懷化三次西南渦暴雨天氣過程對(duì)比分析

王 強(qiáng)，王起喚，肖 敏，王愛萍

(1.湖南省懷化市氣象局，湖南 懷化 418000；2.成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610225)

1 引言

懷化位于湖南西部，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨熱同期，懷化地形特殊，呈西南東北向狹長(zhǎng)帶狀，其西北部有武陵山，東南部有雪峰山，溝壑起伏，地勢(shì)復(fù)雜，暴雨極易引發(fā)山洪泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，暴雨也是懷化的主要?dú)庀鬄?zāi)害。因此準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)成為氣象防災(zāi)的關(guān)鍵，而熟悉暴雨特征，了解暴雨形成機(jī)制是提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的關(guān)鍵，國內(nèi)許多學(xué)者一直在從事相關(guān)研究。顧清源等[1]，于超等[2]，周明飛等[3]提出低空急流向暴雨區(qū)源源不斷輸送水汽、能量，同時(shí)充當(dāng)暴雨的觸發(fā)者。陳紅專等[4]指出湖南暴雨發(fā)生在鋒前高溫高濕的不穩(wěn)定層結(jié)和強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域，鋒區(qū)的動(dòng)力強(qiáng)迫上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)了低層能量和水汽的往上輸送。張虹等[5]提出中尺度濾波可以更好地刻畫西南區(qū)域的中尺度環(huán)流特征。劉新超等[6]，宗志平[7]，盧萍等[8]，張艷梅等[9]通過對(duì)兩次或多次暴雨過程對(duì)比分析，揭示西南渦是造成暴雨的直接影響系統(tǒng)，其活動(dòng)影響強(qiáng)降雨落區(qū)。王興菊等[10]通過對(duì)MCC研究發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度與云團(tuán)偏心率和冷云頂面積有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但對(duì)于懷化地區(qū)暴雨的研究較少，尤其是多次過程的對(duì)比研究，本文通過對(duì)懷化3次西南渦引起的暴雨進(jìn)行對(duì)比分析，探索懷化暴雨發(fā)生發(fā)展規(guī)律。

本文使用常規(guī)觀測(cè)資料、湖南省中小尺度氣象自動(dòng)站逐小時(shí)降雨資料、FY-2E的假相當(dāng)黑體溫度資料，以及來自NCEP的1°×1°逐6 h再分析資料，對(duì)2010年6月19日08時(shí)—20日08時(shí)(以下稱“10.6暴雨”)、2012年6月25日08時(shí)—28日08時(shí)(以下稱“12.6暴雨”)、2015年6月20日08時(shí)—21日20時(shí)(以下稱“15.6暴雨”)(以上時(shí)間均為北京時(shí)，下同)在懷化產(chǎn)生的3次暴雨天氣過程，從降雨實(shí)況演變、環(huán)流形勢(shì)以及暴雨發(fā)生的環(huán)境條件進(jìn)行對(duì)比分析。本文采用的Barnes帶通濾波方法能完整保留50～200 km左右的波動(dòng)，其他尺度的波則被濾除或極大衰減[11]。

2 降雨實(shí)況對(duì)比分析

對(duì)比降雨實(shí)況(圖1)可以看出，“10.6暴雨”過程主要是懷化北部出現(xiàn)了暴雨、大暴雨，南部出現(xiàn)了個(gè)別站的暴雨，統(tǒng)計(jì)全市216個(gè)區(qū)域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站雨量資料，有42站≥50 mm，有17站≥100 mm，最大累計(jì)雨量213.8 mm，最大小時(shí)降雨量88.3 mm。

“12.6暴雨”過程是一次全區(qū)性暴雨、北部大暴雨天氣過程，407個(gè)區(qū)域雨量自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示有162站≥50 mm，有118站≥100 mm，有11站≥250 mm，最大累計(jì)雨量337.5 mm，最大小時(shí)降雨量58.5 mm?！?5.6暴雨”過程累計(jì)雨量超過50 mm降雨主要集中在懷化北中部地區(qū)，414個(gè)區(qū)域雨量自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示有134站≥50 mm，有82站≥100 mm，有3站≥250 mm，最大累計(jì)雨量287.2 mm，最大小時(shí)降雨量52.3 mm。

