貴州中西部兩次區域性暴雨成因對比分析

張艷梅,楊宏宇,彭　芳，林小杰,林　易

(1.貴州省氣象臺，貴州　貴陽　550002；2.貴州省六盤水市氣象局，貴州　六盤水　553001)

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貴州中西部兩次區域性暴雨成因對比分析

張艷梅1,楊宏宇2,彭芳1，林小杰2,林易1

(1.貴州省氣象臺，貴州貴陽550002；2.貴州省六盤水市氣象局，貴州六盤水553001)

利用常規觀測資料、區域自動站及NCEP再分析等資料，對2013年5月24—25日(簡稱“5.24”暴雨)和6月8—9日(簡稱“6.8”暴雨)兩次暴雨天氣過程進行對比分析。結果表明：兩次暴雨都是在高空槽東移引導冷空氣南下、低渦切變等有利的環境背景下產生的，水汽主要來自孟加拉灣及南海的西南暖濕氣流。兩次暴雨過程都發生在“西低東高”的形勢下，“5.24”暴雨中高緯度以緯向環流為主，冷空氣較弱，副高偏強，低渦移動發展緩慢；“6.8”暴雨中高緯為寬廣的槽區，冷空氣強，有利于低渦的發展和快速移動，副高較弱。兩次暴雨過程發生前貴州西南部地面均受熱低壓控制。“5.24”上升氣流伸展高度相對較低，大的垂直上升速度范圍較廣；“6.8”暴雨上升氣流伸展高度高，大的垂直上升速度范圍相對較小,與暴雨落區也有很好的對應。

暴雨過程；環流特征；對比分析

1　引言

貴州地區位于我國西南部，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，通常隨著西南季風的建立，4月上中旬貴州自東向西先后進入雨季，由于其獨特的地形地貌易造成山體滑坡、泥石流等次生災害。許多氣象工作者對暴雨做了大量的研究[1-10]，管勇[1]等對廣東兩次特大暴雨成因從暴雨的落區、暴雨強度和各物理量等進行了對比分析。李強[2]等對2009年8月2—5日一次川渝地區大暴雨過程的水汽輸送、濕位渦等進行了診斷分析，井喜[3]對2007年6月8—9日廣西、貴州由中尺度對流復合體(MCC)引發的致洪暴雨過程進行了大尺度環境場和物理量的診斷分析。伍紅雨[4]對2005年5月貴州一次大暴雨天氣過程進行數值模擬表明，西南渦是造成大暴雨的主要影響系統。2013年5月下旬—6月上旬，貴州出現大范圍降雨過程，部分鄉鎮出現洪澇、雷電、冰雹等災害性天氣。據民政局統計，貴州部分縣市不同程度遭受洪澇、風雹災害，農作物受災面積21 407 hm2，因災直接經濟損失超過2億元。本文利用常規觀測資料、NCEP資料及區域自動站資料，對2013年5月24—25日和6月8—9日出現在貴州中西部的兩次暴雨過程進行對比分析，探討此類暴雨的成因和機理，尋找預報著眼點，為今后的預報提供可參考的依據。

2　兩次暴雨過程特征

5月24日08時—25日08時，貴州中西部出現了強降水天氣過程，暴雨主要分布在六盤水、安順西部，黔西南北部、畢節南部、遵義西部。區域自動站共出現大暴雨49站、暴雨255站。共有6縣出現了暴雨天氣，六枝71.1 mm、關嶺80.2 mm、紫云78.2 mm、普安103 mm、晴隆113.4 mm、普定107.3 mm。

6月8日08時—9日08時，貴州強降水主要分布在畢節市東部、六盤水市東北部、貴陽北部、遵義西部、安順市中部以北，區域自動站共出現大暴雨45站、暴雨205站，共有15縣站出現了暴雨，超過100 mm的有六枝100.9 mm、息烽110.4 mm、麻江104.5 mm。

從暴雨落區來看，“5.24”暴雨落區位置偏西，范圍較小，“6.8”暴雨落區位置偏北，范圍大。從兩次暴雨過程的自動站逐小時降水量分布可以看出，“5.24”暴雨中郎岱站24日21時開始降水，22時降水量迅速增大,1 h降水量達到60.0 mm，隨后降水明顯減弱；江龍站位置偏東，00時開始降水，強降水持續2 h，總降水量為103.6 mm，25日02時后降水也逐漸減弱。“6.8” 暴雨中郎岱6月9日00時開始出現降水，降水量為10.6 mm，隨后降水量迅速增大，01時降水量達最大，小時雨量為58.1 mm，此后強降水持續3 h。位于東部的都勻白云站02時降水開始，小時降水量達29.8 mm，03時以后降水逐漸減弱，04時降水再次增強，強降水持續2 h，小時降水量均接近30 mm。兩次降雨過程主要產生在夜間，是由于山區白天氣溫高、能量增大，對流不穩定加強，導致中尺度對流發展旺盛。“5.24”暴雨強降水持續時間短，“6.8”暴雨強降水持續時間相對較長。

