準(zhǔn)靜止鋒背景下的貴州兩次暴雨天氣過程對比分析*

肖艷林，池再香，嚴(yán) 銳，瞿中友，劉麗娟

(1.貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553000；2.山西省晉中市氣象局，山西 晉中 030600)

1 引言

貴州地處云貴高原斜坡上，地勢西高東低，夏季多雷雨、暴雨天氣，由于貴州為喀斯特地貌，局地暴雨、大暴雨極易引發(fā)滑坡、山洪、泥石流等次生災(zāi)害。貴州一般每年4月底—5月初進(jìn)入雨季，6—7月雨量最大，多暴雨天氣。貴州暴雨、大暴雨主要集中于夏季，其中季、月、旬中暴雨最集中的時段是6月[1]。國內(nèi)外許多學(xué)者對暴雨成因和暴雨預(yù)報技術(shù)等方面開展了大量研究，尤其是對江淮流域和華南華東暴雨關(guān)注多，對貴州暴雨關(guān)注較少，陳忠明等[2-7]指出，西風(fēng)槽、低渦、輻合線、切變線等是西南地區(qū)降水天氣的常見低值系統(tǒng)，低渦的維持和發(fā)展與西南低渦東部低空急流活動相關(guān)。不少學(xué)者把暴雨形成研究重點集中在低渦的貢獻(xiàn)上[8-11]。池再香等[12]通過對貴州省黔東南州近10 a夏季發(fā)生局地暴雨的各物理量場的特征、主要影響系統(tǒng)以及地形等綜合分析，表明黔東南局地暴雨與西太平洋副高變化有密切關(guān)系。云貴準(zhǔn)靜止鋒也是造成貴州暴雨的重要影響系統(tǒng)，壽紹文指出[13]，云貴準(zhǔn)靜止鋒鋒生是貴州暴雨發(fā)生發(fā)展的有利機(jī)制之一。楊洋等[14]研究表明，準(zhǔn)靜止鋒周圍的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)上升運(yùn)動呈現(xiàn)出東北—西南走向的帶狀分布，且其極大值位置與降水中心相對應(yīng)。杜正靜等[15]研究了滇黔準(zhǔn)靜止鋒背景下的貴州春季暴雨形成機(jī)制，得出準(zhǔn)靜止鋒與貴州春季暴雨關(guān)系密切。目前，滇黔準(zhǔn)靜止鋒影響貴州夏季暴雨的研究較少。貴州2014年6月9日凌晨發(fā)生在黔西南州興義市暴雨天氣過程，造成南盤江、泥凼兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)引發(fā)洪澇災(zāi)害，致6 092人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失519.5萬元；26日夜間暴雨天氣過程造成黔東南州黎平縣德順鄉(xiāng)因強(qiáng)降雨引發(fā)泥石流，致5戶民房被沖毀，2人受傷，2人被埋遇難，因此，本文針對以上兩次暴雨過程，從水汽條件和動力條件入手，分析其在云貴準(zhǔn)靜止鋒背景下發(fā)生的不同特征，建立貴州暴雨影響系統(tǒng)概念模型,找出垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)對暴雨天氣過程的貢獻(xiàn)，為貴州暴雨預(yù)報提供理論依據(jù)。

2 資料和方法

利用常規(guī)探空資料、地面觀測資料及NCEP1.0°×1.0°逐6 h再分析資料，其余物理量均由基本資料計算得出。

根據(jù)杜正靜等[16]研究云貴準(zhǔn)靜止鋒分型成果，2014年6月9日暴雨08時受位于滇東的Ⅱ型準(zhǔn)靜止鋒影響，26日暴雨08時受位于貴州東北部的Ⅳ型準(zhǔn)靜止鋒影響。

3 暴雨分布特征及其與云貴準(zhǔn)靜止鋒的關(guān)系

3.1 暴雨分布特征

由圖1a看出，9日暴雨過程有117個測站達(dá)到暴雨及以上量級，最大降水量出現(xiàn)在黔西南州冊亨縣的秧壩站(177.3 mm)；落區(qū)比較集中，主要集中在六盤水市南部、黔西南州和黔南州北部，呈團(tuán)狀分布。由圖1c看出，26日暴雨過程有230個測站達(dá)到暴雨及以上量級，最大降水量出現(xiàn)在黔東南州黎平縣城(156 mm)；暴雨范圍較9日暴雨偏大，且暴雨落區(qū)較為分散，主要集中在六盤水市南部、黔西南中南部、黔南州中部一線和黔東南州中部以南，呈自西向東帶狀分布。

