黔東南一次罕見冬季暴雨天氣過程水汽分析

周 艷，王洪斌 ，梁 平

(貴州省黔東南自治州氣象臺(tái)，貴州 凱里 556000)

黔東南一次罕見冬季暴雨天氣過程水汽分析

周 艷，王洪斌 ，梁 平

(貴州省黔東南自治州氣象臺(tái)，貴州 凱里 556000)

2010年12月11—12日黔東南州出現(xiàn)有氣象記錄以來最晚的暴雨天氣，這次過程出現(xiàn)的時(shí)間突破歷史記錄。由于過程出現(xiàn)在冬季，預(yù)報(bào)員受限于季節(jié)因素，預(yù)報(bào)中降水量級(jí)只考慮到大雨的量級(jí)。事實(shí)上，此次過程黔東南州有15縣(市)95鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨。在冬季產(chǎn)生如此大范圍的強(qiáng)降水，與亞歐中高緯一槽一脊，經(jīng)向度加大的環(huán)流背景和較強(qiáng)的水汽條件密切相關(guān)。鑒于此，該文利用區(qū)域自動(dòng)站小時(shí)雨量資料、全省歷史氣象資料、Micaps常規(guī)資料，采用Micaps分析平臺(tái)，對(duì)此次罕見冬季暴雨過程的水汽條件進(jìn)行診斷分析，結(jié)果表明：低空急流、低層切變輻合是形成此次冬季暴雨的主要大尺度系統(tǒng)，低空急流帶動(dòng)充沛水汽在暴雨區(qū)輻合及低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為暴雨的形成提供了有利條件。

暴雨;冬季;水汽;診斷分析

1 引言

貴州暴雨天氣主要出現(xiàn)在夏季，春季、秋季次之，冬季以干旱少雨天氣為主。對(duì)于形成暴雨的三大因素之一的水汽，許多學(xué)者對(duì)貴州及貴州周邊省份夏季、春季、秋季暴雨的水汽來源、輸送等做了大量研究［1-7］，郁淑華等［1］研究一次華西秋季大暴雨的水汽分析認(rèn)識(shí)到在對(duì)流層有較強(qiáng)的水汽輻合，暴雨發(fā)生在深厚的水汽層內(nèi)且低層有較強(qiáng)的水汽輻合中產(chǎn)生的，暴雨強(qiáng)度的變化與對(duì)流層中上部印度洋水汽輸送到(撤離)高原上空對(duì)華西暴雨發(fā)展(減弱)有指示意義;段旭等［3］研究滇西南秋季暴雨的中尺度分析表明：副高外圍大尺度西南氣流環(huán)境場(chǎng)為暴雨的發(fā)生提供了充沛水汽來源;萬雪麗［7］研究低空急流對(duì)貴州夏季暴雨的作用分析得出貴州夏季暴雨的產(chǎn)生都伴有低空急流，且低空急流下產(chǎn)生的暴雨不要求中低層風(fēng)的輻合，但700 hPa、850 hPa有2個(gè)水汽通量散度大值中心。由于冬季暴雨較罕見，目前為止仍沒有學(xué)者對(duì)貴州冬季暴雨的水汽條件進(jìn)行研究。因此本文以2010年12月11日—12月12日貴州南部、東南部罕見冬季暴雨為例，使用診斷分析對(duì)這次冬季暴雨的水汽進(jìn)行較為細(xì)致的分析，以揭示這次冬季暴雨的水汽源及水汽聚散情況，從而增強(qiáng)對(duì)冬季貴州南部暴雨成因方面的認(rèn)識(shí)，為今后冬季暴雨預(yù)報(bào)提供有益的思路。

2 暴雨概況

2010年12月11日17時(shí)—12日17時(shí)貴州出現(xiàn)歷史罕見的冬季暴雨，根據(jù)貴州省區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示，暴雨主要集中在貴州東南部黔東南境內(nèi)，黔東南州有214站降雨量級(jí)在大雨以上，其中，清水江流域， 陽河流域中部普降暴雨，錦屏、天柱、劍河、黎平、三穗、雷山、丹寨、麻江、榕江、凱里、施秉、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、臺(tái)江、岑鞏、黃平15縣(市)共95鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨(圖1)，天柱縣城降水78.3 mm為全州最大。

