锦江流域秋季一次突发致洪暴雨综合分析

杨 群，陈关清，茅海祥

(贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

锦江流域秋季一次突发致洪暴雨综合分析

杨 群，陈关清，茅海祥

(贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

利用常规观测、雷达、卫星和NCEP1°×1°再分析资料，从形势场配置、水汽条件、动力机制、能量条件等方面，对铜仁市东部锦江流域2013年9月一次突发致洪暴雨的形成机理进行综合分析。结果表明：500 hPa上西太平洋副高稳定少动，阻挡了由贝湖向东移出的低涡槽速度，使槽前引导南下的冷空气在铜仁区域内与中低层低涡切变线结合，形成了此次大暴雨到特大暴雨过程； K指数达到37～39℃，SI指数为-2.36，CAPE值达到1 677.5 J/kg及以上，为暴雨的发生、发展提供了充足的能量基础，当对流有效位能转换为上升运动的能量时，对应了强对流、强降雨天气开始的出现；其TBB强负值中心及高值的雷达回波，在铜仁东部维持是造成锦江流域致洪暴雨形成的主要原因。

致洪暴雨；物理量条件；TBB

1 引言

锦江流域为铜仁市第二大河流，属于雨源型河流，由降雨补给河川径流，具有“突涨快退”的特点，境内共有支流55条，河网密度大，河川径流丰富，地表水易汇集。由于流域内西北高、东南低，江口与印江交界处的梵净山区域是锦江流域的水源涵养地，因此常常因梵净山周边或流域内出现局地、突发性暴雨，而导致锦江流域洪涝灾害。

对于暴雨形成机理和预报方法，有大量的研究人员对其进行分析研究，得到了很多定性、定量的结论。段海霞等[1]在研究川渝地区暴雨时，指出高低层强辐散、辐合及强上升运动为对流系统的发生发展提供有利的动力背景，水汽通量的强辐合及对流不稳定条件则为对流系统的发生发展提供了有利的热力背景；毛冬艳等[2]对贵州南部出现的一次暴雨进行了中尺度分析，结果表明，水汽和能量的聚集为强降水的发生提供了有利的条件，地面中尺度低压和辐合线触发了对流的发展和暴雨的产生；姜丽萍[3]在研究广东一次突发性大暴雨过程中指出，西南暖湿气流与西风槽前的冷空气共同作用及强盛低空急流是暴雨形成的重要原因；陈红专等[4]对2008年5月27日发生在沅陵西北部的一次突发性特大暴雨天气过程分析，得出低空西南急流为暴雨区带来了丰富的水汽和不稳定能量，特殊的地形对特大暴雨过程有明显的增幅作用。大量的暴雨预报分析研究结论为我们做暴雨预报提供了参考，但针对铜仁山区局地暴雨的发生发展研究较少，仍需进一步的研究。杨群[5]曾在统计铜仁近40 a暴雨气候特征中发现在铜仁市梵净山东、西部两侧各有一个暴雨中心。而东侧位于江口、松桃等地的暴雨常常是造成锦江流域洪涝灾害的源头。方庆文等[6-7]对锦江流域的暴雨物理成因及气候特征进行了分析，得到当流域为水汽通量高湿舌控制，中低层有切变低涡或偏南风场的辐合维持时有利于暴雨的形成；罗志远等[8]对锦江流域的水文特征进行了分析，得出流域径流的变化与降水存在明显的对应关系。

2013年9月10时夜间到11日凌晨，铜仁市东部出现了暴雨及特大暴雨天气，导致锦江流域突发洪水，造成该流域及周边区域出现严重的洪涝灾害。在此利用常规观测资料、自动站雨量资料、雷达、卫星和NCEP1°×1°再分析资料，从形势场配置、水汽条件、动力机制、能量条件等方面对铜仁市锦江流域2013年9月一次突发致洪暴雨的形成机理进行综合分析，为局地性暴雨及锦江流域洪水预报预警提供一些启示和参考。

