2018年6月貴州一次持續性降水天氣過程分析

謝智沛,吳曲琳,閔 怡,莫新梅,劉 飛

(貴州省惠水縣氣象局，貴州 惠水 550600)

0 引言

暴雨是對貴州民生經濟造成嚴重危害的主要氣象災害之一。貴州省的暴雨過程常常具有大范圍或成片發生、降水時間集中，即雨強大，降水總量大等特點，極易引起洪澇及山洪暴發導致的次生災害。

每年夏季在西太平洋副熱帶高壓的影響下，來自北方的冷空氣與來自孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋的暖濕水汽在長江流域交匯，使得長江中下游易在6、7月份發生持續性暴雨，造成嚴重的洪澇災害[1]。黃榮輝等[1]在對影響長江流域持續性降水因子的研究中指出，長江流域發生持續性暴雨時，北方有弱冷空氣在頻繁的活動，并會持續不斷地輸送到南方。穩定存在的環流形勢場是造成持續性大范圍降水天氣過程的有利條件[2]，500 hPa的環流形勢是分析天氣過程的主要對象[3]，因為在長江流域發生持續性降水天氣時500 hPa中高緯地區大尺度穩定持續的槽脊環流場會為長江流域提供降水所需的冷空氣。鄭仙照等[4]利用中尺度數值模式輸出結果對不穩定能量的分析結果表明,位勢不穩定能量的釋放是導致暴雨發生發展的機制之一。

近年來專家學者對貴州降水天氣過程的研究有了很大的進展并取得了不少研究成果，從降水影響系統、中尺度特征、降水空間分布以及El-Nio事件與降水關系的影響等方面揭示了貴州的降水特征。如羅喜平[5]等對青藏高原冬季多雪年、少雪年與貴州6月降水關系的研究中表明，青藏高原冬季多雪年時，貴州6月降水偏少；反之青藏高原冬季少雪年時，貴州6月降水則偏多。辜旭贊等[6]通過對降水發生的水汽場及對中尺度特征的模擬研究結果表明，在低空切變線和小尺度雨團以高空槽前上升運動為背景場時，這一配置能有效誘發降水天氣的發生。伍紅雨[7]等在貴州夏季降水的環流特征分析中指出，貴州多、少雨年夏季環流有明顯的不同特征，多雨年時南壓高壓偏強，貴州受西南季風影響大，且西太副高脊線偏南偏西；少雨年時，西太副高脊線常較常年明顯偏北，其他環流特征與多雨年相反。王芬[8]等在將貴州夏季月降水資料和前期北太平洋海溫資料兩者進行SVD分析的結果表明，貴州降水偏多年與El-Nio事件關系不密切，但貴州降水偏少年與La-Nia事件關系密切。吳哲紅[9]等通過對貴州暴雨的數值模擬得出貴州降水與西南渦、中層中尺度系統東移發展加強密切相關。嚴小冬[10]等利用正交函數(EOF分解)的方法對貴州月、季降水特征根和特征向量統計分析得出，貴州降水的空間分布特點為東部多于西部、南部多于北部。

本文利用常規氣象降水觀測資料和再分析資料對2018年6月20—24日貴州的連續性降水期間的環流形勢、水汽條件及動力條件進行綜合分析，以探究此次降水天氣持續時間長，影響范圍廣的原因。

1 資料說明

選用常規氣象降水觀測資料及NCAR提供的每6 h一次，垂直方向1 000～100 hPa共31層等壓面的高度場(H)、溫度場(T)、風場(u、v)及相對濕度場(RH)，垂直方向1 000～100 hPa共21層等壓面的垂直速度場(ω)，水平空間分辨率為1°×1°的全球格點逐日再分析資料。通過高度場、距平場、相對濕度場、水汽通量、垂直速度、散度場、K指數等影響機制分析研究造成2018年6月20—24日貴州持續性降水天氣過程的原因。

2 降水實況

圖1是2018年6月20日08時—24日08時貴州省的降水實況分布圖。從圖中可看出在6月20—24日，貴州省出現持續性的大范圍強降水天氣過程。強降水落區主要位于貴州省畢節中部、安順北部和南部、黔南州西部和東南部以及黔西南州的西南部和東北部。6月20日08時—24日08時貴州省的84個國家站中，有5站降水量≥200 mm、20站降水量≥100 mm、33站降水量≥50 mm，其中麻江站20—24日累計降水量達325.4 mm，為全省最多。

圖1 2018年6月20日08時—24日08時貴州省降水量分布圖(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation in Guizhou from 08∶00 BT 20 June 2018 to 08∶00 BT 24 June 2018(unit:mm)

3 形勢場分析

3.1 大尺度環流背景

南壓高壓(圖2a)中心強度為16 800 gpm，高壓呈東西向帶狀分布并大范圍控制中國淮河以南的地區，高壓中心一直維持在90°E青藏高原上空，高壓脊線穩定在27°N附近。貴州處在南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于降水的發生。亞歐大陸中高緯地區(圖2b)呈現出兩槽一脊的穩定環流形勢。從日本海北部的低壓中心延伸出一條沿海大槽南至東海附近，位于里海東北側有一中心強度為5 520 gpm的閉合低壓中心，高壓脊位于貝加爾湖西側。北方冷空氣不斷沿高壓脊前南下至中國南部。西太平洋副熱帶高壓呈東西向帶狀分布位于中國南海東側，在南方建立了一條明顯的西南暖濕水汽通道，副高邊緣的偏南氣流向南方持續不斷地輸送暖濕水汽。低空西南氣流(圖2c)向南方源源不斷的輸送暖濕水汽，切變線穩定位于浙江中部至貴州北部。降水一般發生在江淮切變線右側[11]，與圖1強降水中心位置相吻合。