3　兩次暴雨過程對比特征分析

3.1環流特征

“5.24”暴雨過程(圖1a)，歐亞洲中高緯為“兩槽兩脊”型。暴雨發生前期，5月24日08時中高緯度地區一直維持寬廣的緯向環流，青藏高原上空有小槽，孟加拉灣有南支槽，貴州東部到我國東部沿海均為高壓脊控制，副高588線北界位于22°N附近，貴州西部處于槽前的西南氣流中，形成明顯的“西低東高”環流形勢。20時(圖略)貝加爾湖以西的高空槽東移，冷平流加強，使得東移的青藏高原槽發展加深，高原槽東移與南支槽疊加，西南氣流明顯加強；低層有強暖平流，貴州東部及華南受高壓脊控制，副高略減弱南壓，造成強降水主要出現在貴州西部。

“6.8”暴雨過程(圖1b)，歐亞洲中高緯為明顯“兩槽一脊”型。6月8日08時貝加爾湖以西到我國西北地區為寬廣的槽區，河套到四川西部有淺槽，貴州—華南沿海為高壓脊控制，也為明顯的“西低東高”環流形勢，副高較弱，588線位于20°N以南，130°E以東地區。隨著高空槽東移，溫度槽落后于高度槽，槽后有冷平流，四川西部的高空槽略東移到四川中部—貴州西北部一帶，由于低層暖平流較強，高壓脊基本維持少動，高空槽移動緩慢，6月8日20時高空槽后偏北風明顯加大，冷平流增強，高空槽進一步發展加深；9日08時(圖略)低層暖平流減弱，高壓脊減弱南壓，高空槽南壓到四川東部—貴州中部。

分析兩次暴雨過程700 hPa風場發現(圖略)，“5.24”暴雨過程，24日08時低渦中心位于四川東南部，貴州上空為西南氣流影響，風速為8～12 m/s；24日20時低渦切變線南壓重慶—貴州北部；25日08時云南—貴陽—重慶一帶西南急流明顯增強，急流軸上最大風速達22 m/s，低渦中心位置略北抬。“6.8”暴雨過程，6月8日08時四川東北部—西南部有低渦切變存在，貴州西部—四川東部為偏南氣流，風速8～12 m/s；8日20時偏北氣流增大至12～16 m/s，低渦中心快速南壓到四川東南部，切變線西段位于四川南部，貴州轉為西南氣流影響；9日08時低渦中心繼續南壓到重慶—貴州東北部，切變西段在貴州東北—西北部，偏北風加大達12～16 m/s，有利于低渦切變的快速南壓及冷空氣與低渦前部的西南急流交匯而產生暴雨。

兩次暴雨過程都發生在“西低東高”的形勢下，高原上有低槽東移，四川東南—貴州東北部有低渦移動，貴州東部—華南沿海均為高壓脊控制。但“5.24”暴雨中高緯度以緯向環流為主，不利于冷空氣南下，低渦發展移動緩慢，且副高偏強；“6.9”暴雨中高緯為寬廣的槽區，有利于引導冷空氣南下，低渦切變發展且移動快速，副高較弱。從地面形勢場分析發現(圖略)，暴雨發生前貴州西南部均受熱低壓控制，熱低壓為暴雨的形成提供了大量的能量儲備，使產生暴雨的中尺度系統能夠得以維持和發展。

圖1　5月24日08時—25日08時(a)及 6月8日08時—9日08時500 hPa平均高度場(b)(實線，單位：dagpm)和溫度場分布(虛線，單位：℃)Fig.1　The distribution of height field(solid line, unit: dagpm) and temperature field(dashed line，unit:℃) at 500 hPa from 8∶00 on 24 to 8∶00 on 25 May (a) and from 8∶00 on 8 to 8∶00 on 9 at June 2013(b)