2 降水概况及灾情信息

2013年9月10日午后到夜间，铜仁市除了东南部边缘外，大部分地区都出现雷阵雨天气，其中在铜仁市的中东部、北部出现大雨到暴雨，部分乡镇出现大暴雨和特大暴雨。10日08时—11日08时，全市60个雨量站大雨，35个雨量站暴雨，10个雨量站出现大暴雨，另有3个雨量站出现超过200 mm的特大暴雨，分别为碧江区坝黄镇203.2 mm、碧江区和平乡202.9 mm、松桃县大鹏村219.7 mm。大暴雨中心主要分布在江口县中东部、碧江区西部、松桃县南部边缘即位于铜仁市锦江流域内。从特大暴雨分布的自动站雨量连续记录来看，3个特大暴雨点都是从10日22时开始到11日04时结束，最大小时雨强达到98.6 mm/h。由于降雨强度大、来势猛、时间短，致使山洪暴发、河水陡涨，造成铜仁市东部锦江流域范围内10个乡镇交通中断，部分桥梁、公路冲毁，农田被淹，房屋倒塌，造成其松桃牛郎镇经济损失达100万余元，碧江区6个乡镇经济损失达1 099万元。

3 暴雨成因分析

3.1 天气尺度系统分析

2013年9月10日造成铜仁东部暴雨天气过程主要的影响系统是：由于500 hPa高层贝湖低涡低槽东移加深，西太平洋副高稳定少动，阻挡低槽快速东移，并结合中低层低涡切变线以及地面冷空气共同影响下产生。

500 hPa天气图上，在暴雨发生的9日20时，在贝湖地区有一冷涡低槽加深，其槽底延伸到四川中部偏东一带，重庆、贵州都处于槽前西南气流中，此时处于副高588线外围的川东、重庆和贵州北部边缘地区温度露点差(t-td)小于2℃，而贵州大部分区域受副高588线控制，空气非常干燥；到10日08时，随着副高588线的东退，高空低涡槽东移，贵州中部以北上空湿度开始增大，铜仁上空t-td由19℃减小到7℃，说明有水汽开始向该地上空输送；10日20时，副高维持在贵州南部，使得高空槽前的西南风持续，并不断向贵州北部输送暖湿水汽。

图1 2013年9月10日20时500 hPa、700 hPa、850 hPa、地面环流形势图

700 hPa天气图上， 9日20时有一低涡在重庆北部建立，低涡前西南风大于12m/s，云南到重庆、贵州北部边缘建立起一条水汽通道；10日08时随着500 hPa低槽东移，低涡切变南压，铜仁处于低涡南侧西南气流中，湿度增大(t-td由7℃减小到2℃)；10日20时，低涡维持少动，其南侧的西南风也维持，铜仁仍然处于西南气流中。

850 hPa天气图上，9日20时明显看到贝湖到川东为一冷舌南侵，而两广至贵州为一暖舌北伸，冷暖空气在重庆到贵州北部交汇，且在重庆与贵州之间有一南北风的切变线；10日08时，冷舌继续南伸，影响到贵州北部地区，在贵州中南部为一致西南风，东部怀化站风速由8m/s增大到14m/s，在铜仁形成明显的风速辐合；10日20时，暴雨即将发生前几个小时，其西南风迅速减小，逆时针转为东南风2～4m/s，在铜仁形成东北风与东南风的辐合，但湿度较小，整个过程t-td都大于4℃，也就是低层水汽未达到饱和。

在地面图上，在10日20时之前，地面为地面冷高压前的低压区控制，温度较高，10日傍晚随着冷空气的入侵，冷暖气流激烈交汇，形成强的雷电、雷阵雨天气。

3.2 冷空气影响分析

下面以850 hPa温度和地面气压场的演变来分析此次冷空气影响。从2013年9月9日12时—9月11日00时850 hPa温度和地面气压演变来看，从10日08时开始，铜仁区域受地面热低压控制，温度快速升高，其地面温度在10日15时达到34.4℃；从10日14时后，冷空气逐渐南下影响，铜仁区域内地面气压逐渐升高，温度急剧下降，特别是在10日20时后，地面气压场出现快速增大时，铜仁气温降到了24.6℃。对应的从10日20时开始铜仁自北向南出现了强烈雷电和阵性降水。

