贵州2014年首场暴雨过程天气成因分析

吴古会，赵 杰，崔 庭

(1.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；2.贵州省黔西南自治州气象局，贵州 兴义 562400)

贵州2014年首场暴雨过程天气成因分析

吴古会1，赵 杰1，崔 庭2

(1.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；2.贵州省黔西南自治州气象局，贵州 兴义 562400)

利用常规气象观测资料、FY2E云图及NCEP1°×1°再分析资料等，分析了2014年5月9—10日贵州首场暴雨过程的环流形势、影响系统、物理量场、TBB等。结果表明：①200 hPa贵州上空高压环流、500 hPa高原槽的东移为此次暴雨的发生提供了良好的环境场；②近地层弱冷空气的补充导致辐合线锋生是触发抬升条件，也是造成强降水的直接系统之一；③发展东移的低涡是另一影响降水的中尺度系统；④强降水落区和时段与中尺度系统的演变一致，与冷云团的变化趋势也一致，对流云团有类似MCC特征。

暴雨；辐合线锋生；西南涡；MCC

1 引言

暴雨天气由于其复杂性及高影响性，一直是预报工作中的重点和难点。气象工作者对此展开了广泛而深入的研究探索，对暴雨形成了一定的认识：暴雨是几种不同尺度天气系统相互作用的结果，是一种大尺度环境制约下的中尺度现象[1]。在科研理论不断深化和扩展的同时，业务一线的预报员通过对天气过程诊断分析[2-4]印证着相关理论研究的正确性与指导性。

按照贵州暴雨过程标准[5]，2014年5月9日20时—10日20时(北京时，下同)，贵州省出现了首场暴雨天气过程，过程降水量有11个县市、157乡镇24 h降水超过50 mm，其中有7个乡镇达到大暴雨量级，而贵阳城区雨量也达90 mm。同时，贵阳市城区、清镇、开阳、息烽、白云等县区还伴有冰雹。给人民生活造成了一定的影响。此次降雨过程降水分布不均匀，分为两个阶段，第1阶段为10日02时以前，发生在地面风场辐合区，为不稳定性的雷雨，伴有强雷电、冰雹、短时强降水等强对流。第2阶段为10日02时以后到10日白天，降水主要发生在贵州的北部和东部，对流特征减弱，但也有雨强超过20 mm的地区。从降水的发生时段和中心落区分布可初略反映出引起这次暴雨过程的天气影响系统较为复杂。本文就此次过程的天气成因进行初步分析。

2 暴雨成因分析

2.1 有利的环流形势

9—10日，200 hPa贵州处于高压环流的西北象限，西北急流轴左侧，急流出口左侧的辐散区；500 hPa高纬环流型由两槽一脊向两脊一槽型转变，贝加尔湖西南至南侧受低涡控制，低值系统不断分裂槽东移，9日08 h，原位于贝加尔湖南侧—新疆东部的槽移到河套—青海东侧一线，同时，原位于高原上的浅槽也东移到四川中部一线，而低纬地区在云南与贵州之间有南支槽存在，24 h变高分布表明中高纬的槽主要是向东移的，即高纬的高空槽触发高原槽东移；700 hPa上贵州为8～12 m/s的西南风控制，西南风急流轴位于桂北至湘南一线；850 hPa上为6～8 m/s的西南风影响；地面冷锋位于陕西北部—青海东南部一线，贵州受热低压和变性高压共同影响，低压中心位于贵州西南部，高压中心在环渤海湾一带，贵州东部受其西南侧的东北气流影响，辐合线(弱静止锋)位于毕节西部—贵阳北部—黔东南州北部一线；结合探空可知，没有锋面逆温，不稳定性较弱。到9日20时，500 hPa中高纬的高空槽移至陕西西部—四川西北部，低纬的高原槽移至成都—威宁一线，南支浅槽位于云南东南部，贵州位于槽前的偏西气流中；700 hPa西南风增强至12～14 m/s，急流轴仍位于广西湖南地区，在云南、贵州之间风场上存在气旋性切变，低涡切变位于川东(成都东北风、达县东南风)；相应850 hPa南风分量也增加，8日白天在贵州南部的暖式切变随之北抬至武汉—沙坪坝一线，南风急流(12～16 m/s)位于广西境内，在贵州南部及湘西形成风速辐合，同时，在宜宾、沙坪坝、贵阳间生成低涡；地面上东部的高压继续变性减弱，西部热低压发展控制中西部地区，冷锋从陕西北部—青海东南部一线移至四川东部一线；此时探空还是看不出锋面逆温的存在，贵阳探空表现出强不稳定性(表1)。贵阳不稳定能量的明显增长与南风增强、热低压的发展不无关系。10日08时，高纬环流型调整为两脊一槽，贝加尔湖西侧及南侧都是低值区，且温度场落后于高度场，继续分裂高空槽东移，高原槽移至汉中—达县—贵阳一线，而南支浅槽已移到广西东部，比湿下降，温度露点差也增大；700 hPa低涡中心位于达县附近，控制川东、重庆及贵州北部地区，滇黔间的切变移至广西西部，急流轴东移，比湿也减少；850 hPa低涡东移，中心位于贵州东北部，急流继续增强(16～24 m/s)，急流轴位于河池—桂林—长沙一线，比湿增加至15 g/kg；探空上750 hPa附近出现了较弱的锋面逆温，贵阳探空显示不稳定能量明显降低；地面10日白天冷空气逐渐入侵贵州，但因引导气流中北风势力不强冷空气南下速度较慢，西南部仍受热低压控制，所以在此次暴雨过程中西南部维持多云天气并无降水；而贵州其余地区10日白天以稳定性降水为主。从以上环流形势分析可知：在这次暴雨过程中，南支浅槽向东南方向移动，影响我省的高空系统主要是东移的高原槽，伴随高原槽的出动，地面辐合线(弱静止锋锋生)触发不稳定能量的释放，200 hPa高层辐散有利于抽吸作用的维持，同时700 hPa、850 hPa低涡发展东移，分别在两个时段造成性质不同的降水；结合水汽通量，贵州处于急流轴左侧的水汽输送区，为本次降水过程提供了较为充沛的水汽(图2a、2b)。