從各代表站逐時雨量分布來看，9日暴雨主要集中在9日22時—10日04時(圖1b)，26日暴雨主要集中在26日19時—27日05時(圖1c)。兩次暴雨均出現(xiàn)45 mm/h以上的短時強(qiáng)降水。

總之，9日暴雨中心位于貴州西南部和中部，具有團(tuán)狀分布特征；26日暴雨中心位于貴州中部偏南且呈自西向東帶狀分布。兩次暴雨強(qiáng)度基本相同，但9日暴雨范圍比26日的偏小。

圖1 2014年6月9日08時—10日08時貴州降水量和準(zhǔn)靜止鋒20時位置(a)及代表站逐時降水分布(b)、26日08時—27日08時貴州降水量和準(zhǔn)靜止鋒20時位置(c)及各代表站逐時降水分布(d )(單位：mm)，圖a、c中的黑實線為20時準(zhǔn)靜止位置Fig.1 (a)Precipitation of Guizhou from 08∶00 BT 09 to 10 June 2014,(b) per hour precipitation of several representative station from 08∶00 BT 09 to 10 June 2014,(c) precipitation of Guizhou from 08∶00 BT 26 to 27 June 2014,(d) per hour precipitation of several representative station from 08∶00 BT 26 to 27 June 2014.(the black solid line in figure a and figure c is the position of Quasi stationary front at 20∶00)

3.2 暴雨分布與云貴準(zhǔn)靜止鋒的關(guān)系

由表1可知，9日08時，云貴準(zhǔn)靜止鋒位于滇黔之間(簡稱Ⅱ型準(zhǔn)靜止鋒)[16]，云南中西部受中心氣壓為1 000.5 hPa的熱低壓影響，貴州大部受冷高壓底部影響。14時熱低壓發(fā)展增強(qiáng)至貴州西南部，其中心強(qiáng)度為997.5 hPa，準(zhǔn)靜止鋒北抬。結(jié)合圖1a，20時準(zhǔn)靜止鋒增強(qiáng)東伸，在貴州境內(nèi)呈西北—東南向線(簡稱Ⅲ型準(zhǔn)靜止鋒)[16]。10日08時，靜止鋒北側(cè)冷空氣增強(qiáng)，熱低壓減弱南撤，準(zhǔn)靜止鋒轉(zhuǎn)豎并向西移至滇黔之間。由表1看出，26日08時，貴州大部受地面熱低壓控制，熱低壓中心位于貴州中南部，中心氣壓為1 004 hPa，此時準(zhǔn)靜止鋒位于貴州東北部且呈準(zhǔn)東西走向(簡稱Ⅳ型準(zhǔn)靜止鋒)[16]，14時冷空氣從正北方向南下補(bǔ)充影響貴州，熱低壓向南壓至貴州西南部，其中心強(qiáng)度為1 002 hPa；20時，熱低壓西退至滇中，結(jié)合圖1c，原位于貴州東北部的準(zhǔn)靜止鋒活躍增強(qiáng)，在貴州呈準(zhǔn)自西向東向分布(簡稱Ⅲ型準(zhǔn)靜止鋒)[16]。兩次暴雨的影響環(huán)流類型均為兩槽一脊型，冷空氣影響路徑均為正北方向，且對流開始時間與云貴準(zhǔn)靜止鋒西進(jìn)時間較一致。

綜上所述，影響兩次暴雨的準(zhǔn)靜止鋒均在20時呈準(zhǔn)東西走向的Ⅲ型云貴準(zhǔn)靜止鋒，9日暴雨的準(zhǔn)靜止鋒位于威寧東部—貴陽南部—黔東南黎平一線，呈西北—東南向分布；26日暴雨的準(zhǔn)靜止鋒位于威寧南部—貴陽南部—黔東南天柱一線，呈西北—東向分布。結(jié)合暴雨落區(qū)，兩次暴雨均集中分布在準(zhǔn)靜止鋒附近及其偏南一側(cè)，跨越緯度約為1°。

表1 兩次靜止鋒背景下暴雨過程特征統(tǒng)計Tab.1 the characteristics statistics of two torrential rain process in the background of stationary fronts