3.3 物理量分析

3.3.1 稳定度条件分析 铜仁位于贵阳与怀化两探空站之间，因此选取贵阳和怀化探空资料特征变化来进行诊断分析。分析9月10日08时和20时各特征物理量参数值，08时怀化和贵阳K指数分别为37℃和39℃，说明两站周围上空的大气处于对流性不稳定状态；沙氏指数怀化站为0.39，大气处于相对稳定状态；贵阳站为-2.36，大气基本处于不稳定状态；CAPE值怀化为113.8 J/kg，贵阳站为247.7 J/kg，有一定的不稳定能量的积聚。而随着午后地面温度增高，到暴雨即将发生时的10日20时，贵阳和怀化站K指数均增大2～3℃，SI指数减小为负值，CAPE值则快速上升到496.6 J/kg和1 677.5 J/kg，怀化和贵阳两站对流有效位能急剧升高，这说明了大气中的可转换对流位能正在迅速上升 ，这为暴雨的发生、发展提供了充足的能量基础。

表1 贵阳和怀化探空站各项指数(CAPE、K、SI)的变化

3.3.2 水汽条件分析 一般暴雨的形成需要大气的饱和度达到相当大的数值。在此分析了铜仁区域(27～29°N，107～109.5°E)相对湿度的时间—空间剖面图(图3)，发现此次过程中，从10日20时开始整层相对湿度迅速上升，特别是700 hPa以上中高层相对湿度达到90%～100%，而相对来说低层800 hPa以上湿度较干只有80%～85%，可见此次过程铜仁上空高层的水汽相对于低层更为丰富。

图2 9月10日20时怀化和贵阳探空站

图3 2013年9月9日12时到11日00时(世界时)相对湿度垂直时间剖面图

暴雨的产生除了当地要有相当高的饱和湿度外，还需要有大量的水汽源源不断输送。从10日08时开始850 hPa上在广西至贵州中东部已经有一条水汽输送通道建立，其水汽通量中心达到16 g/ (s·hPa·cm)并位于贵州东部地区，使得海上的暖湿水汽不断的向贵州地区输送；到10日20时，随着西南风速的减小，虽水汽输送维持，但强度稍有减弱，位置偏南。

水汽通量的数值和方向表示了水汽的来源，暴雨的产生还需要有水汽的累积， 因此分析了表示水汽输送集中程度的物理量-水汽通量散度，图4为沿109°E作的水汽通量散度场，发现9月10日08时，低层的水汽辐合偏北，主要集中在28°N以北地区，而铜仁中南部水汽输送较强的地区没有水汽在其上空辐合，说明水汽辐合主要集中在水汽输送大值区偏北地区；在10日20时，当水汽输送南移时，铜仁全区上空低层都出现明显的水汽辐合，低层辐合中心位于28°N其值为-4×10-6g/(hPa·cm2·s)，高层无明显水汽的辐散，因此大量的水汽都在铜仁低层上空积聚，为暴雨的出现提供条件。

图4 2013年9月9日20时—11日08时850 hPa水汽通量场

图5 2013年9月9日12时—11日00时(世界时)沿109°E水汽通量散度垂直时间剖面图

3.3.3 能量条件分析 对流有效位能CAPE是一个能定量地反映大气环境中是否可能发生深厚对流的热力变量，能较好地反映大气中不稳定能量的调整、积聚和释放过程。一般CAPE的值越大，发生强对流的可能性越大。图6反映了在铜仁暴雨发生前、即将发生时的CAPE情况，可以看到在暴雨发生前12 h的10日08时，在贵州东部有大于300 J/kg的对流有效位能，其中心位于贵州东部；到10日14时，贵州东部CAPE急剧增大，达到1 200 J/kg以上，而位于贵州东北部的铜仁则快速增大到1 800 J/kg以上，不稳定能量得到大量积聚，预示着即将发生较强对流天气；10日20时在铜仁区域CAPE值自西向东开始逐渐释放并减小，铜仁出现了强雷电和强降雨天气。

