引言

2003年7月4日，受华西低槽和低涡切变线的共同影响，江苏中南部和安徽中东部地区出现大范围的暴雨天气，大暴雨区位于苏皖中部交界(简称“0307”过程)。本次降水过程最大降水量出现在安徽省滁州市，7月4日20时至5日20时累计雨量为351.7 mm。

2008年8月1日，在减弱的“凤凰”台风和冷空气的共同作用下，安徽省淮河以南普降暴雨，大暴雨区位于安徽省江淮之间东部(简称“0808”过程)，本次过程最大降水量：7月31日20时至8月2日20时48小时累计降水量全椒和滁州都超过了500 mm，其中在8月1日08时至2日08时，滁州24小时雨量为428.5 mm。两次特大暴雨过程降水强度都特别大，致使滁州市发生了相当严重的内涝，给人民群众的生产生活产生了很大的影响。

胡燕平等许多专家^[1-9]利用常规探测资料和NCEP再分析资料对不同影响系统的特大暴雨进行了天气学和动力学诊断分析。本文利用常规探测资料、多普勒雷达资料和NCEP再分析资料全面分析了滁州地区两次不同类型特大暴雨的环流特征、水汽条件、不稳定条件和雷达回波特征。揭示两次特大暴雨在动力、热力、水汽等方面的异同点，从而找出有利于特大暴雨产生的环境条件和物理机制。

1 超低空急流分析

朱乾根等^[10]认为，超低空急流是暴雨区所需水汽的提供者、是暴雨区超低空对流不稳定层结的建立者和维持者、是暴雨区超低空天气尺度上升气流的建立者和对流不稳定能量释放的触发者。因此，不少暴雨过程都有边界层急流与之对应。

1.1 急流水平分布

“0307”过程：7月4日20时的水平风场配置如图 1a，200 hPa上安徽北部为一片风速大于30 m·s^-1高空急流区，安徽淮北位于高空急流的南部，风速超过50 m·s^-1的急流轴位于37°N附近，滁州位于高空急流入口区右侧，同时也是低空急流的左侧。

“0808”过程：8月1日08时水平风场配置如图 1b，暴雨区南侧、安徽沿江以南850~925 hPa为一致的西南风，风速在经过沿江时有所增大，南京站925 hPa上风速达到20 m·s^-1。此次过程的急流主要出现在低层，高空风速很小。

1.2 全风速时序图

依据两次过程全风速时序变化图(图 2) 可见，两次过程共同点是：强降水发生前在925 hPa上都出现了大于12 m·s^-1的极大风速值。“0307”过程中7月4日08时和5日02时在925 hPa上的西南风速都增大到12 m·s^-1以上，而对应在4日20时前后和5日08时前后这两个时段出现了强降水。“0808”过程中2008年8月1日08时和20时的超低空急流则对应1日20时至2日02时这段时间内的特大暴雨。强降水发生前6~12小时开始出现超低空急流，超低空急流对暴雨、特大暴雨的发生有着提示性的前兆作用。

两次过程中超低空急流均有明显的日变化，低空风速一般从20时开始增大，在次日08时之后开始减小，风速的大值时段基本可对应降水的峰值时段；14时的低空风速都明显小于整个过程中的平均西南风速。过去的许多研究也表明低空急流在夜间会增大，这也是这两次过程夜间都出现了强降水的原因之一。

而不同之处在于：“0307”过程中整层均为全风速大值区。“0808”过程则明显不同：200~850 hPa的风速一直较小，高空引导气流很弱，只有在850 hPa以下才有较大的风速值。

2 纬向垂直环流分析

图 3中可以看出：2003年个例中，7月4日20时，112°~122°E有一支深厚的低空西南气流倾斜上升，使暖空气在暴雨区(118°E)上空中低层集中。高空急流入口区、低空急流出口区分别出现两个上升运动中心，高空急流的出口区为下沉运动中心对应的辐散区，和低层上升运动中心对应的辐合区相配合，暴雨区位于高层辐散和低层辐合相叠加的区域。在这两者的共同作用下，随后暴雨区上空的上升运动有很强的发展。因此可看出，“0307”过程中滁州地区特大暴雨是在高低空急流的共同作用下，导致暴雨区上空垂直方向上有强的“抽气机制”，同时在纬向上高空有次级环流发展，加剧了暴雨区上空的上升运动。

