貴州西部兩場典型暴雨個例對比分析

池再香，杜正靜，熊應祥，潘徐燕，劉麗萍

(1.貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553001;2.貴州省氣象服務中心，貴州 貴陽 550002;3.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002;4.貴州省畢節市氣象局，貴州 畢節 551700)

貴州西部兩場典型暴雨個例對比分析

池再香1，杜正靜2，熊應祥1，潘徐燕3，劉麗萍4

(1.貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553001;2.貴州省氣象服務中心，貴州 貴陽 550002;3.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002;4.貴州省畢節市氣象局，貴州 畢節 551700)

利用ECWMF數值預報產品資料、逐日客觀分析資料、常規觀測資料以及高密度區域氣象自動站降水資料和物理量資料，對2011年6月中、下旬發生在貴州西部地區的兩場暴雨天氣過程進行對比分析。結果表明：①兩場暴雨的發生，中低層均有西南低渦沿切變線東南移和強盛的西南暖濕氣流，第1場有高原槽，第2場既有高原槽又有南支槽等天氣條件的有效合理配置，以及較強的垂直上升運動和充足的水汽、能量條件，為暴雨產生提供充分的條件。②區域氣象自動站降水資料顯示，中小尺度天氣系統演變對強降水落區有很好的指示意義。③WRF模式較準確地模擬出降水落區、強度以及700 hPa上西南渦沿切變線移動趨勢，對類似暴雨短時臨近預報具有重要的指示意義。

西南渦;切變線;暴雨;數值摸擬;貴州西部

1 引言

夏季暴雨是不同尺度天氣系統相互作用的復雜非線性問題。為揭示暴雨發生發展的內在機制和外部條件，許多氣象專家對以往發生在我國不同地區的暴雨天氣過程進行了診斷和數值模擬分析［1－3］，孫建華等［4］還對2002 年中國暴雨試驗期間一次低渦切變上發生的中尺度對流系統進行了研究。在不同尺度影響系統中，暴雨產生要有一定的大尺度環流背景，以提供中尺度天氣系統形成的條件及環境場。陶詩言等［5］、馬艷等［6］、朱官忠［7］的研究表明，中尺度對流系統(MCS)才是直接造成暴雨的影響系統。在有利大尺度環流背景下，只有滿足一定的物理條件，才能激發產生強對流天氣。陳忠明等［8］、池再香等［9－10］研究指出，西南低渦東部低空急流活動影響低渦的維持與發展，切變線、低渦、輻合線、西風槽等也是西南地區降水天氣的常見低值系統。

2011年6月17日20時—18日20時(簡稱18日)和22日20時—23日20時(簡稱23日)，貴州西部地區(104°31'～106°21'E，24°37'～27°47'N)出現暴雨或大暴雨天氣過程。兩次暴雨過程給當地農業生產和人民群眾生命財產造成巨大損失，僅六盤水一市，受災人口達13.305 3萬，農作物受災面積4 153.27 hm2，其中絕收726.16 hm2;因其降水強度大，誘發山體滑坡、泥石流等地質災害，導致民房倒塌、損毀共733間;因山體滑坡和山洪，致使3人死亡，直接經濟損失約2 533.55萬元。發生在貴州西部地區的上述兩場罕見區域性暴雨天氣過程，其特點是雨量多、強度大、間隔時間短，不僅造成巨大經濟損失，也給貴州西部地區氣象業務帶來嚴峻考驗和極大挑戰。實際業務中，暴雨天氣一直是預報中的難點，上述兩場暴雨預報難度更大。為此，本文利用ECWMF數值預報產品資料、逐日客觀分析資料、常規觀測資料以及高密度區域自動站降水資料和物理量資料，對2011年6月18日、23日發生在貴州西部地區的連續兩場暴雨天氣過程進行分析，以期更深入地認識本地區連場暴雨成因，為預報服務提供參考依據。

