“凡亞比”臺風與冷鋒共同造成湘黔暴雨成因分析

周明飛，萬雪麗，杜小玲

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

“凡亞比”臺風與冷鋒共同造成湘黔暴雨成因分析

周明飛，萬雪麗，杜小玲

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

利用常規(guī)氣象觀測資料、NCEP資料、衛(wèi)星資料等，對2010年9月21—22日湘黔北部一次臺風倒槽暴雨過程進行天氣動力學診斷分析。結果表明：暴雨出現(xiàn)在冷鋒和倒槽共同影響區(qū)的主要原因是：冷鋒前，暴雨區(qū)處于暖性不穩(wěn)定區(qū)，臺風倒槽帶來充沛水汽。冷空氣侵入臺風倒槽后，使倒槽附近的水汽輻合加大，濕斜壓鋒區(qū)加強，垂直速度增大，冷空氣與低層強的暖濕平流相互作用，激發(fā)出中尺度暴雨系統(tǒng)，不穩(wěn)定能量釋放，且對流云團的維持少動，造成了降水的持續(xù)，并形成暴雨。

暴雨;倒槽;冷鋒

1 引言

暴雨是西南地區(qū)重要的災害性天氣。一般由中緯度西風帶系統(tǒng)造成的暴雨天氣過程分析個例較多，而對臺風暴雨的分析較少。貴州處于西南內(nèi)陸地區(qū)，直接受臺風的影響較小，但經(jīng)由華南登陸減弱的臺風低壓西移(或南海低壓北上)對貴州的降水天氣影響卻是不可忽視的。臺風是影響我國南方地區(qū)主要的天氣系統(tǒng)，因此對臺風的研究也很多，胡婭敏［1］等利用1949—2006年登陸我國熱帶氣旋(TC)資料，采用統(tǒng)計方法對比分析了近58 a登陸我國TC的頻數(shù)、強度、初(終)旋日、臺風季長度等氣候特征參數(shù)的總體和區(qū)域分布及其時間演變特征。賀春江［2］等對比分析0604號強熱帶風暴與0606號臺風的強度變化、環(huán)流背景、云系結構以及物理量的分布特點，探討兩個臺風暴雨降水的成因。姚才［3］等利用每6 h一次的NCEP/NCAR再分析格點資料對9615號和0103號兩個典型臺風的大尺度環(huán)境場特征進行對比分析。韋丹宜［4］等試析“碧利斯”造成廣西大暴雨的原因。目前的研究對臺風的氣候統(tǒng)計特征和對東南沿海臺風登陸省的降水研究較多，對臺風登陸后進入內(nèi)陸省份的研究較少。9月不僅有臺風登陸的影響同時中緯度西風帶系統(tǒng)的影響也開始加強并向南擴，尤其是當兩者結合時造成的天氣較復雜。2010年9月21-22日湘黔之間的暴雨天氣過程即受臺風倒槽和冷鋒共同影響，本文利用常規(guī)氣象資料、NCEP資料、衛(wèi)星、地面加密等資料，對此次過程的天氣背景、動力場、熱力場結構及衛(wèi)星云圖等特點進行綜合分析，以探討此次暴雨過程的天氣成因。

2 資料和處理

本文對天氣形勢的分析采用常規(guī)資料、探空站點資料和地面每3 h觀測資料，對物理量場的分析采用6 h一次的NCEP/NCAR再分析的全球格點資料，該資料的水平分辨率為1°×1°。文中所提及的時間均為北京時。為表述簡潔，臺風登陸后減弱為低壓，圖示中仍用臺風符號表示。

