27°N
26°N
25°N
essay是什么意思24°N
23°N
108°E
109°E
110°E
111°E
112°E
113°E
maggie smith114°E
150
125 100 75
50 25
Special 专题
图2 2016年8月12日08时（a ）、8月13日08时（b ）500 hPa 高度场（等值线，单位：dagpm ）及700 hPa 风场（风向杆，单位：m ·s −1） Fig . 2 500 hPa height field (contour , unit : dagpm ) and 700 hPa wind field (barb , unit : m ·s -1) at (a ) 08:00 BT 12; (b )
08:00 BT 13 August 2016
100°E
110°E
120°E
130°E
(a ) 90°E
blake100°E 110°E 120°E 130°E 140°E 150°E 20°N
30°N
40°N
20°N
30°N
40°N
100°E
110°E
120°E
130°E
(b ) 90°E 100°E 110°E 120°E 130°E 140°E 150°E
20°N
30°N
40°N
bingo什么意思20°N
30°N
40°N 图3 2016年8月12日08时郴州站探空图（a ）和位温（单位：℃）垂直分布图（b ）（图b 中绿色曲线为位温线θ、棕色曲线为假相当
位温线θ 、蓝色曲线为饱和假相当位温线θ*
）
Fig . 3 T -log p profiles of temperature (a , blue curve , unit : ℃); dew point temperature (b , green curve , unit : ℃); wind (a , barb , unit : m ·s -1); potential temperature (b , green curve , unit : ℃); pudo -equivalent potential temperature (b , brown curve , unit : ℃); saturation pudo -equivalent potential temperature (b , blue curve , unit : ℃) at Chenzhou Station at
08:00 BT 12 August 2016
(a )
－80
－70
－60
－50
－40
－30
fathead
－20
－10
1020
30
40
T /℃
200 250 300
400 500600 700 850
925 1000
(b ) －20
－10
1020
30
40
小升初网
50
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70
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90
100
T /℃
100
150200
250 300 400 500600 700 850925 1000
中心附近及东风波槽前区域。2 水汽条件分析
东风波暴雨的形成除了与东风波本身强度和环境场等因素相关外，还与水汽输送关系密切，水汽输送对东风波系统的维持及降水强度都有重要影响。图4d 显示湘南地区在12日白天水汽输送最为强盛，其中12日16时前后水汽辐合最剧烈，现对影响湘南地区最强降水时期8月12日白天（图4a ），特别是16时前后的水汽特征（图4b ）进行分析。
整层平均水平水汽通量（图4a ，8月12日08—20时的平均量，积分为1000～300 hPa ）的分布显示，此次暴雨水汽输送通道主要有两个，一是孟加拉湾经中南半岛、南海向华南沿海及西太平洋输送，即西南季风的输送；二是西太平洋副热带高压边缘偏东气流向西输送。此次过程前期副热带高压南侧偏东气流输送水汽贡献值大，在最强降水时期，孟加拉湾向华南输送的水汽通量加大（前期华南地区西南风和偏西风的水汽通量值小，图略），低涡进入广西后再次以偏东
气压/h P a
气压/h P a
风的水汽输送为主（图略）。图4b 显示水汽通量大值区集中在东风波动明显区、诱生低涡经过的北侧。随着诱生低涡逐渐西移至广东中北部，水汽通量大值区西
扩至湘桂交界，水汽通量中心值≥8×103 g ·cm −1·s −1，位于诱生低涡正北侧。东南沿海、粤赣湘桂
地区的水汽输送强，但水汽通量辐合区集中在有限的区域内。粤湘桂交界处于水汽通量4×103 g ·cm −1·s −1以上的大值区中，且水汽通量强辐合区位于诱生低涡附近的粤中地区及粤桂交界的北部，最强辐合中心达−3.5×10−4 g ·cm −2·s −1，其次是湖南南部，此时强降雨区也位于湖南南部 。
沿着两个水汽辐合中心作垂直剖面进行分析
（图4c ，沿[21°N ，117°E ]到[29°N ，108°E ]），强水汽
通量散度在500 hPa 以下，水平水汽输送最强出现在低层700 hPa 以下。湖南南部（25°N ～26°N ），水汽通量中心值≥18×10 g ·cm −1·s −1·hPa −1，对应的水汽辐
合区位于800 hPa 以下，最强辐合中心在925 hPa 层，
≤−25×10−6 g ·cm −2·s −1·hPa −1，图4d （[25.2°N ，112.3°E ]的时间－高度剖面）亦显示出强水汽辐合层在800 hPa 以下，最强时段在低涡位于广东中北部的8月12日16时左右，此时湘南处东风波槽前，由于副高南侧携带大量水汽的低层东北急流的较长时间维持，造成了湖南南部暴雨，局地大暴雨天气。广东中北部（23.5°
N —25°N ）850 hPa 以下以来自孟加拉湾经中南半岛、南海等地的西南风和偏南风的水汽输送为主，850 hPa 以上西南风和偏南风与来自西北太平洋的东
图4 2016年8月12日08—20时（北京时）平均（a ）、12日16时（北京时）（b ）整层水平水汽通量（箭头，单位：103
g ·cm −1·s −1）及整层水汽通量散度（填色，单位：10−4 g ·cm −2·s −1
）、沿图4b 中蓝实线的水平水汽通量（箭头，单位：
10 g ·cm −1·s −1·hPa −1）及水汽通量散度（填色，单位：10−6 g ·cm −2·s −1·hPa −1
）的斜向垂直剖面（c ）、图4b 中红十字处的水平
水汽通量（箭头，单位：10 g ·cm −1·s −1·hPa −1）及水汽通量散度（填色，单位：10−6 g ·cm −2·s −1·hPa −1
