重慶2014年9月12—19日連陰雨過程分析

王 歡，陳 鵬，龐 玥，李 晶，劉伯駿，劉 超

（重慶市氣象臺，重慶401147）

華西秋雨是我國西部地區秋季多雨的特殊型天氣現象，也是重慶秋季主要氣象災害之一。長時間的陰雨寡照，對農業生產造成損失，有些年份的連陰雨過程還伴有區域性暴雨過程，造成洪澇災害，直接關系到工農業生產和人民生命財產安全。秋季頻繁南下的冷空氣，因受地形阻滯，易與停滯在該地區的暖濕空氣互相激蕩，使鋒面加劇，產生降水天氣[1]。20世紀50年代，高由禧[2]等就對華西秋雨作了研究，指出秋雨的形成是大氣環流高低空不同步轉變所致。此后，相繼出現了一些關于秋季連陰雨的氣候特征、成因、異常及影響的研究[3-11]以及連陰雨期間的暴雨天氣過程的分析[12-13]，郁淑華[14-15]等對華西秋雨期間的水汽輸送特征進行分析，李俊蘭等[16]通過對暴雨過程的對比分析揭示了不同高度水汽通量輸送路徑和水汽通量輸送與暴雨落區和強度的關系。王若瑜等[17]對重慶地區秋季連陰雨的氣候背景及前兆信號進行了分析，但是重慶秋季連陰雨期間時常出現區域性暴雨天氣，對秋季暴雨機理的研究缺乏足夠的重視，預報中也存在一些難點。

利用NCEP1°×1°的再分析資料及重慶地區逐日、逐時降水資料，對重慶2014年9月12—19日的連陰雨天氣過程的時空分布、環流形勢以及此次連陰雨過程中所包含的兩次區域性暴雨過程進行對比分析，揭示此次連陰雨背景下的兩次暴雨過程環流形勢及成因。

1 災情及天氣實況

2014年9月12—19日，重慶西部地區及東北部偏北地區出現了8 d左右的輕度連陰雨天氣，造成了較大的人員及財產損失，共造成死亡18人，失蹤4人，受傷8人，直接經濟損失近16.0億元。此次連陰雨過程主要表現為連續兩次區域性暴雨過程（“9·13”暴雨和“9·17”暴雨）的疊加，從重慶西部的合川站日雨量變化（圖1a）可以看出，其在此次連陰雨過程中僅有2 d的日降水較弱，其余時段的日降水都超過10 mm，其中13日達大暴雨，18日達暴雨。2014年9月12—14日（9月12日00時00分UTC—15日00時00分UTC）（圖1c），重慶出現一次區域暴雨天氣過程，長江沿線以北地區暴雨到大暴雨，最大降水量出現在合川的長勝（298.6 mm），其余地區小到中雨，局地大雨。2014年9月17—18日（圖1d），重慶遭遇了2014年范圍最大的暴雨天氣過程，降水的主要落區為重慶的中西部，重慶東北部、中西部及四川盆地東南部呈一條東北—西南向的強降水帶，降水量都在50 mm以上。從合川兩次暴雨過程中降水量最多的長勝和龍潭站在暴雨期間的小時降雨量演變情況可以看出（圖1b），“9·13”暴雨過程中，降水時間比較集中，且小時雨強較大，有2個小時的雨強超過50 mm/h，為對流性降水；“9·17”暴雨過程中，降水持續時間長，且小時雨強不大，每個時次的小時雨量差異不大，小時雨量大都在5 mm左右，此次暴雨過程為持續的穩定性降水產生的暴雨過程。

2 連陰雨過程的環流形勢

從整個連陰雨期間（9月12—19日）的500 hPa平均位勢高度場上可以看出，連陰雨期間歐亞大陸中緯度為“一槽”型，亞洲大陸中高緯為平直寬廣的槽區控制，西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）西伸脊點位于（105°E，28°N）附近，青藏高原西側有高空槽，重慶處在高空槽前和副熱帶高壓西側波動氣流控制下，有利于降水的維持。從連陰雨發生前到連陰雨結束（2014年9月5—19日）的60°～80°E范圍500 hPa平均位勢高度場及位勢高度距平—時間演變圖上可以看出（圖2），50°～75°N連陰雨發生前（5—11日）為槽區控制，11日開始，轉為高壓脊區控制，11—14日存在明顯的位勢高度正距平，表明在這段時間為高度正異常區控制，阻塞高壓維持，后期正異常明顯減少，但高度場上仍表現為弱的高壓脊控制，到19日轉為槽區控制，陰雨天氣結束。從106°E 500 hPa位勢高度—時間演變圖上可知，11—16日30°N附近為波動氣流控制，588線北抬到26°N以北區域，17日前后轉為高空波動槽和15號臺風“海鷗”倒槽的控制，19日副高北抬到30°N以北區域，連陰雨天氣逐漸結束，同時從700 hPa位勢高度場沿106°E剖面—時間演變圖上可以看出（圖3），11日30°N區域有低渦存在，低渦存在的時間較短，到17日轉為臺風倒槽影響，前期低渦的影響位置偏北，后期臺風倒槽影響的范圍相對偏南。從25°～30°N范圍500 hPa平均位勢高度場及位勢高度距平—時間演變圖上可以看出，連陰雨期間588線位于105°～110°E附近擺動，19日副高西伸明顯，副高西伸到90°E以西，連陰雨天氣結束。