3 降水實況和特點

2010年9月21日20時-22日20時，受南下冷鋒和西移臺風倒槽共同影響，貴州東北部和湖南西北部出現(xiàn)暴雨天氣，降水主要集中在21日20時-22日08時，貴州東北部出現(xiàn)5縣站暴雨，湖南西北部出現(xiàn)9縣站暴雨，貴州鄉(xiāng)鎮(zhèn)83站暴雨，暴雨落區(qū)主要在貴州東北部和湖南西北部地區(qū)，即為冷鋒和倒槽共同影響的區(qū)域，且分析發(fā)現(xiàn)在此次過程中僅受冷鋒影響的重慶和僅受倒槽影響的江西都沒有出現(xiàn)暴雨天氣時，因此初步判斷此次單一的冷鋒和倒槽系統(tǒng)，也都沒有造成區(qū)域暴雨天氣過程。

圖1 (a)9月21日20時-22日20時貴州省24 h降水量圖(單位：mm，其中淺灰色為≥25 mm，深灰色為≥50 mm);(b)9月21日08時-22日08時湘黔地區(qū)24 h降水量圖(單位：mm，其中＜25 mm未顯示)

4 天氣背景分析

4.1 臺風路徑

1011號“凡亞比”臺風為西太平洋臺風，于2010年9月15日20時生成，16日23時形成臺風，17日18時為強臺風，18日16時加強為超強臺風。19日08時減弱為強臺風，09時前后在臺灣花蓮豐濱鄉(xiāng)附近沿海登陸。下午14時在臺灣臺南楠西鄉(xiāng)境內(nèi)減弱為臺風。20日07時在福建漳浦縣沿海再次登陸，一路西移，臺風中心20日20時位于廣東西部地區(qū)，21日08時位于兩廣交界北部地區(qū)，21日20時臺風中心進入廣西東部，倒槽位于湖南省西部，貴州受倒槽前東北氣流影響，副高呈帶狀，自華東至青海，588線西伸至87°E左右。隨后冷鋒侵入，造成湘黔區(qū)域暴雨。22日08時臺風中心略西移，仍位于廣西東部，22日20時進入廣西西部，23日08時臺風低壓強度明顯減弱，低壓環(huán)流不完整，貴州轉偏南氣流影響(圖2)。

圖2 臺風路徑圖

4.2 地面鋒面路徑

鋒面路徑(圖略)：15日08時，冷鋒位于蒙古至新疆北部，16日東移南壓至我國東北華北一帶，17-18日冷鋒在黃淮至秦嶺以北緩慢移動，19日20時-21日08時，受臺風登陸影響，冷鋒停滯在江淮地區(qū)，21日08時，翻越秦嶺的新冷鋒在川北，并與江淮地區(qū)的冷鋒結合，帶動其南下，21日20時，冷鋒位于湖北南部、重慶中部一線，22日20時，冷鋒南壓至華南地區(qū)。其中在21日20時至22日08時期間，冷鋒由湖北南部一線逐步南下侵入湘黔之間的倒槽，造成了暴雨天氣。

4.3 天氣形勢

如圖3a所示，9月21日20時，500 hPa臺風中心位于廣西東部，倒槽位于湘黔之間，我國東北至華北有一條西風帶槽，西風槽的東移有利于冷空氣的南下。地面冷鋒位于湖北南部一線(圖略)，未來南下影響貴州。850 hPa上有一條明顯的暖舌自貴州西南部伸向東北部(圖略)。暴雨落區(qū)處于高能量區(qū)、鋒前和倒槽附近，有上升運動發(fā)展。圖3b顯示9月21日20時衛(wèi)星云圖和地面流線疊加，可以清楚看到鋒面云系尾段和倒槽北部云系在湖南北部結合在一起，并在結合區(qū)有對流云團的發(fā)展。至22日02時，鋒面進一步南下與地面倒槽結合，促進了垂直運動的發(fā)展，上升運動達到最強，不穩(wěn)定能量開始釋放，降水也最強。至22日08時，冷鋒南壓，850 hPa上有冷舌侵入，不穩(wěn)定能量釋放，暴雨天氣結束。

