黔東南一次區(qū)域性強降水的診斷分析

滕 林，李小蘭，陳 軍

(1.貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；2.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

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黔東南一次區(qū)域性強降水的診斷分析

滕 林1，李小蘭2，陳 軍3

(1.貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；2.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

利用常規(guī)資料、自動站降水資料及NCEP/NCAR再分析資料(水平分辨率為1°×1°)等對2015年6月7—8日發(fā)生在黔東南州一次強降水過程進行診斷分析，結(jié)果表明：此次強降水的環(huán)流背景為副高西伸北抬，內(nèi)蒙冷渦發(fā)展強盛，高原低值系統(tǒng)活躍，不斷引導冷空氣南下；700 hPa與850 hPa上西南急流加強并維持，低層風速風向輻合，為暴雨提供了水汽和動力條件；在降水發(fā)生前期，CAPE較大，不穩(wěn)定能量明顯積蓄，降水產(chǎn)生及雨勢減弱停止時，CAPE迅速釋放，強降水落區(qū)位于地面輻合線與850 hPa切變線之間；雷達資料顯示對流回波長時間維持并發(fā)展，“列車效應(yīng)”顯著。

低空急流；地面輻合線；CAPE；列車效應(yīng)

1 引言

2015年為“厄爾尼諾”增強年，有學者研究[1-2]發(fā)現(xiàn)，“厄爾尼諾”增強年與我國降水存在密切聯(lián)系，易發(fā)生暴雨極端天氣，導致城市內(nèi)澇。影響貴州降水的因子頗多，導致貴州夏季暴雨的主要環(huán)流系統(tǒng)主要有西南渦、低空切變線、南支槽和高低空急流、南亞高壓、副熱帶高壓、極渦等。有學者研究發(fā)現(xiàn)，影響貴州降水的因子并不是單一的，而是各個因子共同作用。池再香等[3]分析了2007年7月30日貴州西部的一次大范圍暴雨過程，結(jié)果表明此次暴雨是西南渦和低空切變線誘發(fā)產(chǎn)生的。劉莉娟等[4]對2000年6月貴州罕見強降水天氣過程的成因分析，發(fā)現(xiàn)極渦、副熱帶高壓、季風槽、西南渦、低渦切變及高低空急流導致了此次強降水。付顯榮等[5]對2012年7月貴州西部一次局地暴雨診斷分析,發(fā)現(xiàn)西南低渦沿切變線向南移動是造成貴州西部地區(qū)局地暴雨的直接原因。伍紅雨等[6]對貴州夏季降水異常的環(huán)流特征分析，結(jié)果表明貴州多雨年南亞高壓偏弱，副高較常年偏強，脊線明顯偏南偏西，且季風較常年偏強，影響貴州的中、東路冷空氣強；少雨年西太平洋副高明顯偏強，脊線較常年明顯偏北，其它環(huán)流特征與多雨年相反。以上研究主要是從環(huán)流的角度分析暴雨過程，但在實際預報中往往需要結(jié)合更多物理量。吳哲紅等[7]從不穩(wěn)定機制出發(fā)分析了2004年5月29—30日貴州地區(qū)的一次暴雨過程，結(jié)果表明本次暴雨是多種尺度系統(tǒng)的相互作用及對流不穩(wěn)定能量觸發(fā)的。

本文主要是利用貴州自動站降水資料、臺站探空資料和美國國家環(huán)境預報中心提供的再分析資料進行分析，水平分辨率為1°×1°，時間分辨率為6 h，主要對此次降水過程的環(huán)流形勢、水汽條件、動力條件、能量條件進行分析，通過這些診斷分析，進而得出貴州降水過程中的一些規(guī)律，以便為今后的暴雨實時預報提供理論參考依據(jù)。