圖1 連陰雨過程雨量

圖2 60°～80°E范圍500 hPa平均位勢高度場及位勢高度距平—時間演變

圖3 700 hPa位勢高度場沿106°E剖面—時間演變

從以上分析可以看出，整個連陰雨期間中高緯度氣流為平直的緯向型，不利于冷空氣快速向南輸送，同時，30°N附近主要為南支槽前波動氣流控制，副高穩定維持在110°E以西有利于水汽的輸送，有利于此次連陰雨過程的產生，但是后期副高西伸明顯，所以連陰雨過程的持續時間不長。從700 hPa的影響系統時間演變情況來看，前期受西南渦的影響，低渦的位置偏北，同時西伯利亞阻塞高壓明顯偏強，中高緯度的經向度較大，有利于冷空氣的快速南下，所以“9·13”暴雨的強度大，位置偏北；“9·17”暴雨則主要受臺風倒槽的影響，位置相對偏南。

3 水汽條件分析

從連陰雨期間（106°E,30°N） 上空700 hPa、850 hPa相對濕度時間演變可知，在整個連陰雨期間，兩層相對濕度都維持在80% 以上，700 hPa相對濕度在連陰雨期間除了16日和19日有較大的波動外，其余時段基本維持在90% 以上，同時從反映絕對濕度的比濕來看（圖略），連陰雨期間700 hPa的比濕在19日00時00分UTC前均大于10 g/kg,大多時段維持在15 g/kg左右。850 hPa的波動較大，在暴雨開始前（12、17日）比濕有明顯的增大，降水較弱時（16,19日），比濕的下降明顯，降到10 g/kg以下。從反映本地水汽條件的兩種物理量來看，850 hPa比濕對連陰雨期間降水的增強及間歇有明顯的指示作用。

充沛的水汽輸送是持續性強降水形成的必要條件,因此分析降水的水汽來源及輸送狀況對于研究降水成因和機理有重要的意義。整層水汽通量散度以及水汽通量矢量圖可以看出，11日12時00分UTC（圖4a）,川渝地區上空的水汽供應主要來自一條水汽輸送通道，即南海低值系統外圍氣流將南海的水汽經廣東、廣西、貴州等地輸送至重慶，四川東南部及重慶西部有水汽通量散度負值區，但值比較小。到暴雨發生前12日18時00分UTC（圖4b），臺風“海鷗”中心位置向西北方向移動到（127°E,13°N）附近，此時重慶上空的水汽供應主要來自兩條水汽通道：一條仍為南海的水汽受低值系統外圍偏南氣流的引導進入重慶，另一條為來自西太平洋的水汽通道，沿臺風“海鷗”外圍與孟加拉灣的水汽一起輸送到重慶上空。此時在四川東部及重慶北部地區出現一個水汽通量散度負值中心（-7×10-510-5g/（cm2·hPa·s）），說明在這個地區有明顯的水汽輻合，13日06時00分UTC以后，川渝地區上空的水汽通量散度中心消失，水汽的輻合明顯減弱，降水強度明顯減弱。17日00時00分UTC時（圖4c）,此次大暴雨過程的水汽供應主要來自兩條水汽輸送通道：一條為來自孟加拉灣西南氣流的水汽通道，該水汽通道水汽沿臺風“海鷗”外圍偏東南氣流經廣東、湖南等地進入重慶,另一條為來自南海偏南氣流的水汽通道，水汽主要沿熱帶低壓環流“鳳凰”外圍與來自孟加拉灣的水汽一起輸送至重慶。此時，水汽輻合大值區主要位于臺風“海鷗”附近，其北部為一條近乎西北向的帶狀水汽通量散度負值區，且重慶西部和東北部地區水汽輻合較小，水汽通量散度為-4×10-5g/（cm2·hPa·s）。至17日12時00分UTC時，兩條水汽輸送通道繼續維持，臺風“海鷗”中心東北向水汽通量逐漸增大，水汽輻合增強，并在貴州至重慶形成水汽通量散度大值區，中心值達到-10×10-5g/（cm2·hPa·s）左右。18日00時00分UTC時（圖4d），臺風“海鷗”繼續西行并進一步減弱，水汽通道變為西南—東北走向，水汽經云南、貴州直接進入重慶。同時臺風“鳳凰”加強發展，將南海的偏南暖濕氣流沿副高外圍繼續向北輸送至重慶。四川盆地東部至云南為東北—西南向的帶狀水汽通量散度負值輻合區，其中在重慶西部存在一水汽通量散度大值區域，中心值增大至-8×10-5g/（cm2·hPa·s）以上。此時最大降水區位于重慶西部地區，其范圍與水汽通量散度分布的大值區域有較好的對應關系，且6 h累積降水量最大值超過了50 mm。18日12時00分UTC，隨著臺風“海鷗”消亡及西風槽向重慶的移近，水汽輸送開始減弱，水汽通量散度逐漸減小，降水也隨之減弱。從整層水汽通量散度輻合區的位置來看，“9·13”暴雨過程，整層水汽通量散度負值區主要位于四川東部及重慶北部，“9·17”暴雨過程重慶大部地區為整層水汽通量散度負值區，故“9·13”暴雨過程的落區偏北，而“9·17”暴雨過程的范圍更大。

