2017年6月12日贵阳地区暴雨成因分析

周 林，乔 琪，王君军

(1.贵州省贵阳市气象局，贵州 贵阳 550001；2.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002)

1 引言

暴雨是我国夏季主要的灾害性天气之一，同样也是贵阳地区最重要的气象灾害之一，常常给贵阳地区带来严重的洪涝、塌方、滑坡等灾害，并对农业和人民生命财产造成重大的损失。西南地区和华南地区是中尺度对流系统(MCS)活动最频繁的地区[1]，而中尺度对流复合体(MCC)作为MCS中一种特殊的强对流天气系统，是造成中国夏季暴雨的重要影响系统[2-4]。贵州也是MCC的多发地[5]，众多气象学者研究表明贵州夏季暴雨与MCC密切相关[6-17]。杜小玲等[6-9]认为MCC是造成暴雨的直接影响系统；何玉龙等[10]指出MCC在暴雨过程中起到重要作用，MCC的发生发展对强降雨落区、移动有较强的指示作用；李玉兰等[11]认为西南—华南地区MCC的发生发展与天气尺度系统(切变线、高空槽、低空急流等) 相联系；井喜等[8]对广西和贵州暴雨过程的综合分析发现高层反气旋辐散气流，配合低空的低涡或切变、对流层中层生成的浅槽或切变线，形成有利于MCC生成、发展的环流背景；王兴菊等[12]对贵州西部暴雨进行了研究发现MCC产生的降雨强度与云团的偏心率和冷云顶面积有很好的对应关系，强降雨时段发生在对流云团发展旺盛的阶段；黄世芹等[13]从卫星云图和雷达回波出发分析了贵州北部一次典型的MCC暴雨过程，发现-80℃冷云区面积越大，MCC总降水量也越大，并且MCC在雷达回波上表现出一条类似飑线的带状回波和零星的块状回波。

2017年6月11日夜间出现在贵阳地区的暴雨、局地大暴雨是一次明显的区域性暴雨，此次暴雨过程具有明显的中尺度特征，并且与MCC的发生发展密切相关，强降水出现在MCC的发展和成熟阶段，中尺度对流云团维持了6 h以上。MCC是具有多尺度的中尺度系统，内部结构复杂降水强度和灾害天气分布不对称，所以产生的暴雨、短时强降水以及强对流等灾害天气难以把握[18]，另外MCC在贵阳暴雨过程中的影响少有研究。本文利用常规观测资料、区域自动站资料、卫星云图和雷达资料，采用天气学诊断分析的方法，对此次暴雨过程的大尺度环流背景、MCC的发生发展等进行分析，以此加强贵阳暴雨发生发展规律的认识，以期对这类暴雨的预报和预警服务提供一些有益的参考。

2 过程概况

由2017年6月11日20时—12日20时的累计雨量分布(图1)可以看出，暴雨主要位于贵阳市西部、中部及东南部，大暴雨主要位于清镇市、修文县、白云区和观山湖区，全市共出现大暴雨13站，暴雨83站，最大降水量出现在清镇麦西乡为146.2 mm。从8个国家站的逐小时降水序列图 (图2)可以发现，短时强降水主要出现在12日02—09时，区域自动站中最大小时降水量出现在清镇市麦格乡达63.7 mm，另外清镇、修文、贵阳、乌当、花溪国家站均出现了大于25 mm的小时雨强，而花溪和贵阳本站的最大小时雨强达40 mm以上。可见此次强降水天气过程影响范围广、降水强度大，是一次明显的区域性暴雨天气过程。

图1 2017年6月11日20时—12日12时贵阳市累计降水量分布(单位：mm)Fig.1 Cumulative precipitation distribution of Guiyang from 20∶00 CST 11 June to 12∶00 CST 12 June, 2017,Beijing time (unit: mm)

图2 6月11日20时—12日12时贵阳市8个区县站逐小时降水变化图(单位：mm)Fig.2 Hourly precipitation changes of 8 county stations in Guiyang from 20∶00 CST 11 June to 12∶00 CST 12 June,2017 (unit: mm)