3.2水汽條件

產生暴雨的條件之一是必須有充足的水汽供應，水汽通量表征水汽的輸送，兩次暴雨過程的水汽主要來自孟加拉灣及南海的西南氣流，西南暖濕氣流將水汽輸送到貴州上空。暴雨發生時，兩次暴雨過程貴州均有較好的水汽輸送通道，在貴州西部和東北部有兩個水汽通量大值中心，5月24日20時貴州西部有一水汽通量大值中心，中心強度>10 g·cm-1·hPa-1·s-1，在遵義東北部—重慶有一>12 g·cm-1·hPa-1·s-1水汽通量中心(圖2a)。6月8日20時貴州西部也有一水汽通量中心>12 g·cm-1·hPa-1·s-1，東北部水汽通量大值中心>13 g·cm-1·hPa-1·s-1(圖2b),表明“6.8”暴雨水汽比“5.24”暴雨的水汽條件更有利于暴雨的發生。

圖2　2013年5月24日20時(a)及 6月8日20時(b)700 hPa水汽通量(等值線，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)Fig.2　The water vapour flux of at 700 hPa at 20∶00, May24, 2013(a) and at 20∶00, June8, 2013(b) (contour line, unit:g·cm-1·hPa-1·s-1)

3.3不穩定條件

假相當位溫θse是表征大氣濕度、壓力、溫度的綜合特征量，其分布反應了大氣中能量的分布，θse的高值區即高能區。沿26.5°N分別做850 hPa的θse垂直剖面圖，5月24日08時在貴州西部上空隨著高度升高θse減少(圖3a)，表明在貴州西部上空大氣處于不穩定層結，為暴雨的產生提供了能量，使暴雨區對流活動旺盛。25日08時(圖略)850 hPa的假相當位溫θse高能區向東移動，表明暴雨落區與不穩定能量吻合。貴州西部上空隨著高度的升高θse減少，θse高值中心達80 ℃(圖3b)，比“5.24”暴雨的梯度增強，更有利于對流性天氣發展，因此“6.8”暴雨強降水持續的時間長，降水范圍更廣；9日08時(圖略)θse貴州西部上空隨著高度的升高θse增大，表明大氣處于穩定層結，強降水結束。

圖3　2013年5月24日08時(a)及 6月8日08時(b)沿26.5°N的850 hPa的θse垂直剖面圖(單位：℃)Fig.3　 The vertical profile of potential temperature at 850 hPa at 08∶00 on May 24, 2013(a) and at 08∶00 on June 8, 2013(b) (unit：℃)

3.4探空資料分析

從探空圖可以看出(圖略)，5月24日08時貴陽對流有效位能(CAPE值)為372.4 J·kg-1，24日20時CAPE值達到了862.2 J·kg-1；6月8日08時貴陽CAPE值為31.6 J·kg-1，8日20時貴陽CAPE值達到2 408.7 J·kg-1，比“5.24”暴雨CAPE值增加3倍，表明“6.8”暴雨對流發展更為旺盛，這也是“6.8”暴雨過程降水強度大的主要原因之一。5月24日08—20時貴陽K指數一直維持在40 ℃，SI指數為-2.71，6月9日08時貴陽K指數和SI指數分別為41 ℃、-2.06，20時K指數達44 ℃，SI指數為-2.71。5月24日08時400 hPa以下為暖濕氣流，400 hPa以上為干冷氣流，從高空風的垂直變化來看，低層由偏南風轉為高層的西北風，風向隨高度順轉，表明具有強暖平流結構，6月8日08時也呈現上干下濕的不穩定結構，且低層風向隨高度順轉，中高層風隨高度逆轉有冷平流，500 hPa以下為暖濕氣流，濕層厚度比前者稍薄。表明兩次暴雨發生時大氣層結極不穩定，易產生強降水，且“6.8”暴雨比“5.24”暴雨層結更不穩定。

3.5動力條件

垂直運動造成的水汽、熱量、動量等物理量的垂直輸送對天氣系統的發展有很明顯的反饋作用。因此，在強降水過程中分析垂直速度尤其顯得重要。圖4為“5.24”和“6.8”兩次暴雨過程沿26.5°N的垂直速度緯向剖面圖，從圖4a、4c可以看出，兩次暴雨發生前期，上升運動不明顯，均在700 hPa有弱的上升中心，中心值為0.2×10-2m·s-1。圖4b、4d表明，兩次暴雨過程在貴州中西部104～107°E均有明顯的上升運動區，且兩次過程對流發展十分旺盛，上升氣流從地面一直伸展到對流層的中高層。但 “5.24”暴雨上升氣流伸展高度相對較低，從地面伸展到200 hPa，400 hPa后上升氣流減弱，最大上升速度中心在700 hPa，中心值達到-2×10-2m·s-1。“6.8”暴雨上升氣流從地面一直伸展到100 hPa，在700 hPa和300 hPa各有一個最大上升速度中心，中心最大值分別為-1.6×10-2m·s-1、-1.8×10-2m·s-1，表明“6.8”暴雨整層上升運動更強，更有利于將低層的水汽帶入高層，使強降水維持，“5.24”大的垂直上升速度范圍較廣，主要集中在104～107°E，“6.8”暴雨大的垂直速度范圍相對較小，主要集中105～107°E，與暴雨落區也有很好的對應，實況顯示“5.24”暴雨落區偏西，“6.8”暴雨落區偏東。