圖2 2018年6月20—24日100 hPa平均位勢高度(a)、500 hPa平均位勢高度(b)和850 hPa平均位勢高度(c)分布(陰影區代表海拔大于3 000 m，矢量箭頭代表風向，單位：gpm)Fig.2 100 hPa average potential height(a)、500 hPa average potential height(b)、850 hPa average potential height(c)during June 20-24 2018(Shaded areas represent altitudes greater than 3000m, and vector arrows represent wind directions, unit:gpm)

3.2 高低空急流

在80°～140°E、31°～50°N范圍有明顯的高空急流區(圖3a)，急流區呈東西向帶狀分布，急流中心風速為50 m/s。由圖3b看出，低空急流分布較寬，且呈東北—西南向帶狀分布，急流中心風速為20 m/s，且急流兩側具有明顯的風切變。低空急流從阿拉伯海途經孟加拉灣輸送充足的西南暖濕水汽到貴州上空。貴州位于高空急流的右側、低空急流的左側，高低空形成次級環流，低空輻合、高空輻散的配置，為貴州2018年6月20—24日強降水創造了有利條件。

4 物理量場分析

4.1 水汽條件

降水的產生往往對當地的水汽條件有較高的要求。從850 hPa相對濕度場中可以看出(圖4a)，貴州在6月20—24日均處于相對濕度>80%的濕區中，水汽條件良好。從圖4b中可看出，水汽通量散度負值區呈東北西南向帶狀分布在貴州，說明在此處有較強的水汽產生輻合。此外，850 hPa上低空暖濕氣流不斷輸送到貴州，使得貴州一直處在飽和濕區內，同時水汽通量輻合區的北側有切變線，南側有低空急流，對此次持續性強降水過程來說是有利的形勢場配置；而100 hPa上貴州位于南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于低層水汽輻合上升凝結成雨。

4.2 動力條件

由圖5a看出，200 hPa上貴州大部地區位于正散度值區中，存在下沉運動。由圖5b看出，850 hPa上貴州處在等值線強度為-0.5 s-1的負散度區中，存在較強的輻合上升運動。貴州上空高層輻散、低層輻合的形勢配置為此次降水提供了有利的上升運動條件。由圖 5c看出，貴州處在垂直運動負值區中，存在上升運動，且貴州南部略偏東處的垂直速度閉合中心強度為-0.2 Pa·s-1，垂直運動上升較強，與圖4a中相對濕度飽和區和圖4b中水汽通量輻合區位置相對應。

由此可見，6月20—24日，貴州具有的良好水汽和動力條件是導致此次持續性降水天氣過程發展的重要原因，并在貴州南部略偏東處出現強降水(見圖1)。

圖3 2018年6月20—24日200 hPa平均流場(a)和850 hPa平均流場(b)分布(圖a陰影區表示平均風速≥20 m/s，圖b陰影區表示平均風速≥9 m/s，單位：m/s)Fig.3 200 hPa average flow field(a)and 850 hPa average flow field(b)during June 20—24 2018(The shaded area in Fig.a represents the average wind speed ≥20 m/s, and the shaded area in Fig. b represents the average wind speed≥9 m/s, unit:m/s)

圖4 2018年6月20—24日850 hPa相對濕度(a)、水汽通量散度(b)分布(單位：%,g·cm-2· hPa-1·s-1，矢量箭頭代表風向)Fig.4 850 hPa relative humidity(a)and water vapor flux divergence(b)during June 20-24 2018(unit: %, g·cm-2· hPa-1·s-1，vector arrows represent the wind direction)

圖5 2018年6月20—24日200 hPa散度(a)、850 hPa散度(b)及垂直速度(c)分布(單位：Pa·s-1， s-1，圖b虛線表示散度為負)Fig.5 200 hPa divergence(a)、850 hPa divergence(b)and vertical velocity(c)during June 20-24 2018(unit: Pa·s-1,s-1, Fig.b indicates the divergence is negative)

4.3 K指數

由850 hPa K指數分布圖看出(圖略)，6月20—24日，貴州處在K>38 ℃的南北向狹長帶狀分布的控制范圍內，為明顯的層結不穩定區，有強的不穩定度，為降水提供了有利的不穩定條件。與相對濕度飽和區、水汽通量輻合區、垂直速度負值區以及高層輻散低層輻合的散度區均相對應，有利于此次貴州持續性強降水天氣過程的發生。

5 結論與討論

①100 hPa高度場上，南壓高壓大范圍控制中國淮河以南的地區，貴州處在南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于降水的發生。500 hPa高度場上，亞歐大陸中高緯地區兩槽一脊的穩定環流形勢使得北方冷空氣不斷沿高壓脊前南下至中國南方。西太平洋副熱帶高壓呈東西向帶狀分布在中國南海東側，在中國南方建立了一條明顯的西南暖濕水汽通道。

②低空急流將來自孟加拉灣的暖濕水汽持續輸送到貴州，使得貴州一直處在相對濕度>80%的飽和濕區里且有較強的水汽產生輻合。切變線位于低空急流左側，風切變加強了低層的輻合上升運動。良好的水汽條件和強烈的上升運動是造成這次降水天氣過程的有利機制。

③在2018年6月20—24日持續降水過程中，貴州一直處在層結不穩定區中(K>38 ℃)，有較強的不穩定度，不穩定能量與水汽、動力條件相結合，有益于降水天氣過程的發生。