3 主要环流形势及影响系统

11日08时，500 hPa上中高纬度为“两槽一脊”的环流形势，其中乌拉尔山到巴尔克什湖地区以及东北亚沿海为高空槽控制，而贝加尔湖地区为高压脊控制，四川北部有高空短波槽的发展，副热带高压588线位于华南地区，副高脊线主要位于22°N附近(图略)，从而有利于将海洋上水汽输送到贵州地区；对流层低层贵州中北部至长江中下游存在东西向的切变线，与之相对应的是地面存在一条天气尺度的准静止锋，而贵州处于静止锋西段，850 hPa上四川受偏北气流影响，未来弱冷空气南下影响贵州省(图略)；对流层高层200 hPa南亚高压控制我国西南地区以及中南半岛，贵州上空维持辐散的西北气流，其有利于低层上升运动的发展(图略)。

20时，500 hPa上之前位于四川北部的短波槽，东移发展至四川盆地南部，副高588线相对于08时有所西伸，贵州北部存在高空冷槽的影响，其引导冷空气进入贵州(图3a)；700 hPa和850 hPa上长江中下游地区的切变线稳定少动，贵州仍受切变线西段的影响，地面对应的准静止锋稳定维持(图3b)。从低层风场来看，偏南风气流带来的暖湿水汽与来自贵州北部的冷空气在贵州地区交汇，加之低层的切变线、地面辐合线等触发对流性暴雨的发生发展。

图3 11日20时500 hPa位势高度场(单位：gpm)和850 hPa风场(单位：m/s) (a)以及中尺度环境场分析(b)Fig.3 The 500 hPa geopotential height field (unit: gpm) and 850 hPa wind field (unit: m/s) (a) and mesoscale environmental field analysis at 20∶00 CST 11 June

4 探空资料分析

强对流天气的发生需满足3个条件：层结不稳定、水汽条件以及动力或热力抬升条件，其它加强的条件包括垂直风切变、0 ℃层高度等。

从贵阳本站08时的探空图(图4a)可见，贵阳上空湿层深厚，整个500 hPa以下均为显著的湿层，并且700 hPa比湿为12 g/kg，850 hPa比湿为15 g/kg，但是其对流有效位能为15.5 J/kg，可见其不稳定能量较小；而K指数为37 ℃，另外T700-T500的温差为14 ℃，T850-T500的温差为20 ℃(表1)，可见贵阳上空不稳定性相对较小。若对08时的探空进行订正，将地面温度订正到午后25 ℃，可见订正后CAPE值达944.1 J/kg，其不稳定能量明显增加，贵阳地区发生强对流的可能性较大(图4b)。

而到傍晚20时，贵阳本站的探空图与08时相比有明显不同(图4c)，贵阳上空仍维持深厚的湿层，700 hPa以下比湿增加到13g/kg以上，由于白天的升温，贵阳本站对流有效位能增加到1 933.5 J/kg，可见其不稳定能量明显较强；而T700-T500的温差为16℃，T850-T500的温差增大到26℃，K指数增大到45，沙氏指数SI增大到-4.23(表1)，可见到傍晚20时，贵阳上空水汽进一步增加，积累了强的不稳定能量，并且为强的层结不稳定性，以上条件均表明贵阳地区出现暴雨及强对流概率较大。将20时的物理量指数与贵阳本站的暴雨物理量指标作对比分析(表1)，可见均符合贵阳暴雨的指标条件，进一步证实了贵阳本站暴雨指数的可信度。

表1 6月11日08时和20时各项物理量指数Tab.1 Index of physical quantities at 08∶00 CST and 20∶00 CST 11 June

图4 11日贵阳08时(a)、08时订正(b)、20时(c)T-lnP探空图Fig.4 At 08∶00 CST (a),08∶00 CST revised (b) and 20∶00 CST (c) tlogp sounding map of Guiyang on 11 June

