“6.23”梅雨锋西段贵州南部大暴雨诊断分析

张艳梅 , 顾 欣 , 陈 杨 , 赵 杰 , 莫乙冬

（1. 贵州省气象台, 贵阳 550002；2. 贵州省黔南州气象局, 都匀 558000；3. 贵州省山地气候与资源重点实验室, 贵阳 550002）

引言

贵州省地处云贵高原东部，地势西高东低，西部海拔介于1200～2400 m，中部海拔介于800～1200 m，东部海拔在800 m以下。贵州南部向广西丘陵过渡的斜坡地带，属典型的低纬度高海拔山区，地势北高南低，主要以褶皱断裂地形，是暴雨频发地区，梅雨锋暴雨是造成贵州夏季暴雨的主要天气类型之一[1]。多项研究[2−7]表明梅雨与高纬度阻塞形势和西太平洋副热带高压有关，不同尺度天气系统共同作用下形成梅雨期暴雨，梅雨锋结构具有多样性，不同时期和地区的梅雨锋结构和性质有可能存在差异，梅雨锋东段和西段的降水在水汽源、物理量场、持续性时间、垂直环流特征及结构等方面有所不同。我国夏季梅雨锋暴雨存在三种类型，即梅雨锋上β中尺度对流性暴雨、梅雨锋东部（115°E 以东）初生气旋暴雨和梅雨锋西段深厚高空低压槽前持续性暴雨，梅雨锋西段主要出现在湖北、湖南、四川等地。杜小玲等[8−9]分析指出梅雨锋西段暴雨是静止锋暴雨特殊形式，梅雨锋西段是低涡或切变影响触发暴雨。聂云等[10]、李勇等[11]、杨霞等[12]指出梅雨锋西段暴雨低层850 hPa中尺度环流系统与水汽辐合带相配合，水汽通量辐合带、辐合中心与雨带、暴雨中心相对比较吻合。张晶晶等[13]研究发现梅雨锋云溪的分布与各层的垂直速度场、涡度场、散度场有很好的对应关系。张研等[14]研究发现针对梅雨锋暴雨，可以将梅雨湿度锋与相当湿位涡相结合作为强降水短时临近预报的一个指标。杨越奎等[15]发现螺旋度的演变对暴雨有一定的指示意义，螺旋度的波峰出现以后，24 h降水量也大都出现波峰。徐进明等[16]研究指出相对风暴的水平螺旋度（SRH）值正负分布变化可以清晰地反映强对流天气系统的移动 路径和强度。综上所述，在贵州暴雨研究方面已取得了一定进展，但贵州多元化地质结构和复杂地形环境使得暴雨天气发生规律和形成机制十分复杂，诸多关键性问题仍未解决，相关研究亟待加强。本文利用国家气象站和区域自动站观测数据、NCEP再分析资料、FY-2G卫星云图及多普勒雷达资料，对2020年6月23～24日在贵州南部地区发生的梅雨锋西段持续特大暴雨过程进行诊断分析，探讨此类暴雨的成因，以期为提高暴雨预报水平和防灾减灾能力提供科技支撑。

1 资料说明

本文所用资料包括：贵州国家气象站和区域自动站降水观测资料、FY-2G卫星云图资料、多普勒天气雷达资料及 NCEP逐6 h再分析资料（分辨率为1°×1°）。暴雨降水量指前一日20时～当日20时24 h降水量（北京时，下同）。

2 降水实况及特点

2020年6月23～24日贵州南部出现了一次持续性暴雨天气过程。22日20时～23日20时贵州省24 h累计降水量空间分布（图1a）显示，暴雨主要集中在黔南和黔东南，强降雨中心位于黔南中部，4站出现特大暴雨，28站出现大暴雨，40站出现暴雨，最大降水量在黔南州惠水县岗度镇（288.2 mm）。从代表站逐时降水分布（图1b）来看，降水时段主要集中在夜间（22日23时～23日05时），最大雨强出现在黔南州都匀市（67 mm/h）。如图1c所示，23日20时～24日20时暴雨主要集中在六盘水市、安顺市南部、黔南州及黔东南州西部，强降雨中心仍然位于黔南州中部，有7站出现特大暴雨，24站出现大暴雨，46站出现暴雨，最大降水量在黔南州惠水县好花红镇（285.9 mm）。代表站逐时降水分布(图1d)显示，强降水时段也主要集中在夜间（23日21时～24日06时），最大雨强出现在黔南州云雾镇（112 mm/h）。此次降水过程持续性长，影响范围大，降雨强度强，强降雨落区重叠，短时强降水持续时间长达5～6 h，具有明显的中尺度特征。

