望謨近5 a短時強降水特征及其形成機理分析

王　芬，徐啟元，李腹廣

(1.貴州省黔西南自治州氣象局，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)

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望謨近5 a短時強降水特征及其形成機理分析

王芬1，2，徐啟元1，李腹廣1

(1.貴州省黔西南自治州氣象局，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)

該文利用望謨縣站逐小時降水量、MICAPS資料，對近5 a(2010—2014年)望謨短時強降水特征及暴雨主要影響系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：①近5 a望謨16次暴雨天氣過程中，春季暴雨及秋季暴雨的平均雨強明顯小于夏季；短時強降水逐月變化呈現(xiàn)明顯的單峰型結(jié)構(gòu)，6月是短時強降水最頻繁發(fā)生的月份；短時強降水日變化呈三峰型結(jié)構(gòu)，夜間是強降水集中發(fā)生時間，09—20時是強降水不發(fā)生時段。②高空槽和切變線是影響望謨暴雨的主要系統(tǒng)；地面上的系統(tǒng)多為輻合線、冷鋒或靜止鋒；冷空氣的入侵一般發(fā)生在春末夏初及秋季；低空急流的建立多出現(xiàn)在盛夏；南支槽影響望謨暴雨的時間主要為5月。③夏季暴雨的比濕條件及水汽通量好于春末，但是水汽輻合的強度沒有春末強，秋季暴雨的比濕條件及水汽通量條件更差，但是850 hPa的水汽通量散度較好；秋季及春末暴雨發(fā)生時上升運動更為劇烈；春末和夏季大氣層結(jié)最為不穩(wěn)定。④對流云系主要源地位于貴州西部—云南東部富源、羅平一線，有7次對流云系的源地為六盤水，3次為畢節(jié)，3次為黔西南州內(nèi)；云系的移動路徑基本為東南路徑或偏南路徑；有6次為典型MCS，4次為分散對流云系；16次過程中有10次有其它對流云系的合并加入。

短時強降水；暴雨；望謨

1　引言

近年來望謨暴雨災(zāi)害事件頻發(fā)，從2006—2011年連續(xù)幾年發(fā)生了因暴雨而誘發(fā)的洪澇災(zāi)害，致使望謨?nèi)嗣竦纳敭a(chǎn)遭受重大損失，使得本就經(jīng)濟落后的望謨雪上加霜。望謨暴雨往往具有局地性、突發(fā)性、來勢猛、強度大等特點，它會引起山洪、滑坡、泥石流等災(zāi)害，給人民生命財產(chǎn)帶來巨大的損失，比如2006年6月12日深夜至13日凌晨，望謨特大暴雨引發(fā)了山洪、崩塌、滑坡，造成了30人死亡，20人失蹤，縣城水、電、通信全部中斷，經(jīng)濟損失9.28億；2011年6月5日夜間，望謨縣暴雨山洪災(zāi)害共造成8萬人受災(zāi)，21人死亡，31人失蹤，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)11 800 hm2，因災(zāi)造成直接經(jīng)濟損失16.4億元。這些都屬于特大自然災(zāi)害事件，因此對望謨暴雨的研究十分必要。

近年來，貴州的許多氣象工作者針對暴雨也進(jìn)行了一些研究工作，杜小玲[1]、楊洋[2]、池再香[3]、吳哲紅[4]等作者對貴州暴雨個例的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行了診斷分析和數(shù)值模擬，為揭示貴州暴雨的形成發(fā)展機制提供了一定的理論依據(jù),黔西南州氣象局李腹廣[5]、崔庭[6]、陳曉燕[7]、段榮[8]等作者針對暴雨天氣過程個例也進(jìn)行了大量的研究工作，但是這些工作大都是集中在一次過程個例診斷分析上，望謨暴雨的短時強降水特征，望謨暴雨的主要天氣形勢有哪些？暴雨發(fā)生前、發(fā)生時、發(fā)生后各個物理量的變化特征，對流云團的源地、移動移速、結(jié)構(gòu)等等這些方面尚無人研究。這些工作的解決將給預(yù)報員預(yù)報望謨暴雨天氣的強度和落區(qū)提供指導(dǎo)性意義，為提高氣象災(zāi)害的趨利避害能力起到促進(jìn)和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的作用。