“0808”过程中，8月2日02时，118°~120°E从低层至500 hPa气流呈气旋式旋转，随高度向东发展。暴雨区的东侧倾斜上升的偏南气流和西侧槽后的一支下沉气流构成了一热力垂直环流，暖空气上升，冷空气下沉，使有效位能转化为动能，揭示了冷空气从高层向低层侵入，导致低层大气的斜压性增强，使系统获得动能，维持并加强，产生强降水。此外，垂直速度场上有一强的上升运动中心，垂直面上构成了一次级动力环流，有利于地面低值系统的维持发展。

由此可见，两次过程垂直结构上均出现高空的次级环流，导致雨区雨势加大，但“0307”过程主要是高低空急流耦合，“0808”过程是次级环流与低压系统互相影响，两次过程高空次级环流对系统的作用方式是不同的。

3 水汽输送和收支特征分析

充足的水汽供给是暴雨产生并维持的必要条件之一。对两次过程暴雨区周围30°~34°N，116°~120°E区域内四个边界各层的水汽收支进行计算，分析结果表明：东边界为水汽的主要输出方向，南边界为水汽的主要输入方向。400 hPa以上主要为水汽流出层，配合高层的辐散运动，将水汽向外输送。400 hPa以下为水汽的流入层，通过中低层的辐合将周围的水汽汇集到暴雨区上空，其中50%以上的水汽输入主要集中在850 hPa以下。

从暴雨区上空各层水汽收支廓线(图 4) 看，“0307”过程中，2003年7月4日20时，500 hPa以下各层水汽通量分布均匀，整层水汽的主要来源都是西边界和南边界的输入，东边界和北边界以流出为主，水汽源是由西南急流带来的孟加拉湾和南海的水汽。与之不同，“0808”过程中，2008年8月1日20时1000 hPa至300 hPa的累计水汽通量达到了143.9×10⁷ kg·s^-1，其中900 hPa以下的水汽通量为99.9×10⁷ kg·s^-1，占300 hPa以下水汽总输入的69%。垂直方向上最大的水汽通量出现在900~950 hPa，位于边界层内，其中西边界和南边界为主要的输入方向，北边界也有一定水汽流入。到了中高层600~700 hPa，水汽通量出现了另一个峰值，此时北边界的水汽输入起主要作用。从以上的分析可总结出，“0307”过程中，西南急流的水汽输送是强降水的主要水汽源，500 hPa以下各层水汽通量分布均匀。而在“0808”过程中，热带低压自身携带的水汽则为强降水提供了所需的大量水汽，水汽的输入主要集中在低层。

水汽通量散度场分析结果表明，两次特大暴雨发生时600 hPa以上为辐散，之下为辐合。低层水汽辐合中心位于950 hPa以下，辐合中心强度很强，最强辐合强度都在-150×10^-8 g·(cm²· hPa·s)^-1以上。强降水发生时，还伴随着低层辐合强度的明显增大，辐合中心向下发展，辐散中心向上发展等特征，水汽辐合层厚度增大，表征着对流发展趋于更加旺盛的状态。

4 对流稳定度分析 4.1 假相当位温θ_se时空分布

从暴雨区上空假相当位温的垂直分布(图 5) 看，“0307”过程暴雨发生前4日20时600 hPa以下θ_se随高度减小，为对流不稳定区。600~850 hPa上θ_se随高度减小迅速，有利于对流发展的区域位于中层；从不稳定度发展的时间上看，暴雨发生时5日08时，650 hPa以下的θ_se有所减小，这次过程中，冷空气主要从中层侵入。冷空气侵入后，不稳定能量有所释放，强降水随之发生。对应雨量时序图上，5日08时前后，出现了连续6小时的短时强降水，在这段时间内的累积降水量为177.1 mm，占日总雨量的50%。

“0808”过程发生前，1日14时在低层850 hPa以下θ_se随高度迅速递减，850 hPa和1000 hPa间的θ_se之差达到了17 K，说明此时暴雨区上空受减弱热带低压的影响，低层大气状态极不稳定。1日20时强降水发生时，500 hPa附近θ_se较前一个时次减小了4 K，说明冷空气从高层入侵。而从雨量的时序分布看，在冷空气侵入后，降水量对应出现了一段时间的峰值，在这次过程中表现尤为明显：在1日20时—2日01时这5个小时内，累积雨量达到了299.2 mm，占日总雨量的70%。