2 資料與方法

本文所用資料包括常規氣象資料、實況降水量、區域自動站加密資料、ECWMF(簡稱為 EC，下同)數值預報模式產品資料、物理量場資料以及NCEP/NCAR資料。另外，本文采用的數值模式為WRFV3.2，模擬診斷分析資料包括1°×1°NCEP/NCAR再分析資料和貴州西部18日、23日降水實況觀測資料。

模式運行的主模式區域和嵌套域中心點為105.5°E、26.5°N，粗網格區域格距90 km，格點數90×90;中網格區域格距30 km，格點數121×124;細網格區域格距10 km，格點數105×110。模式區域垂直方向從950～10 hPa共27層。微物理過程采用WSM3方案［11］，積云對流參數化采用 Kain－Fritsch方案［12］，網格尺度降水采用顯示云雨方案［13］，邊界層采用 YSU 方案［14］，長波和短波輻射采用RRTM方案［15］。主模式域的模式積分時間分別為17日08時—19日08時和22日08時—24日08時，嵌套域積分時間分別為17日20時—18日20時和22日20時—23日20時。模擬結果1 h輸出1次。為突出與暴雨相關的在四川或四川與重慶之間上空(700 hPa)低渦(統稱西南渦，下同)和切變線，在計算域內特別選取一足以描述該西南渦和切變線發展、移動和減弱過程的內域：104°～107°E，23.5°～30.5°N。

3 強降水實況與模擬對比分析

對2011年6月18日、23日貴州西部兩場區域性暴雨天氣過程，以下分別簡稱第1場和第2場暴雨過程。

3.1 第1場過程降水實況與模擬

6月17日20時—18日20時貴州西部地區出現暴雨，強降水主要集中在貴州中部以南地區。根據24 h(20時—20時)降水量(R24)劃分降水等級［16］。統計結果表明，貴州西部地區25個縣市氣象觀測站中，有7站達為暴雨量級，9站為大雨，中雨及以下量級僅9站(圖1a)。貴州西部地區692個區域自動站降水資料顯示(圖略)，特大暴雨18站，大暴雨149站，暴雨266站，過程降水量最大出現在織金縣后寨站，為214.6 mm，其次是黔西縣素樸站196.7 mm，再次是晴隆縣雞場站182.1 mm。用WRF模式對第1場暴雨進行模擬得到貴州西部地區17日20時—18日20時中尺度數值模式積分24 h累積降水量(圖1b)。對比區域自動站實際降水與模擬降水看出，模擬強降水范圍比實際略偏大，模擬強降水中心與實況基本吻合;模式模擬的24 h特大暴雨中心為235 mm，較區域自動站實際降水偏多20.4 mm，其出現位置基本一致。

3.2 第2場過程降水實況與模擬

6月23日貴州西部地區出現大暴雨天氣過程，強降水主要集中在貴州中部以北地區。統計結果表明，貴州西部地區25個縣市氣象觀測站中，有1站達大暴雨量級，6站為暴雨，8站為大雨，中雨及以下量級為9站(圖2a)。貴州西部地區692個區域自動站降水資料顯示(圖略)，特大暴雨19站，大暴雨138站，暴雨233站，過程降水量最大出現在盤縣盤江站，為224.6 mm，其次是盤縣斷江站209.5 mm，再次是盤縣沿塘站197.9 mm。用WRF模式對第2場暴雨進行模擬得到貴州西部地區22日20時—23日20時中尺度數值模式積分24 h累積降水量(圖2b)。對比區域自動站實際降水與模擬降水表明，模擬強降水范圍比實際偏大，模擬強降水中心與實況基本吻合;模式模擬的24 h特大暴雨中心為250 mm，較區域自動站實況降水偏多25.4 mm，其出現的位置基本一致。

圖2 2011年6月22日20時—23日20時貴州西部縣氣象觀測站24 h累積降水量觀測值(a)與模擬值(b)分布(單位：mm)

綜上分析可知，兩場暴雨的模擬降水量均比實際降水略偏多，這是由于貴州西部地形地貌復雜，地勢落差大，即境內最高處位于北部的赫章縣與水城縣交界處(韭菜坪)2 901 m，最低處位于南部的望謨縣紅水河出縣界處275 m，大部分相對高度差達500 m以上。由于貴州西部特殊地形促使該區上空對流發展，可能導致模擬結果誤差較大，但對兩場暴雨過程強降水中心位置的模擬較為準確，可供下文暴雨成因診斷分析之用。

