1. 引言
暴雨作为一种极端天气现象，对人类社会和自然环境产生了深远影响。近年来，随着全球气候变暖和城市化进程加快，暴雨事件的频率和强度均呈增加的趋势，给人类社会带来了巨大的损失。据不完全统计，我国每年因暴雨导致的直接经济损失高达数百亿元，同时还会造成人员伤亡和生态环境破坏。暴雨易诱发山洪、滑坡、城市内涝等次生灾害，是常德的主要气象灾害之一，因此，深入研究暴雨的成因、演变规律、预报预警及其影响，对于科学制定防洪减灾策略、保障人民群众生命财产安全，促进社会经济可持续发展具有重要意义。
国内外已有许多学者就暴雨开展了深入研究，鲍名[1]通过研究统计发现近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区，发生季节以6月为最多；高守亭等[2]研究发现江淮暴雨生成机制主要与对称不稳定、涡度场变化及β中尺度对流线有关；周金莲等[3]研究发现在有利环流背景和强烈发展边界层中尺度天气系统的触发和组织作用下，中尺度对流系统(MCS)的合并加强、停滞、后向传播以及对流单体列车效应等是极端强降水产生的重要原因；此外还有诸多研究指出低空急流的发展以及地形对边界层急流的抬升作用触发中尺度对流均是暴雨产生的关键因素[4]-[7]；陈红砖[8]指出湖南极端降水的主要影响系统是高空槽、西南涡、切变线和低空急流，如果西南涡位处西南地区或位置偏南，湖南极端降水由西南涡和暖式切变线产生；刘红武等[9]研究发现湖南极端暴雨过程多为西南地区东移低涡造成。
暖区暴雨最早是由黄土松[10]在华南前汛期暴雨实验中提出的，不同于大范围系统性降水，其具有强度大、对流性明显、降水时段集中、突发性强和阶段性明显等特点。由于暖区暴雨的强对流性和局地性，并且模式预报对暖区暴雨的预报能力有限，使得暖区暴雨的短期预报难度大。黄娟等[11]、周明飞等[12]研究发现暖区暴雨发生时，地面均有热低压倒槽发展，地面辐合线加强触发暖区暴雨的发生，中低层急流均有明显加强。2024年5月常德发生了一次暖区暴雨天气过程，数值模式和预报员对本次暴雨的量级、落区预报均有较大偏差。
2. 过程实况
2024年5月26日午后至夜间，受西南涡东移和弱冷空气共同影响，常德澧水流域普降小到中雨，石门西北部大到暴雨，沅水流域普降大到暴雨，局地大暴雨，并出现短时强降水、雷暴大风等强对流天气。最强降雨时段为26日16时至19时，暴雨和大暴雨落区主要集中在常德东南部，共有43站暴雨，9站大暴雨，全市面雨量为35.2 mm，最大降水出现在汉寿县聂家桥181.2 mm，最大小时雨强为26日17~18时武陵区东江93.5 mm/h，极大风速为26日17时汉寿县聂家桥21.9 m/s (图1)。
Figure 1. Real distribution of cumulative precipitation (upper), maximum rainfall intensity (middle) and maximum wind speed (below) in Changde from 08:00 on 26th to 08:00 on 27th
图1. 26日08时~27日08时常德累积降水量(上)、最大小时雨强(中)、极大风速(下)实况分布图
3. 天气形势背景
5月26日08时500 hPa高空位于两槽一脊的大尺度环流背景下，湖南西北部有高空短波槽东移，常德位于高空槽前，700 hPa低涡位于四川东部，850 hPa低涡位于重庆中部，T850-500 (850 hPa与500 hPa温差)在24℃~26℃，T700-500在14℃~16℃，热力不稳定条件好，有利于对流产生，700 hPa和850 hPa西南急流加强，暖湿气流旺盛，不断向北输送水汽；地面受倒槽影响，常德位于低压中心东部附近，有弱冷空气南下，冷空气前沿已压至湖北中部，湖南北部与湖北交界一带有地面辐合线，有利于触发强对流天气。
