黔西南一次低渦切變型暴雨的中尺度分析

王芬，谷曉平，李腹廣，萬雪麗，陳曉燕，何海燕

（1.黔西南州氣象局，貴州興義 562400；2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州貴陽 550002；3.貴州省氣象臺，貴州貴陽 550002）

黔西南一次低渦切變型暴雨的中尺度分析

王芬1，2，谷曉平2，李腹廣1，萬雪麗3，陳曉燕1，何海燕1

（1.黔西南州氣象局，貴州興義 562400；2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州貴陽 550002；3.貴州省氣象臺，貴州貴陽 550002）

利用常規(guī)觀測資料、FY-2E TBB資料、自動站降水資料及1°×1°NCEP再分析資料，對發(fā)生在黔西南2014年6月9日的暴雨過程進行了分析，結果表明：本次暴雨過程主要是由低渦切變造成的，低渦切變東南移的過程中，黔西南地區(qū)低層輻合明顯加強，觸發(fā)了中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。暴雨過程強度大，持續(xù)時間短，有典型的中尺度特征。兩個大暴雨中心是由兩個MCS產生的，都是沿低渦前側的切變線移到暴雨中心上空的，降水主要出現在MCS的中部冷云區(qū)及梯度大值區(qū)。雷達回波資料顯示此次過程是由多個對流單體發(fā)展、合并，形成混合性片狀回波，回波在東南移的過程中逐漸減弱消散。暴雨發(fā)生前及發(fā)生時整個黔西南地區(qū)中低層有強烈的輻合上升運動，中高層為下沉運動，黔西南低層的θse為高值區(qū)且等值線密集，整層濕層深厚，動力強迫上升運動加強了低層能量和水汽的向上輸送，促使中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。

黔西南；低渦切變；暴雨；中尺度

隨著衛(wèi)星雷達資料的多樣化，人們在大量的研究中發(fā)現暴雨過程中的強降水往往是由多個尺度對流云團造成的[1-3]。中尺度對流系統(tǒng)（MCS）是暴雨的直接影響系統(tǒng)[4]。馬禹等對中國及鄰近地區(qū)1993—1995mCS的普查結果表明，中國的MCS主要集中在西南地區(qū)和黃河、長江中下游地區(qū)[5]。黃明策等對2007年6月發(fā)生在華南西部的一次低渦切變特大暴雨過程的中尺度特征進行了分析，認為地面降水具有明顯的中尺度特征，特大暴雨中心是由MCS移入造成的[5]。喬林等模擬了2006年6月12日黔西南一次典型的強對流暴雨過程，認為對流層低層的中尺度輻合線造成了初始的上升運動，β中尺度對流系統(tǒng)首先在地面鋒前不穩(wěn)定的暖區(qū)中生長，輻合線南側的偏南氣流對水汽和熱量的輸送是對流能夠持續(xù)生長的最重要因素[7]。近年來，貴州的許多氣象工作者針對暴雨也進行了一些研究工作，楊洋、池再香、吳哲紅等通過對幾次貴州暴雨的典型個例發(fā)生、發(fā)展進行了詳細的診斷分析和數值模擬，為揭示貴州暴雨的形成、發(fā)展的內在機制和外部條件提供了一定的理論依據[8-11]。

黔西南州地處我國低緯高原地區(qū)東部，屬亞熱帶濕潤季風氣候，地理環(huán)境復雜，極端天氣（氣候）事件頻發(fā)，其中因暴雨而誘發(fā)的洪澇災害對人民生命財產造成非常嚴重的損失，因此對黔西南州暴雨的研究十分必要。但黔西南暴雨具有局地性、突發(fā)性、來勢猛的特點，再加上山區(qū)復雜的地理環(huán)境，因此預報起來比較困難。2014年6月9日發(fā)生在黔西南的暴雨天氣引發(fā)了山區(qū)的洪澇災害及次生氣象災害，給人民的生命財產造成了重大損失，本文利用2014年6月9—10日常規(guī)觀測資料、自動站加密雨量站資料、FY-2E TBB資料及每日4次1°×1°NCEP/ NCAR再分析格點資料，對此次由低渦切變所導致的暴雨天氣過程進行綜合分析，對造成暴雨的中尺度系統(tǒng)進行了深入細致的探討，希望能夠深入地認識低渦切變系統(tǒng)上暴雨發(fā)生發(fā)展的天氣學成因，為提高暴雨落區(qū)和強度預報提供指導性的意見。