图1 2020年6月22日20时～23日20时（上）和23日20时～24日20时（下）贵州省24 h累计降水量分布（a、c，单位：mm）及代表站小时雨强演变（b、d，单位：mm/h）

3 天气形势分析

3.1 高空形势

从6月22日08时～24日08时200 hPa环流形势（图略）可以看出，贵州上空一直受南亚高压控制，南部地区位于呈准东西向的南亚高压脊线上（26°N附近），西风急流位于35°～45°N，东北部有中心强度为18×10−5s−1的强辐散区，并不断向南扩散。上述特征表明，贵州省东北部上空维持强辐散区，有利于持续特大暴雨过程的高空强“抽吸”作用。

22日08时～23日08时（图2），500 hPa欧亚中高纬维持两槽一脊型，乌拉尔山大槽维持少动，且不断分裂小槽东传，副高增强西伸北抬，其北界稳定在华南北部。22日08时（图2a），700 hPa低涡切变线位于西昌至重庆东北部一线，广西北部到湖南大部为强西南急流控制；23日08时（图2b），低涡切变维持西昌-宜宾至湖北北部，湖南中部已发展为一个急流核区（最大风速为24 m/s）。22日08时（图2a），850 hPa切变位于贵州北部至湖南北部，广西北部到湖南东北部为西南低空急流（风速为16～20 m/s），南部受急流北侧的西南暖湿气流控制；20时（图略）切变西段南压至贵州中部地区，广西北部到湖南东北部的急流减弱（风速为8～12 m/s）；23日08时（图2b）贵州中部切变线略有北抬，广西北部至湖南东北部的西南低空急流增强（风速为12～16 m/s），贵州南部仍受急流北侧的西南暖湿气流控制；20时（图略）切变西段南压至黔南中部附近，西南急流减弱（风速为8～12 m/s）；24日（图略）切变南移到广西北部，西南急流减弱，强降雨结束。

图2 2020年6月22日08时（a）和23日08时（b）环流形势

以上可以看出：高空强“抽吸”效应持续作用，高层不断分裂波动槽东传，副高北界稳定少动，低层切变线西段白天北抬，夜间南压；特大暴雨区位于切变线与急流之间，大气层结极不稳定；其中，低空急流“夜晚增强而白天减弱”的脉动是夜间特大暴雨的触发机制。

3.2 地面形势

从22日08时地面形势场（图3a）可以看出，贵州大部受热低压外围控制，热低压中心位于云南德钦附近，中心值为995.0 hPa，地面准静止锋（梅雨锋）位于浙江南部、湖南中部到贵州中部一线，贵州南部受梅雨锋西段影响；23日08时（图3b），云南德钦附近热低压继续维持，河套西部有冷高压中心（1010.0 hPa），有弱冷空气扩散南下，梅雨锋略南压。22～23日，由于受热低压发展影响，白天气温升温较快，大部分地区最高气温超过30 ℃，积累了大量的不稳定能量，夜间受500 hPa高原槽东传引导弱冷空气扩散南下，梅雨锋西段得到强烈发展，造成了6月23～24日贵州南部地区持续性特大暴雨过程。