分別選取3次過程具有代表性站點(diǎn)，分析逐小時(shí)雨量(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，“10.6暴雨”降雨持續(xù)時(shí)間最短，降雨強(qiáng)度大，且強(qiáng)降雨時(shí)段最集中，一次降雨減弱后整個(gè)過程也趨于結(jié)束，“12.6暴雨”和“15.6暴雨”持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且有兩個(gè)明顯降雨時(shí)段，且降雨強(qiáng)度較“10.6暴雨”弱。

圖1 3次過程累計(jì)雨量(a：2010年6月19日08時(shí)—20日08時(shí)，b：2012年6月25日08時(shí)—28日08時(shí)，c：2015年6月20日08時(shí)—21日20時(shí))Fig.1 Accumulated precipitation of three processes (a: from 08∶00 June 19th to 08∶00 June 20th, 2010, b: from 08∶00 June 25th to 08∶00 June 28th 2012, c: from 20∶00 June 20th to 20∶00 June 21st 2015)

圖2 3次過程代表站點(diǎn)的逐小時(shí)降雨量(a：10.6暴雨，b：12.6暴雨，c：15.6暴雨)Fig.2 hourly precipitation of each representative station (a:June 2010,b:June 2012,c:June 2015)

3 環(huán)流特征對(duì)比分析

對(duì)比3次暴雨過程的主要降雨時(shí)段環(huán)流形勢(shì)配置(圖2)，3次過程均是發(fā)生在湖南盛夏季節(jié)，是典型的低渦冷槽型暴雨，具有相似的影響系統(tǒng)，即200 hPa在湖南以北地區(qū)有急流存在，湖南處在急流軸南側(cè)的輻散氣流中，500 hPa在湖南西部具有高空低槽東移，西太平洋副熱帶高壓在我國東南沿海地區(qū)穩(wěn)定維持，副高脊線位置偏南，整個(gè)湖南地區(qū)處在高空槽前西南氣流控制，有利于水汽和不穩(wěn)定能量的輸送；中低層有西南低渦發(fā)展，850 hPa由西南渦向東、向西伸展出人字形切變線，懷化北部受東段暖式切變線影響，而其中南部強(qiáng)降雨則與西段冷式切變相關(guān)；過程期間低空西南急流發(fā)展旺盛，均出現(xiàn)了15 m·s-1以上的西南急流，強(qiáng)降雨主要發(fā)生在低空急流出口區(qū)的左側(cè)附近，且3次過程在地面均有輻合線生成。不同之處在于“10.6暴雨”200 hPa急流較其他兩次偏南，南側(cè)急流中心在32°N附近，急流中心風(fēng)速更強(qiáng)，超過45 m·s-1，且湖南處在高空急流入口區(qū)右側(cè)，輻散更強(qiáng)，而“12.6暴雨”和“15.6暴雨”200 hPa急流軸偏北，在35°N以北地區(qū)，整個(gè)湖南地區(qū)處在高空急流右側(cè)的輻散區(qū)中?！?2.6暴雨”500 hPa高空槽移速較慢，且高空槽底部伸展到云南以南地區(qū)，副高位置偏西，更有利于降雨的維持；而“10.6暴雨”和“15.6暴雨”500 hPa高空槽移速較快，槽底偏北。

圖3 3次過程天氣形勢(shì)綜合配置圖(a：2010年6月19日08時(shí)，b：2012年6月26日08時(shí)，c：2015年6月21日08時(shí))(藍(lán)色實(shí)線為500 hPa高度場(chǎng)，棕色粗實(shí)線為500 hPa槽線，紅色粗實(shí)線為850 hPa切變線，黑色粗實(shí)線為地面輻合線，箭矢為850 hPa風(fēng)場(chǎng)，陰影為200 hPa高空急流)Fig.3 Integrated graphs of three processes' synoptic situation (a: 08∶00 June 19th 2010, b: 08∶00 June 26th 2012, c: 08∶00 June 21st 2015) (Blue solid lines are 500 hPa height field, brown solid lines are 500 hPa trough lines, red solid lines are 850 hPa wind shear, black solid lines are surface convergence lines, vectors are 850 hPa wind field, shades are 200 hPa upper level jet stream)