2 降水實況

2015年6月7日20時—6月8日，貴州省黔東南州出現(xiàn)了一次明顯的降水過程。通過對黔東南州16個縣市的區(qū)域站提供的降水資料進行分析(圖1)，發(fā)現(xiàn)此次降水主要集中在7日23時—8日04時，全州累計降水達200 mm以上的特大暴雨有7站，分別為雷山桃江259.6 mm，丹江鎮(zhèn)雞勇塘256.9 mm、望豐228.1 mm、郎德鎮(zhèn)烏瓦205.7 mm，劍河柳川215.5 mm、巫包208.2 mm，天柱高釀鎮(zhèn)富榮204 mm；31鄉(xiāng)鎮(zhèn)55站大暴雨，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)大雨到暴雨。此次降水具有范圍大、局地雨強大的特點，強降雨主要集中在2～3 h內(nèi)，此次大暴雨造成丹寨、雷山、三穗、天柱、黎平、凱里、錦屏、劍河、麻江、施秉、從江、鎮(zhèn)遠、岑鞏等13個縣市不同程度遭受洪澇災害，全州受災88個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、受災人口191 017人，因災死亡4人，農(nóng)作物受災面積8 954.37 hm2，因災造成直接經(jīng)濟損失31 612.52萬元。

圖1 6月7日20時—8日20時黔東南州累計降雨量(單位：mm)Fig.1 The accumulated precipitation during 20 o’clock 7 June to 20 o’clock 8 June

3 環(huán)流形勢分析

3.1 500 hPa環(huán)流背景

此次降水過程是在穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢下發(fā)生的，從6月7日20時500 hPa(圖2a)環(huán)流場看，烏拉爾山地區(qū)為低槽區(qū)，我國高原上短波活動頻繁，青藏高原上有一個低渦發(fā)展，位于內(nèi)蒙的冷渦發(fā)展強盛，不斷引導冷空氣南下，副高西伸北抬，黔東南州處于副高588線西北側(cè)，容易觸發(fā)強對流天氣。8日02時(圖2b)，位于內(nèi)蒙的冷渦發(fā)展東移，不斷引導冷空氣南下，副高進一步西伸，烏拉爾山的槽進一步加強，并向東移動，東亞地區(qū)的槽東移，新疆北部的脊加強北抬東移，從而使500 hPa環(huán)流的經(jīng)向度加大，這樣的環(huán)流形勢有利于中國北方冷空氣在西北風的輸送下南下與副高左側(cè)的暖濕氣流交匯。8日08時(圖略)副高東退至沿海地區(qū)，黔東南州降水減弱。

圖2 6月7日20時(a)、8日02時(b) 500 hPa環(huán)流形勢Fig.2 The circulation situation on 500 hPa level

3.2 低空急流與切變

7日20時(圖略),700 hPa環(huán)流場顯示貴州省黔東南州為水汽通量大值區(qū)，水汽條件充足，西南急流位于廣東廣西一帶，黔東南州位于700 hPa急流左側(cè)，貴州省西北部有切變線存在。850 hPa(圖略)西南急流強盛，最大風速16 m/s，黔東南州位于西南急流的左側(cè)，有利于上升運動，貴州省水汽通量較大，中心值達40 g·cm-2·hPa-1·s-1，水汽主要來源為南海，850 hPa切變線位于貴州省南部黔南—黔東南北部一帶。 8日02時(圖3a)850 hPa貴州省南部邊緣水汽通量為大值區(qū)，中心值達60 g·cm-2·hPa-1·s-1，西南急流維持加強，最大風速達22 m/s。700 hPa(圖3b)西南急流進一步加大，在急流中心風速達到20 m/s，黔東南州位于西南急流的左前側(cè)，黔東南州水汽輸送進一步加大，南海—黔東南州的水汽通道建立，黔東南州有一個風速輻合區(qū)，到8日08時(圖略)切變線南移出黔東南州，黔東南降水減弱。

由此可見，黔東南強降水期間，低空急流維持并加強，為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽和動力條件，切變線兩側(cè)風速風向的輻合為暴雨提供了充足的動力條件。

3.3 地面中尺度輻合線

從地面10 m風場和海平面氣壓場看出，7日20時(圖4a)，貴州省西南部為一熱低壓，黔南—黔東南州一帶有一條地面輻合線，黔東南州位于輻合線附近，輻合線北側(cè)的弱冷空氣南侵填塞熱低壓觸發(fā)對流加強發(fā)展，此時黔東南州西部開始出現(xiàn)降水，配合低層切變線的動力抬升作用，使得低層輻合更強烈，有利于強降水的產(chǎn)生與維持,降水易發(fā)生在輻合線附近[9]。8日02時(圖4b)，隨著地面偏北風的加強，冷空氣進一步入侵，地面輻合線略有南壓，此時黔東南降水較強，最大小時雨強達57 mm/h，降水產(chǎn)生在地面中尺度輻合線附近偏北側(cè)，850 hPa切變線南側(cè)。