4 暴雨成因分析

4.1 環流形勢特征

2011年6月18日、23日貴州西部兩場暴雨發生在一穩定長波系統控制下，并具有典型的貴州西部汛期連續暴雨“兩槽一脊”平均環流的特點(圖3)，從日本到我國東北地區為橫槽區，中低緯短波槽活躍，頻繁影響貴州。

圖3 2011年6月15—25日500 hPa平均環流形勢(陰影區表示青藏高原，單位：dagpm)

4.1.1 第1場暴雨過程的環流形勢 分析6月16—18日EC中500 hPa平均場，在暴雨過程前的16日20時，副高西伸點位于117°E，有利于西南暖濕氣流向貴州上空輸送，低槽位于甘肅南部—四川西北部;隨副高西伸北抬到廣東東部，低槽東移到陜西南部—四川西南部，貴州處于副高與低槽之間，使其上空西南暖濕氣流增強，有利于暴雨產生;隨副高東退到124°E，低槽移出貴州，貴州上空西南氣流減弱，暴雨天氣結束(圖略)。EC中700 hPa和850 hPa環流形勢相似，在暴雨發生前，高原東部均有切變線，貴州上空西南暖濕氣流較強，基本維持6～10 m·s－1(圖略)。分析17日08—20時天氣實況圖可見，副高位于117°E，500 hPa低槽位于甘肅—四川南部—云南東北部一帶(圖4a);隨副高東退、低槽東移，其南段自北向南影響貴州西部地區(圖4b)。而700 hPa上有西南渦和切變線，貴州為8～16 m·s－1的西南氣流(圖4c);隨西南渦沿切變線東南移，其自西北向東南緩慢影響貴州西部地區，西南氣流減弱為4～8 m·s－1(圖4d)，貴州西部地區暴雨隨西南渦沿切變線自西北向東南移動漸次發生。850 hPa上同樣有西南渦和切變線(圖4e、4f)，隨西南渦沿切變線南段自北向南影響貴州西部地區，貴州西部地區暴雨也隨其自北向南漸次發生。

總之，此次暴雨過程，是在江淮梅雨的背景下，與副高進退、高原槽以及西南渦沿切變線由西北向東南移動密切相關，高低空天氣系統有效配置為暴雨發生提供了充足的能量和水汽條件。

圖4 2011年6月17日不同時次的高度場

4.1.2 第2場暴雨過程環流形勢 分析6月21—23日EC中500 hPa平均場，暴雨過程前，副高主體位于福建東部，低槽位于陜西—四川東部—貴州西南部，有利于西南暖濕氣流向貴州上空輸送;隨副高西伸到江西中部—廣東中部，低槽擺動分裂，受南海北部強熱帶風暴西行阻擋，其南段滯留在貴州西部，貴州西部地區暴雨天氣即將發生;副高繼續西伸至湖南中部—廣西東部，隨影響貴州西部地區低槽的減弱、消失，貴州西部地區暴雨天氣結束(圖略)。EC中700 hPa和850 hPa環流形勢相似，暴雨發生前，高原東部均有切變線，貴州上空均維持6～12 m·s－1的偏南暖濕氣流(圖略)。分析22日08—20時天氣實況圖可見，高原槽位于青海東部，南支槽位于四川東南部，受南海北部強熱帶風暴西行阻擋，南支槽緩慢向貴州西部上空移動，有利于西南暖濕氣流加強并輸送到貴州上空(圖5a);隨高原槽與南支槽合并，沿低渦東移，自西向東影響貴州，貴州西部地區暴雨隨之發生(圖5b)。700 hPa上巴塘附近有西南渦和切變線，有利于貴州上空西南氣流增強(圖5c);隨西南渦引導切變線東南移，自西北向東南影響貴州，貴州西部地區暴雨隨之發生(圖5d)。850 hPa上西南渦位于四川東南部—重慶西南部，切變線位于四川東南部—貴州西北部，有利于西南氣流帶來的水汽向貴州上空輸送(圖5e);隨西南渦沿切變線緩慢自北向南影響貴州，貴州西部地區暴雨隨之發生(圖5f)。