20时高空槽东移至广西中部，700 hPa低涡东移南压至张家界西部，850 hPa低涡东移南压至怀化西部，湘北地区受暖切控制，地面受弱冷空气南下影响，湘北地区已转为偏北风，20时前后地面辐合线南压至常德南部一带，在地面辐合线附近已产生较强降水(图2)。
4. 强对流发生条件分析
从2024年5月26日08时和20时长沙站和怀化站的实况探空可以看出：08时长沙站CAPE (对流有效位能)值较大，达1003.3 J/Kg，K指数长沙站和怀化站分别为26.7℃和36.7℃，热力不稳定特征明显，从湿度层结来看，08时两站均存在明显的“上干下湿”特征，从探空曲线形状来看，均呈细长的形状，综合来看有利于产生短时强降水、雷暴大风等强对流天气；20时长沙站和怀化站的整层湿度均明显增加，长沙站的CAPE值达1178.5 J/Kg，K指数达38.7℃，怀化站的CAPE值K指数分别为292 J/Kg和39.5℃，且从怀化的探空可以看到低层已转为偏北风，冷空气已经影响湘北地区，冷暖气流对峙，有利于湘中及湘中以北地区产生短时强降水(图3)。
Figure 2. The altitude situation evolution analysis chart at 08:00 (upper) and 20:00 (below) on the 26th
图2. 26日08时(上)和20时(下)高空形势演变分析图
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 3. Tlogp of Changsha Station at 08:00 (a) and 20:00 (c), Tlogp of Huaihua Station at 08:00 (b) and 20:00 (d)
图3. 长沙站08时(a)和20时(c)实况探空，怀化站08时(b)和20时(d)实况探空
5. 实况与各模式预报偏差
5.1. 省市预报偏差
省市两级都是预报26日常德以小到中雨为主，沅水流域局地大雨，从省台和中央台的预报落区来看，暴雨及以上落区主要集中在湘西、湘中一带。从实况来看，湘中一带的强降水预报较好，湘西地区的强降水空报，湘北地区降水量级预报偏小，出现暴雨和大暴雨的漏报(图4)。
Figure 4. Actual precipitation and forecast map
图4. 降水实况与预报图
5.2. 各模式预报偏差
各家模式对于26日湘中一代的降水落区和量级的把握均有一定的体现。大多数模式均在湘中一代报了暴雨到大暴雨，但是大暴雨的位置较实况略偏北；NCEP模式对于湘中一代的降水落区和量级把握较好，但对于湘北的降水量级预报偏小；EC模式表现相对较差，对于湘西的强降水存在空报，对于湘中的强降水存在漏报，无有效指导意义(图5)。
Figure 5. Precipitation forecast of each model
图5. 各模式降水预报图
6. 短临预警时效和有效性分析
本次过程影响常德地区的回波主要分为两个部分：一是上游地区移入，导致石门地区产生较强降水，随后逐渐减弱；二是在桃源和汉寿本地生成的强对流单体，移动过程中在武陵区东部合并，产生强降水。
从石门地区的双偏振雷达图可以看到，回波自16时前后移入石门西北部，最大组合反射率因子达55 dBz，CC值近1，表征相态以降水为主，ZDR值达2~3 dB，雨滴的ZDR一般在1~5之间，数值越大雨滴越大，KDP值达2~3 deg/km，雨的KDP一般在0~5之间，越大说明雨滴越大。回波在石门西北部产生了短时强降水，最大1小时降水52.3 mm (石门县磨市镇南岳寺)，随后回波在逐东移过程中渐衰减(图6)。
(a) (b) (c) (d)
Figure 6. Figure of CR (a)、ZDR (b)、KDP (c) at 16:12 and CC (d) at 16:24 in Shimen area
图6. 石门地区16时12分组合反射率因子(a)、差分反射率因子ZDR (b)、差分传播相移率KDP (c)和16时24分相关系数CC (d)图