4 能量條件及大氣層結特征分析

在連陰雨初期13日之前，有一段對流有效位能的峰值（達1200 J/kg），說明在這個時段內，暴雨區上空對流發展的比較旺盛，13日以后，對流有效位能迅速降低，在此后的時段維持在200 J/kg。從逐6 h的對流有效位能平面圖可以看出，11日18時00分UTC—12日06時00分UTC，重慶上空的對流有效位能有顯著的增加，大部地區的對流有效位能超過1800 J/kg，四川東南部—重慶東北部沿線為對流有效位能密集帶，密集帶以北區域對流有效位能低于300 J/kg，13日18時00分UTC以后20°N以北地區的對流有效位能低于200 J/kg。同時，從重慶上空的層結狀態可以看出（圖5），在15日00時00分UTC之前，重慶大部地區Δθse500-850＜0，表明大氣層結存在潛在對流不穩定狀態，15—16日，重慶大部地區層結仍為對流不穩定狀態，17日00時00分UTC—19日00時00分UTC，重慶各地Δθse500-850＞0，表明大氣層結為對流穩定狀態。“9·13”暴雨產生時，重慶上空為對流不穩定狀態，同時存在大的對流有效位能，所以對應降雨強度來看，“9·13”暴雨為對流性降水產生的暴雨，而“9·17”暴雨產生時重慶上空為對流穩定狀態，且對流有效位能低，所以“9·17”的降水以穩定性降水為主。

5 動力條件及熱力條件分析

圖4 整層水汽通量散度（陰影，單位：10-5g/（cm2·hPa·s））以及水汽通量（箭頭，單位：g/（cm·hPa·s））

沿106°E垂直速度ω、渦度緯度—高度剖面圖顯示，12日12時00分UTC，30°～32°N附近有垂直速度負值區，中心值達-1 Pa/s以上，負值區伸展到200 hPa以上，在暴雨區上空為明顯的上升運動，同時300 hPa以下為正渦度區，渦度中心在800hPa附近，中心值為7×10-5/s，850 hPa以下為負散度輻合層，中心值為-3×10-5/s ，13日00時00分UTC（圖6a）以后垂直速度負值區向南移動，正渦度與負散度大值區的位置沒有明顯的變化，在這個時段暴雨區上空為上升運動區，同時高層輻散底層輻合的高低空配置有利于對流的發展，所以在這個時段，降水強度大，06時00分UTC，上升運動區域移到29°N以南，重慶上空強降水結束。17日00時00分UTC，降水區南側的臺風附近低層輻合較強，中高層主要以輻散為主，這種高低空配置使得暖濕區有著較強的垂直上升運動，垂直速度最大值達到-2.8 Pa/s左右，此時降水區低層800 hPa以下為負散度輻合層，但量值較小，約為-2×10-5/s左右，而750 hPa以下為正渦度層，量值也較小，整個降水區垂直速度較小，垂直上升運動較弱。18日00時00分UTC（圖6b）,隨著臺風逐漸西行減弱以及高空槽東移接近重慶，400 hPa以下基本為正渦度層和負散度輻合層，渦度大值中心基本與負散度大值中心重合，中心值分別為10×10-5/s左右與-8×10-5/s左右。此時降水區垂直上升運動較強，垂直速度明顯增大，最大值位于600 hPa，約為-2.8 Pa/s左右。