圖5 2011年6月22日不同時次的高度場

總之，此次暴雨過程與南海北部強熱帶風暴向西行阻擋高原槽和南支槽以及西南渦沿切變線南下密切相關。

4.1.3 兩場暴雨過程環流形勢對比 從以上天氣形勢分析可知，盡管貴州西部兩場暴雨均出現在6月份，且降水集中在夜間，但其形勢特征和影響系統存在差異。對其不同環流形勢特征分析如下：

圖6給出兩場暴雨過程天氣形勢配置。第1場暴雨是在江淮梅雨背景下，主要受500 hPa高原槽、700 hPa及850 hPa西南渦沿切變線自西北向東南方向移動影響，故強降水區自西北向東南方向移動，其主要分布在貴州西部地區的赫章—六盤水—織金—普定—安順一帶(圖6a)。第2場暴雨在受南海北部強熱帶風暴阻擋的背景下，500 hPa南支槽沿低渦自西向東和700 hPa西南渦沿切變線自北向南緩慢移動影響，因此此次暴雨過程范圍廣、降水強，強降水自北向南經歷了強、弱、強、弱的變化過程(圖6b)。總體上，影響第1場暴雨的天氣系統主要是高原槽、中低層西南渦沿切變線自西北向東南移動;影響第2場暴雨的天氣系統主要是南支槽沿低渦自西向東及700 hPa西南渦沿切變線自北向南緩慢移動。這些條件比較符合典型的貴州西部主汛期暴雨特征。

圖6 2011年6月17日20時(a)和22日20時(b)天氣系統配置(虛線為槽線，實線為切變線，圓圈為西南渦)

4.2 中尺度氣旋分析

采用WRF模式，對兩場暴雨發生時其上空700 hPa西南渦移動進行模擬，以期探明西南渦、切變線是沿長江流域移動還是南下影響貴州。

第1場暴雨過程前的17日20時，700 hPa在山東、湖北至昭通有東北—西南向切變線，位于四川西南部和四川東南部與重慶西南部之間的氣旋開始發展，四川西南部低渦向東南移，四川東南部與重慶西南部之間的低渦向南移(圖7a)，與此同時切變線南下到貴州西部地區，在輻合線上貴州西部地區發展出西北—東南向排列的1個中β尺度氣旋和3個γ尺度氣旋，且106°E、26.5°N附近的γ尺度氣旋位置與強降水中心有很好的對應關系。隨著氣旋合并南下減弱、消失，強降水隨之減弱、結束。

圖7 2011年6月17日20時(a)和22日20時(b)模式積分12 h的700 hPa流場

第2場暴雨過程前的22日20時，700 hPa上空在陜西—四川東部—云南西北部有切變線向東南移動影響貴州，切變線在東南移動過程中，在105°E、28.5°N附近有γ尺度氣旋生成，表示氣流匯合;另一個在105.8°E、26.8°N附近生成為閉合氣旋(圖7b)，貴州西部主要是受該閉合氣旋自北向南緩慢移動影響，有利于強降水維持，且該閉合氣旋移動方向與強降水變化趨勢基本一致。

由此可知，兩場暴雨發生前，700 hPa上切變線南下影響貴州西部地區時，受地形阻擋和磨擦作用，在貴州西部上空形成β或γ中尺度小渦旋，且氣旋式渦旋中心與強降水位置基本一致，對強降水落區有很好的指示意義。

4.3 物理量診斷

圖8給出第1場暴雨不同時次、不同高度垂直速度分布。從圖中可見，從16日20時(圖8a、8c)開始，貴州西部中、低層均為強的垂直上升運動，為暴雨產生創造了有利條件;到17日08時，中、低層垂直上升運動均迅速減弱(圖8b、8d)，有利水汽在該區上空聚集，且該區700 hPa上空比濕維持11 g·kg－1，水汽通量維持在 12 g·cm－1·hPa－1·s－1以上，總能量由74℃降至70℃(圖略)，說明貴州西部上空有充足的水汽和能量條件，具備暴雨產生的條件。