桃源地区16时前后局地生成了强对流单体，逐渐东移扩散，汉寿地区在16时10分前后生成强对流单体，逐渐发展加强，向西北方向缓慢移动，17时前后两股单体在武陵区东部–汉寿西北部附近合并加强，产生短时强降水和雷暴大风等强对流天气，随后逐渐东移。从16时48分武陵区东部–汉寿西北部的剖面图可以看到，反射率因子最强中心在8 km以下，17时该区域最大KDP值达3~4 deg/km，降水效率高。17~18时武陵区东江小时降水量达到93.5 mm，突破武陵区有气象记录以来1小时降水历史极值；在17时前后汉寿县聂家桥乡出现了21.9 m/s (9级)的雷暴大风(图7)。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 7. Figure of CR (a)、profile map (b) at 16:48 and CR (c)、KDP (d) at 17:00
图7. 16时48分组合反射率因子(a)和剖面(b)、17时组合反射率因子(c)和KDP (d)图
汉寿地区的强降水从雷达回波来看主要是经过3次发展加强，第1次是汉寿中部本地生成的强对流单体，逐渐北移，降水效率高；第2次是两单体合并后东移过程中又产生了强降水；第3次是汉寿南部上游地区的弱回波移至汉寿中部地区后再次加强，且移动缓慢，KDP值较高，降水效率高，持续时间长。受“列车效应”的影响，汉寿县聂家桥3 h (17:30~19:30)累计降水量达159.2 mm (图8)。
Figure 8. Figure of CR and the corresponding time KDP in Hanshou area
图8. 汉寿地区组合反射率因子和相对应时刻的KDP图
本次过程属于暖区暴雨，预报难度大，常德地区的暴雨和大暴雨均漏报，只能通过提高短临预警服务质量来进行弥补。本次过程共发布暴雨黄色预警信号3期4县次，橙色预警信号1期3县次，红色预警信号3期4县次，预警信号准确率达91%。其中黄色预警信号最大提前量349 min，橙色最大提前量84 min，红色最大提前量124 min，整体预警信号发布质量较高，服务效果较好(表1)。
Table 1. Warning signal release and inspection
表1. 预警信号发布及检验情况
| 时间 |
级别 |
发布县区 |
准确性 |
最大提前量 |
| 26日16:23 |
暴雨黄色 |
石门 |
正确 |
130 min |
| 26日16:39 |
暴雨黄色 |
汉寿 |
正确 |
349 min |
| 26日16:40 |
暴雨红色(升级) |
石门 |
不正确 |
|
| 26日16:51 |
暴雨黄色 |
鼎城、桃源 |
正确 |
323/245 min |
| 26日17:27 |
暴雨橙色 |
武陵区、常德经济开发区、柳叶湖旅游度假区 |
正确 |
84/66/33 min |
| 26日17:34 |
暴雨红色(升级) |
武陵区、鼎城 |
正确 |
60/124 min |
| 26日18:10 |
暴雨红色(升级) |
汉寿 |
正确 |
118 min |
7. 总结与讨论
本次过程属于暖区暴雨，预报难度大，模式可参考性差，总结起来有以下几点。
1) 本次过程受高空受槽东移影响，湘北位于高空槽前，中低层有低涡切变东移，常德位于暖区内，热力不稳定条件好，中低空西南暖湿气流旺盛，地面有热低压倒槽发展，地面辐合线加强触发强对流的发展，受弱冷空气影响，在地面辐合线附近产生了暴雨到大暴雨天气。
2) 区别于纯粹的暖区对流，纯粹的暖区对流呈多点开花形势，较分散，点强面弱，而本次过程不仅有暖区对流的发展，同时也有系统性的降水，影响范围广，同一地点反复有回波经过，有一定的列车效应，累计雨量大。从整体来看，回波呈汇聚之势，最终在武陵区、鼎城区、汉寿的交汇一带产生了暴雨到大暴雨。
3) 暖区暴雨短期预报难度大，强降水的量级和落区均易产生较大偏差，因此需重点加强短临预警监测，及时发布和升级相关预警，加强应急管理部门和党政机关的叫应联动，为科学部署调度、转移人民群众争取宝贵的时间。