表1 贵阳5月9日08—20时物理量变化

图2 5月9日08时(a)、20时(b)中尺度分析图

2.2 中尺度系统的作用

在大尺度环流提供的有利背景场中，中尺度系统才是暴雨的直接制造者，在这强降水过程中，地面中尺度系统和低层低涡扮演了重要的角色，下面就此进行详细分析。

2.2.1 地面中尺度系统的触发 9日14时—10日02时，在贵州中部(图3a)26°N附近维持有一条偏南风与偏东风的辐合线(弱静止锋)，其两侧附近气温差异较明显，从低层的分布(图3b)也可看出，处于辐合线南侧的贵州西部、西南部为高能区(345～348 K)，而重庆、川东为低能区，在贵州中北部形成等线密集带；从θse的垂直分布(图3c)还可知，25°～28°N范围内，随高度减小，700 hPa以下为向上伸展的高值舌，有较强的不稳定性，且其北侧的等值线倾斜度较大；根据陈忠明等[6]导出的新型辐散方程，在大气不稳定状态下，等熵面陡立处附近有利于激发辐合增长，同时，根据吴国雄等[7]的倾斜涡度发展理论，倾斜等熵面附近的垂直涡度显著增加，从而有利于中尺度系统的发展和暴雨的发生。结合低层散度(图3d)，9日14时至夜间，辐合中心强度由-20×10-6/s增至-50×10-6/s，中心位于26°N附近，9日夜间先后位于105°E、106°E和108°E附近，这与降水发生的时空分布一致，同时也以辐合增长的事实应证了新型辐散方程理论。

图3 (a)9日14时10 m风场(m/s)；(b)9日20时 850 hPaθse(单位：K)；(c)9日20时θse沿106°E的垂直剖面；(d)10日02时 850 hPa散度(单位：10-6/s)

2.2.2 锋生作用 从实况分析已知，9日，地面系统主要体现为辐合线，到10日，锋面特征出现，在湿度场变化较小的情况下，锋面特征的重现应该伴有冷空气的影响，9日在气压场上难以识别，但通过温度平流的分布(图4a)可以得到，9日午后到夜间，近地层(贵州西部海拔接近850 hPa高度)从川东南、滇东北有约-25 K/s强度的冷平流侵入贵州，冷暖平流零线位于26°N附近，且伴随南风的增强，广西至贵州南部的暖平流也增强，使得该时段内贵州南部地区未受影响；10日白天，从低层到高层都可以看到冷平流的入侵，相应在海平面气压场也有所体现。

图4 (a) 9日14时 850 hPa温度平流(单位：K/s)；(b)9日20时锋生函数沿26°N的垂直剖面(单位：10-9K/(m·s))

从锋生函数(图4b)的反映也可知，9日20时—10日08时，锋生函数体现强烈，中心值达5×10-9K/(m·s)，位于800 hPa附近，先后从105°E移至108°E，这种变化与降水的趋势也是相符的。即低层辐合线锋生为本次暴雨过程创造了良好的动力触发抬升条件。