分析3次暴雨過程天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變，“10.6暴雨”(圖3a)過程期間，500 hPa副高呈帶狀分布，覆蓋整個(gè)華南地區(qū)，向西伸展至云南以西，588線在25°N附近，低槽在貴州中部地區(qū)，850 hPa低渦在貴州北部地區(qū)，懷化站西南風(fēng)達(dá)17 m·s-1，低層輻合很強(qiáng)，高低層天氣系統(tǒng)具有前傾結(jié)構(gòu)，使得天氣系統(tǒng)加速東移，到20日08時(shí)高空槽快速東移，850 hPa轉(zhuǎn)為17 m·s-1東北風(fēng)，各層次的快速東移和高低空的前傾結(jié)構(gòu)不利于暴雨的長(zhǎng)時(shí)間維持；“12.6暴雨” (圖3b)過程期間，副高呈塊狀分布，在海上穩(wěn)定維持，副高西脊點(diǎn)在122°E附近，形成東高西低的東阻形勢(shì)，有利于天氣系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持，26日08時(shí)200 hPa湖南上空維持輻散氣流，500 hPa低槽移至貴州東部、廣西中部地區(qū)，懷化處在槽前西南氣流中，850 hPa低渦在湘西地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，低空急流維持，懷化站西南風(fēng)15 m·s-1，桂林站西南風(fēng)20 m·s-1，低層仍有較強(qiáng)輻合，有利于暴雨的長(zhǎng)時(shí)間維持；“15.6暴雨” (圖3c)過程，20日08時(shí)副高呈帶狀分布，西脊點(diǎn)向內(nèi)陸伸展至110°E附近，脊線在20°N附近，中低層天氣系統(tǒng)在湖南西部、北部，21日20時(shí)副高明顯減弱東退，低槽東移，中低層急流、低渦東移南壓至湖南的東部、南部地區(qū)。3次暴雨天氣過程中副高的形態(tài)、位置的差異，影響著天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展、移動(dòng)，致使每次過程持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短不一。

圖4 3次暴雨過程850 hPa西南渦移動(dòng)路徑(黑實(shí)線)及過程累積雨量(色斑，單位mm)(字母D為低渦位置，下方數(shù)字為低渦出現(xiàn)的時(shí)間)Fig.4 850 hPa Southwest China Vortex moving path of three heavy rainfall processes (black solid lines) and accumulated precipitation (shaded, units: mm) (D represents the position of vortex, and the number below it is the time)

圖4給出3次過程850 hPa西南低渦移動(dòng)與對(duì)應(yīng)過程累計(jì)降雨量，“10.6暴雨”和“15.6暴雨”850 hPa西南低渦都表現(xiàn)出明顯的東移，“10.6暴雨”(圖4a)在2010年6月19日08時(shí)有一低渦中心，至19日14時(shí)低渦向東移動(dòng)1.5個(gè)緯距，降雨強(qiáng)度加大，降雨主要發(fā)生在低渦東南側(cè)以及低渦東部切變線附近，至19日20時(shí)低渦快速東移至113°E附近，6 h移東動(dòng)了4個(gè)緯距，強(qiáng)降雨也東移至湖南東部地區(qū)，降雨主要分布在低渦移動(dòng)路徑上?！?5.6暴雨”(圖4c)過程也表現(xiàn)出相似的特征，暴雨位于低渦東南側(cè)及其東側(cè)切變線附近，降雨落區(qū)和低渦移動(dòng)路徑相對(duì)應(yīng)?！?2.6暴雨”(圖4b)在2012年6月26日08時(shí)移動(dòng)至湖南西部地區(qū)之后，一直到27日08時(shí)低渦在湖南西北部穩(wěn)定少動(dòng)，在低渦東南側(cè)和低渦東側(cè)伸展出的西南東北向的切變附近(湖南中北部)產(chǎn)生了持續(xù)性的強(qiáng)降雨天氣，之后低渦并未沿切變線東移，而是減弱北抬，湖南轉(zhuǎn)受偏南風(fēng)控制，降雨也隨之減弱直至消失。