1 過程概況及大尺度背景條件

2014年6月9日夜間，貴州西南部遭遇了一次區(qū)域性的暴雨、局地大暴雨的天氣過程，具體的雨量分布見圖1。暴雨中心在貴州西南部，有兩個大暴雨中心A點（興義豐都）和B點（冊亨秧壩）。根據自動雨量站監(jiān)測，有8個氣象監(jiān)測站大暴雨，最大降水在冊亨秧壩177.9mm，降水量在50～99.9mm的有71個氣象監(jiān)測站。暴雨的水平尺度為50～100km，屬于典型的中尺度系統(tǒng)。

圖1 2014年6月9日20時—6月10日20時貴州省降水量分布

6月9日20時，中緯度30～45°N有一高空急流存在，整個貴州位于高空200hPa副熱帶西風急流入口區(qū)的右側、南亞高壓輻散場的左前側。而在500hPa上，川東有淺槽存在，貴州地區(qū)的高度場及風場都較為平直。9日20時（圖2a）700hPa黔西南至廣西有風切變存在，川西有西北—東南向的短波槽存在，形勢為“北槽南渦”。10日02時700hPa切變線位于貴州中西部，整個黔西南地區(qū)受切變南側偏東氣流控制（圖2b）。9日20時850hPa低渦切變線在云南中東部（圖2c），低渦前側的切變線產生氣流輻合，促使中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展。10日02時850hPa切變線明顯南壓至黔西南地區(qū)至廣西西北部（圖2d）。低渦是出現于大氣中低層的水平和垂直范圍都較小的低壓渦旋，在北半球，低渦內氣流呈反時針方向旋轉，低渦范圍較小，一般只有幾百千米，低渦中有較強的輻合上升氣流，尤其東部和東南部往往伴隨著切變線，上升氣流最強，云雨天氣更為嚴重。此次暴雨過程就是低渦前側的切變線激發(fā)中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展，使得貴州西南部低層輻合不斷加強，產生了此次暴雨天氣過程。

圖2 暴雨發(fā)生前后中低層天氣形勢配合

2 暴雨過程中尺度特征分析

2.1 地面降水中尺度特征

利用黔西南州300多個雨量自動站，對此次暴雨過程中各個階段降水的空間分布特征進行分析。降水主要集中在9日23—10日08時，兩個大暴雨中心是由一個中尺度雨團移動形成的，暴雨中心具有明顯的β尺度特征。9日23時—10日08時黔西南產生強降水，強降水中心有兩個，一個為興義豐都6h累積雨量為142.1mm，另一個為冊亨秧壩6h累積雨量172.6mm，10日08時以后雨團東南移，雨勢減弱，強降水雨團中心移至廣西境內。為進一步了解暴雨中心的雨強變化特征，對兩個暴雨中心興義豐都及冊亨秧壩9日21時—10日09時每小時雨量進行分析。從圖3中可以發(fā)現，黔西南兩個大暴雨點是由兩次短時強降水過程造成的，興義豐都的第1次強降水發(fā)生在9日23時—10日02時，4h的累積雨量達到153.5mm，最大小時雨強59.5mm，降水超過了特強雨團標準[11]，隨后雨勢逐漸減弱。第二次強降水發(fā)生在以冊亨秧壩為中心的冊亨中部，發(fā)生在10日03—06時，3h累積雨強達到131.3mm，小時雨強分別為66.8mm、33mm、31.3mm，此后雨勢減弱。這兩個大暴雨中心的強降水持續(xù)時間為3～ 4h，在時間尺度上具有明顯的中尺度特征。

圖3 暴雨中心6月9日21時—10日09時每小時雨量變化

2.2 衛(wèi)星資料的中尺度分析

從FY-2E TBB的演變可知，9日17時（圖4a）在云南富源、貴州盤縣交界處有一云頂亮溫TBB為-32℃的對流云團A生成。20時（圖4b）云團A云頂亮溫TBB為-32℃的面積明顯加大，水平尺度達100～150km，并且出現了-52℃中心。隨著切變線的東南壓，對流云團A繼續(xù)發(fā)展，到了23時（圖4c），對流云團A云頂亮溫-32℃區(qū)域約為260km，-52℃區(qū)域明顯加大，外形接近橢圓形，邊緣較平滑，已經發(fā)展到了強盛時期，屬于典型的中尺度MCS，此時興義的短時強降水開始。此后，對流云團A開始減弱，到了10日02時（圖4d）云團A云頂亮溫-52℃區(qū)域明顯減小，且已經東移到了黔南與河池交界處，但是在黔、滇、桂交界處又有一云頂亮溫為-52℃的對流云圖B生成。對流云團B在東南壓的過程中速度發(fā)展，到了10日05時（圖4e），云團B-52℃區(qū)域明顯加大，最強中心達到-70℃，云頂亮溫-32℃區(qū)域約為300km，屬于典型的中尺度MCS，此時對應的強降水區(qū)域移至冊亨。10日08時（圖4f），云團B緩慢東南壓至廣西西北部與云南交界處，黔西南地面降水逐漸減弱。此次過程中的兩個大暴雨中心是由兩個MCS產生的，降水主要出現在MCS的中部冷云區(qū)及梯度大值區(qū)，兩個對流云團都是沿低渦前側的切變線移到暴雨中心上空的，兩個對流云團A和B的生成源地及其出現時間的不同也和低渦及其前側切變線的位置變動有非常好的對應關系。