圖3 6月8日02時850 hPa(a)、700 hPa(b)水汽通量和風場(水汽通量單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.3 The water vapor flux and wind fields on 850 hPa(a) and 700 hPa(b) level

圖4 6月7日20時(a)、8日02時(b)地面10 m風流場和SLPFig.4 The SLP and wind stream fields above 10 m

4 物理量診斷分析

4.1 水汽通量散度分析

圖5 7日20時、8日02時850 hPa降水時期的水汽通量散度(單位：10-7g·cm-1·hPa-1·s-1)Fig.5 The vapor flux divergence fields on 850 hPa during the precipitation

4.2 垂直速度分析

圖6 6月7日20時(a)、8日02時(b)沿黔東南州108°E的垂直上升運動剖面(單位：10-2Pa/s)Fig.6 The vertical velocity fields along 108°E

4.3 能量條件分析

對流有效位能(CAPE)指全位能可以轉(zhuǎn)化為動能的那部分能量，這部分能量對大氣有著積極的作用，能夠轉(zhuǎn)化為氣塊動能從而產(chǎn)生上升運動。7日14時(圖7a)黔東南州的對流有效位能CAPE值很大，黔東南的南部地區(qū)達到了800 J·kg-1左右，氣團處于較強的對流不穩(wěn)定狀態(tài)，8日02時(圖7b)CAPE值為600 J·kg-1，對流有效位能釋放了一部分，轉(zhuǎn)化為動能從而產(chǎn)生強力的上升運動。到8日08時(圖略)CAPE值變?yōu)?，對流不穩(wěn)定能量已全部釋放，表明降水減弱。從CAPE值分析發(fā)現(xiàn)，在降水發(fā)生前期，CAPE值比較大，不穩(wěn)定能量明顯積蓄，到降水產(chǎn)生及雨勢減弱停止時，對流有效位能CAPE值釋放，迅速減小，其釋放階段與強降水時段對應(yīng)。

圖7 6月7日14時(a)、8日02時(b)對流有效位能CAPE(單位：J·kg-1)Fig.7 the CAPE fields before the precipitation(a) and during the precipitation(b)

5 雷達資料分析

根據(jù)三穗雷達站監(jiān)測資料，7日20時，黔東南西南部有回波發(fā)展并東移，降水回波以對流回波為主，對流回波歷經(jīng)麻江、雷山、劍河、天柱，回波東移過程中不斷增強發(fā)展，最大反射率因子為45 dBz。回波在黔東南中部一線發(fā)展，形成明顯的“列車效應(yīng)”，導致黔東南中部一線出現(xiàn)特大暴雨。從圖8回波演變情況可以清楚看到，黔東南劍河附近，對流回波不斷歷經(jīng)此帶，且強度維持在40 dBz以上，明顯的“列車效應(yīng)”導致劍河柳川累積雨量215.5 mm。由此可見，黔東南此次大范圍致災大暴雨的形成是由于降水回波長時間維持，形成了明顯的“列車效應(yīng)”。

圖8 6月7日23時56分(a)、8日01時26分(b)、02時17分(c)黔東南三穗雷達組合反射率因子圖Fig.8 The radar echo analysis at SANSUI radar station during the precipitation

6 結(jié)論

利用常規(guī)資料、NCEP/NCAR逐6 h再分析資料、區(qū)域自動站降水資料等對2015年6月7—8日貴州黔東南州的一次強降水進行診斷分析，得出以下結(jié)論：

①500 hPa環(huán)流場，在降水發(fā)生前期：中國高原上多短波槽，活動頻繁，青藏高原上有一個低渦發(fā)展，位于內(nèi)蒙的冷渦發(fā)展強盛，不斷引導冷空氣南下，副高西伸北抬。在降水時期：東北的冷渦發(fā)展，不斷引導冷空氣南下，副高進一步西伸，新疆北部的脊加強北抬東移，從而使環(huán)流的經(jīng)向度加大，這樣的環(huán)流形勢有利于中國北方冷空氣在西北風的輸送下南下與副高左側(cè)的暖濕氣流交匯。