5 物理量场特征

5.1 水汽条件

充分的水汽供应是暴雨产生的重要条件之一，水汽是通过大规模的水平运动输送到暴雨区的，而水汽输送的大小可以用水汽通量来表示，11日08时850 hPa(图5a)水汽通量高值中心位于江南一带，另外广西为水汽通量次大值中心，有偏南风将广西地区的水汽通量输送到贵州省，到傍晚20时(图5b)由于受热带低压的影响南海东部区域为水汽通量高值区，而本地处于高值区的下游，因此有源源不断的水汽从南海输送到贵州地区。有水汽通量的输送还不够，还必须有水汽在降水地区辐合才会形成暴雨，从08时和20时(图5c、d)的水汽通量散度图来看，贵州地区均是水汽通量的辐合大值区。

图5 11日08时(a、c)和20时(b、d)850 hPa水汽通量(单位：g·cm-1· hPa-1·s-1)以及水汽通散度(单位：10-8·g·cm2· hPa-1·s-1)分布图Fig.5 The distribution of water vapor flux (unit: g·cm-1· hPa-1·s-1) and water vapor divergence (unit: 10-8·g·cm2· hPa-1·s-1) at 850 hPa,at 08∶00 CST (a,c) and 20∶00 CST (b,d) 11 June

5.2 假相当位温

假相当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，反应大气的温湿特征和垂直运动，其水平和垂直分布均于对流天气的发生发展有极大关系，也反应了大气中能量的分布，且一般强对流天气发生在假相当位温大值区或高密集区。

从11日08时和20时850 hPa的分布图(图6a、6b)可以看出，08时广西中西部地区有一个大于80 ℃的高能量中心，而贵阳处于向东北方向伸展的>76 ℃的高能量舌内，四川南部地区为低能量舌，贵州中北部区域为假相当位温梯度较大值区；20时高能中心向北移动到贵州南部并且中心值增大到85 ℃以上，而贵阳地区的能量值增大到80 ℃以上，以上可见贵阳地区为高温高湿区，其形势有利于暴雨的产生。

暴雨的形成除需要充沛的水汽和能量外，还需具备一定的潜在不稳定性，即大气层结的不稳定性。我们用假相当位温随高度的变化来表示，图6c为贵阳本站假相当位温随时间变化的垂直剖面图，可见从12日02—08时之间均是随高度减小的，此时间段大气层结是相当不稳定的，而此时间段正好对应强降水的产生。另外可以明显的发现强降水发生期间正好对应不稳定能量的释放，对流层低层的温度由降水前的80℃以上下降到60℃左右。

图6 11日08时(a)、20时(b)850 hPa的假相当位温(单位：℃)分布和贵阳本站假相当位温高度—时间剖面图(c)；红色直线对应暴雨最强时段Fig.6 The pseudo-equivalent temperature (unit: ℃) distribution at 850 hPa and pseudo-equivalent temperature height-time profile of Guiyang station (c),at 08∶00 CST (a),20∶00 CST (b) 11 June; the red line corresponds to the strongest storm period

5.3 动力条件

产生暴雨的重要条件还必须有水汽的强烈上升运动，从而使云滴变为大水滴降落到地面，垂直运动可以造成水汽、能量、动量等物理量的垂直输送。11日08时和20时的850 hPa散度场(图7a、7b)可以发现上贵州地区均为散度负值区，表明贵阳地区存在明显的辐合上升运动，另外从200 hPa的散度场(图7a、7b)来看，贵阳地区上空为弱的散度负值区，表明贵阳地区从低层到高层均为上升运动，其上升运动强烈，有利于大量水汽在其上空聚集，为暴雨产生提供了有力的条件。

图7 11日08时(a)和20时(b)的850 hPa(等值线)及200 hPa(阴影)散度场(单位：10-6·s-1)Fig.7 The 850 hPa (contour) and 200 hPa (shaded) divergence field (unit: 10-6·s-1), at 08∶00 CST (a),20∶00 CST (b) 11 June