图6 2013年9月10日08时、10日14时、10日20时CAPE分布图

3.3.4 垂直上升运动条件分析 对流有效位能CAPE是一种潜在能量，是有可能转换为对流上升运动的能量，在此分析了铜仁区域(108.0～109.4°E，27.4～29°N)上空平均的垂直速度与平均的CAPE演变情况(图7)， 发现当铜仁上空垂直上升运动从10日06时(北京时10日14时)开始逐渐增大时，对应着CAPE值逐渐减小，则当对流有效位能转换为上升运动的能量时，铜仁区域强对流天气开始出现。

图7 2013年9月9日12时—11日00时(北京时9日20时—11日08时)垂直速度剖面图和铜仁区域平均的CAPE演变曲线

3.4 中小尺度分析

3.4.1 中尺度FY2E-TBB特征 从卫星FY2E的相当黑体亮温TBB场可以看出(图略)，从10日20时开始，在铜仁市(27～29°N，107.5～109.6°E)中东部已有小于-20℃的云团发展，其东部边缘松桃和碧江区最低云顶温度已达到-50℃以下，并在22—23时云团迅速的发展加强，云顶亮温最低中心达到了-70℃，并持续维持到11日03时，从而导致铜仁东部碧江区的坝黄、和平和松桃大棚村小时雨强达到55 mm以上，最大为坝黄镇11日00时—01时1 h雨量达到98.6 mm，10日23时—11日01时2 h总雨量达到了162.4 mm，由此造成该地严重的洪涝灾害。到11日04时随着该云团的东移，铜仁东部降水的强度也随之减弱。

3.4.2 多普勒雷达回波特征 从多普勒雷达回波能更清楚的找到铜仁乡镇中特大暴雨的形成原因，10日21时开始，在铜仁碧江区和平乡和松桃牛郎镇已有大于25～35 dBz的对流回波形成，到夜间11日01时碧江区坝黄、和平、松桃牛郎镇对流回波增强到35 dBz以上，01时10分时在和平乡出现小范围大于45 dBz以上的对流回波，并持续到11日01时才开始逐渐沿东北方向移出铜仁区域。持续的对流回波影响铜仁东部乡镇，由此造成东部3个乡镇的特大暴雨出现。

4 小结

①由于500 hPa高层贝湖低涡低槽东移加深，西太平洋副高稳定少动，阻挡低槽快速东移，并结合中低层低涡切变线以及地面冷空气共同影响下产生。但只从环流形势分析上看，无低空急流建立，低层850 hPa水汽条件较差，不太利于特大暴雨天气的出现。

②从物理量参数特征来看，K指数达到37～39℃，沙氏指数SI为负值，CAPE值达到1 677.5 J/kg及以上，这说明了大气中的可转换对流位能正在迅速上升，这为暴雨的发生、发展提供了充足的能量基础。同时较好的能量条件与10日白天铜仁晴热高温天气有关系，当低层积聚了大量热量时，在午后随着北方冷空气南下过程中，冷暖空气剧烈交汇，突发强对流天气。

③低层相对湿度是在随着冷空气南下后逐渐增大，此次过程铜仁上空高层的水汽相对于低层更为丰富。

④铜仁上空垂直上升运动逐渐增大时段能很好的对应CAPE值逐渐减小的时段，当对流有效位能转换为上升运动的能量时，铜仁区域强对流、强降雨天气开始出现。

⑤中小尺度卫星TBB强负值中心和多普勒雷达回波特征演变活动，能很好追踪和监测此次过程对流系统的生消、发展、移动变化情况。其TBB强负值中心及高值的雷达回波，在铜仁东部维持是造成锦江流域致洪暴雨形成的主要原因。

[1] 段海霞，毕宝贵，陆维松.2004年9月川渝暴雨的中尺度分析[J]. 气象，2006，32(5)：74-79.

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[3] 姜丽萍，尤红，夏冠聪，等.广东罕见特大致洪暴雨形成机理个例分析[J].气象科技，2007，35(3)：374-377.

[4] 陈红专，汤剑平. 一次突发性特大暴雨的中尺度分析和诊断[J].气象科学，2009，29(6)：798-803.

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2014-05-08

杨群(1983—)，女，工程师，主要从事中短期天气预报方法研究。

贵州省气象局青年科技基金( 黔气科合QN[2014]08号)。

1003-6598(2015)01-0021-06

P458

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