望谟近5 a短时强降水特征及其形成机理分析

王　芬，徐啟元，李腹广

(1.贵州省黔西南自治州气象局，贵州　兴义　562400；2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州　贵阳　550002)



望谟近5 a短时强降水特征及其形成机理分析

王芬1，2，徐啟元1，李腹广1

(1.贵州省黔西南自治州气象局，贵州兴义562400；2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州贵阳550002)

该文利用望谟县站逐小时降水量、MICAPS资料，对近5 a(2010—2014年)望谟短时强降水特征及暴雨主要影响系统进行分析，结果表明：①近5 a望谟16次暴雨天气过程中，春季暴雨及秋季暴雨的平均雨强明显小于夏季；短时强降水逐月变化呈现明显的单峰型结构，6月是短时强降水最频繁发生的月份；短时强降水日变化呈三峰型结构，夜间是强降水集中发生时间，09—20时是强降水不发生时段。②高空槽和切变线是影响望谟暴雨的主要系统；地面上的系统多为辐合线、冷锋或静止锋；冷空气的入侵一般发生在春末夏初及秋季；低空急流的建立多出现在盛夏；南支槽影响望谟暴雨的时间主要为5月。③夏季暴雨的比湿条件及水汽通量好于春末，但是水汽辐合的强度没有春末强，秋季暴雨的比湿条件及水汽通量条件更差，但是850 hPa的水汽通量散度较好；秋季及春末暴雨发生时上升运动更为剧烈；春末和夏季大气层结最为不稳定。④对流云系主要源地位于贵州西部—云南东部富源、罗平一线，有7次对流云系的源地为六盘水，3次为毕节，3次为黔西南州内；云系的移动路径基本为东南路径或偏南路径；有6次为典型MCS，4次为分散对流云系；16次过程中有10次有其它对流云系的合并加入。

短时强降水；暴雨；望谟

1　引言

近年来望谟暴雨灾害事件频发，从2006—2011年连续几年发生了因暴雨而诱发的洪涝灾害，致使望谟人民的生命财产遭受重大损失，使得本就经济落后的望谟雪上加霜。望谟暴雨往往具有局地性、突发性、来势猛、强度大等特点，它会引起山洪、滑坡、泥石流等灾害，给人民生命财产带来巨大的损失，比如2006年6月12日深夜至13日凌晨，望谟特大暴雨引发了山洪、崩塌、滑坡，造成了30人死亡，20人失踪，县城水、电、通信全部中断，经济损失9.28亿；2011年6月5日夜间，望谟县暴雨山洪灾害共造成8万人受灾，21人死亡，31人失踪，农作物受灾面积达11 800 hm2，因灾造成直接经济损失16.4亿元。这些都属于特大自然灾害事件，因此对望谟暴雨的研究十分必要。

近年来，贵州的许多气象工作者针对暴雨也进行了一些研究工作，杜小玲[1]、杨洋[2]、池再香[3]、吴哲红[4]等作者对贵州暴雨个例的发生、发展进行了诊断分析和数值模拟，为揭示贵州暴雨的形成发展机制提供了一定的理论依据,黔西南州气象局李腹广[5]、崔庭[6]、陈晓燕[7]、段荣[8]等作者针对暴雨天气过程个例也进行了大量的研究工作，但是这些工作大都是集中在一次过程个例诊断分析上，望谟暴雨的短时强降水特征，望谟暴雨的主要天气形势有哪些？暴雨发生前、发生时、发生后各个物理量的变化特征，对流云团的源地、移动移速、结构等等这些方面尚无人研究。这些工作的解决将给预报员预报望谟暴雨天气的强度和落区提供指导性意义，为提高气象灾害的趋利避害能力起到促进和经济协调发展的作用。

2　近5 a望谟短时强降水特征

2.1月变化特征

短时强降水是强对流天气的一类，强调的是降水的短时及强对流特征，短时强降水容易产生城市内涝、山洪、滑坡等地质灾害，是强对流天气业务预报的重点之一[9]。中央气象台定义小时降水量≥20 mm的强水为短时强降水。