統(tǒng)計(jì)全省84站歷年12月日降雨量(圖2)分析表明：歷史上1970年12月2日全省曾出現(xiàn)26站次大雨量級(jí)以上降水，最大降雨量為臺(tái)江34.4 mm;其次是1961年12月15日出現(xiàn)22站次的大雨以上降雨天氣，安順、晴隆降暴雨，降雨量分別是60.6 mm、51.4 mm。本次暴雨天氣，全省84個(gè)7要素自動(dòng)站(11日20時(shí)—12日20時(shí))有37站次降雨量大于25 mm，天柱、錦屏降暴雨，降雨量分別為71.3 mm、63.8 mm。因此認(rèn)為，此次冬季大范圍暴雨天氣過程在貴州省是比較罕見的，對(duì)于黔東南州而言，則是有氣象記錄來歷史同期的首次區(qū)域性暴雨，屬于極端天氣事件。

從黔東南州16站歷年12月份最大日降雨量與此次過程的日降雨量對(duì)比(圖3)可知：全州共有12縣(市)日降雨量突破歷史極值，除黃平降雨量與歷史極值相差較大外，黎平、榕江、從江降雨量也接近歷史極值。

圖3 黔東南州歷年12月份日最大降雨量及2010年12月11日20時(shí)—12日20時(shí)降雨量對(duì)比

此次暴雨過程，降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、雨強(qiáng)較小(小時(shí)降雨量最大為天柱11.9 mm/h)，加上前期各地降雨持續(xù)偏少，沒有洪澇災(zāi)害及滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害?？偟膩碚f，此次暴雨天氣是一場(chǎng)喜雨，不僅改善了土壤墑情，而且補(bǔ)充了水庫、山塘、水窖的蓄水量。

3 環(huán)流背景及影響系統(tǒng)分析

12月9日08時(shí)—10日20時(shí)亞歐中高緯度500 hPa為一槽一脊型。烏拉爾山附近為明顯的高壓脊，其以東地區(qū)至鄂霍次克海維持著一強(qiáng)大的低壓，低壓中心穩(wěn)定在貝加爾湖東北部。北支鋒區(qū)位于新疆北部至華北地區(qū)，10日在北支鋒區(qū)上有一低槽東移越過110°E，槽底向南伸展到35°N，有利于引導(dǎo)地面冷空氣南下。11日08時(shí)—12日08時(shí)烏拉爾地區(qū)高壓脊增強(qiáng)為一閉合的穩(wěn)定高壓系統(tǒng)(圖4)，貝加爾湖以東地區(qū)低氣壓增強(qiáng)，低渦中心移到我國(guó)東北地區(qū)，低渦槽底伸至30°N，槽后增強(qiáng)的西北氣流帶動(dòng)較強(qiáng)冷空氣經(jīng)兩湖影響我省。在中低緯度，有一次南支槽建立、東移、槽前西南暖濕氣流輸送增強(qiáng)并影響貴州的過程。南支槽10日位于80°E附近，11日20時(shí)東移至90°E。同時(shí)貴州上空500 hPa由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西南風(fēng)，溫度露點(diǎn)差11日08時(shí)—20時(shí)之間迅速減小，表明槽前暖濕氣流趨于活躍。貴州處于南支槽前西南波動(dòng)氣流控制中，強(qiáng)的西南氣流將孟加拉灣水汽源源不斷向貴州輸送。

圖4 2010年12月11日08時(shí)500 hPa天氣圖

在500 hPa高原南支低槽頻繁活動(dòng)的同時(shí)，700 hPa上，9日08時(shí)貴州中低空轉(zhuǎn)為高壓脊后西南氣流。10日20時(shí)云南、貴州、湖南的西南氣流逐漸增強(qiáng)為西南急流，貴陽以南SW風(fēng)≥12 m/s，11日20時(shí)SW風(fēng)繼續(xù)增大，并且貴州東部至湖南西部、貴州中北部有明顯風(fēng)速輻合，四川南部—云南中部有西南低渦活動(dòng)，貴州主要受西南急流影響，12日08時(shí)貴陽及以南地區(qū)SW風(fēng)增大，風(fēng)速≥20 m/s。850 hPa上前期貴州一直受偏南氣流影響，10日08時(shí)—20時(shí)，有切變線進(jìn)入貴州，并入貴州南部。貴州低空從S風(fēng)4 m/s轉(zhuǎn)為NE風(fēng)6 m/s，表明低層切變?cè)?0日白天影響了貴州北部和中部地區(qū)。11日08時(shí)，位于貴州南部的切變線維持，但百色及河池低空從10日20時(shí)的SW風(fēng)8～10m/s轉(zhuǎn)為11日08時(shí)的SE風(fēng)4 m/s，可見在貴州和廣西之間有冷暖切變共同存在，該區(qū)域是低層輻合最強(qiáng)的區(qū)域。另外，降水過程中12日08時(shí)850 hPa低空急流建立，廣西北部最大風(fēng)速達(dá)到14 m/s，湖南北部到貴州南部出現(xiàn)明顯的低渦切變區(qū)，由于該輻合長(zhǎng)時(shí)間維持，在500 hPa西南暖濕氣流的影響下，造成貴州東南部地區(qū)的暴雨。這次暴雨天氣中，低空急流建立在降水過程中，而不是在降水開始前，這與前人的研究［1-7］是有明顯區(qū)別的。在地面圖上，12月10日20時(shí)在云南—貴州之間存在準(zhǔn)靜止鋒，貴州受靜止鋒后偏北氣流影響，冷鋒位于江淮—重慶—四川南部。11日02時(shí)—12日20時(shí)冷鋒南壓影響貴州。

