成都地區2015年8月16日暴雨過程分析

摘 要：文章利用常規氣象資料、NCEP1°×1°6小時再分析資料，對2015年8月16日成都地區一次區域性暴雨過程的環流形勢和物流量場進行了分析。結果表明：副高穩定少動，高原低渦東移進入盆地，與西南渦耦合作用，誘發了此次暴雨；副高外圍的西南低空急流向暴雨區輸送了大量的水汽和不穩定能量，而侵入盆地的冷空氣使不穩定能量得到釋放；中高層輻散、中低層輻合的垂直結構和等θse線分布對暴雨的時間和落區有指示意義。

關鍵詞：暴雨；副熱帶高壓；高原低渦；西南渦；低空急流；物理量場

引言

暴雨是我國一種危害性極大的災害性天氣，每次暴雨過程都會給人民群眾的生產生活造成嚴重影響和損失。引起暴雨的天氣系統很多，陶詩言等[1]曾指出青藏高原移來的低渦系統是引起我國暴雨天氣的主要系統之一。而成都地區位于北緯30°～31.5°、東經103°～105°之間，地處青藏高原東部，經常受到東移出高原的低渦系統影響，同時在對流層中低層來自盆地東部和南部的暖濕空氣在此受到地形強迫作用抬升，使得成都地區暴雨天氣頻發?？姀奫2]進一步指出，高原低渦東移入川后與西南渦耦合作用可使西南渦發展，同時產生暴雨天氣。另外，肖洪郁等[3]指出副熱帶高壓的阻塞作用，也能引起四川暴雨。但由于平時預報工作中暴雨天氣出現的復雜性，對暴雨落區、量級、持續時間等方面的預報均有一定的困難，因此對暴雨天氣的研究還需進一步深入。

文章選取了2015年8月16日成都地區出現了一次持續性區域暴雨過程，并通過地面自動站降水實況資料、NCEP1°×1°6小時再分析資料、常規氣象資料等，對此次暴雨過程的環流形勢、天氣系統和各方面的物理量特征進行了分析。希望能在以后工作中預報暴雨天氣，特別是對成都地區暴雨天氣的預報提供一些參考與幫助。

1 過程概況

此次暴雨過程從8月16日開始，至8月18日結束，主要降水時段在8月16日20時～8月17日20時。根據降水統計資料，8月16日20時～8月17日20時，成都地區288個測站中，有43個測站24小時累計降水量達到大暴雨，另外有112個測站24小時累計降水量在50～99.9mm之間，達到暴雨。圖1為8月17日20時的過去24小時累計降水量分布圖，可見此次暴雨過程的降水中心區域位于成都中東部地區，降水中心測站為郫縣友愛，其24小時累計降水量達到182.1mm。根據成都雙流國際機場氣象資料，此次暴雨過程中雖然沒有伴隨雷暴天氣現象，但降水強度較大，嚴重影響航班正常運行，機場氣象臺于17日13時30分發布暴雨橙色預警，預計過程降水量達到100mm。

2 大尺度環流形勢

如圖2所示，2015年8月16日08時，500hPa我國中高緯度地區為兩槽兩脊型。中亞巴爾喀什湖地區至我國新疆西部為高壓脊，低渦中心位于蒙古西部，槽線控制影響甘肅西部和青海北部，同時在貝加爾湖以東至蒙古東部也有一高壓脊，東亞大槽控制影響我國東北至渤海地區，其北部形成低渦中心位于黑龍江、吉林和內蒙古三省交界處。副高588線位于貴州、廣西交界至廣東中部一線。青藏高原上有閉合的低渦環流不斷分裂短波槽東移影響四川盆地。臺風中心距離我國大陸較遠，15號臺風“天鵝”中心位于14.7°N、144.7°E，16號臺風“艾莎尼”中心位于14.7°N、160.9°E。700hPa冷式切變線在甘肅、陜西交界處，西南急流位于中南半島北部至廣西廣東地區，最大風速達14m/s，四川盆地主要受偏南氣流控制。850hPa切變在銀川附近，說明冷空氣距離成都較遠，盆地內為偏南氣流，另外西南急流在850hPa進一步加強，最大風速達到20m/s。對流層中低層西南急流的存在，為來自孟加拉灣和南海的水汽不斷向四川盆地輸送提供有利條件。