图3 2020年6月22日08时（a）和23日08时 （b）地面形势场和梅雨锋位置

4 诊断分析

4.1 水汽输送特征

周玉淑等[17]指出非辐散水汽流函数，即非辐散水汽通量，可反映水汽通量沿等压线输送的部分。分析此次特大暴雨过程的整层水汽流函数及无辐散分量分布（图4）可知，水汽主要来源于孟加拉湾和南海，有两支气流在贵州到长江流域一带汇集，一支为孟加拉湾东北部西南气流水汽输送，另一支为副高西侧强偏南气流输送。22日08时（图4a）和23日08时（图4c），贵州大部水汽通量流函数值在0～100×106kg/s；22日20时（图4b）和23日20时（图4d），贵州水汽通量流函数值增大，超过100～200×106kg/s，表明夜间贵州地区汇集气流有所增强，这也是持续降水出现在夜间的主要原因。

图4 2020年6月整层水汽流函数（等值线，单位：l06 kg/s）和非辐散分量（箭头）分布（a. 22日08时，b. 22日20时，c. 23日08时，d. 23日20时）

水汽通量势函数及辐散分量对水汽输送具有重要指示作用。从水汽通量势函数及辐散分量分布（图5）来看，孟加拉湾处于辐散状态，华南地区到东亚沿岸海域附近处于水汽汇集区域，贵州南部地区处于水汽通量势函数的低值区域，表明该地区有明显的水汽辐合。22日08时（图5a）和23日08时（图5c）显示，贵州大部的水汽通量势函数矢量箭头方向一致；22日20时（图5b）和23日20时（图5d）显示，水汽通量势函数的矢量箭头出现辐合中心，表明夜间暴雨区有水汽通量势函数和辐散分量的辐合中心。

图5 同图4，但为整层水汽势函数（等值线，单位：l06 kg/s）及辐散分量（箭头）

4.2 不稳定条件

张景等[18]和陶丽等[19]指出假相当位温（θse）是综合表征大气温度、压力、湿度的物理量，能反映大气能量分布。从850 hPaθse水平分布（图略）可以看出，贵州南部处于θse等值线的密集带，表明高温高湿不稳定能量在这里聚集。夜间θse值明显增强，表明能量锋区存在明显的日变化，夜间θse梯度增大，降水也开始增强，冷暖气流在贵州南部进行交汇辐合出现强降水。

4.3 低空西南风速脉动影响

从以上的水汽输送和850 hPa假相当位温分析来看，暴雨区域夜间变化明显。因此，进一步分析850 hPa风场和水汽通量散度（图6）。22日20时（图6a）和23日20时（图6c），贵州省中南部长时间维持一条准东西向的切变线，22日和23日白天切变线南侧偏南气流风速较小，水汽通量散度负值中心位于贵州西南部；23日02时（图6b）和24日02时（图6d），切变线南侧西南气流加强，华南沿海低空急流建立，切变线长时间维持和加强，形成低层强烈辐合，有利于维持对流不稳定和低层垂直风切变，为此次持续暴雨天气发生发展提供了不稳定条件；与此同时，贵州西南部水汽通量散度负值中心向东移至黔南地区南部或中部，为暴雨天气提供了有利的动力和水汽条件。

图6 2020年6月850 hPa风场（风向杆，单位：m/s）和水汽通量散度（实线，单位：g·s−1·cm−1·hPa−1）分布（a. 22日20时，b. 23日02时，c. 23日20时，d. 24日02时）

4.4 涡度垂直剖面特征

从贵州南部强降雨上空的涡度垂直分布（图7）来看，22日20时在105°～107°E近地面上空（500～900 hPa）为正涡度区（图7a），中心强度为4×10−5s−1，对应500 hPa以上为负涡度带；23日02时（图7b），贵州南部黔南州上空700hPa的负涡度带（中心值为−2×10−5s−1）下移，近地层正涡度中心有所加强（中心值为6×10−5s−1），正涡度中心对应惠水县岗度镇站开始出现40 mm/h以上强降水。23日20时，在102°～108°E，850～900 hPa为正涡度带（图7c），强度为4×10−5s−1，750 hPa以上为负涡度带；24日02时，106°～107°E上空750 hPa负涡度带加强上升（图7d），正涡度中心上移至800 hPa附近，强度加强为6×10−5s−1，惠水县戎甲站（106.6°E）和贵定县云雾站（107.1°E）已分别出现强度为112 mm/h和102 mm/h降水。