可見此次過程是在亞歐中高緯度為一槽一脊，經(jīng)向度加大的背景下發(fā)生的。由于南支槽的建立，西南暖濕氣流的增強(qiáng)，西南低空急流的建立，為這次暴雨的發(fā)生提供了水汽、動(dòng)力和熱力條件。

4 充足的水汽來源

4.1 水汽通量分析

水汽通量能反映水汽流向及水汽流量的大小。由于此次過程與西南氣流的增強(qiáng)和低空急流的建立有關(guān)，因此本文重點(diǎn)分析700 hPa和500 hPa的水汽通量對(duì)此次過程的貢獻(xiàn)。

700 hPa水汽通量及風(fēng)場(chǎng)分析顯示：10—11日云南、貴州、湖南的西南氣流逐漸增強(qiáng)，并形成急流，貴陽以南SW風(fēng)≥12 m/s，貴州中南部水汽通量為8～10g·(hPa·s·cm)-1;11日20時(shí)SW風(fēng)繼續(xù)增大，貴陽SW風(fēng)增大至20m/s，貴州主要受西南急流影響，貴州中南部水汽通量為10～14 g·(hPa·s·cm)-1(圖5 a);12日08時(shí)急流范圍不斷擴(kuò)大，急流軸呈東北西南向，中心風(fēng)速達(dá)到30m/s，貴陽以南地區(qū)SW風(fēng)≥20 m/s，此時(shí)水汽通量大值中心區(qū)與急流軸方向一致，貴州大部水汽通量達(dá)到13～20 g·(hPa·s·cm)-1(圖5 b)。這樣的水汽已達(dá)到夏季暴雨所需水汽條件。西南急流的建立、增強(qiáng)，為本次暴雨的發(fā)生提供了大量水汽和位勢(shì)不穩(wěn)定條件。

500 hPa水汽通量圖上(圖6)，暴雨開始前(12月10日8時(shí)—11日8時(shí))104°E以西地區(qū)500 hPa偏西氣流轉(zhuǎn)為南支槽前西南氣流，將孟加拉灣的水汽輸送到了長(zhǎng)江以南地區(qū)，在云南中部有一水汽通量大值中心，中心值≥10 g·(hPa·s·cm)-1，黔東南上空為西北偏西氣流，水汽通量為3～5 g·(hPa·s·cm)-1。暴雨過程中，南支槽東移至90°E，貴州上空西南氣流由11日08時(shí)22 m/s增強(qiáng)到12日08時(shí)36 m/s，西南暖濕氣流將孟灣充沛的水汽源源不斷地向貴州輸送，黔東南上空水汽通量增大到7～9 g·(hPa·s·cm)-1。12月13日08時(shí)，南支槽東移至102°E，受槽后西北氣流影響，水汽輸送截?cái)啵瓥|南上空降雨趨于結(jié)束。由500 hPa水汽通量可看出：暴雨區(qū)500 hPa的水汽的輸送和增大，與南支槽的東移、槽前西南暖濕氣流輸送增強(qiáng)密不可分。

4.2 水汽通量散度分析

對(duì)流層低層源源不斷的水汽輸送，配合強(qiáng)的水汽輻合，會(huì)更有利于暴雨的形成與持續(xù)。因此將這次暴雨過程中對(duì)流層低層水汽通量輻合(散)情況分析如下：