綜上分析可知，3次降雨過程，降雨落區(qū)主要集中在低渦東南側(cè)以及低渦伸展出來東部切變附近，對(duì)于沿切變線東移的西南渦，降雨落區(qū)的分布與移動(dòng)路徑一致，西南渦維持時(shí)間和移動(dòng)路徑對(duì)降雨強(qiáng)度和落區(qū)有重要影響。

4 中尺度特征分析

4.1 中尺度系統(tǒng)演變特征

采用Barnes方法對(duì)NCEP資料進(jìn)行帶通濾波，將大尺度系統(tǒng)與中小尺度系統(tǒng)進(jìn)行分離?！?0.6暴雨”期間，19日08時(shí)(圖5a)，925 hPa濾波場(chǎng)在湖南西部、東部均有一個(gè)β中尺度低渦生成，且在850 hPa以下各層均能分析到閉合氣旋性環(huán)流，在低渦東側(cè)有一條輻合線，輻合線經(jīng)過懷化北部暴雨區(qū)。在地面風(fēng)場(chǎng)上(圖略)，懷化北部地區(qū)至湘中有一中尺度渦旋，從貴州經(jīng)過懷化北部的低渦向東北伸展的倒槽也經(jīng)過暴雨區(qū)。14時(shí)(圖5b)，925 hPa位于湖南西部的低渦穩(wěn)定少動(dòng)，湖南東部低渦向西部低渦靠近，兩個(gè)低渦間的輻合加強(qiáng)，形成一條穿過西部低渦的輻合線，輻合線經(jīng)過暴雨區(qū)。地面圖上，懷化北部渦旋東移南壓，地面倒槽維持并經(jīng)過暴雨區(qū)。20時(shí)(圖5c)位于懷化附近湖南西部的低渦略有東移南壓，湖南西部的低渦演變成一條準(zhǔn)東西向的輻合線，此時(shí)地面場(chǎng)上渦旋進(jìn)一步東移至湖南江西交界處，地面倒槽減弱南壓。20日02時(shí)，在江西西部有一中尺度低渦，湖南西部的低渦轉(zhuǎn)化成一條輻合線并脫離暴雨區(qū)，對(duì)應(yīng)地面風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制，輻合線亦南壓至湖南、江西南部地區(qū)。

分析“12.6暴雨”濾波場(chǎng)，25日14時(shí)850 hPa濾波場(chǎng)在湖南東北部和湖南西南部有兩個(gè)反氣旋，呈鞍型場(chǎng)分布，懷化北部處在鞍形區(qū)內(nèi)，降雨在懷化北部地區(qū)加強(qiáng)。25日20時(shí)(圖6a)，850 hPa鞍形區(qū)發(fā)展成中尺度輻合中心，并向湖南西部伸展出一切變線，在925 hPa有輻合中心與之對(duì)應(yīng)，地面輻合線在略偏南位置，強(qiáng)降雨在湖南西部進(jìn)一步加強(qiáng)。26日02時(shí)(圖6b)，850 hPa輻合中心進(jìn)一步加強(qiáng)，擴(kuò)展至湖南北部、西北部地區(qū)，925 hPa和地面也有輻合中心和輻合線與之配合。26日20時(shí)(圖6c)，850 hPa在湖南西部、西北部一直有中尺度輻合中心或低渦維持并小幅度南北移動(dòng)，在925 hPa亦有中尺度輻合中心活動(dòng)。27日14時(shí)(圖6d)，懷化南部反氣旋性渦旋加強(qiáng)，湖南西部低渦減弱，懷化轉(zhuǎn)受偏南風(fēng)控制，降雨減弱。

圖5 2010年6月“10.6暴雨”925 hPa濾波場(chǎng)(a：19日08時(shí)，b：19日14時(shí)，c：19日20時(shí))Fig.5 925 hPa filtration field of June 2010 Heavy Rainfall (a: 08∶00 19th, b: 14∶00 19th, c: 20∶00 19th)