本文分析10～20 mm/h、20～30 mm/h、30～40 mm/h、40～50 mm/h、50 mm/h以上共5个级别的短时降水分布特征。近5 a望谟16次暴雨天气过程中，雨强在10～20 mm/h有20个时次，夏季最多，为10个时次，其中6月5个，7月1个，8月4个，春末次之，为8个时次，秋季最少，仅发生了2个时次。雨强在20～30 mm/h有8个时次，夏季最多，为5个时次，春末(5月)发生了2个时次，秋季发生了1个时次。雨强在30～40 mm/h有7个时次，夏季最多，为6个时次，春末无，秋季发生了1个时次。雨强在40～50 mm/h仅有2个时次，均发生在夏季。雨强在50 mm/h以上的有4个时次，均发生在夏季。计算可知，春末暴雨的雨强平均为16.8 mm/h，秋季暴雨的雨强平均为20.1 mm/h，夏季平均雨强为28.3 mm/h，即春末暴雨及秋季暴雨的平均雨强明显小于盛夏的平均雨强。

图1给出了短时强降水频次的月分布特征，从图1可知，近5 a望谟16次暴雨过程中，短时强降水呈现明显的单峰型结构，6月是短时强降水最频繁发生的月份。近5 a来望谟发生超过20 mm/h的短时强降水21个时次，其中6月最多，为9个，占42.9%，7月3个，占14.3%，8月6个，占28.6%，5月及10月各有2个时次，9月无。小时雨强在20～30 mm/h有8个时次，6月有4个时次，7月无，8月1个时次，春末(5月)发生了2个时次， 9月无，10月1次。小时雨强在30～40 mm/h有7个时次，其中6月3个时次，7月1个时次，8月2个时次，春末(5月)无， 9月无，10月1次。小时雨强在40～50 mm/h仅有2个时次，均发生在6月和8月，分别为2012年6月26日22—23时(42.3 mm)，2011年8月5日08—09时(40 mm)。小时雨强在50 mm/h以上的有4个时次，均发生在夏季，分别为2014年8月24日00—01时(59.8 mm)、01—02时(51.7 mm)，2013年7月12日19—20时(54.4 mm)，2010年6月28日03—04时(54.8 mm)。综上所述，夏季暴雨任何级别的小时降水量发生的频次都是最多的，10～20 mm/h发生过10次，占所有该频次的50%，小时雨强在20～30 mm的夏季发生5个频次，占62.5%，小时雨强在30～40 mm的夏季发生6个频次，占85.7%，小时雨强在40 mm/h以上的均发生在夏季，占100%。

图1　望谟短时强降水频次月分布Fig.1　Monthly variation of ≥20 mm/h frequencies

2.2日变化特征

望谟近5a短时强降水日变化呈3峰型结构，在23—00时为第1峰值，达到了4个时次，03—04时为第2个峰值，达到了4个时次，随之而来的07—08时为第3峰值，达到了3个时次，而09—20时是强降水的不发时段，即夜间是短时强降水发生的主要时段，占全天短时强降水的95.8%。小时雨强在20～40 mm出现主要时间同样是在夜间，频次最多的是出现在23—00时，达到4次，04—05时、07—08时出现的频次次之，均为3次。小时雨强在40 mm以上出现的主要时间也基本是在夜间，占全天的95.8%，09—20时时段不活跃。为什么短时强降水多发生在夜间呢？有学者认为与低空西南急流在夜间加强有关，Tang[10]和张养才[11]则提出，夜间在特殊地形下形成的山风环流是主要原因，也有学者认为午后到傍晚气温高，在近地层会形成不稳定层结，为对流发展提供了不稳定能量条件，夜间地面气压降低使得地面辐合增强，如果加上水汽条件配合较好，在夜间就容易发生短时强降水。

图2　望谟短时强降水日分布特征Fig.2　Diurnal variations of the SDHR ≥20 mm/h frequencies

3　望谟暴雨形势分析

3.1主要影响系统

对近5 a望谟的16次暴雨个例的地面、高空系统进行分析(见表1)，发现16次暴雨过程中有15次700 hPa、850 hPa有切变线的影响，占全部暴雨的94%；10次过程有高空槽的影响，占全部暴雨的62.5%，说明高空槽和切变线是望谟暴雨的主要影响系统。地面上的系统多为辐合线、冷锋或静止锋。冷空气的入侵一般发生在春末初夏(5、6月)及秋季(10月)，7、8月的暴雨过程中没有冷空气的入侵；西南低空急流的建立多出现在在盛夏，春末暴雨中仅有1次急流得以建立；南支槽影响望谟暴雨的时间主要为5月，5次春季暴雨中有3次有南支槽的影响。

春季暴雨均出现在5月(春末)，近5 a共出现5次，这5次中有3次有南支槽的影响；西北气流下配合有风场辐合也会产生暴雨天气，但是发生的次数少，近5 a仅发生过一次。夏季暴雨的高空主要影响系统有：高空槽，副高、切变或低涡、低空急流，地面系统主要有静止锋、辐合线、冷空气，冷空气的影响一般只发生在初夏，盛夏(7、8月)无冷空气的影响。近5 a望谟秋季暴雨仅发生2次，这2次秋季暴雨均有高空槽、切变线的影响。