5 物理量場分析

5.1 水汽條件

圖3 (a)9月21日20時500 hPa高度場和風場(黑色線：等高線，棕色線：槽線);(b)9月21日20時衛(wèi)星云圖與地面流線圖(黑色箭頭線：地面流線，黑色線圈：地面流線結合區(qū))

從圖4a上可以看出持續(xù)有水汽從東南方向來，即倒槽的方向，從華東地區(qū)到貴州都處于高比濕區(qū)，尤其在貴州東部和湖南西部達到15 g·kg-1。9月22日02時在貴州東部和湖南西北部形成兩個強的水汽輻合中心，暴雨均出現(xiàn)在水汽輻合區(qū)，水汽條件有利于暴雨的產(chǎn)生。強降水結束以后落區(qū)的水汽輻合明顯減弱(圖略)。從圖4b上可以看出，21日20時-22日08時水汽在109°E 上，27～30°N之間有明顯的輻合，之后水汽輻合向南發(fā)展。而在21日20時之前109°E上的較高緯度上沒有明顯水汽的輻合，說明在冷鋒移動過程中，未碰到倒槽之前，鋒面附近水汽條件不是很充沛，而是臺風倒槽帶來了暖濕空氣。從圖4c上可以看到，21日20時-22日08時水汽在26°N 上，106～112°E之間(即貴州東北部和湖南西北部)有明顯的輻合，而在21日20時之前倒槽經(jīng)過的湖南以東的地區(qū)，沒有受到冷鋒的加入，沒有很強的水汽輻合，說明冷鋒的加入有利于暖濕空氣的爬升，形成強的水汽輻合。通過圖4 b和圖4 c的結合分析，發(fā)現(xiàn)只有在臺風倒槽和冷鋒共同影響的區(qū)域(區(qū)域范圍，用經(jīng)緯度區(qū)間表示)出現(xiàn)了強的水汽輻合，說明臺風倒槽帶來了充沛的水汽，冷鋒的侵入加強了暖濕空氣爬升，水汽輻合，兩者的結合給暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件。

圖4 (a)9月22日02時850 hPa風場、比濕及水汽通量散度圖(箭頭：風場，單位：m·s-1;陰影：比濕≥10 g·kg-1;線條：水汽通量散度，單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(b)9 月22 日02 時通過 109°E，24 ～35°N，850 hPa水汽通量散度時間緯度圖(單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(c)9 月22 日02 時通過26°N，110 ～120°E，850 hPa水汽通量散度時間經(jīng)度圖(單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2 垂直速度

對比分析圖5a與圖5b以及圖5c與圖5d，即21日20時與22日02時的垂直速度發(fā)現(xiàn)：在冷鋒侵入前，如圖5a和圖5c所示在暴雨落區(qū)106～113°E和27～30°N附近僅有弱的上升運動，垂直速度最大值均為-0.6 pa·s-1。而在冷鋒侵入時，如圖5b和圖5d所示，在暴雨落區(qū)的垂直上升運動有明顯的加強。從圖5b上看出，從106～113°E之間都是上升運動區(qū)，最強的中心在109°E，從對流層低層到中層都有上升運動，最強的上升運動在低層800 hPa左右，中心值達 -2.1 pa·s-1。圖5d上，從27～30°N之間都是上升運動區(qū)，最強的中心在28°N，從對流層低層到中上層400 hPa都有上升運動，最強的上升運動在低層800 hPa左右，中心值達-2.1 pa·s-1。上升運動位于鋒面前部，鋒后有弱的下沉氣流，在鋒面附近形成一個南北向的次級環(huán)流。

同時發(fā)現(xiàn)，在冷鋒侵入前，低壓倒槽從低層到高層位置一致(圖略)，保持正壓結構，低層冷鋒侵入后，高層倒槽比低層向西偏，說明冷空氣的侵入造成斜壓增強，位勢不穩(wěn)定增長。

圖5 垂直速度、風場剖面圖(單位：pa·s-1)(a)9月21日20時沿28°N、(b)9月22日02時沿28°N、(c)9月21日20時沿109°E、(d)9月22日02時沿109°E