圖6 2012年6月“12.6暴雨”850 hPa濾波場(chǎng)(a：25日20時(shí)，b：26日02時(shí)，c：26日20時(shí)，d：27日14時(shí))Fig.6 850 hPa filtration field of June 2012 Heavy Rainfall (a: 20∶00 25th, b: 02∶00 26th, c: 20∶00 26th, d:14∶00 27th)

分析“15.6暴雨”濾波場(chǎng)，20日14時(shí)(圖7a)850 hPa濾波場(chǎng)上，在湖南東南部有一反氣旋中心，在懷化中部和湖南東北部各有一個(gè)中尺度輻合中心，形成一條西南東北向的切變線，地面輻合線在切變線的略偏南位置，降雨在切變線附近發(fā)展。20時(shí)(圖7b)懷化中部輻合中心略有東移，湖南東北部的輻合中心演變成反氣旋性中心，地面輻合線略有南壓，強(qiáng)降雨集中在低渦東南側(cè)的輻合區(qū)附近。21日02時(shí)(圖7c)，湖南西北部維持反氣旋式渦旋，在其南部，懷化北部地區(qū)的輻合中心和湖南東北部的低渦穩(wěn)定少動(dòng)，地面輻合線在湘中偏北位置移動(dòng)緩慢，強(qiáng)降雨在850 hPa輻合中心附近持續(xù)。至21日14時(shí)(圖7d)，湖南東北部低渦消失，懷化北部輻合中心演變成氣旋性渦旋，其東部切變附近的輻合明顯減弱，降雨也隨之減弱。21日20時(shí)，850 hPa輻合快速南壓，地面輻合線也隨之南移，懷化轉(zhuǎn)受北風(fēng)控制，降雨趨于結(jié)束。

綜上可以看出，3次暴雨天氣過程與中尺度低渦或輻合中心及其伸展的切變線密切相關(guān)，“10.6暴雨”和“15.6暴雨”主要是由湖南西部緩慢移動(dòng)的中尺度低渦和輻合中心產(chǎn)生，暴雨發(fā)生在低渦東南側(cè)或輻合中心附近及其東側(cè)切變線附近。而“12.6暴雨”主要由在湖南西北部穩(wěn)定少動(dòng)的中尺度低渦產(chǎn)生，低渦在湖南西部、西北部長(zhǎng)時(shí)間維持并小幅度擺動(dòng)，降雨維持時(shí)間長(zhǎng)，使得處在低渦東南側(cè)的懷化北中部地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的暴雨、大暴雨。

圖7 2015年6月“15.6暴雨”850 hPa濾波場(chǎng)(a：20日14時(shí)，b：20日20時(shí)，c：21日02時(shí)，d：21日14時(shí))Fig.7 850 hPa filtration field of June 2015 Heavy Rainfall (a: 14∶00 20th, b: 20∶00 20th, c: 02∶00 21th, d:14∶00 21th)