②700 hPa環(huán)流場，降水前期貴州省為水汽通量大值區(qū)，西南急流在廣西、廣東一帶，貴州省西北部有一弱的切變線生成。到降水時期，西南急流加強，貴州省水汽通量進一步加大，切變線加強并南移，切變線在黔東南州的中部一帶。

③降水發(fā)生時期，850 hPa環(huán)流場上西南急流進一步加大，黔東南州位于西南急流的左前側(cè)，黔東南州的水汽通量輸送進一步加大，黔東南州有一個風速輻合區(qū)，切變線位于此地，有利于上升運動。

④從地面流場和海平面氣壓場看出，在降水時期地面輻合線位于黔東南州，輻合線北側(cè)的冷空氣南下填塞熱低壓不斷觸發(fā)對流的發(fā)生，配合低層切變線的動力抬升作用，使得低層輻合更強烈，有利于強降水的產(chǎn)生與維持。

⑤物理量診斷分析表明，在降水發(fā)生時期降水區(qū)上空水汽通量散度為負值，有大量水汽在該地區(qū)輻合；對流有效位能CAPE在降水發(fā)生前期比較大，不穩(wěn)定能量明顯積蓄，能量條件充沛，到降水產(chǎn)生及雨勢減弱停止時，對流有效位能CAPE值釋放迅速，減小轉(zhuǎn)化為動能，從而產(chǎn)生上升運動。

⑥雷達回波顯示，對流回波長時間在黔東南中部一線維持發(fā)展，“列車效應(yīng)”顯著，導致黔東南產(chǎn)生了大范圍的大暴雨。

值得注意的是：由于貴州屬于中國西部高原山地，在云貴高原的東部，境內(nèi)地勢西高東低，地形的強迫抬升作用不可忽視，黔東南州的雷公山海拔2 178.8 m，位于黔東南州的雷山、劍河、臺江、榕江4縣之間，雷山縣位于雷公山的西側(cè)，此次降水自西向東，雷山縣處于迎風坡，地形的強迫抬升作用很明顯，同時劍河縣、天柱縣位于雷公山東南側(cè)，氣流繞流導致的氣旋性切變，增強了劍河縣、天柱縣的降水，因此對于黔東南降水預報時要考慮雷公山西邊的上坡地形、南側(cè)地形繞流影響，預報降雨量級要比黔東南北部縣要大。

[1] 林學椿,于淑秋.厄爾尼諾與我國汛期降水[J].氣象學報,1993,51(4):435-441.

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[5] 付顯榮,池再香,段榮,等.2012年7月貴州西部一次局地暴雨診斷分析[J].貴州氣象,2013,3(37):41-44.

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Diagnostic analysis of a regional heavy rainfall in Qiandongnan Miao and Dong Autonomous Prefecture

TENG Lin1,LI Xiaolan2,CHEN Jun3

(1.Jianhe Meteorological Bureau of Guizhou Province, Jianhe 556400, China ; 2.Yuping Meteorological Bureau of Guizhou Province, Yuping 554000, China;3.Tongren Meteorological Bureau of Guizhou Province, Tongren 554300, China)

By using conventional meteorological data，NCEP/NCAR global 1°×1°final _ analysis data and Automatic station precipitation data, one regional heavy rainfall over Qiandongnan Miao and Dong Autonomous Prefecture from 7 June to 8 June in 2015 was generally diagnosed and analyzed. The results show: this regional heavy rainfall occurred in the background of subtropical high moving to the west and north, cold eddy in Mongolia developed strongly, plateau low systems is active that guide the cold air moving to south. The southwest jet stream on 700 hPa level and 850hPa has strengthened and maintained, wind speed and direction convergence happened on low level, providing with vapour and dynamic conditions. The CAPE remained large value before precipitation, unstable energy charged obviously. The CAPE decreased rapidly when the rainfall was weakened. The main precipitation area lies between the ground convergence line and the shear line on 850 hPa level. Radar data displays convection maintains and develops during the precipitation, the train effect is obvious in this process.

low level jet；the ground convergence line；CAPE；the train effect

1003-6598(2016)04-0034-06

2016-01-05

滕林(1990—)，男，助工，主要從事天氣預報和地面氣象測報工作，E-mail：1016914016@qq.com。

“銅仁冷式和暖式切變型暴雨環(huán)流特征及落區(qū)分析”(黔氣科合QN09)。

P426.6

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