圖8 2011年6月16—17日不同時次、不同高度垂直速度分布(陰影區表示上升運動，單位：Pa·s－1)

圖9給出第2場暴雨不同時次、不同高度垂直速度分布。從圖中可見，從21日20時開始，貴州西部中、低層均為較強的垂直上升運動(圖9a、9c)，為暴雨產生創造了有利條件;到22日08時，中層垂直上升運動緩慢減弱(圖9b)，而低層垂直上升運動迅速減弱(圖9d)，有利于水汽在該區上空堆積。同時，該區700 hPa上空22日08時比濕由12 g·kg－1降低為 11 g·kg－1，水汽通量由 11 g·cm－1·hPa－1·s－1降至 10 g·cm－1·hPa－1·s－1，總能量由 76℃降為72℃(圖略)。說明貴州西部上空有充足的水汽和能量，具備暴雨產生的條件。

圖9 2011年6月21—22日不同時次、不同高度垂直速度分布(陰影區表示上升運動，單位：Pa·s－1)

5 結論與討論

利用ECWMF數值預報產品資料、逐日客觀分析資料、常規觀測資料以及區域氣象自動站降水資料和物理量資料，對2011年6月18日、23日貴州西部連續兩場區域性暴雨天氣過程進行對比分析及數值摸擬，得到如下結論：

①WRF模式較準確地模擬出降水落區、強度及演變，對實際預報有很好的指導作用。

②第1場暴雨是在江淮梅雨背景下，500 hPa高原槽以及700～850 hPa層的西南渦沿切變線向東南移動過程中，導致西南渦東南面氣流輻合增強，是誘發西南渦東南部發生大暴雨天氣的重要原因。第2場暴雨是在南海北部強熱帶風暴向西行背景下，阻擋500 hPa南支槽沿低渦自西向東以及700 hPa西南渦沿切變線自北向南移動，導致影響系統移動緩慢，更有利于貴州西部上空的水汽和能量增強。這是第2場暴雨比第1場強度大的直接原因。

③貴州西部上空西南渦沿切變線移動是造成暴雨的直接系統，且天氣實況圖比EC圖更準確地直接反映出西南渦沿切變線演變趨勢。因此，天氣實況圖對短時臨近預報具有重要的指導作用。

④區域自動站降水資料顯示，中小尺度天氣系統演變對貴州西部地區兩場強降水落區具有重要的指示意義。

值得注意的是：第一，兩場暴雨發生均有較強的垂直上升運動，但第1場暴雨發生前垂直上升運動比第2場的強，反而降水強度沒有第2場的大，按常規垂直上升運動越強，降水強度越大，這其中的原因有待進一步探討;第二，模擬的強降水落區和范圍較為準確，基本反映出β中尺度系統和γ中尺度系統的特征，但降水強度的量級模擬誤差較大，這可能與地形有關;第三，兩場暴雨的模擬降水量均比實況降水量(即區域氣象自動站降水量)略偏多，與池再香等［9］曾研究貴州暴雨得到的模擬降水量均比實況降水量略偏少的結果不一致，這可能是所采用的模式不同而導致的差異，其真正原因有待選取貴州西部地區更多暴雨個例進行深入研究。

［1］鄒波，陳忠明.一次西南低渦發生發展的中尺度診斷［J］. 高原氣象，2000，19(2)：141 －149.

［2］周祖剛，張維桓，成新喜，等.“93.8”魯西南大暴雨的數值模擬［J］.高原氣象，1999，18(2)：1771－1788.

［3］陳忠明，閔文彬，繆強，等.高原渦與西南渦耦合作用的個例診斷［J］. 高原氣象，2004，23(1)：75－80.

［4］孫建華，張小玲，齊琳琳，等.2002年中國暴雨試驗期間一次低渦切變上發生發展的中尺度對流系統研究［J］.大氣科學，2004，28(5)：675 －697.