到8月17日08時，500hPa低渦中心東移到蒙古中部，蒙古東部的弱脊減弱，東亞大槽東移至日本海至朝鮮半島地區，其北部的低渦中心位置幾乎沒有變化。高原低渦東移，控制影響至四川盆地。而副高588線位置較前一天穩定少動，阻礙進入盆地的低值系統繼續東移。“天鵝”和“艾莎尼”的臺風中心都有所西移北進，但距離我國大陸仍然較遠。700hPa切變線東移南壓至陜西南部及陜西和山西交界一線，盆地內成都地區受西南渦控制影響。850hPa輻合中心位于成都地區附近，輻合東北部偏東偏北氣流達到12m/s，其南側偏南氣流較弱，說明冷空氣已侵入盆地，到達成都地區。700hPa和850hPa上西南急流維持。

綜上所述，此次暴雨過程是在十分有利的環流形勢下產生的。副高位置穩定少動，使得高原低渦進入盆地后東移受阻，長時間影響盆地地區，并在對流層中低層誘生西南渦，高原低渦與西南渦的耦合作用誘發了此次暴雨過程。而副高外圍的西南急流將自孟加拉灣和南海的水汽源源不斷地向盆地輸送，為暴雨的產生和維持提供了必要的水汽條件。另外，對流層中低層切變南壓，冷空氣從四川東北侵入盆地，在成都地區與暖濕氣流匯合，為此次暴雨過程提供了動力抬升條件。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件分析

暴雨天氣的產生和維持必須要有充沛的水汽供應。水汽主要集中在對流層中低層，700hPa和850hPa的低空急流是向暴雨區提供水汽的重要機制。水汽通量可以表征水汽輸送的強度與方向，它指的是單位時間內通過垂直于運動方向上單位橫截面積的空氣中含有的水汽質量[4]，通常單位為g·cm-1·hPa-1·s-1。

圖3是根據NCEP1°×1°6小時再分析資料計算的700hPa和850hPa的水汽通量圖。2015年8月16日08時，700hPa孟加拉灣至云南貴州和南海至廣西廣東以及湖南的水汽通量大值區已經連成一片，說明水汽輸送通道已經建立，來自孟加拉灣和南海的水汽經副高外圍西南低空急流源源不斷地向四川盆地輸送。在四川東北與重慶交界處有一弱的水汽通量大值中心，中心值為6～8g·cm-1·hPa-1·s-1。850hPa水汽輸送通道的位置較700hPa的位置偏南，主要在孟加拉灣-南海-廣西-廣東一線，但水汽輸送更為強烈，中心值超過30g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽經貴州湖南向四川重慶地區輸送。另外，850hPa在四川盆地地區也有一個水汽通量大值中心，位置較700hPa偏西，中心值在12g·cm-1·hPa-1·s-1以上?？梢?，在暴雨過程出現前，對流層中低層的水汽輸送通道已經建立。到了8月17日08時，700hPa水汽輸送通道維持，但四川東北重慶地區的水汽通量大值中心位置明顯西移，位于成都及其東北地區，中心值增大到16～18g·cm-1·hPa-1·s-1。850hPa四川盆地處的水汽通量大值中心的范圍和強度均較前一天明顯增大，中心值達到27g·cm-1·hPa-1·s-1。

水汽通量散度對暴雨落區以及暴雨區降水量的預報有重要意義，它指的是某地區單位時間、單位體積中水汽的凈流出量[5]。當水汽通量散度為正時，表示水汽是輻散的；反之，當水汽通量散度為負時，表示水汽是輻合的。通常它的單位是g·cm-2·hPa-1·s-1。

圖4是根據NCEP1°×1°6小時再分析資料計算的水汽通量散度沿104°E分布的垂直剖面圖。2015年8月16日08時，成都地區對應的31°N并沒有明顯的水汽通量散度負值區存在，相反在700hPa水汽通量散度為1×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，說明暴雨過程開始前該層水汽是輻散的。到了8月17日08時，31°N在850hPa到600hPa均為負的水汽通量散度，說明暴雨過程期間在成都地區的對流層中低層有明顯的水汽輻合。其中，850hPa水汽通量散度負值區位于25°N～31°N之間，負值中心在30°N附近，水汽通量散度達-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，成都地區位于該負值中心北側。整個負值區隨高度向北傾斜，在700hPa水汽通量散度負值中心在31°N附近，中心值達到-5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。