3.2物理量特征

对近5 a望谟站点16次暴雨天气过程中的物理量场进行分析，主要分析了比湿、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、假相当位温、K指数、Si指数，由于这些物理量的时间分辨率不高，因此，不可能恰取到强降水开始到结束所对应的物理量数据，因此，根据最大小时雨强所发生的时间，选取物理量数据的原则为：与当时最大小时雨量接近的时间，且该时间在强降水发生前或发生过程中。统计分析可知(表2)，春季暴雨700 hPa比湿平均为9.1 g/kg，850 hPa比湿上升，平均为12.9 g/kg，700/850 hPa的水汽通量散度为6/6.8 g·s-1·hPa-1·cm-1，这两层的水汽通量散度分别为-3.8/-13.8 g·s-1·cm-2·hPa-1。夏季暴雨的比湿条件及水汽通量好于春季，但是水汽辐合的强度没有初夏强，700 hPa仅为-0.8 g·s-1·cm-2·hPa-1，850 hPa也仅有-7.8 g·s-1·cm-2·hPa-1。而秋季暴雨的比湿条件及水汽通量条件更差，但是850 hPa的水汽通量散度较好，达到了13.5 g·s-1·cm-2·hPa-1。分析动力条件可知，春季700 hPa的垂直速度为-17.4 Pa/s，盛夏为-7.6 Pa/s，秋季为-23 Pa/s，说明秋季及春季暴雨发生时上升运动更为剧烈。就高温高湿条件分析可知，夏季的850 hPa假相当位温最大，为78.8K，秋季最小为64.5K，说明夏季暴雨发生时空气中的能量、动量、热量及水汽更为丰富。夏季暴雨发生时平均K指数为37.4 ℃，秋季最小，为33.5 ℃，说明盛夏暴雨发生时，层结最为不稳定，秋季暴雨发生时，层结最为稳定。Si指数也证明了在春季和夏季时大气的层强最为不稳定，秋季较为稳定。

表1　2010—2014年近5 a望谟暴雨主要影响系统

表2　春季、夏季及秋季暴雨平均物理量对比分析

3.3对流云系分布特征

高时空分辨率卫星资料的应用已成为揭示中尺度系统发生发展机制及物理意义、探讨暴雨的形成机制，进而提高暴雨预报能力中必不可少的一项工作[13]。对这16次暴雨过程的卫星红外云图进行了详细的分析，主要从对流云系的生成源地、移向、移速、面积大小及是否有其它对流云系的合并加入这几个方面详细分析，得出如下的结论：

对流云系的源地多而杂乱，大都位于贵州西部—云南东部富源、罗平一线(图3)，具体如下：毕节、云南罗平、广西隆林、安顺、兴义南部、六盘水、六盘水与晴隆、普安交界处、湖南西部、贞丰、望谟、云南富源、云南富源与六盘水交界处等。影响望谟暴雨的对流云系中，六盘水境内生成的对流云系影响最多，共有7次，占所有暴雨天气过程的44%，这7次过程的对流云系中仅有2个发展到成熟阶段为典型的MCS，其余5个为中小尺度对流云系。源地在毕节的有3次，这3个对流云系中有2个为典型的MCS，云团的面积大，影响范围大，持续时间长，路径为东南路径。在黔西南本地生成的对流云系有3次，贞丰、望谟、兴义南部，此地生成的云系一般为中小尺度系统，云团面积小，影响范围小，影响时间较短。在广西西北隆林一带生成的对流云系仅有1次，在这个区域生成的对流云系往往通过东偏北路径来影响望谟，该对流云系为中尺度系统，影响范围较小。影响望谟暴雨对流云系的源地仅有1次在湖南西部，云系在湖南西部发展成东西向带状分布，而后断裂成2个，较大的1个为MCS，南压影响到望谟，是一次典型江准切变线的形势过程。源地在安顺至贵阳的有1次，云系在原地发展成熟，维持一段时间后东南移动，减弱，这次过程为典型MCS。源地在富源的有1次，这次过程为中小尺度系统，东南路径，移速为23 km/h。

云系的移动路径基本为东南移路径或偏南路径，其中6次为东南路径，占37.5%，4次为南偏东路径，有2次为东移路径，有1次为西移路径，还有1次在原地生成发展消亡，有2次为多个对流云系的影响。

