西南低渦背景下秦巴山區強降水特征

張小峰， 劉元珺， 徐娟娟， 何豫秦， 王云鵬， 彭菊蓉， 楊睿敏

(1.陜西省漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

西南低渦背景下秦巴山區強降水特征

張小峰1， 劉元珺1， 徐娟娟2， 何豫秦1， 王云鵬1， 彭菊蓉1， 楊睿敏1

(1.陜西省漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

根據2001—2015年秦巴山區由西南低渦導致的強降水個例，采用統計方法、天氣學方法、數值模擬等，對影響秦巴山區西南低渦過程進行統計，找出西南低渦的移動、發展與漢中強降水之間的關系，通過數值模擬對2011年8月3—5日陜南區域性暴雨過程進行了分析。結果表明，西南低渦背景下秦巴山區的強降水主要出現在6—9月，占暴雨總發生次數的17%，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區域；數值模擬表明，暴雨是在西南低渦及低空西南急流的直接作用下發生發展，低渦和急流的維持為降水中心的低層輻合及與之伴隨的上升氣流的發展提供了有利條件，低層輻合、高層輻散和正渦度的作用使西南低渦有增強作用。

西南低渦；強降水；變化特征；秦巴山區

西南低渦是青藏高原東側背風坡地形、加熱與大氣環流相互作用下，在我國西南地區(100°～108°E、26°～33°N)形成的具有氣旋式環流的α中尺度閉合低壓渦旋系統[1]。研究表明，西南低渦發展東移時，往往引發下游地區大范圍的暴雨、雷暴等高影響天氣[2]。西南低渦被認為是我國最強烈的暴雨系統之一[2]，就它所造成的暴雨天氣的強度、頻數和范圍而言，可以說其重要性是僅次于臺風及殘余低壓而位居第二暴雨系統[3]。長期以來，我國氣象工作者對西南低渦進行了研究，并取得了一定的成果[4-6]。張騰飛等[5]研究發現，西南低渦是一個具有斜壓性的極其深厚的系統，隨高度前傾，500 hPa西南低渦誘發了700 hPa西南低渦的產生，強降水主要出現在西南低渦的西南方。

秦巴山區位于四川盆地東北部的秦嶺山區，是西南低渦的主要影響地區之一。西南低渦的發生發展和移動直接影響著秦巴山區的天氣變化。秦嶺山區地理地形條件獨特，天氣復雜，降水分布不均，強降水天氣常造成該地區山洪、泥石流等災害頻發，給該地區的農業生產、人民生命財產等造成較大損失。筆者根據2001—2015年秦巴山區由西南低渦導致的強降水個例，采用統計方法、天氣學方法、數值模擬等，對影響秦巴山區西南低渦過程進行統計，找出西南低渦的移動、發展與漢中強降水之間的關系，通過數值模擬對2011年8月3—5日陜南區域性暴雨過程進行了分析，以期為秦巴山區強降水的預報提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料選取與西南低渦背景下秦巴山區強降水過程識別標準 降水資料來源于2001—2015年歷史天氣圖、陜南(漢中、安康、商洛)國家級自動站。西南低渦背景下強降水識別標準：①在100°～108°E、26°～33°N。②秦巴山區縣區站出現暴雨，24 h降水量≥50 mm。③在700或850 hPa等壓面上有閉合等高線的低壓或有3個站風向呈氣旋式環流的低渦；同一低渦連續出現在2個觀測時次以上(08:00和20:00)作為一次西南低渦過程統計。同時滿足以上3個條件時，認定為西南低渦背景下秦巴山區強降水過程。

1.2 西南低渦典型個例的數值模擬試驗

1.2.1 個例選取。2011年8月3—5日秦巴山區出現的一次區域性暴雨過程，強降水集中在漢中、安康地區，3日20：00—6日08：00累積雨量超過100 mm的有64站，超過200 mm的有1站(漢中市鎮巴最大213.7 mm)。西南低渦、臺風低壓、低渦切變共同構成了此次過程的環流背景場。臺風外圍強暖濕氣流輸送與西南低渦相配合，造成秦巴山區暴雨過程。