6 中尺度对流系统特征

6.1 地面辐合线的活动

在满足对流不稳定及水汽充分的条件下，强对流天气的发生发展还需满足抬升触发条件，地面辐合线往往是触发强对流发生发展的重要条件。11日08时地面辐合线在贵州省中南部(图8a)，贵阳市主要受偏北风的影响，表明地面有弱冷空气的侵入；到14时(图8b)，由于云南地区热低压发展，贵州中南部南风增强，地面辐合线明显北抬，其中段位于贵阳南部花溪地区，花溪转为偏南风的控制；20时(图8c)，位于贵阳市的切变线进一步北推到贵阳中部，而切变线东段却南压到黔东南南部；12日02时(图8d)切变线位置与11日20时位置相当，表明20时以后切变线稳定少动，到05时(图8e)切变线位置仍然维持，08时(图8f)辐合线才南压完全移出贵阳市。以上可见20时—08时此时段辐合线稳定维持在贵阳中部区域，此间不断有对流单体生成发展并沿辐合线移动生成给贵阳地区带来降水，因而贵阳地区的暴雨、大暴雨区域主要位于贵阳中部附近的区域。

图8 6月11日08时(a)、14时(b)、20时(c)、12日02时(d)、05时(e)、08时(f)区域站地面10 m风场(单位：m/s)Fig.8 The 10 meter wind field on the ground of regional station on 11 June (unit: m/s) at 08∶00 CST (a), 14∶00 CST (b),20∶00 CST (c),and 12∶00 CST (d),05∶00 CST (e),08∶00 CST (f) 12 June

6.2 中尺度云图的演变特征

11日白天孟加拉湾地区有热带风暴的发展移动，热带风暴甩出的外围云系在东移过程中逐渐靠近贵州，在高空槽和地面辐合线西段附近发展成多个强对流云团并且合并加强，到傍晚20时(图9)在贵州西部发展成了范围广大的中尺度对流系统，其由多个对流单体组合而成，云顶中心亮温较低，中心温度达-81℃，未来随着高空槽的东移，中尺度对流系统也东移。00—01时(图10a、10b)中尺度对流系统在东移过程中逐渐分解为4个中尺度对流云团，其中位于毕节和安顺地区的对流云团逐渐东移发展靠近贵阳市，云团中心亮温在不断下降，其余3个逐渐减弱消失。12日02时(图10c)对流云团已经移到贵阳中部和南部，云团边缘整齐，呈团状，清晰可辨，对流云团逐渐向MCC发展，并且清镇市上空有一温度达-73 ℃的冷中心，此时清镇开始产生降水，清镇本站小时雨强达26 mm。03时(图10d)中尺度对流系统已发展成近乎圆形的中尺度对流复合体(MCC)，并且基本覆盖贵阳市区域，此时亮温低于-73 ℃的冷中心位于息烽、修文地区，到04时(图10e)贵州西部有一中尺度对流云团合并到MCC主体，并且在MCC主体西侧发展加强，其亮温达-72 ℃，05—08时(图10f～10i)MCC主体发展完善处于成熟阶段，MCC主体的对流云团缓慢东移发展不断影响贵阳地区，此段时间正是贵阳地区降水最强的时段，贵阳本站在07时小时雨强达43 mm。到14时(图略)MCC主体已减弱消散，降水云团基本移出贵阳市。

图9 11日20时红外云图(单位：℃)及其对应的500 hPa风场(单位：m/s)和高度场(单位：gpm)Fig.9 The infrared cloud images (unit: ℃) and their corresponding wind field (unit: m/s) and height field (unit: gpm) of 500 hPa at 20∶00 CST 11 June

图10 6月12日00—08时(a～i)所对应的贵州省地区红外云图(单位：℃)Fig.10 The infrared images of Guizhou province from 00∶00 CST to 08∶00 CST (a-i) 12 June (unit: ℃)