图7 2020年6月贵州南部沿26°N的涡度垂直剖面（a. 22日20时，b. 23日02时，c. 23日20时，d. 24日02时，阴影表示地形，单位：10−5s−1）

上述分析表明最强降雨出现在边界层动力辐合加强且趋于最强时段。此次持续性强降雨过程中，低层辐合有利于气旋性涡度不断加大，高层辐散抽吸作用使得辐合上升运动加强，同时气流上升凝结潜热不断释放，促使低层低涡系统发展，形成更强上升运动，进而维持强降雨所需的动力抬升条件。

4.5 垂直螺旋度剖面特征

汪小康等[20]指出螺旋度是表征对流系统旋转性和上升运动的重要物理量，能反映大气在垂直方向旋转特点和上升运动强弱。分析贵州中部垂直螺旋度垂直剖面（图8）可知，22日20 时（图8a）在400 hPa、106°E附近（惠水县境内）有一个垂直螺旋度正值中心，中心值为1×10−6hPa·s−2，贵州黔南地区开始出现20 mm/h降雨；23日02时（图8b）垂直螺旋度正值中心值有所增大，中心强度增大至5×10−6hPa·s−2，且向下移至500 hPa附近，超过20 mm/h雨强的范围扩大，惠水岗度镇站维持40 mm/h以上强降雨；23日20时（图8c），600 hPa、106°E附近有一个垂直螺旋度正值中心，中心强度为1.5×10−6hPa·s−2，对应850 hPa切变线南侧与低空急流北侧触发对流系统发展，出现短时强降水站点增多；24日02时（图8d），随着切变线南移和急流增强，强中心东移至108°E附近，中心值为1.5×10−6hPa·s−2，贵定县云雾站出现112 mm/h强降水。上述特征表明夜间在暴雨区垂直螺旋度正值中心值显著增大，使中低层气旋式上升运动强盛，有利于中小尺度系统发生发展，为强降水提供有利的动力条件。

图8 2020年6月贵州中部沿26°N垂直螺旋度垂直剖面（a. 22日20时，b. 23日02时，c. 23日20时，d. 24日02时，阴影表示地形，单位：10−6 hPa·s−2）

5 中尺度特征分析

5.1 对流云团合并发展

图9给出了2020年6月22～24日贵州FY-2G云顶亮温TBB演变。如图所示，22日16时（图9a）贵州中南部至湖南西部有4个较小β中尺度对流云团A、B、C、D生成发展；22日20时（图9b）云团B和云团D面积增强，TBB值分别为191 K和187 K；22日22时（图9c）云团A向云团B合并，云团D向云团C合并, 云团B云顶TBB值减小到180 K，南部出现几个雨强超过20 mm/h的站点；23日00时（图9d）云团C向云团B合并加强为α中尺度对流云团E，TBB值为193 K，岗度镇开始出现34.2 mm/h强降水；23日02时（图9e）云团E面积逐渐减小，TBB值为191 K，超过20 mm/h雨强范围扩大，岗度镇站雨强一直维持40 mm/h以上；23日03～05时（图略）云团E面积逐步减小，雨强减弱。

图9 2020年6月22～24日贵州不同时次云图TBB演变（a. 22日16时，b. 22日20时，c. 22日22时，d. 23日00时，e. 23日02时，f. 23日23时，g. 24日01时，h. 24日03时，i. 24日05时，A～H表示不同对流云团，单位：K）

23日23时（图9f）贵州南部有4个较小β中尺度对流云团F、G、H、J生成发展，云顶TBB值分别为196 K、189 K、197 K、196 K，随后云团G和云团H发展，好花红站雨强为42.7 mm/h，惠水芦山站雨强达101 mm/h；24日01时（图9g）云团F、J、G减弱消散，云团H仍继续发展，上冲云顶呈椭圆型，TBB值为190 K，多站点雨强超过20 mm/h，云雾站高达112 mm/h；03时（图9h）云团H发展为椭圆状α中尺度对流云团，雨强超过20 mm/h范围进一步扩大；05时（图9i）云团H面积减小，强度减弱。上述特征表明，梅雨锋西段在午后至傍晚上开始新生成若干γ、β中尺度云团的对流性系统，γ、β中尺度云团增强、发展、移动、合并、停滞与降雨增强过程基本一致。