2.3 雷達資料分析

9日17時云南富源開始有兩個對流小單體生成，單體孤立且不規(guī)則，強度梯度大，強度在20～35dBz。9日20時回波發(fā)展迅速，有多個塊狀的不規(guī)則對流單體生成，中心強度增強，強度梯度繼續(xù)加大。9日23時回波緩慢東南移的過程中，繼續(xù)加強，多個不規(guī)則孤立單位連成一個大的片狀回波，回波強中心南移至興義。10日02時回波明顯東移，強中心移至黔西南東部，此時黔西南地區(qū)的東部開始出現強降水，而西部回波明顯減弱。10日05時回波繼續(xù)南壓，強中心對流活動更加活躍，但強回波主體已移出黔西南地區(qū)，此時貴州的強降水明顯減弱。

3 中尺度對流系統(tǒng)的觸發(fā)機制

3.1 水汽來源

圖4 6月9日17時—10日8時FY-2E逐3hTBB分布

從暴雨發(fā)生前后的850hPa水汽通量散度來看，9日14時暴雨發(fā)生前，貴州中部為水汽輻合中心，說明暴雨發(fā)生前，低層的偏南風已經建立，偏南風把大量的水汽向貴州西南部低渦切變區(qū)域內輸送，使得貴州西南部的大氣濕度不斷增大。隨著低渦切變的東南移，9日20時，貴州西部的水汽通量高值區(qū)進一步向東南推進并增強，中心區(qū)移到了貴州西南部，中心極值高達-40g/（s·hPa·cm2）以上。10日02時，隨著切變的東南壓，水汽輻合中心區(qū)域已移至廣西北部、貴州黔南一帶，貴州西南部水汽輻合雖然存在，但是強度明顯變小，僅為-5g/（s·hPa· cm2）。10日08時，水汽通量輻合增強，中心值達到了-40g/（s·hPa·cm2），位置北撤，黔西南的南部及東部仍處于水汽輸送的強輻合區(qū)中。

3.2 動力條件

為討論暴雨中心的動力條件特征，對兩個暴雨中心興義豐都（104°9′E，25°1′N，海拔1 177m）及冊亨秧壩（經度105°8′E，緯度24°9′N，海拔930m）兩個點的物理量場的空間垂直分布進行了計算（圖5橫坐標所示為世界時間）。由圖5a可見，興義豐都強降水發(fā)生時（23時），800～550hPa的正渦度明顯增大。9日20時散度場在750～500hPa是強輻散區(qū)，而在750hPa以下基本為輻合區(qū)，低層輻合、中高層輻散的有利配置為中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供了較好的動力條件，10日02時開始興義豐都的低層轉為輻散場，降水有減弱的趨勢。垂直速度的演變表明：興義豐都在20時的上升運動最為強烈，此后強烈的上升氣流隨著暴雨的發(fā)生發(fā)展不斷減弱，至10日08時強度明顯減弱。由圖5b可見，冊亨秧壩的正渦度在9日23時明顯加大。散度場在700hPa以上均為正值，700hPa以下為輻合區(qū)。垂直速度的演變表明：整個暴雨發(fā)生發(fā)展期間，冊亨秧壩上空的大氣層整層均為上升運動，強上升運動從9日23時開始一直維持到10日05時，此后強上升氣流隨著暴雨的發(fā)生發(fā)展不斷減弱，厚度減小，10日08以后時低層已轉為下沉氣流控制，降水趨于結束。

3.3 熱力條件

沿25°N假相當位溫θse及比濕垂直剖面。9日14時，整個黔西南地區(qū)為高θse區(qū)，高度伸展到了300hPa，而在600hPa以下θse隨著高度不斷減小，能量有積聚和釋放的潛勢，為不穩(wěn)定層。在比濕的垂直分布上，整個黔西南地區(qū)濕層厚。9日20時，不穩(wěn)定層厚度有所加大，中層的中性層結略向下伸展，而暴雨上空深厚的濕層繼續(xù)維持。10日02時，θse密集帶中心已移出黔西南地區(qū)，不穩(wěn)定層厚度減小，中性層結向東西兩側擴展，暴雨上空的小于12g/kg的濕層有所減小。10日8時，黔西南地區(qū)的不穩(wěn)定層略有減小，中性層結明顯向下擴展，暴雨中心上空的濕度依然較為深厚。