4.2 中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)特征

“10.6暴雨”過程：在懷化強(qiáng)降雨發(fā)生前，6月18日23時(shí)(圖8a)在貴州西北部有一橢圓形β中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，云團(tuán)直徑在2個(gè)緯距范圍，但是云頂亮溫低值中心達(dá)到-80 ℃以下，說明對(duì)流發(fā)展旺盛，到19日04時(shí)(圖8b)對(duì)流云團(tuán)迅速壯大并與北部的降雨云系發(fā)展合并，對(duì)流中心進(jìn)一步加強(qiáng)，云頂亮溫低值中心低于-90 ℃，并開始影響湖南西部地區(qū)，到08時(shí)對(duì)流云團(tuán)在懷化西部地區(qū)開始產(chǎn)生較強(qiáng)降雨，云頂亮溫有所上升，這與降雨拖曳抑制上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展有一定關(guān)系，19日12時(shí)對(duì)流云團(tuán)進(jìn)一步東移，幾乎覆蓋了整個(gè)湖南地區(qū)，云頂亮溫維持在-90 ℃左右，到16時(shí)(圖8c)，近似圓形的對(duì)流單體分裂為2個(gè)中心，拉伸成條帶狀云帶，在湖南西部、湖南東部各有一個(gè)低值中心，20時(shí)湖南西部的低值中心發(fā)展成一條西南東北向帶狀東移南壓，另一中心則向東移動(dòng)，20日00時(shí)對(duì)流云系移出懷化。此次過程主要受單一對(duì)流云團(tuán)影響，云團(tuán)發(fā)展非常旺盛，但其西部無后續(xù)對(duì)流云系生成，所以此云團(tuán)移出懷化后，懷化強(qiáng)降雨趨于結(jié)束，降雨持續(xù)時(shí)間短。“15.6暴雨”過程對(duì)流云團(tuán)發(fā)展也具有相似特征(圖略)，只是對(duì)流云團(tuán)沒有“10.6暴雨”發(fā)展旺盛，且云團(tuán)主要成條帶狀分布?！?2.6暴雨”過程25日13時(shí)(圖8d)在重慶西部有一近似橢圓形中尺度對(duì)流云團(tuán)，懷化附近有一些小尺度云系發(fā)展，23時(shí)對(duì)流云團(tuán)迅速東移南壓至湖南西部地區(qū)，中心值在-70 ℃左右，并影響懷化北中部地區(qū)，同時(shí)在貴州北部地區(qū)有一中心為-70 ℃對(duì)流云團(tuán)，26日04時(shí)(圖8e)湖南西部對(duì)流云團(tuán)東移并逐漸減弱，貴州北部的對(duì)流云團(tuán)則在東移的過程加強(qiáng)，東移至懷化西部，之后又東移消散，但在貴州東北部湖南西部不斷有中尺度對(duì)流云團(tuán)生成并影響懷化，但強(qiáng)度不強(qiáng)(圖8f)，云頂亮溫低值中心在-60 ℃左右，這也造成了懷化北中部地區(qū)持續(xù)性強(qiáng)降雨，28日隨著對(duì)流云系的進(jìn)一步減弱，懷化強(qiáng)降雨也趨于結(jié)束。

圖8 2010年6月(a：18日23時(shí)，b：19日04時(shí)，c：19日16時(shí))，2012年6月(d：25日13時(shí)，e：26日04時(shí)，f：27日07時(shí))FY2E衛(wèi)星TBB資料(單位℃)Fig.8 Graphs of FY2E Satellite TBB data (units:℃): June 2010 (a: 23∶00 18th, b: 04∶00 19th, c: 16∶00 19th), June 2012 (d: 13∶00 25th, e: 04∶00 26th, f: 07∶00 27th)

5 暴雨環(huán)境條件診斷分析

5.1 水汽和熱力條件

分析3次暴雨過程期間水汽通量場(chǎng)(圖略)可以發(fā)現(xiàn)，850 hPa主要有兩條水汽輸送通道，一條是從孟加拉灣由西南氣流向懷化地區(qū)輸送水汽，另一條則是從南海地區(qū)由偏南氣流向懷化地區(qū)輸送，這3次過程以第一條水汽輸送通道為主，第二條為輔，兩條水汽通道為懷化暴雨提供了源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量。水汽的演變對(duì)暴雨的產(chǎn)生至關(guān)重要，分析3次過程850 hPa水汽通量散度和比濕綜合圖(圖9)可以發(fā)現(xiàn)，3次暴雨過程暴雨區(qū)850 hPa比濕都在14 g·kg-1以上，水汽輻合與高比濕的疊加區(qū)與暴雨具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，暴雨的最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在水汽輻合達(dá)到最強(qiáng)時(shí)段前后，當(dāng)水汽通量輻合減弱、比濕下降時(shí)，降雨也隨之減弱。水汽通道的建立和對(duì)流層中低層水汽的大量匯合為暴雨系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利環(huán)境條件。從沿110°E經(jīng)向剖面圖上也可以看出(暴雨發(fā)生在28°N附近)，3次過程具有相似的特征，比濕大于14 g·kg-1主要集中在800 hPa及以下層次，但是水汽通量散度又呈現(xiàn)出不同的特征，“10.6暴雨”在300 hPa以下以水汽輻合為主，在700 hPa以下水汽輻合尤為強(qiáng)烈，水汽輻合伸展的高度高，而“12.6暴雨”和“15.6暴雨”雖然主要輻合區(qū)集中在800 hPa以下，但是水汽輻合區(qū)往上表現(xiàn)出不連續(xù)的特征，輻合強(qiáng)度也較“10.6暴雨”弱。低層強(qiáng)烈水汽輻合與低層急流的水汽和能量的輸送是分不開的，而水汽輻合區(qū)垂直伸展的差異從前面TBB資料分析中也可以看出，主要是由于“10.6暴雨”對(duì)流云圖發(fā)展的強(qiáng)烈，伸展的高度高，促使水汽、熱量向高層輸送，促使強(qiáng)降雨的發(fā)生、發(fā)展，也使得此次過程降雨強(qiáng)度更強(qiáng)。