2　近5 a望謨短時強降水特征

2.1月變化特征

短時強降水是強對流天氣的一類，強調(diào)的是降水的短時及強對流特征，短時強降水容易產(chǎn)生城市內(nèi)澇、山洪、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，是強對流天氣業(yè)務(wù)預(yù)報的重點之一[9]。中央氣象臺定義小時降水量≥20 mm的強水為短時強降水。

本文分析10～20 mm/h、20～30 mm/h、30～40 mm/h、40～50 mm/h、50 mm/h以上共5個級別的短時降水分布特征。近5 a望謨16次暴雨天氣過程中，雨強在10～20 mm/h有20個時次，夏季最多，為10個時次，其中6月5個，7月1個，8月4個，春末次之，為8個時次，秋季最少，僅發(fā)生了2個時次。雨強在20～30 mm/h有8個時次，夏季最多，為5個時次，春末(5月)發(fā)生了2個時次，秋季發(fā)生了1個時次。雨強在30～40 mm/h有7個時次，夏季最多，為6個時次，春末無，秋季發(fā)生了1個時次。雨強在40～50 mm/h僅有2個時次，均發(fā)生在夏季。雨強在50 mm/h以上的有4個時次，均發(fā)生在夏季。計算可知，春末暴雨的雨強平均為16.8 mm/h，秋季暴雨的雨強平均為20.1 mm/h，夏季平均雨強為28.3 mm/h，即春末暴雨及秋季暴雨的平均雨強明顯小于盛夏的平均雨強。

圖1給出了短時強降水頻次的月分布特征，從圖1可知，近5 a望謨16次暴雨過程中，短時強降水呈現(xiàn)明顯的單峰型結(jié)構(gòu)，6月是短時強降水最頻繁發(fā)生的月份。近5 a來望謨發(fā)生超過20 mm/h的短時強降水21個時次，其中6月最多，為9個，占42.9%，7月3個，占14.3%，8月6個，占28.6%，5月及10月各有2個時次，9月無。小時雨強在20～30 mm/h有8個時次，6月有4個時次，7月無，8月1個時次，春末(5月)發(fā)生了2個時次， 9月無，10月1次。小時雨強在30～40 mm/h有7個時次，其中6月3個時次，7月1個時次，8月2個時次，春末(5月)無， 9月無，10月1次。小時雨強在40～50 mm/h僅有2個時次，均發(fā)生在6月和8月，分別為2012年6月26日22—23時(42.3 mm)，2011年8月5日08—09時(40 mm)。小時雨強在50 mm/h以上的有4個時次，均發(fā)生在夏季，分別為2014年8月24日00—01時(59.8 mm)、01—02時(51.7 mm)，2013年7月12日19—20時(54.4 mm)，2010年6月28日03—04時(54.8 mm)。綜上所述，夏季暴雨任何級別的小時降水量發(fā)生的頻次都是最多的，10～20 mm/h發(fā)生過10次，占所有該頻次的50%，小時雨強在20～30 mm的夏季發(fā)生5個頻次，占62.5%，小時雨強在30～40 mm的夏季發(fā)生6個頻次，占85.7%，小時雨強在40 mm/h以上的均發(fā)生在夏季，占100%。