5 中尺度对流系统分析 5.1 对流潜势分析

判断强对流潜势的两个重要对流参数分别是对流有效位能和垂直风切变。滁州站无探空资料，周边有徐州、阜阳、南京3个探空站，由于探空站稀少，探空资料的时间频次低等关系，实况探空并不能精确反映出暴雨区上空大气层结的变化情况。先采用NCEP 1°×1°再分析资料计算滁州站的CAPE值和0~6 km的垂直风切变：2003年7月4日20时滁州上空的CAPE值为1581 J·kg^-1，0~6 km的垂直风切变为2.9×10^-3 s^-1，5日02时分别为595 J·kg^-1和2.4×10^-3 s^-1，至5日08时，CAPE值降为209 J·kg^-1，0~6 km的垂直风切变为3.5×10^-3 s^-1，同时抬升凝结高度在过程中也有所下降。而从实况探空来看，7月4日20时至7月5日08时，离滁州最近的南京站CAPE值由1428 J·kg^-1(见表 1) 下降为492 J·kg^-1，抬升凝结高度也由原来的931 hPa降至1000 hPa，0~6 km的垂直风切变由3.4×10^-3 s^-1加强到5.2×10^-3 s^-1。

在2008年的个例中，NCEP再分析资料滁州站的CAPE值和0~6 km的垂直风切变1日20时为610 J·kg^-1和1.7×10^-3 s^-1，2日02时分别为280 J·kg^-1和1.1×10^-3 s^-1，2日08为367 J·kg^-1和1.0×10^-3 s^-1。实况探空上2008年8月1日20时，南京的CAPE为425 J·kg^-1，抬升凝结高度为1004 hPa，0~6 km的垂直风切变为1.8×10^-3 s^-1，2日08时强降水结束时，南京站的CAPE为696 J·kg^-1，抬升凝结高度为989 hPa，0~6 km的垂直风切变为1.0×10^-3 s^-1。整个强降水过程中一直维持着较小的CAPE值、弱的垂直风切变和低的抬升凝结高度。需要说明的是，虽然南京站的CAPE值变化不大，但徐州和阜阳站的CAPE值有非常明显的减小，可以看出在强降水发生后暴雨区北部的能量有所释放。

由再分析资料和实况探空的计算结果都可看出：两次过程中暴雨区周边大气中的对流有效位能在强降水发生之后有所减小，说明随着降水的发生，大气中的不稳定能量有所释放。“0307”过程发生在中等强度的对流有效位能和中等强度的垂直风切变中，一般认为，这种大气环境有利于对流风暴的维持，产生强降水。“0808”过程虽然暴雨区上空为弱对流有效位能和弱垂直风切变的环境，但由于受减弱热带低压的影响，过程中滁州上空一直维持较低的抬升凝结高度，而两次过程的0 ℃层高度基本相同，因此“0808”过程中的暖云层厚度(即0 ℃高度与抬升凝结高度之间的距离)大于“0307”过程，导致“0808”过程的降水效率高。

5.2 雷达回波特征和中尺度对流系统的地面观测特征分析

从雷达回波的演变和降水的逐时分布看(图 7)，在对流系统的初生阶段：8月1日19—20时滁州上空开始有较强的中尺度对流回波发展，平均回波强度为40~50 dBz。结合地面自动站逐时资料看, 8月1日20时，蚌埠至滁州一带有南北向的中尺度辐合线存在，辐合线左侧为偏北风, 右侧是偏东风。在对流系统发展旺盛的阶段1日21—23时，地面辐合线上的辐合有所加强，同时辐合线及其北部的正变压强度也有明显的增强。雷达风暴追踪信息产品显示，在8月1日20时至2日01时滁州北部不断有新的对流风暴单体发展并向南移动，这个时段中共有4个风暴单体经过滁州上空，强度最强的为最后一个风暴，最强回波发展到58 dBz，同时径向速度场上可分析出一对正负速度对，强风暴结构非常明显。此风暴存在的时段亦为地面辐合线加强的时段，生命史很长，在21时前就开始被编号，至23时消亡减弱，持续时间2小时，一直稳定在滁州附近上空，维持少动，直接造成了这两个小时内130 mm的强降水。2日00时中尺度辐合线有所减弱, 01时中尺度辐合线减弱消失。而随着地面辐合线的减弱，2日00时之后，暴雨区北部亦不再有强的风暴单体形成，回波强度逐渐减弱，强降水时段也相应结束。因此可认为：8月1日20时至2日01时雷达回波在滁州北部有组织地发展, 与地面图(图 6) 上蚌埠到滁州(图中三角形位置为滁州)之间中尺度风场辐合线的维持发展相联系。