圖10給出3次過程中心區(qū)域(27～29°N,109～111°E)平均的逐6 h降雨、假相當(dāng)位溫、整層水汽通量及整層水汽通量散度隨時(shí)間的演變，從中可以看出，“10.6暴雨”(圖10a)過程中，最大降雨發(fā)生在2010年6月19日08—14時(shí)，整層水汽通量和整層水汽通量散度也在19日14時(shí)達(dá)到極值，與降雨極值出現(xiàn)在同一時(shí)段內(nèi)。從假相當(dāng)位溫的時(shí)空演變來看，在強(qiáng)降雨發(fā)生前期，整個(gè)低層大氣呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，中上層大氣則依然保持穩(wěn)定；至強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)，對(duì)流層低層假相當(dāng)位溫增加，大氣能量迅速聚集，假相當(dāng)位溫呈現(xiàn)上高下低，大氣不穩(wěn)定層明顯增厚，大氣呈現(xiàn)出高能高濕、強(qiáng)不穩(wěn)定狀態(tài)；在19日20時(shí)之后，降雨明顯減弱，低層假相當(dāng)位溫明顯減小，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定?！?2.6暴雨”(圖10b)和“15.6暴雨”(圖10c)兩次過程具有相似的特征，但又有所不同，這兩次過程中整層水汽通量和整層水汽通量散度達(dá)到極值并不是在同一時(shí)刻，在整層水汽通量達(dá)到最大值時(shí)整層水汽通量散度還在下降，而當(dāng)整層水汽通量散度下降到最小值時(shí)，整層水汽通量已從最大值開始減小，強(qiáng)降雨與整層水汽通量和整層水汽通量散度具有較好的相關(guān)性，但是強(qiáng)降雨最強(qiáng)時(shí)段并不與某一者極值相對(duì)應(yīng)，而發(fā)生整層水汽通量和整層水汽通量散度配合較好的時(shí)段內(nèi)；大氣不穩(wěn)定層結(jié)方面，“12.6暴雨”持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在降雨發(fā)生后整層大氣就表現(xiàn)出高能高濕、強(qiáng)不穩(wěn)定狀態(tài)，而降雨減弱后轉(zhuǎn)為下冷上暖的穩(wěn)定狀態(tài)，這與降雨減弱后低層仍然維持較強(qiáng)的偏南氣流，偏南氣流的暖濕輸送維持大氣的不穩(wěn)定狀態(tài)有關(guān)，而“15.6暴雨”與“10.6暴雨”表現(xiàn)出相似的特征。

圖9 850 hPa比濕(等值線)和水汽通量散度(陰影)疊加圖：a.2010年6月19日08時(shí)b.2012年6月26日02時(shí)c.2015年6月20日20時(shí)和對(duì)應(yīng)時(shí)次沿110°E比濕(等值線)和水汽通量散度(陰影)剖面圖Fig.9 Stacking graphs of 850 hPa Specific humidity (contour) and vapor flux divergence (shaded): a. 08∶00 June 19th 2010, b. 02∶00 June 26th 2012, c. 20∶00 20th June 2015. Profiles of specific humidity along 110°E (contour) and vapor flux divergence (shaded) in corresponding time