圖1　望謨短時強降水頻次月分布Fig.1　Monthly variation of ≥20 mm/h frequencies

2.2日變化特征

望謨近5a短時強降水日變化呈3峰型結(jié)構(gòu)，在23—00時為第1峰值，達(dá)到了4個時次，03—04時為第2個峰值，達(dá)到了4個時次，隨之而來的07—08時為第3峰值，達(dá)到了3個時次，而09—20時是強降水的不發(fā)時段，即夜間是短時強降水發(fā)生的主要時段，占全天短時強降水的95.8%。小時雨強在20～40 mm出現(xiàn)主要時間同樣是在夜間，頻次最多的是出現(xiàn)在23—00時，達(dá)到4次，04—05時、07—08時出現(xiàn)的頻次次之，均為3次。小時雨強在40 mm以上出現(xiàn)的主要時間也基本是在夜間，占全天的95.8%，09—20時時段不活躍。為什么短時強降水多發(fā)生在夜間呢？有學(xué)者認(rèn)為與低空西南急流在夜間加強有關(guān)，Tang[10]和張養(yǎng)才[11]則提出，夜間在特殊地形下形成的山風(fēng)環(huán)流是主要原因，也有學(xué)者認(rèn)為午后到傍晚氣溫高，在近地層會形成不穩(wěn)定層結(jié)，為對流發(fā)展提供了不穩(wěn)定能量條件，夜間地面氣壓降低使得地面輻合增強，如果加上水汽條件配合較好，在夜間就容易發(fā)生短時強降水。

圖2　望謨短時強降水日分布特征Fig.2　Diurnal variations of the SDHR ≥20 mm/h frequencies

3　望謨暴雨形勢分析

3.1主要影響系統(tǒng)

對近5 a望謨的16次暴雨個例的地面、高空系統(tǒng)進(jìn)行分析(見表1)，發(fā)現(xiàn)16次暴雨過程中有15次700 hPa、850 hPa有切變線的影響，占全部暴雨的94%；10次過程有高空槽的影響，占全部暴雨的62.5%，說明高空槽和切變線是望謨暴雨的主要影響系統(tǒng)。地面上的系統(tǒng)多為輻合線、冷鋒或靜止鋒。冷空氣的入侵一般發(fā)生在春末初夏(5、6月)及秋季(10月)，7、8月的暴雨過程中沒有冷空氣的入侵；西南低空急流的建立多出現(xiàn)在在盛夏，春末暴雨中僅有1次急流得以建立；南支槽影響望謨暴雨的時間主要為5月，5次春季暴雨中有3次有南支槽的影響。

春季暴雨均出現(xiàn)在5月(春末)，近5 a共出現(xiàn)5次，這5次中有3次有南支槽的影響；西北氣流下配合有風(fēng)場輻合也會產(chǎn)生暴雨天氣，但是發(fā)生的次數(shù)少，近5 a僅發(fā)生過一次。夏季暴雨的高空主要影響系統(tǒng)有：高空槽，副高、切變或低渦、低空急流，地面系統(tǒng)主要有靜止鋒、輻合線、冷空氣，冷空氣的影響一般只發(fā)生在初夏，盛夏(7、8月)無冷空氣的影響。近5 a望謨秋季暴雨僅發(fā)生2次，這2次秋季暴雨均有高空槽、切變線的影響。

3.2物理量特征

對近5 a望謨站點16次暴雨天氣過程中的物理量場進(jìn)行分析，主要分析了比濕、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、假相當(dāng)位溫、K指數(shù)、Si指數(shù)，由于這些物理量的時間分辨率不高，因此，不可能恰取到強降水開始到結(jié)束所對應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)，因此，根據(jù)最大小時雨強所發(fā)生的時間，選取物理量數(shù)據(jù)的原則為：與當(dāng)時最大小時雨量接近的時間，且該時間在強降水發(fā)生前或發(fā)生過程中。統(tǒng)計分析可知(表2)，春季暴雨700 hPa比濕平均為9.1 g/kg，850 hPa比濕上升，平均為12.9 g/kg，700/850 hPa的水汽通量散度為6/6.8 g·s-1·hPa-1·cm-1，這兩層的水汽通量散度分別為-3.8/-13.8 g·s-1·cm-2·hPa-1。夏季暴雨的比濕條件及水汽通量好于春季，但是水汽輻合的強度沒有初夏強，700 hPa僅為-0.8 g·s-1·cm-2·hPa-1，850 hPa也僅有-7.8 g·s-1·cm-2·hPa-1。而秋季暴雨的比濕條件及水汽通量條件更差，但是850 hPa的水汽通量散度較好，達(dá)到了13.5 g·s-1·cm-2·hPa-1。分析動力條件可知，春季700 hPa的垂直速度為-17.4 Pa/s，盛夏為-7.6 Pa/s，秋季為-23 Pa/s，說明秋季及春季暴雨發(fā)生時上升運動更為劇烈。就高溫高濕條件分析可知，夏季的850 hPa假相當(dāng)位溫最大，為78.8K，秋季最小為64.5K，說明夏季暴雨發(fā)生時空氣中的能量、動量、熱量及水汽更為豐富。夏季暴雨發(fā)生時平均K指數(shù)為37.4 ℃，秋季最小，為33.5 ℃，說明盛夏暴雨發(fā)生時，層結(jié)最為不穩(wěn)定，秋季暴雨發(fā)生時，層結(jié)最為穩(wěn)定。Si指數(shù)也證明了在春季和夏季時大氣的層強最為不穩(wěn)定，秋季較為穩(wěn)定。