6 TBB資料分析

圖5 9月13日00時00分UTC（a）和9月18日00時00分UTC（b）的Δθse500-850

圖6 垂直速度ω（陰影，單位：Pa/s）、垂直風場（箭頭矢量，為V與W的合成，W擴大10倍，單位：m/s）以及渦度（等值線，單位：10-5/s）沿106°E緯度—高度剖面

TBB可以反映暴雨發生發展過程中對流云團的活動特點。從日平均TBB沿106°E的時間序列圖可以看出（圖7），連陰雨期間出現了2個TBB＜-12℃的時段（12—13日和16—18日），對應兩個區域暴雨時段，從這兩個時段的TBB值來看，12—13日的TBB極值＜-52℃，16—18日的TBB極值＜-32℃，從TBB的時間序列可以看出，前一個時段的TBB值更低，對流發展更旺盛些，同時從TBB大值區的范圍來看，“9·13”暴雨過程主要發生在29.5 °～32°N的區域，位于重慶偏北地區，而“9·17”暴雨的位置范圍更大些從南到北基本覆蓋了重慶的所有區域。

從TBB的時間演變圖可以看出，“9·13”暴雨時，12日19時00分UTC四川東部和重慶北部交界處有一條西南—東北向的帶狀對流云帶，存在兩個中心值＜-72℃，在大足以西地區又有新的云團發展，20時00分UTC，帶狀對流云帶中的兩個中心合并，同時大足以西的云團也合并到帶狀對流云帶中，對流云帶從帶狀逐漸演變成圓形云團，影響重慶大部地區，中心位于重慶中部地區，13日00時00分UTC云團中心云頂亮溫值由-72℃變為-62℃，此后云團的強度逐漸減弱，范圍逐漸變小。“9·17”暴雨時，17日00時00分UTC-08時00分UTC，重慶西部地區開始出現降水云團，云頂溫度較小，且降水云團逐漸向南擴散至四川盆地東部一帶。17日12時00分UTC，隨著臺風西行減弱以及高空槽的東移，槽后偏北氣流與偏南暖濕氣流的交匯處形成一條東北—西南走向的云帶，受云帶影響，重慶東北部地區開始出現降水，且西部降水繼續維持，云頂亮溫值增大，中心值達到-52℃左右。17日19時00分UTC—18日03時00分UTC，隨著高空槽的緩慢東移，降水云帶也自西向東緩慢移動，并逐漸分裂成若干個小的中尺度對流云團，云頂溫度維持在-42～-52 ℃。18日11時00分UTC時，對流云團相互合并成一降水云帶，在長江沿線及以北地區維持發展，云頂亮溫中心值超過-52℃。此后，云帶東移南壓，強度逐漸減弱。從兩次暴雨過程強降水時段的TBB演變情況可以看出，“9·13”暴雨過程中云團中心的亮溫比“9·17”要低，說明“9·13”暴雨過程中，強降水發生時的對流發展得更旺盛些。

圖7 連陰雨期間（9月12—19日）日平均TBB沿106°E的緯度—時間序列（單位：℃）

7 暴雨的觸發條件

產生區域暴雨天氣首先要有冷空氣活動，通常認為低層冷空氣起到冷墊的作用，低層暖濕氣流沿冷墊爬升，有利于降水的產生。從中、低空各層的溫度平流可以看出，整個連陰雨過程中，500、700 hPa和850 hPa的冷空氣勢力比較弱，冷平流并不明顯。用暴雨區上空的負溫度平流來表現冷空氣，正V分量來代表偏南氣流的強度，從暴雨區附近（106°E、30°N）的溫度平流和V分量的高度—時間演變圖來看（圖8），整個連陰雨期間，900 hPa以下有冷平流，但值較小，說明在整個連陰雨期間近地層多弱冷空氣的影響。900～500 hPa為暖平流層，從V風場的演變來看，12—18日對流層中層維持＞4 m/s的偏南氣流，這種底層冷空氣，中層暖濕氣流的配置，有利于連陰雨天氣的維持。在13日及18日中低層的偏南氣流較前期有明顯的增強，13日前后出現了＞8 m/s的弱南風急流，18日南風急流達16 m/s，同時從底層冷空氣的強度來看，13日冷平流層延伸到800 hPa，而強度更大些，18日前后的冷平流處在950 hPa以下，即“9·13”暴雨過程中冷空氣的抬升作用較“9·17”暴雨過程更明顯些，從而使得“9·13”暴雨過程的對流性更明顯。