1.2.2 資料選取和模式設計。采用WRFModelVersion3.6ARW中尺度模式。設計采用單層網格，格距為9 km，使用30°地形數據。模式中心點為35°N、108°E，格點數為181×181，垂直坐標是地形跟隨的σ坐標，分為35層。采用Lin微物理方案、Betts-Miller-Janjic積云參數化方案、YSU行星邊界層參數化方案、RRTM長波方案、Dudhia短波方案。初值資料選用1°×1°的FNL再分析資料。模式每6 h提供1次邊界條件，1 h輸出1次結果。模擬過程1以20日14：00作為初始場，積分30 h；過程2以3日14：00作為初始場，積分30 h；過程3以17日14：00作為初始場，積分42 h。

2 結果與分析

2.1 西南低渦影響下秦巴山區強降水的時空分布特征

2.1.1 年際變化。按年內某日只要有1站出現暴雨即算1個暴雨日，2001—2015年秦巴山區共出現暴雨日181 d，年均暴雨日12 d。由圖1可見，2001—2015年秦巴山區西南低渦背景下強降水過程基本每年均有影響，2002、2006年未出現。

圖1 2001—2015年秦巴山區逐年暴雨及西南低渦暴雨頻數分布Fig.1 Frequency distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

2.1.2 月際變化。秦巴山區是陜西省暴雨中心多發地，一年中2—11月均有暴雨出現，最早暴雨出現在2004年2月20日,最晚出現在1980年11月19日。秦巴山區暴雨多發生在6—9月，2001—2015年6—9月發生暴雨共165次，占暴雨發生次數的91%；西南低渦背景下秦巴山區強降水過程30次，最早出現于2004年2月20日，最晚出現于2015年9月17日，占暴雨總發生次數的17%，6—9月發生25次，占西南低渦背景下暴雨總次數的83%(圖2)。

2.1.3 空間分布。2001—2015年共發生西南低渦北上影響陜南的強降水過程30次，統計各站暴雨日數(圖3)發現，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區域，鎮巴站15次，鎮坪12次，均處于巴山沿線，影響秦巴山區的西南低渦主要生成于四川東部，東移影響陜南南部，當西南低渦向東北移動，可影響陜南偏北地區。

圖2 2001—2015年秦巴山區暴雨和西南低渦暴雨月分布Fig.2 Monthly distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

圖3 2001—2015年西南低渦影響下秦巴山區暴雨日數空間分布Fig.3 Spatial distribution of rainstorm days in Qinba mountain area under the influence of southwest vortex during 2001-2015

2.2 數值模擬結果

2.2.1 模式輸出及500 hPa環流背景。總的來說，控制試驗較為準確地模擬出了暴雨過程，但中心雨量模擬不夠理想，位置略有偏差(圖4)；較為準確地再現了造成暴雨的系統特征。模擬的中低層流場和實況對比發現，其基本特征與實況吻合，能較為真實地反映大氣的實際情況及變化趨勢。

圖4 2011年8月3日20:00—4日20:00數值模擬(a)和實況(b)降水量分布Fig.4 Numerical simulation (a) and actual (b) precipitation distribution from 20:00 August 3 to 20:00 August 4 in 2011

2.2.2 環流背景對西南低渦的影響。此次過程西南低渦的發生發展為高原低渦在東移過程中誘發生成的。西南低渦從初生到成熟階段正渦度發展強，與500 hPa低渦形成了垂直耦合形勢。500 hPa有南支槽東移，低槽前的正渦度平流所造成的低壓減壓，也是西南低渦形成的一個重要因素。

2.2.3 低空急流對西南低渦的影響。對比平均渦度、西南風速和水汽通量散度隨時間演變趨勢(圖5)發現，平均渦度、水汽通量散度隨時間呈現出相同的形態，隨著西南氣流不斷加強，對應于平均渦度的增強和水汽輻合的加強。西南氣流增強促進了西南低渦強度增強，利于低層水汽輸送，為暴雨的形成提供了充足的水汽條件和動力抬升條件。大量的暖濕氣流通過低空急流輸送，強的水汽輻合和上升運動造成了區域性暴雨天氣的發生。