850 hPa水汽通量散度(圖7)的變化是：在暴雨開始前(12月11日08時(shí))(圖7 a)，貴州、云南、湖南、四川、重慶區(qū)域上空為負(fù)值區(qū)，即水汽通量輻合區(qū)，并且四川東南部—貴州西北部有＜-11×10-10g·(hPa·s·cm2)-1(以下簡(jiǎn)稱單位，1單位為1×10-10g·(hPa·s·cm2)-1)的水汽輻合中心，貴州東南部-1～-6個(gè)單位的水汽通量輻合區(qū)。暴雨強(qiáng)盛時(shí)(12月11日20時(shí))(圖7 b)，整個(gè)長(zhǎng)江及以南區(qū)域上空為負(fù)值區(qū)，＜-11個(gè)單位的水汽通量散度負(fù)值區(qū)域比暴雨開始前明顯擴(kuò)大，黔東南地區(qū)上空為-6～-9個(gè)單位的水汽通量輻合區(qū)。暴雨結(jié)束時(shí)具體時(shí)間(圖略)，雖然貴州上空仍為水汽輻合區(qū)，但水汽通量散度負(fù)值區(qū)域明顯縮小。由上述分析可看出，暴雨區(qū)及其周圍上空850 hPa水汽通量散度的變化與暴雨變化是一致的，暴雨的形成、加強(qiáng)與暴雨區(qū)上空850 hPa的水汽通量輻合區(qū)的變化密切相關(guān)。

700 hPa水汽通量散度的變化是：在11日08時(shí)(圖8 a)貴州區(qū)域?yàn)樗可⒍龋?個(gè)單位的水汽通量散度正值區(qū)。12月11日20時(shí)(圖8 b)，貴州大部上空有強(qiáng)的水汽通量散度負(fù)值區(qū)，強(qiáng)水汽輻合中心在黔東南中南部，中心值＜-12個(gè)單位。暴雨減弱時(shí)(12月12日20時(shí))，水汽通量散度正值區(qū)明顯增大，整個(gè)貴州地區(qū)上空為水汽散度正值區(qū)控制。說明在這次暴雨過程中，暴雨的形成、加強(qiáng)、減弱與700 hPa水汽通量散度變化密切相關(guān)。

5 動(dòng)力機(jī)制分析

5.1散度

沿暴雨中心(26.5°N ，109°E)附近作散度場(chǎng)的高度時(shí)間剖面圖(圖略)可以發(fā)現(xiàn)，低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)開始于11日08時(shí)—13日08時(shí)，在11日20時(shí)這種低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)最明顯，對(duì)應(yīng)該時(shí)段前后為降水強(qiáng)度較大的時(shí)間段。11日08時(shí)、13日08時(shí)雖然也存在低層輻合，但是輻散層較低，僅到700 hPa附近，因此在11日08時(shí)、13日08時(shí)這兩個(gè)時(shí)間段雖然有降水，但降水較小。

5.2 垂直速度

垂直速度是上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的直接反映。從暴雨中心垂直速度高度時(shí)間剖面圖(圖略)中可直接看到，在這次暴雨天氣過程中，在11日08時(shí)—13日08時(shí)出現(xiàn)了上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)主要位于地面至150 hPa之間，最大上升運(yùn)動(dòng)層位于500 hPa附近，垂直速度≤-26×10-4m/s，時(shí)間是在11日20時(shí)，與強(qiáng)降水中心出現(xiàn)時(shí)間一致。13日上升運(yùn)動(dòng)由上升變?yōu)橄鲁?，?qiáng)降雨結(jié)束。由此可見，低空急流帶來的大量水汽在中、低層切變輻合的擾動(dòng)下，造成強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，最后形成強(qiáng)降水。

圖8 2010年12月11日08時(shí)(a)、11日20時(shí)(b)700 hPa水汽通量散度

6 小結(jié)

①2010年12月11—12日貴州省黔東南州出現(xiàn)的大范圍暴雨天氣，是黔東南州有氣象記錄以來的首次冬季區(qū)域性暴雨，并有12縣市日降雨量突破歷史同期極值，屬于極端天氣事件。

②此次天氣過程是在亞歐中高緯度為一槽一脊，經(jīng)向度加大的背景下發(fā)生的。由于南支槽的建立，西南暖濕氣流的增強(qiáng)，西南低空急流的建立，為這次暴雨的發(fā)生提供了水汽、動(dòng)力和熱力條件。

③700 hPa和500 hPa西南暖濕氣流長(zhǎng)時(shí)間的維持、增強(qiáng)，將來源于孟加拉灣的充沛水汽不間斷地輸送到暴雨區(qū)，配合強(qiáng)的水汽輻合，更有利于暴雨的形成與持續(xù)。

④低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為對(duì)流運(yùn)動(dòng)提供了強(qiáng)大的上升動(dòng)力，是本次冬季暴雨產(chǎn)生的重要條件。

⑤對(duì)于暴雨的預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)員不應(yīng)受限于季節(jié)的干擾，在有利的天氣形勢(shì)下配合充沛的水汽輸送，任何季節(jié)都可以考慮暴雨預(yù)報(bào)。

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B

1003-6598(2011)05-0010-05

2011-03-21

周艷(1982-)，女，助工，主要從事中、短期天氣預(yù)報(bào)工作。