表1　2010—2014年近5 a望謨暴雨主要影響系統(tǒng)

表2　春季、夏季及秋季暴雨平均物理量對比分析

3.3對流云系分布特征

高時空分辨率衛(wèi)星資料的應(yīng)用已成為揭示中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展機制及物理意義、探討暴雨的形成機制，進(jìn)而提高暴雨預(yù)報能力中必不可少的一項工作[13]。對這16次暴雨過程的衛(wèi)星紅外云圖進(jìn)行了詳細(xì)的分析，主要從對流云系的生成源地、移向、移速、面積大小及是否有其它對流云系的合并加入這幾個方面詳細(xì)分析，得出如下的結(jié)論：

對流云系的源地多而雜亂，大都位于貴州西部—云南東部富源、羅平一線(圖3)，具體如下：畢節(jié)、云南羅平、廣西隆林、安順、興義南部、六盤水、六盤水與晴隆、普安交界處、湖南西部、貞豐、望謨、云南富源、云南富源與六盤水交界處等。影響望謨暴雨的對流云系中，六盤水境內(nèi)生成的對流云系影響最多，共有7次，占所有暴雨天氣過程的44%，這7次過程的對流云系中僅有2個發(fā)展到成熟階段為典型的MCS，其余5個為中小尺度對流云系。源地在畢節(jié)的有3次，這3個對流云系中有2個為典型的MCS，云團的面積大，影響范圍大，持續(xù)時間長，路徑為東南路徑。在黔西南本地生成的對流云系有3次，貞豐、望謨、興義南部，此地生成的云系一般為中小尺度系統(tǒng)，云團面積小，影響范圍小，影響時間較短。在廣西西北隆林一帶生成的對流云系僅有1次，在這個區(qū)域生成的對流云系往往通過東偏北路徑來影響望謨，該對流云系為中尺度系統(tǒng)，影響范圍較小。影響望謨暴雨對流云系的源地僅有1次在湖南西部，云系在湖南西部發(fā)展成東西向帶狀分布，而后斷裂成2個，較大的1個為MCS，南壓影響到望謨，是一次典型江準(zhǔn)切變線的形勢過程。源地在安順至貴陽的有1次，云系在原地發(fā)展成熟，維持一段時間后東南移動，減弱，這次過程為典型MCS。源地在富源的有1次，這次過程為中小尺度系統(tǒng)，東南路徑，移速為23 km/h。

云系的移動路徑基本為東南移路徑或偏南路徑，其中6次為東南路徑，占37.5%，4次為南偏東路徑，有2次為東移路徑，有1次為西移路徑，還有1次在原地生成發(fā)展消亡，有2次為多個對流云系的影響。

對流云系在移動的過程中移速在12～49 km/h，平均為22.9 km/h，移動最慢的為2010年6月29日的中尺度對流云系，云系在原地發(fā)展維持一段時間后，西移，移速12 km/h，從6月29日00時持續(xù)到19時，共維持19 h。移動最快的是2010年5月28日廣西隆林生成的云團，云系生成后迅速北偏東移動，影響時間為27日16—22時，共維持6 h，移速49 km/h。

16次暴雨云系中有6次為典型MCS，4次為分散對流云系，其余為中尺度對流云系。16次過程中有10次有其它對流云系的合并加入，占62.5%，僅有6次為單一對流云系的影響。