圖8 溫度平流（單位：10-5K·s-1）和V分量（單位：m/s）沿合川的時間—高度垂直剖面圖

陸大春[18]等指出，當降水較均勻地分布在雷達站的四周或較多方位上，并且實際風向不是很紊亂時，可粗略的認為“ND”表示含水量相對較少，即干冷空氣。通過垂直風廓線圖上可以看到，9月12日18時00分—20時00分UTC，重慶測站上空“ND”層主要在1.2 km及以下高度，1.8～3.0 km為較強的偏南氣流，風速達到16 m/s以上（18時15分UTC3 km高度處風速達到22 m/s），較強的偏南急流為此時段的強降水天氣帶來了強烈的水汽輸送和充足的動力條件。在4 km之上，風速相對較弱，且風隨高度順轉，呈暖平流特征。9月12日20時00分UTC，中層風速較之前明顯加大，9月12日21時00分UTC（圖9a）1.2～1.8 km高度上風隨高度變為逆轉，表明底層有冷平流侵入，與之對應的，降水回波在此時段內明顯減弱，降水也有所間歇。9月13日01時00分—02時00分UTC（圖9b），3 km高度處的急流再度增強，若干時次風速大于20 m/s，底層風速依舊維持逆轉。通過上面的分析可以發現，冷空氣先是由低層約1.5km高度層進入降水區。9月17日00時00分—01時21分UTC（圖9c），重慶測站上空“ND”層主要在0.6 km，1.5～12.2 km為較強的偏東偏南氣流，且風隨高度順轉，呈暖平流特征。0.9～1.2 km在00時22分UTC開始出現弱的東北風，低層開始有弱的冷空氣進入，此時降水逐漸開始。18日11時00分—12時00分UTC，1.5～2.1 km上風向隨時間由此前的西南風轉為偏東風，且風隨高度逆轉，存在明顯的冷平流。2.1 km以上仍然較強的偏南風。低層0.6～1.2 km風向由西北風轉為西南風，存在明顯的切變。11時17分UTC，風廓線低層開始有連續的“ND”出現，高度在3.7～4.0 km，而4.0 km以上風向也都轉為一致的西南風（圖9d）。從兩次暴雨過程的垂直風廓線分析可以看出，隨著冷空氣持續入侵，暖濕空氣被迫抬升，有利于降水的維持發展,“9·13”過程中偏南急流增強的同時降水強度也明顯增大。

圖9 重慶站垂直風廓線

8 結論

本文利用6 h一次、空間分辨率、TBB資料為1°×1°的NCEP格點再分析資料、實況降水觀測資料以及雷達資料，對2014年9月12日—9月19日重慶秋季連陰雨及期間的兩次區域暴雨過程進行了診斷分析研究，得到如下結論：

（1）此次連陰雨表現為兩次連續的區域性暴雨過程，連陰雨前期西伯利亞阻塞高壓強盛，環流經向度大，有利于冷空氣南下，并且大氣為對流不穩定層結，能量條件好，“9·13”暴雨過程表現為對流性降水特征，后期的“9·17”暴雨過程穩定性降水特征更明顯，“9·13”暴雨過程中西南渦的位置明顯偏北，導致了此次暴雨的落區位于重慶偏北地區，“9·17”暴雨的受臺風（15號臺風“海鷗”）倒槽影響，降水分布更均勻，且落區相對偏南。TBB資料在連陰雨期間的強度演變對兩次暴雨過程的時段和落區有較好的指示意義。

（2）連陰雨期間歐亞大陸中緯度為“一槽”型，副高比較強盛，同時受雙臺風（15號臺風“海鷗”和16號臺風“鳳凰”）的影響，暖濕氣流沿臺風外圍以及副高邊緣不斷將南海及西太平洋的水汽輸送至川渝地區，為連陰雨提供良好的水汽輸送條件；反映本地絕對濕度的比濕的演變對連陰雨期間降水的增強及間歇比相對濕度的演變更有指示意義，負的整層水汽通量散度大值區與兩次暴雨的落區一致。

（3）在整個連陰雨期間近地層多弱冷空氣的影響，中層有偏南風，連陰雨天氣得以持續，但是兩次暴雨過程開始時，冷平流均有明顯的增大，表明冷空氣有所加強，冷空氣的加強觸發了暴雨的產生，同時伴有中層偏南暖濕氣流的增強。從兩次暴雨過程時多普勒雷達垂直風廓線圖也能反映出低層冷空氣入侵，中層偏南暖濕氣流的增強。