在2003年个例中，由于无逐时的地面自动站资料，只能利用常规地面资料分析，资料的时间和空间密度都不能与“0808”过程相比，因此并不能准确地分析出辐合线的生成、发展、消亡及移动情况，但从有限的资料可看出：7月4日20时，安徽江淮之间就已经有地面辐合线存在并一直维持，5日08时，地面辐合线的强度较前几个时次有所加强，辐合线及其北部的正变压强度也较前几个时次有非常明显的增强。从雷达回波上的演变看：自7月4日22时起，在合肥北部就有一条东西向平均回波强度在30~40 dBz的混合性降水回波带维持，滁州位于此回波带上，回波带上最强回波强度为45 dBz，降水回波以30 km·h^-1的较快速度沿500 hPa引导气流向偏东方向移动。5日02时此回波带有所减弱。5日05时左右，在前一块已减弱的层状云降水回波的后部又开始有新回波发展，新回波的强度维持在45 dBz左右，滁州位于后发展的新回波区内，对应实况降水也开始有所加强。此时，高低空引导气流的方向依然为西南偏西，在旧风暴的后部不断有新风暴生成，对流风暴的传播方向和移动方向相反，且移速相当。故回波移动缓慢或少动，在滁州维持了较长时间，至11时前后才逐渐减弱消散。过程中较强回波停留在暴雨区上空的时间达10小时之久。

另外垂直剖面图上可以看出，“0808”过程中对流回波的平均高度都在12 km左右，最强的对流回波发展高度则超过了14 km(滁州位于图 8中距离雷达站110 km附近)，大于30 dBz的回波向上发展至9 km，而直接导致强降水的大于50 dBz的强回波主要集中在3 km以下。“0307”过程中经过滁州的回波带平均高度在8 km左右，最强回波高度发展到13 km。强降水时刻低层没有出现大于50 dBz的强回波，大于30 dBz的回波发展到6 km左右。

由以上分析可看出：两场特大暴雨的相同之处表现在地面辐合线的生消都伴随着较强降水回波的生消，对流风暴的旺盛发展均与地面中尺度辐合线的加强相联系, 同时辐合线及其后部有正变压也有所加强。两次过程的不同点在于，“0307”过程中辐合线的尺度较大，东西向辐合线所在的位置即为带状雷达回波的位置，“0808”过程中的辐合线属于β中尺度，因此强降水也为块状对流系统连续移动造成。此外，从雷达回波图上还可看出：“0307”过程中降水回波发展的强度和高度没有“0808”过程强，但其降水回波一直稳定少动，维持的时间较“0808”过程长1倍，这是造成“0307”特大暴雨的主要原因。

5.3 VWP产品分析

“0307”过程中，1~5 km高度为西南气流，最大的西南风风速在3~4 km高度的区域，达到了22 m·s^-1(见图 9)，且稳定维持的时间长，导致降水回波在暴雨区上空维持少动。

“0808”过程中，从南京雷达的风廓线产品可看出：强降水发生前，仅地面到0.3 km的高度为西南气流，0.3 km高度之上为偏西到西北气流，至降水最强时段西南气流逐渐向上发展到1.2 km处，其中在0.6~1.2 km高度上的西南风速最大，为14 m·s^-1；1.2~1.8 km为偏西气流，1.8~4.6 km为西北气流。风随高度顺转，为暖平流。强降水时段最大的风切变区位于地面至1 km的高度处，风切变值也由强降水前的4~8 m·s^-1增至为8~12 m·s^-1，强降水时刻低层风切变值比“0307”过程大。由此可看出，两次过程的不同之处在于，“0307”过程中西南气流稳定深厚，高度位于1~5 km处，有利于风暴的持久维持。“0808”过程中西南气流高度主要位于地面到1.2 km处，主要表现为低层的风切变较大。

6 结论

通过分析两次不同类型特大暴雨天气过程，可以发现两次过程既有一般特大暴雨发生时所需的强动力、热力、水汽等条件，又有各自的特点。

(1) 两次特大暴雨过程中，超低空急流的增强对暴雨尤其是夜间暴雨的形成有前兆作用；次级环流对高低空系统有加强作用，但作用的方式两次过程有所不同。

(2) 从水汽的辐合上来看，两次过程最强的水汽辐合中心都位于边界层内(950 hPa)；不同的是台风自身携带的大量水汽为特大暴雨产生提供了有利条件，使得不需要很强的水汽输送就能产生强降水。

(3) 冷空气侵入在这两次过程中起了重要作用。两场特大暴雨的相同之处表现在对流的旺盛发展均与地面中尺度辐合线的加强相联系, 辐合线及其后部的正变压也有所加强。

(4) 雷达资料分析表明：“0307”过程中西南气流稳定深厚，高度位于2~5 km处，有利于风暴的持久维持，导致特大暴雨。“0808”过程中西南气流高度主要位于地面到1.2 km处，主要表现为低层的风切变较大，是由一组强对流风暴对流降水造成的特大暴雨。