圖3　影響望謨的對流云系源地及移向(圖中數(shù)字表示次數(shù))Fig.3　Convective clouds source and the direction of movement

4　結(jié)論與討論

①近5 a望謨16次暴雨天氣過程中，春季暴雨及秋季暴雨的平均雨強明顯小于盛夏的平均雨強；短時強降水月變化呈現(xiàn)明顯的單峰型結(jié)構(gòu)，6月是短時強降水最頻繁發(fā)生的月份，7月次之；短時強降水日變化呈三峰型結(jié)構(gòu)，夜間是短時強降水發(fā)生的主要時段，占全天短時強降水的95.8%。

②高空槽和切變線是影響望謨暴雨的主要系統(tǒng)，16次暴雨過程中有15次700 hPa、850 hPa有切變線的影響，占全部暴雨的94%；10次過程有高空槽的影響，占全部暴雨的62.5%。地面上的系統(tǒng)多為輻合線、冷鋒或靜止鋒；冷空氣的入侵一般發(fā)生在春末及秋季；低空急流的建立多出現(xiàn)在夏季；南支槽主要影響望謨暴雨的時間為5月。

③夏季暴雨的比濕條件及水汽通量好于春末，但是水汽輻合的強度沒有春末強，秋季暴雨的比濕條件及水汽通量條件更差，但是850 hPa的水汽通量散度較好；秋季及春季暴雨發(fā)生時上升運動更為劇烈；夏季的850 hPa假相當(dāng)位溫最大，秋季最??；與秋季相比，夏季、春季暴雨發(fā)生時大氣層結(jié)度更為不穩(wěn)定。

④對流云系主要源地位于貴州西部—云南東部富源、羅平一線，有7次對流云系的源地為六盤水，3次為畢節(jié)，3次為黔西南州內(nèi)；云系的移動路徑基本為東南路徑或偏南路徑，其中東南路徑占37.5%；對流云系在移動的過程中移速在12～49 km/h，平均為22.9 km/h；16次暴雨云系中有6次為典型MCS，4次為分散對流云系，其它為中尺度對流云系；16次過程中有10次有其它對流云系的合并加入，占62.5%，僅有6次為單一對流云系的影響。

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Statistical Characteristics of Short-time Heavy Precipitation and Situation Analysis of Storm in Wangmo during Nearly Five Years

WANG Fen1,2,XU Qiyuan1,LI Fuguang1

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

Based on the hourly automatic weather station precipitation and MICAPS data, the statistical analysis was conducted to explore the short-time heavy precipitation in different class and storm situation, the results are as follows: ①Average hour rainfall intensity in spring and autumn was significantly less than in the summer; the short-time strong rainfall monthly changed in unmoral type structure, June was the most frequent short-time strong rainfall of the month; Short-time strong rainfall variation in three peak structure, the night was strong precipitation concentration period. ②Upper trough and shear line was the main influence storm system. The system on the ground were convergence line, cold front moving or stationary front; Generally cold air invasion occurred in the late spring and early summer autumn; The establishment of the low-level jet more appeared in the summer; Southern trough mainly affects storm time in may, low vortex shear caused more strong precipitation. ③The humidity conditions and water vapor flux in the summer storm were more plentiful than in spring and autumn; Late spring and autumn rain occurring need more upward movement; The late spring and summer atmospheric layer were the most unstable. ④Convective clouds main source were western Guizhou and eastern Yunnan Fuyuan, seven convective clouds source was Liupanshui; the moving path were southeast or south; Six times for typical MCS, 4 times for decentralized convective clouds; 10 times other clouds joined in the process of 16.

short-time heavy precipitation; storm; Wangmo

1003-6598(2016)03-0031-06

2016-02-21

王芬(1978—)，女，碩士，高工，主要從事短期預(yù)報預(yù)測工作， E-mail:1043006358@qq.com。

黔科合院士站(2014)4010號；貴州省氣象科技開放基金項目(黔氣科合KF[2016] 10號)；2015年貴州省創(chuàng)新團隊項目，黔西南州氣象局項目2014-08共同資助。

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