圖5 兩個暴雨中心（a為興義豐都，b為冊亨秧壩）物理量的高度—時間演變

4 結論與討論

（1）本次暴雨過程主要是由低渦東南側的切變造成的，切變由云南逐漸移入黔西南地區(qū)，使得貴州西南部低層輻合不斷加強，低層的切變是此次暴雨天氣產生的主要天氣尺度系統(tǒng)。

（2）此次過程在時空分布上具有明顯的中尺度特征，過程強度大，暴雨及大暴雨中心的持續(xù)時間較短，暴雨的空間水平尺度為50～100km，大暴雨中心的強降水持續(xù)3～4h。FY-2E TBB資料顯示，兩個大暴雨中心是由兩個MCS產生的，降水主要出現在MCS的中部冷云區(qū)及梯度大值區(qū)，兩個對流云團都是沿低渦前側的切變線移到暴雨中心上空的。與MCS生消對應，此次暴雨區(qū)包含兩次中尺度降水過程。雷達回波資料顯示此次過程是由多個對流單體發(fā)展、合并，形成混合性片狀回波，回波在往東南移的過程中逐漸減弱消散。

（3）暴雨發(fā)生前及發(fā)生時整個黔西南地區(qū)中低層有強烈的輻合上升運動，水汽輻合強度大，中高層為下沉運動，高層輻散、中低層輻合，黔西南低層的θse為高值區(qū)且等值線密集，整層濕層深厚，在氣流發(fā)展到最強盛時在垂直方向上形成了氣旋式環(huán)流，正渦度明顯增大，動力強迫上升運動加強低層能量和水汽的向上輸送，促使中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。隨著切變線的東南壓，水汽輻合變弱，低層轉為下沉運動，高θse較密集帶縮小并西移，不穩(wěn)定層減小，中性層結明顯向下擴展。

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Mesoscale Features of a Rainfall Triggered by Low-vortex Shear in the Southwest of Guizhou Province

WANG Fen1，2，GU Xiaoping2，LI Fuguang1，WAN Xueli3，CHEN Xiaoyan1，HE Haiyan1

（1.Meteorological Office of Southwestern Guizhou，Xingyi 562400，China；2.The Mountainous Climate and Resource Key Laboratories of Guizhou Province，Guiyang 550002，China；3.Guizhou Meteorological Office，Guyang 550002，China）

Based on the Conventional observation data,satellite data,automatic station precipitation data，and NCEP/NACR reanalysis data，the rainstorm process during 20:00 9 June to 20:00 10 June in the southwest of Guizhou province was analyzed.The results are as follows：The rainstorm process is mainly caused by the low vortex shear.Low-level convergence improved remarkably around the southwest of Guizhou province trigging the development of the meso-scale convective system when the low vortex shear shift to southeast.The surface rainfall obviously showed meso-scale spatial and temporal distribution feature.low vortex cloud inspired the mesoscale convective system,precipitation emerged mainly in the center in the cluster area or edge of mCS.when and before the storm occurring in the whole southwest of guizhou province region. There was a strong convergence ascending motion in the lower level,the high-level sank，high divergence,low-level convergence，the wet layer deep,when the air flow to the most powerful formed a cyclone type circulation in the vertical direction,the vorticity is increased obviously,dynamic force upward movement strengthen the lower energy and water vapor upward transportratio.as the shear line shift to the southeastern,water vapor convergence weaken,low level sank,the unstable layer decreases,and obvious downward extension of neutral layer,the mesoscale convective system weakens and shifted to southeastern.

the southwest of guizhou province；low-vortex shear；rainfall；mesoscale

P458.121.1

B

1002-0799（2015）05-0041-06

王芬，谷曉平，李腹廣，等.黔西南一次低渦切變型暴雨的中尺度分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（5）：41-46.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.05.007

2014-09-26；

2015-01-08

黔科合院士站（2014）4010號；貴州省氣象局2015年創(chuàng)新團隊項目；黔西南州科技局社會發(fā)展攻關項目（2014-32）；黔西南州氣象局項目（2014-08）共同資助。

王芬（1978-），女，工程師，主要從事短期氣候預測工作。E-mail:1043006358@qq.com。