2.2.4 西南低渦動力場分布特征。西南低渦在垂直方向高層輻散、低層輻合動力配置下(圖6)，有利于形成抽吸作用，維持較強的上升運動，利于低渦的穩定、維持。垂直方向低層輻合、高層輻散的垂直結構，促進了氣流的抽吸作用，上升運動增強，西南低渦的正渦度發展，進一步促進了西南低渦的穩定、維持和發展。

3 小結

(1)西南低渦背景下秦巴山區強降水過程每年均有出現，基本均發生在6—9月，占暴雨總發生次數的17%，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區域；影響秦巴山區的西南低渦主要生成于四川東部，東移影響陜南南部，當西南低渦向東北移動，可影響陜南偏北地區。

(2)通過西南低渦典型個例的數值模擬試驗，發現秦巴山區暴雨過程的西南低渦的發生發展過程相似，為高原生成的高原低渦東移誘發生成。低層輻合和正渦度、高層輻散使西南低渦有增強作用。

圖5 2011年8月3—4日平均渦度(a)、西南風速(b)和水汽通量散度(c)隨時間演變Fig.5 Mean vorticity (a), southwest wind speed (b) and water vapor flux divergence (c) with time during August 3-4,2011

[1] 趙大軍，江玉華，李瑩．一次西南低渦暴雨過程的診斷分析與數值模擬[J]．高原氣象，2011，30(5)：1158-1169．

[2] 何光碧．西南低渦研究綜述[J]．氣象，2012，38(2):155-163．

[3] 陳忠明，繆強，閔文彬．一次強烈發展西南低渦的中尺度結構分析[J]．應用氣象學報，1998，9(3)：273-282．

[4] 陶詩言.中國之暴雨[M]. 北京:科學出版社, 1980：225.

[5] 張騰飛,張杰,馬聯翔. 一次西南渦影響云南強降水過程分析[J]. 氣象科學, 2006, 26(4)：376-383.

[6] 李國平．青藏高原動力氣象學[M]．2版.北京: 氣象出版社，2007: 24-26．

Characteristics of Heavy Rainfall in Qinba Mountain Area in the Background of Southwest Vortex

HANG Xiao-feng1,LIU Yuan-jun1,XU Juan-juan2et al

(1.Hanzhong Meteorological Bureau of Shaanxi Province,Hanzhong,Shaanxi 723000; 2.Shaanxi Meteorological Observatory, Xi'an,Shaanxi 710015)

According to the heavy rainfall caused by southwestern vortex in Qinba mountainou area from 2001 to 2015,the statistical methods, the synoptic method and the numerical simulation were used to statistically analyze the process of the southwest vortex in the Qinba mountainou area,and found the relationship between the movement and development of the southwest vortex and the heavy rainfall in Hanzhong.The regional storm process in southern Shaanxi from August 3 to August 5 in 2011 was analyzed by numerical simulation.The results showed that the heavy rainfall in the Qinba mountain area in the background of southwest vortex mainly occurred in June-September, accounting for 17% of the total number of rainstorm, and the southern part of southern Shaanxi was the highest frequency region of southwest vortex.The numerical simulation showed that the rainstorm was developed under the direct action of southwester vortex and low-level southwestern jet.The maintenance of low vortex and jet provided favorable conditions for the low-level convergence of the precipitation center and the development of the ascending airflow.The low-level convergence,high-level divergence and positive vorticity had enhanced the southwestern vortex.

Southwest vortex;Heavy rainfall;Variation characteristics; Qinba mountainou area

中國氣象局關鍵技術集成與應用重點項目(CMAGJ2015M59)。

張小峰(1976-)，男，陜西周至人，副研級高級工程師，從事天氣預報和人工影響天氣研究。

2016-09-21

S 161.6

A

0517-6611(2016)34-0191-03