［5］陶詩言，丁一匯，周曉平.暴雨和強對流天氣的研究［J］.大氣科學，1979，4(3)：227 －238.

［6］馬艷，程麟生.暴雨中尺度系統不穩定理論的數值試驗［J］. 高原氣象，1996，15(4)：414 － 424.

［7］朱官忠.山東盛夏的一次強風暴過程的中尺度分析［J］.氣象，1991，17(12)：22 －26.

［8］陳忠明，閔文彬.西南低渦活動的統計研究［A］.青藏高原氣象學研究文集［C］.北京：氣象出版社，2004：162－170.

［9］池再香，杜正靜，趙群劍，等.中尺度西南渦、切變線對“07.7”貴州西部暴雨影響的分析與模擬［J］.高原氣象，2010，29(4)：919 －938.

［10］池再香，趙群劍，熊方，等.2007年貴州西部一次強降水天氣過程的中尺度特征［J］.廣東氣象，2011，33(1)：20 －23.

［11］Hong S Y，and J Lim J o.The WRF Single-Moment 6－Class Microphysics Scheme(WSM6)［J］.J Korean Meteor Soc，2006，42：129 －151.

［12］Kain J S，The Kain-Fritsch convective parameterization：An update［J］.J Appl Meteor，2004，43：170 － 181.

［13］Xu Y P，Xia D Q，Qian Y Y.The water－bearing numerical model and its operational forecasting experiments.PartⅡ：The operational forecasting experiments ［J］.Adv Atmos Sci，1998，15：321－336.

［14］Hong S Y，Noh Y，Dudhia J.A new vertical diffusion package with an explicitreament of entrainment processes［J］.Mon Wea Rev，2006，134：2318－2341.

［15］Mlawer E J，Taubman S J，Bromn P D，et al.Radiative transfer for inhomogeneous atmosphere：RRTM，a Validated correlatedk model for the long wave［J］.J geophys Res，1997，102(D14)：16663－16682.

［16］朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法［M］.北京：氣象出版社，2007：321.

Comparative Analysis for the Two Cases on Typical Rainstorm in Western Guizhou

CHI Zai－xiang1，DU Zheng－jing2，XIONG Ying－xiang1，PAN Xu－yan3，LIU Li－ping4

(1.Meteorological Bureau of Liupanshui City of Guizhou Province，Liupanshui 553001;2.Guizhou Meteorological Service Center，Guiyang 550002;3.Guizhou Meteorologcal Information Center，Guiyang 550002;4.Meteorological Bureau of Bijie City of Guizhou Province，Bijie 551700)

By using of objective analysis ECWMF data，conventional observation，the automatic weather station data and physical quantity，the rainstorm at night on mid to late June 2011 in Western Guizhou Province is analyzed.The results clearly show：①The two rainstorms had trough(or southern trough)，southwest vortex，shear line，jet and deep water vapor and other weather conditions is effective and rational allocation of weather conditions.The two rainstorm of occurred，there is strong vertical motion，the abundant energy and water vapor over conditions on Western Guizhou，these conditions for the rainstorm provides a sufficient condition.②The regional data shows，automatic stood on the small and medium－scale weather system of precipitation rain formation and strengthen played an important role，and for the short－term forecast has instructions near.③WRF model simulate precipitation rain formation，intensity and 700 hPa southwest vortex moving along the shear line trend，similar to the rainstorm short－time forecast has important significance.

southwest vortex;shear line;rainstorm;numerical simulation;Western Guizhou

P456.1+21

A

1003－6598(2012)05－0001－08

2012－08－18

池再香(1964—)，女，高工，主要從事中短期天氣預報和科研工作。

省地科技合作協議馬鈴薯專項項目(52020－2009－01－01);六盤水市科技局社會攻關項目(52020－2009－08－04);貴州省科技廳基金項目(黔科合J字［2012］2227號)。

圖1 2011年6月17日20時—18日20時貴州西部縣市氣象觀測站24 h累積降水量觀測值(a)與模擬值(b)分布(單位：mm)