5.2 “列车效应”分析

分析贵阳多普勒雷达站基本反射率和1.5°仰角资料（图略）可知，22日19:10，降雨回波位于贵州南部一带，范围较小，中心强度为30～40 dBZ；19:48，黔南州都匀、惠水站附近分别新生成强对流回波，惠水站附近回波强度达50 dBZ以上；20:30，对流回波进一步发展并向西移动，在安顺附近新生发展多个分散强回波单体；21:00，整个对流回波带呈准东-西分布，回波西段较强，东段较弱，随着回波带上不断新生回波单体强烈发展并结合，出现多个波状强中心单体，强回波中心超过50 dBZ，回波带移动缓慢，雨带维持少动，新生回波单体不断向黔南惠水移动，形成了“列车效应”。23日07时以后，回波带明显减弱，中心强度快速减小，回波结构松散，并逐步向东南方向移动，降水减弱；19:48，回波位于黔南西部的长顺至惠水一带，范围较小，中心强度为30～40 dBZ；20:30，对流回波进一步向东发展，在安顺南部新生发展多个分散强回波单体；21:42，安顺南部至黔南地区西段回波带强度较强，东段较弱，回波带上不断新生回波单体合并发展加强，中心强度达50 dBZ以上，并长时间维持，新生回波单体均向黔南惠水和贵定南部东移形成“列车效应”。24日04时以后，回波带西段开始减弱，新生对流单体减少，回波明显减弱。

中小尺度辐合区的稳定维持是引起强降水回波稳定少动的主要原因。此次过程中，22日21时～23日04时和23日21时～24日03时是对流回波带快速发展阶段，回波单体向后传播并向东移动，降雨效率较高，为多个对流单体结合的强中心，具备积雨云降水，强度大且时间集中等特征。沿“列车效应”方向做垂直剖面（图10）来看，回波降水低质心相对较低，诱发强降水效应。

图10 贵阳雷达组合反射率因子空间分布（a. 22日20:49，b. 22日22:50，c. 22日23:50，d. 23日01:50，e. 23日02:51，f. 23日19:48，g. 23日21:48，h. 23日23:49，i. 24日00:50，j. 24日01:51）和垂直剖面（k. 23日02:29，l. 24日00:44）（单位：dBZ）

6 结论

本文利用国家气象站和区域自动站观测数据、NCEP再分析资料、FY-2G卫星云图及多普勒雷达资料，对发生在梅雨锋西段的“6.23”贵州大暴雨成因进行分析，得到以下主要结论：

（1）此次持续性特大暴雨发生时，贵州南部地区受南亚高压控制，副高北界稳定维持在华南北部，500 hPa不断分裂短波槽引导弱冷空气南下与副高西侧偏南暖湿气流在贵州南部交汇，使梅雨锋锋生增强，并配合低层切变系统和低空急流的动力抬升作用，造成持续性强降水，强降水主要出现在夜间。

（2）来自孟加拉湾的西南暖湿气流与副高西侧的偏南气流在贵州中东部到长江流域一带交汇，促使低空急流建立，并且在夜间明显增强，形成水汽通量势函数和辐散分量辐合中心，为持续性暴雨天气提供充足的水汽输送。能量锋区存在明显日变化特征，夜间假相当位温梯度增大，降水开始增强。

（3）高空辐散、中低层切变线南侧与低空急流北侧的正垂直螺旋度为中尺度涡旋迅速发展和水汽辐合抬升凝结提供了动力条件，夜间垂直螺旋度正值中心值显著增大，促使中低层气旋式上升运动强盛，有利于中小尺度系统发生发展，为强降水提供有利的动力条件。贵州南部暴雨或特大暴雨落区具有重叠性。

（4）高原槽引导弱冷空气南下有利于梅雨锋锋生，午后至傍晚生成中尺度对流系统，合并发展增强并缓慢移动，导致了此次降水过程的发生。暴雨过程中存在明显“列车效应”，贵州南部地区受对流系统叠加影响形成持续性强降水。