圖4　2013年5月24日08(a)20時(a)及 6月8日08(c)時和08日20時(d)沿26.5°N的垂直速度緯向剖面圖(單位：10-2 m·s-1)Fig.4　The vertical velocity of zonal profile at 08∶00 on May 24 2013(a) and at 08∶00 on June 8, 2013(b) (unit：10-2 m·s-1)

4　主要結論

①歐亞中高緯“5.24”暴雨過程為“兩槽兩脊”型，而“6.8”暴雨為“兩槽一脊”型。兩次暴雨過程都發生在“西低東高”的形勢下，高原上有低槽東移，貴州東部—華南沿海為高壓脊控制。“5.24”暴雨中高緯度以緯向環流為主，不利于冷空氣南下，副高偏強；“6.8”暴雨中高緯為寬廣的槽區，有利于引導冷空氣南下，副高較弱；兩次暴雨過程均有西南渦生成，“5.24”暴雨低渦移動緩慢，“6.8”暴雨低渦發展且移動快速。

②兩次暴雨都產生在午后到夜間，暴雨發生前貴州西南部地面均受熱低壓控制，氣溫升高、能量增大，熱低壓為暴雨的形成提供了大量的能量儲備，使產生暴雨的中尺度系統能夠得以維持和發展。

③兩次暴雨過程的水汽通量主要來自孟加拉灣及南海的西南氣流，探空資料表明兩次暴雨過程風向隨高度順轉，表明均具有強暖平流結構；對流有效位能表明“6.8”暴雨對流發展更為旺盛，濕層厚度稍薄。

④兩次暴雨發生前期，上升運動不明顯，暴雨發生時貴州中西部104～107°E均有明顯的上升運動區，且兩次過程對流發展十分旺盛，上升氣流從地面一直伸展到對流層的中高層。“5.24”暴雨上升氣流伸展高度相對較低，“6.8”暴雨整層上升運動更強，更有利于將低層的水汽帶入高層，使強降水維持，“5.24”暴雨大的垂直上升速度范圍較廣，主要集中在104～107°E，“6.8”暴雨大的垂直速度范圍相對較小，主要集中105～107°E，與暴雨落區也有很好的對應。

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Comparative Analysis of the Causes of Two Regional Rainstorms in the Mid-western Guizhou

ZHANG Yanmei1，YANG Hongyu2，PENG Fang1，LIN Xiaojie2，LIN Yi1

(1.Meteorological Observatory of Guizhou Province, Guiyang 550002, China;2.Liupanshui Meteorological Bureau, Liupanshui 553001, China)

Conventional observation data, the regional automatic station data and NCEP reanalysis data were utilized to make comparative analysis between two rainstorm process occurred from May 24 to 25, 2013 (referred to as the "5.24" rainstorm) and from June 8 to 9, 2013(referred to as the "6.9" rainstorm). The results show that the two rainstorms occurred with the cold air in the upper trough, low vortex and shear. The vapor is mainly from Bay of Bengal and the South China Sea. They happened on the high pressure in the east and low pressure in the west. When "5.24" rainstorm occurred, the latitude circulation is mainly in high latitude zonal, Cold air is weaker, the subtropical high is strong and vortex moving development is slow. There are a wider range, strong cold air and the weaker subtropical high on "6.8"rainstorm, which are conducive to develop and move of the vortex. Before two rainstorm processes occurred, the ground is controlled by heating and low pressure in the southwest of Guizhou. The stretching height of updraft flow is relatively lower, but the vertical velocity range is wider at "5.24" rainstorm. The stretching height of updraft flow is relatively higher, the range of large vertical velocity is small and are consistent with falling area of the two rainstorm.

rainstorm process; circulation characteristics; comparative analysis

1003-6598(2016)01-0007-05

2015-04-09

張艷梅(1973—)，女，碩士，高工，主要從事天氣預報及氣象災害研究，E-mail: zym0827@126.com。

貴州省氣象科技開放基金“貴州省大風特征及其天氣學概念模型研究”[黔氣科合KF(2016)15號]；貴州省氣象科技開放基金“L波段探空資料在貴州中尺度數值模式中的敏感性試驗”。

P458

A