对流云系在移动的过程中移速在12～49 km/h，平均为22.9 km/h，移动最慢的为2010年6月29日的中尺度对流云系，云系在原地发展维持一段时间后，西移，移速12 km/h，从6月29日00时持续到19时，共维持19 h。移动最快的是2010年5月28日广西隆林生成的云团，云系生成后迅速北偏东移动，影响时间为27日16—22时，共维持6 h，移速49 km/h。

16次暴雨云系中有6次为典型MCS，4次为分散对流云系，其余为中尺度对流云系。16次过程中有10次有其它对流云系的合并加入，占62.5%，仅有6次为单一对流云系的影响。

图3　影响望谟的对流云系源地及移向(图中数字表示次数)Fig.3　Convective clouds source and the direction of movement

4　结论与讨论

①近5 a望谟16次暴雨天气过程中，春季暴雨及秋季暴雨的平均雨强明显小于盛夏的平均雨强；短时强降水月变化呈现明显的单峰型结构，6月是短时强降水最频繁发生的月份，7月次之；短时强降水日变化呈三峰型结构，夜间是短时强降水发生的主要时段，占全天短时强降水的95.8%。

②高空槽和切变线是影响望谟暴雨的主要系统，16次暴雨过程中有15次700 hPa、850 hPa有切变线的影响，占全部暴雨的94%；10次过程有高空槽的影响，占全部暴雨的62.5%。地面上的系统多为辐合线、冷锋或静止锋；冷空气的入侵一般发生在春末及秋季；低空急流的建立多出现在夏季；南支槽主要影响望谟暴雨的时间为5月。

③夏季暴雨的比湿条件及水汽通量好于春末，但是水汽辐合的强度没有春末强，秋季暴雨的比湿条件及水汽通量条件更差，但是850 hPa的水汽通量散度较好；秋季及春季暴雨发生时上升运动更为剧烈；夏季的850 hPa假相当位温最大，秋季最小；与秋季相比，夏季、春季暴雨发生时大气层结度更为不稳定。

④对流云系主要源地位于贵州西部—云南东部富源、罗平一线，有7次对流云系的源地为六盘水，3次为毕节，3次为黔西南州内；云系的移动路径基本为东南路径或偏南路径，其中东南路径占37.5%；对流云系在移动的过程中移速在12～49 km/h，平均为22.9 km/h；16次暴雨云系中有6次为典型MCS，4次为分散对流云系，其它为中尺度对流云系；16次过程中有10次有其它对流云系的合并加入，占62.5%，仅有6次为单一对流云系的影响。

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Statistical Characteristics of Short-time Heavy Precipitation and Situation Analysis of Storm in Wangmo during Nearly Five Years

WANG Fen1,2,XU Qiyuan1,LI Fuguang1

(1.Meteorological Office of Southwestern Guizhou，Xingyi 562400, China; 2.The Mountainous Climate and Resource Key Laboratories of Guizhou Province, Guiyang 550002, China)

Based on the hourly automatic weather station precipitation and MICAPS data, the statistical analysis was conducted to explore the short-time heavy precipitation in different class and storm situation, the results are as follows: ①Average hour rainfall intensity in spring and autumn was significantly less than in the summer; the short-time strong rainfall monthly changed in unmoral type structure, June was the most frequent short-time strong rainfall of the month; Short-time strong rainfall variation in three peak structure, the night was strong precipitation concentration period. ②Upper trough and shear line was the main influence storm system. The system on the ground were convergence line, cold front moving or stationary front; Generally cold air invasion occurred in the late spring and early summer autumn; The establishment of the low-level jet more appeared in the summer; Southern trough mainly affects storm time in may, low vortex shear caused more strong precipitation. ③The humidity conditions and water vapor flux in the summer storm were more plentiful than in spring and autumn; Late spring and autumn rain occurring need more upward movement; The late spring and summer atmospheric layer were the most unstable. ④Convective clouds main source were western Guizhou and eastern Yunnan Fuyuan, seven convective clouds source was Liupanshui; the moving path were southeast or south; Six times for typical MCS, 4 times for decentralized convective clouds; 10 times other clouds joined in the process of 16.

short-time heavy precipitation; storm; Wangmo

1003-6598(2016)03-0031-06

2016-02-21

王芬(1978—)，女，硕士，高工，主要从事短期预报预测工作， E-mail:1043006358@qq.com。

黔科合院士站(2014)4010号；贵州省气象科技开放基金项目(黔气科合KF[2016] 10号)；2015年贵州省创新团队项目，黔西南州气象局项目2014-08共同资助。

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