通過上述分析可知，此次暴雨過程中副高外圍的西南低空氣流向四川盆地輸送了十分充沛的低層水汽。同時這些來自孟加拉灣和南海的暖濕水汽與從盆地東側和東北侵入盆地的冷空氣在成都地區交匯后輻合抬升，又為暴雨的形成和維持提供了有利的動力抬升條件。

3.2 動力條件分析

暴雨過程中，整層大氣在垂直方向上基本都呈上升運動[6]。當垂直速度為負值時，說明該處大氣存在上升運動；當垂直速度為正值時，說明該處大氣存在下沉運動。散度一般指的是水平速度場的輻合輻散，負值表示輻合，正值表示輻散。

由于此次暴雨過程降水中心位于點31°N、104°E附近，故圖5是點31°N、104°E處NCEP1°×1°6小時再分析資料的垂直速度和散度的時間剖面圖，橫坐標采用世界時。此次暴雨過程中，降水最強時段的8月16日20時～8月17日20時，在垂直速度圖上可見500hPa以下有明顯的上升運動，其中最強的上升運動出現在8月17日02時750hPa左右，達到27×10-3hPa·s-1。而在散度圖上，可見此次暴雨過程中整層大氣垂直結構上輻合輻散的轉換位于600hPa。8月16日20時開始，在600hPa以下的對流程中低層表現為輻合并逐漸加強，在8月17日14時達到最強-80×10-6s-1。而在400hPa～600hPa的對流層中高層，從8月16日20時開始表現為輻散，且輻散迅速增強，在8月17日02時達到最大為100×10-6s-1，隨后于08時短暫轉為輻合后，又迅速轉為輻散，在14時左右達到70×10-6s-1。這種中低層輻合、中高層輻散的垂直結構一直持續到8月17日20時，它可產生強烈的抽吸作用，使上升運動加強。

3.3 熱力條件分析

假相當位溫θse是綜合表征大氣溫度、濕度和壓力特征的物理量，假相當位溫值的大小和分布可以反映大氣中濕靜力能量的分布，而其垂直分布可以反映大氣層結的穩定狀況[7]。當時表示假相當位溫值隨氣壓增大，對流不穩定；反之，當時表示對流穩定；當則表示對流中性。

圖6是根據NCEP1°×1°6小時再分析資料計算的假相當位溫θse沿104°E分布的垂直剖面圖。2015年8月16日08時，有兩個假相當位溫大值中心分別位于27N和33°N，其中33°N的θse中心值達到376K，而成都正位于此高能區的南側邊緣。同時，在35°N附近600hPa以下等θse線密集而陡峭且隨高度向南傾斜，其南側為對流不穩定層結，θse隨氣壓而增大，其北側為對流穩定層結，θse隨氣壓而減小?？梢?5°N附近有鋒區存在，且整個鋒區隨高度向南傾斜。到了8月17日08時，27°N的高能中心幾乎沒有變化，在29°N以北，等θse線隨高度向北傾斜，整層大氣基本上都呈對流穩定層結，僅33°N附近在對流層低層還表現為對流不穩定，但不穩定層結也只存在于700hPa以下，中心θse值較前一日已減小到356K，可見不穩定層結的強度和厚度已經明顯減小，說明不穩定能量已經得到釋放，同時在近地面冷空氣已經侵入到29°N。

4 結束語

副高對此次成都地區區域性暴雨過程有重要作用。副高穩定少動，高原低渦進入盆地后，繼續東移受阻而長時間影響四川盆地，并誘使對流層中低層西南渦形成發展，兩者耦合作用誘發了此次暴雨天氣過程。另外，副高外圍的西南低空急流將源源不斷的水汽從孟加拉灣和南海向盆地區域輸送，為此次暴雨過程提供了有利的低層水汽條件。

侵入盆地的冷空氣與低層暖濕空氣在成都地區交匯，使低層水汽輻合向上輸送，為此次暴雨過程提供了良好的動力抬升條件。另外中高層輻散，中低層輻合的垂直結構可以產生強烈的上升運動，這種結構出現的時段與暴雨過程中強降水的時段有較好的相關性，這對以后暴雨過程的預報具有一定的參考意義。

在能量場上，此次暴雨過程中成都地區并沒有出現雷暴等強對流天氣活動也在假相當位溫θse的分布和垂直結構上有較好的反映：暴雨過程前不穩定能量已經聚積，但成都位于不穩定區南側，表現為弱的不穩定層結。另外，等θse線密集而陡峭的區域是濕斜壓不穩定能量集中釋放區域，對暴雨的時間和落區有較好的指示作用。

參考文獻

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