圖10 3次過程降雨中心區(qū)域(27～29°N，109～111°E)平均逐6 h降雨(實(shí)線，單位：mm)、假相當(dāng)位溫(陰影，單位：K)、整層水汽通量(虛線，單位：102 kg·m-2·s-1)及整層水汽通量散度(點(diǎn)線，單位：10-3 kg·m-2·s-1)隨時(shí)間的演變(a：“10.6暴雨”；b：“12.6暴雨”；c：“15.6暴雨”)Fig.10 Evolution of average precipitation (solid lines, units: mm), potential pseudo-equivalent temperature (shaded, units: K), whole layer vapor flux (dash, units: kg·m-2) and whole layer vapor flux divergence (dot, units: 10-3kg·m-2·s-1) by 6 hours of three processes' precipitation center area(a: June 2010;b:June 2012;c:June 2015)

5.2 動(dòng)力條件

對(duì)3次暴雨過程主要時(shí)段渦度和散度的垂直分布分析發(fā)現(xiàn)，“10.6暴雨”19日20時(shí)(圖11a)強(qiáng)降雨區(qū)(28～29°N)在低層有正渦度，900 hPa正渦度中心達(dá)18·10-5s-1，正渦度區(qū)向上伸展至300 hPa附近，以上轉(zhuǎn)為負(fù)渦度；而散度分布呈現(xiàn)相反特征，500 hPa以下為負(fù)散度區(qū)，900 hPa有一-7·10-5s-1負(fù)中心，在500～350 hPa為正散度區(qū)，300 hPa附近有一弱副散度層，250 hPa之上為一致正散度區(qū)?！?2.6暴雨”(圖11b)，“15.6暴雨”(圖11c)的渦散度垂直分布具有相似特征，暴雨區(qū)均維持低層正渦度、負(fù)散度和高層負(fù)渦度、正散度的耦合結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持，為暴雨區(qū)輸送水汽和能量。

圖11 沿110°E渦度(黑色)和散度(紅色)垂直剖面圖(a：2010年6月19日20時(shí)，b:2012年6月26日02時(shí)，c:2015年6月21日08時(shí))Fig.11 Vertical profiles of vorticity (black contour) and divergence (red contour) along 110°E(a. 20∶00 June 19th 2010, b. 02∶00 June 26th 2012, c. 08∶00 21th June 2015)

6 結(jié)論

對(duì)2010年、2012年、2015年6月發(fā)生在懷化的3次西南渦暴雨過程的實(shí)況及暴雨發(fā)生演變進(jìn)行診斷分析，得出如下結(jié)論：

①西南渦造成的暴雨降雨落區(qū)主要集中在低渦東南側(cè)及其東側(cè)伸展出來切變線附近，對(duì)于沿切變線東移的低渦過程，整個(gè)降雨過程中雨帶的分布與低渦的移動(dòng)路徑相一致。

②通過濾波發(fā)現(xiàn)，3次暴雨過程與中低層的中尺度系統(tǒng)關(guān)系密切，中尺度低渦或輻合中心與中尺度切變線是直接產(chǎn)生暴雨的系統(tǒng)，其發(fā)展演變、持續(xù)時(shí)間決定暴雨的落區(qū)和持續(xù)時(shí)間?！?2.6暴雨”過程有中尺度低渦或輻合中心在湖南西部穩(wěn)定少動(dòng)，致使懷化北部產(chǎn)生持續(xù)性強(qiáng)降雨，反映在衛(wèi)星云圖上就是在湖南西部不斷有中尺度云團(tuán)生成并向西移動(dòng)影響懷化北中部。而“10.6暴雨”和“15.6暴雨”中尺度系統(tǒng)持續(xù)相對(duì)較短，降雨持續(xù)時(shí)間也不長(zhǎng)。

③孟灣、南海是懷化暴雨的主要水汽源地，3次暴雨過程以孟灣水汽輸送為主，孟灣水汽通道的建立和低層西南急流帶來的大量水汽為暴雨的發(fā)展提供了有利條件。暴雨均發(fā)生在高溫高濕的不穩(wěn)定層結(jié)和強(qiáng)水汽輻合區(qū)域中，最強(qiáng)降雨是整層水汽輸送和輻合抬升共同作用的結(jié)果。

④ 3次過程主要降雨時(shí)段都是在低層正渦度、負(fù)散度和高層負(fù)渦度、正散度的高低空耦合結(jié)構(gòu)下，這種結(jié)構(gòu)有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持，為暴雨區(qū)輸送水汽和能量。