）的时间高度剖面（d ）
Fig . 4 Water vapor flux (vector , unit : 103 g ·cm -1·s -1) and water vapor flux divergence (shaded , unit : 10-4 g ·cm -2·s -1
) in whole level average from 08:00 to 20:00 BT 12 August 2016 (a ); at 16:00 BT 12 August 2
016 (b ); slant -vertical ction of water vapor flux (vector , unit : 10 g ·cm -1·s -1·hPa -1) and water vapor flux divergence (shaded , unit : 10-6 g ·cm -2·s -1·hPa -1) (c ); Time -Height profile of water vapor flux (vector , unit : 10 g ·cm -1·s -1·hPa -1) and water vapor flux divergence (shaded ,
unit : 10-6 g ·cm -2·s -1·hPa -1) (d )
30°N
27°N
24°N
21°N
18°Ngullibility
30°N
28°N
26°N
24°N
22°N
20°N
(a )
8
20
20
8
(c )
(b )
(d ) －1.8
－1.5
－1.2
－0.9
－0.6
－3.5－3.0
－2.5
－2.0
－1.5
－1.0
－0.5
toner是什么意思
－30
－25
－20
－15
－10
－5
－30
－25
－20
－15－10
－5
106°E 109°E 112°E 115°E 118°E 121°E
124°E
106°E 109°E 112°E 115°E 118°E 121°E 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000500
550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
21°E,117°E
23°E,114.7°E 25°E,112.4°E 27°E,110.2°E 29°E,108°E 12Z 11AUG 201618Z 00Z 12AUG 06Z
12Z
18Z
00Z 13AUG 06Z 气压/h P a
气压/h P a
Special 专题
北风共同为其输送水汽，水汽辐合中心在925 hPa 上，最强达−25×10−6 g ·cm −2·s −1·hPa −1且水汽辐合区延伸到500 hPa 以上，整层水汽辐合厚度比湘南大得多，低层西南风的维持加强了位于广东中北部的低涡，更强的动力条件，使得水汽辐合深厚，整层水汽通量辐合高于湘南，引发广东中北部出现区域性暴雨，局地大暴雨、特大暴雨。
3 东风波发展的动力诊断
王坚红等[17]
通过对十次东风波的动力结构进行分析，指出正涡度区指示东风波槽位置，正涡度值的大小指示东风波强度；王忠东等[13]
也指出，涡度场和垂直螺旋度均对东风波及其诱生低涡的演变过程有很好的指示意义。此次降雨的主要影响系统是东风波及其
诱生低涡，通过对正涡度中心经过附近23.8°N （图4a 中的红虚线）作纬向垂直剖面，对东风波及其诱生低涡的发展及动力结构进行分析。
东风波在掠过台湾海峡过程中强度有所减弱，12日08时（图5a ），东风波槽西移进入粤东，因西南季风的卷入，在700 hPa 上诱生出低涡（图2a ），正涡度中心亦是诱生低涡中心，此时正涡度值小，
垂直上升运动弱，但垂直方向上风切变加大。12日14时诱生低涡进入广东中北部后（图5b ），低层西南风加强到急流强度，厚度扩展到700 hPa 左右，正垂直螺旋度中心也在700 hPa 上，强度达14×10−9 m ·s −2，垂直风切变进一步加大，东风波槽强度迅速增加，900～300 hPa 为较深厚的垂直上升区，与东风波波槽随高度均向东倾斜，主雨带位于低涡前侧，距涡中心2个经距左右。12日20时（图5c ），700 hPa 低涡移至两广交界的北部，西南风减弱，使得垂直风切变减弱，垂直上升区和辐合中心皆移到低涡前侧，强度有所减弱，主雨带距涡中心约3个经距。13日08时（图5d ），700 hPa 低涡移至广西南部（图2b ），正涡度中心在广西中部，位置不重
图5 2016年8月12日08时（a ）、12日14时（b ）、12日20时（c ）、13日08时（d ）（北京时）沿23.8°N （图4a 中红虚线）的纬向垂直
剖面（风羽为垂直方向的水平风，单位：m ·s −1、填色区为正涡度区单位：10−5 s −1
、等值线为垂直上升速度，单位：Pa ·s −1、蓝
色三角为此时主雨带的位置）
Fig . 5 Latitude -vertical ction of wind (barb , unit : m ·s -1), positive vorticity (shaded , unit : 10-5 s -1) and vertical velocity (contour , unit : Pa ·s -1) along 23.8°N at (a ) 08:00 BT 12; (b ) 14:00 BT 12; (c ) 20:00 BT 12; (d ) 08:00 BT 13 August 2016
(a )
(c )
(b )
(d )
气压/h P a
气压/h P a
200
300 400 500 600 700 800
900 1000200
300 400 500 600 700 800
900 1000200
300 400 500 600 700 800
900 1000200
300 400 500 600 700 800
900 1000112°E 113°E 114°E 115°E 116°E 117°E 118°E 109°E
110°E 111°E 112°E
113°E
114°E
115°E 110°E 111°E 112°E 113°E 114°E 115°E 116°E
106°E 107°E
108°E 109°E 110°E 111°E 112°E
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