5.3 渦度散度

分析圖6可知，9月22日02時散度場呈低層強輻合高層輻散分布，109°E和112°E低層輻合中心的強度分別達到-6×10-5s-1和-8×10-5s-1，在輻合輻散的中間，有正的渦度區(qū)，尤其在112°E，中間的正渦度中心值達21×10-5s-1，這種散度場與渦度場的配置非常有利于上升運動的發(fā)展。

圖6 9月22日02時散度(單位：10-5s-1，等值線，間隔1個單位)、渦度(單位：10-5s-1，陰影，間隔3個單位)垂直剖面圖(沿28°N)

5.4 假相當位溫

6 衛(wèi)星云圖分析

從衛(wèi)星紅外云圖來看，9月21日20時，在冷鋒云系尾部和臺風倒槽云系的北端交匯處即湘黔北部交界處有對流云團發(fā)展，在湖南西北部和貴州東北部各有一個TBB中心，云頂亮溫最低值分別為-35℃和-40℃。一直到9月22日03時，對流云團有所減弱，云區(qū)擴散，但位置少動。在此次暴雨過程中，對流云團的發(fā)展并不是很旺盛，但其位置的維持使得降水的持續(xù)，并造成了暴雨天氣。

圖7 沿109°E假相當位溫垂直剖面圖(單位：K)(a)9月21日14時、(b)9月21日20時、(c)9月22日02時、(d)9月22日08時

圖8 紅外衛(wèi)星云圖與TBB(等值線，單位：K)，(a)09月21日20時、(b)9月21日23時、(c)9月22日04時

7 小結

①受“凡亞比”臺風和冷鋒共同影響在湘黔之間產(chǎn)生了暴雨天氣過程。在此次過程中單一的冷鋒或倒槽影響區(qū)域沒有出現(xiàn)暴雨，說明此次過程中冷鋒和倒槽缺一不可。倒槽提供充沛的水汽，冷鋒的作用加強了水汽的輻合。

②由于冷鋒南下，使低層輻合、正渦度區(qū)和上升運動區(qū)加強。強輻合上升氣流為對流性暴雨提供有利的動力條件;且此次對流云團位置持續(xù)少動，造成了暴雨的發(fā)生。

③此次天氣過程雖造成了一定范圍的暴雨天氣，但在強度上沒有出現(xiàn)很強的天氣，也沒有在冷鋒南下和倒槽西伸的地方出現(xiàn)暴雨天氣。主要原因在于：一是臺風倒槽進入內(nèi)陸地區(qū)，其強度已經(jīng)有所減弱;二是9月冷空氣的強度也偏弱;三是兩個性質相反的天氣系統(tǒng)，在相互作用釋放能量以后各自減弱明顯。

［1］ 胡婭敏，宋麗莉，劉愛君，等.近58年登陸我國熱帶氣旋的氣候特征分析［J］.中山大學學報：自然科學版，2008，47(5)：115-121.

［2］ 賀春江，韋春霞.“碧利斯”與“派比安”影響廣西的對比分析［J］. 氣象研究與應用，2007，28(6)：2-5.

［3］ 姚才，賀海晏，黃明策.華南西部登陸臺風的大尺度條件對比分析［J］. 中山大學學報：自然科學版，2005，44(6)：110-122.

［4］ 韋丹宜.試析“碧利斯”造成廣西大暴雨的原因［J］.氣象研究與應用，2007，28(增刊 2)：103-105.

［5］ 丁一匯.1991年長江流域持續(xù)性大暴雨研究［M］.北京：氣象出版社，1993.

P458

B

1003-6598(2011)03-0013-05

2010-11-29

周明飛(1984-)，女(侗族)，助工，主要從事短期天氣預報工作。

國家自然科學基金(40965004)“云貴高原東段初夏暴雨的發(fā)展維持”。