以上分析可见此次降水过程中贵州西部有中尺度对流云团发展合并到MCC，使MCC发展加强，其次MCC移动缓慢。从而导致了此次降水过程降水强度大、持续时间长，造成了大范围的暴雨。

6.3 雷达反射率因子的特征

从雷达的基本反射率场来看，6月12日01时36分贵阳西南部从长顺到平坝有一条西北—东南走向的带状多对流单体回波发展，回波强度超过45 dBz，强回波带向东偏北方向移动，未来将影响贵阳市，同时在毕节织金地区有超过45 dBz的大片强回波生成和发展，并往东北方向移动(图11a)。12日02时34分(图11b)织金地区的回波与带状回波的北段合并加强，并向东北方向移动，而带状回波的南段强度有所减弱，形状较松散。02时56分(图11c)强回波移到清镇和修文地区，回波范围较广，表现为积状云降水回波，最大回波强度超过50 dBz，未来将继续影响贵阳西北部地区。03时11分(图11d)降水回波移到贵阳本站，回波强度在30 dBz以下，以层状云降水回为主，强度超过50 dBz的强回波仍位于贵阳西部及西北部。04时10分(图11e)开始清镇西部不断有新的回波发展、增强、向东偏北方向移动，回波略有南压，主要影响贵阳中部和南部地区，其与卫星云图相对应。0606分(图11f)强对流单体开始影响贵阳本站，回波强度超过45 dBz，贵阳本站开始产生强降水，06时—08时，贵阳本站累计降水量为79.5 mm。07时10分(图略)开始回波逐步南压影响花溪地区，影响全市的回波维持在30 dBz以上。10时26分(图11g)开始回波减弱到30 dBz以下，并且缓慢南压，后续以层状云降水为主，直到14时以后(图11h)回波移出贵阳市，降水趋于停止。

从雷达基本反射率分析可以看出，这次降水主要以积状云回波为主，贵阳市西部一带不断有新的对流单体生成、发展，对流活动旺盛，随着切变线发展东移，回波移动缓慢，维持时间较长，因此造成的累积雨量也比较大。

图11 6月12日01时36分(a)、02时34分(b)、02时56分(c)、03时11分(d)、04时10分(e)、06时06分(f)、10时26分(g)、14时14分(h)贵阳雷达基本反射率(单位：dBz，仰角1.5°)Fig.11 The basic reflectivity of Guiyang radar (unit: dBz,elevation is 1.5°) at 01∶36 CST (a),02∶34 CST (b),02∶56 CST (c),03∶11 CST (d),04∶10 CST (e),06∶06 CST (f),10∶26 CST (g),14∶14 CST (h) 12 June

7 小结

利用常规气象资料、卫星云图、雷达和自动站等资料，对2017年6月11日夜间贵阳地区的暴雨或大暴雨天气过程，从天气形势、影响系统、物理量场诊断分析等方面进行了分析，得出以下结论：

①此次暴雨过程是在南亚高压、副热带高压、高空低槽和中低层切变以及江淮准静止锋的共同影响下产生的，中低层有弱冷空气侵入造成冷暖气流交汇，为暴雨产生提供有利条件。

②此次暴雨过程湿层深厚，水汽充沛，CAPE值较大，K指数、沙氏指数、抬升指数、温度垂直递减率等对预报贵阳地区出现雷暴以及暴雨有重要指示意义。

③红外云图明显地表征了对流云团的发生和发展，其能清晰表明暴雨的强度及移动发展趋势，此次暴雨过程是一次典型的MCC暴雨过程，MCC的缓慢东移造成了持续时间较长的降水。

④雷达基本反射率因子强度的变化和移动路径也非常清晰地指示了暴雨发生的时间、强度和移动发展趋势。这次暴雨过程以积状云降水为主，贵阳市西部不断有新生的对流单体，对流发展旺盛，沿切变线和辐合线发展移动，然而辐合线稳定少动，因此回波移动缓慢，辐合线的稳定少动是贵阳地区形成暴雨或大暴雨的重要原因。

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