2.2.3 低涡的生成及演变 9日14时 500 hPa上，川西地区有冷平流(图略)影响，此时涡度中心值较小，位于川东，即低涡的西北侧有冷空气入侵，有利于西南涡的发展东移，至10日02时，涡度明显增强，700 hPa上体现更为明显，从图5a可看到，此时涡度中心位于贵州西北部，强度达80，降水区位于其东侧；与此同时，可以看到500 hPa正涡度平流中心区位于贵州中部偏东(图5b)，前一时刻中心位于10日02时的涡度中心，而10日08时，涡度平流中心位于贵州东北部，即高空槽向偏东方向移动，低涡也移向该方向。由P坐标下的方程可知，通常在近地层低压中心附近，涡度平流很小，当其上空为槽前正涡度平流时，满足涡度平流随高度增加的条件，因而有上升运动；同时，上文中也分析到高层辐散低层辐合的抽吸作用也有利于上升运动的维持，从图5c中容易看出，9日夜间，降雨区上空都维持上升运动，其中前半夜垂直上升运动处于增强阶段，伸展高度不断增高，10日02时前后，上升运动区扩展到200 hPa以上的高空，中心值达最强(-0.7Pa/s)，位于400 hPa以下，一方面有利于水汽的垂直输送以致成云降雨，另一方面也有利于强对流的发生，所以在前半夜，降雨区还伴有冰雹等强天气。

图5 10日02时(a)700 hPa垂直涡度(单位：10-6/s)；(b)500 hPa垂直涡度平流(单位：10-7s-2)，9日08时—10日20时(26～28°N，106～108°E)范围平均；(c)垂直速度(单位：Pa/s)；(d)垂直涡度(单位：10-6/s)时间剖面

陈忠明等[9]通过分析西南涡的中尺度结构指出：西南涡在初生阶段是浅薄天气系统，位于500 hPa以下，成熟阶段正涡度可伸展到100 hPa以上，中心轴线垂直。在这次暴雨过程中，低涡也体现出这样的结构特征：10日02时前后(图5d)，正涡度伸展最高，达200 hPa以上，处于成熟阶段，10日白天，减弱为浅薄系统，降水强度也明显减小。

2.2.4 卫星云图特征 分析FY2E卫星相当黑体亮温(TBB)发现，9日17时前后，毕节东南部开始有有对流单体(A和B)生成发展并向东传播(图略)，19时，云顶温度已接近-50℃，至20时，A、B单体趋向合并为C，位于毕节东南至贵阳西北，云顶继续向上伸展，温度接近-60℃，即对流越来越旺盛，相应冷云覆盖区发生了冰雹和短时强降水，落区位于<-32℃冷云区的南侧亮温梯度较大的范围。21-23时，<-32℃的冷云区扩大，呈椭圆状，长轴南北向，短轴位于26°N附近，云顶接近-60℃，中心分别位于短轴两侧，对应贵阳、瓮安附近的短时强降水、强雷电、冰雹等灾害天气。10日00-02时，冷云团C东移，云顶有所降低，温度约为-50℃；同时，在仁怀附近生成D云团，并发展东移，至02时，D云团移至湄潭附近，在仁怀附近又有E云团生成发展，不如C强，对应的降水也较前一时段减弱。02时以后至08时，主要是C后部的残留和北部地区云团D、E，云顶在-50℃以内，范围较小，相应降水分布也较不均匀。根据Maddox[10]对中尺度对流复合体(简称MCC)的定义，对流云团C除了不满足≤-32℃的冷云区面积达到105 km2以上这个标准外，其余特征一样，因此对流云团C具有类似MCC的特征。

3 结语

①此次暴雨过程是在水汽充沛的背景下，高空槽触动的西南涡发展东移和低层辐合线锋生的共同作用下造成。近地层冷平流的入侵使得中尺度辐合线锋生，由于弱冷空气浅薄，第一阶段南风势力增强，有利于锋面在贵州中部一线的维持，同时，涡度平流随高度的变化有利于产生垂直上升运动，等熵面的倾斜及高层辐散低空辐合的抽吸配置加强上升，造成中北部的暴雨。

②强降水落区位于地面锋线附近以及西南涡的东侧和南侧，降水性质的变化与降水区上空垂直速度、涡度等的演变一致：9日夜间为对流性质降雨，前半夜加强，后半夜开始减弱，10日白天对流较弱。

③强降水落区及主要降雨时段和对流云团最强冷云区的变化趋势一致：强降水位于最强冷云范围内或小于-32℃椭圆状冷云区短轴的左、右TBB梯度较大的位置。

[1] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980：1-255.

[2] 李刚，牟克林，万雪丽.2012年5月21日贵州西南部大暴雨诊断分析[J].贵州气象，2013，37(2)：10-16.

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2014-06-09

吴古会(1985—)，女，工程师，主要从事短期天气预报工作。

1003-6598(2015)01-0042-05

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