3.3 影響系統(tǒng)概念模型

兩次暴雨過程均為東亞大槽穩(wěn)定維持，中低緯度多高原槽東移、低空切變、冷空氣和云貴靜止鋒共同影響的結(jié)果。

9日08時,200 hPa高空急流入口區(qū)位于河套以西，出口區(qū)位于我國黃淮地區(qū)。500 hPa東亞中高緯度地區(qū)有兩槽一脊，東北低渦穩(wěn)定少動，這種配置有利于準(zhǔn)靜止鋒北側(cè)冷空氣維持，從河套到貝加爾湖一帶為高壓脊控制，低緯地區(qū)多波動；20時前后(圖2a)，四川盆地到河套一帶均受高空槽影響，且溫度槽與高度槽呈等位相，但溫度槽振幅大于高度槽，有利于高度槽的發(fā)展。700 hPa東北地區(qū)低渦切變延伸至江蘇以東地區(qū)，湖南東北部受低渦影響，四川盆地東南側(cè)有切變，且切變位置超前于槽的位置；20時(圖2a)切變位置與高空槽的位置幾乎重合，并東移影響貴州西部—東北部，有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣，在滇西北—滇東南有切變維持；在整個降水時段內(nèi)，中低層水汽主要來源于切變線南側(cè)的孟加拉灣。850 hPa貴州北部在08—14時有風(fēng)向切變，切變線20時南壓到貴州南部邊緣(圖2a)。隨著影響系統(tǒng)的南下減弱，10日08時降水趨于結(jié)束。

26日08時，200 hPa高空急流入口區(qū)位于河套以西，出口區(qū)位于山東半島以東。500 hPa東亞中高緯度地區(qū)呈兩槽一脊型，并在貝加爾湖以西出現(xiàn)阻塞高壓，東亞大槽穩(wěn)定發(fā)展，有利于準(zhǔn)靜止鋒北側(cè)冷空氣發(fā)展，河套以東到川東有高原槽，滇東有南支槽，副熱帶高壓主體(588線)位于華南；20時(圖2b)東亞大槽穩(wěn)定維持，高原槽和南支槽維持， 588線北抬至貴州南部邊緣；27日08時，東北地區(qū)有低渦存在，貴州西南部受南支槽影響，588線維持在貴州南部邊緣。700 hPa的低渦位于江蘇一帶，低渦切變線伸至川中；20時(圖2b)切變線西段南壓至貴州北部；27日08時，切變線南壓至貴州東南部。850 hPa的切變線位于河南南部—湖南北部—貴州北部一線，切變線西段20時南壓到貴州南部， 27日08時該切變線維持在貴州南部邊緣。中低層水汽主要來源于切變線南側(cè)的孟加拉灣和北部灣。

圖2 2014年 6月9日20時(a)和26日20時(b)暴雨過程影響系統(tǒng)模型Fig.2 (a)System configuration of torrential rain Process at 20∶00 9 June 2014.(b) System configuration of torrential rain Process at 20∶00 26 June 2014

4 暴雨產(chǎn)生的基本條件

4.1 水汽條件

暴雨區(qū)的中低層水汽需達(dá)到飽和，源源不斷的水汽供應(yīng)是暴雨形成的必要條件。陶祖鈺[17]研究指出，暴雨的產(chǎn)生必須滿足充足的水汽和快速凝結(jié)這兩個基本條件，而凝結(jié)的快慢決定于上升速度的大小。

由9日暴雨和26日暴雨過程中不同時刻的850 hPa和700 hPa比濕場(圖略)可知，9日08時，700 hPa貴州西南部比濕達(dá)11 g/kg，850 hPa的濕舌由貴州西南部伸至貴州中部，比濕為15 g/kg；14時, 700 hPa的濕舌在川中，貴州西南部比濕為10 g/kg,850 hPa貴州西南部比濕維持15 g/kg以上；20時，700 hPa貴州西南部比濕增大到12 g/kg,850 hPa比濕亦增大到17 g/kg，水汽明顯增加；10日02時，貴州西南部上空700 hPa和850 hPa的比濕維持；10日08時，貴州西南部700 hPa比濕降為11 g/kg，850 hPa比濕降為14k/kg，850 hPa的比濕明顯減小，這與強(qiáng)降水變化基本一致。26日08時，貴州西南部上空700 hPa比濕為12 g/kg，850 hPa比濕為15 g/kg以上；14時，比濕少變； 20時，700 hPa比濕維持少變，850 hPa比濕增大到17 g/kg以上， 850 hPa水汽明顯增加；27日02時，700 hPa比濕降為11 g/kg，850 hPa比濕降為14k/kg，850 hPa比濕明顯減小；08時，700 hPa和850 hPa的比濕維持少變，這與強(qiáng)降水變化基本一致。

由9日20時風(fēng)場及水汽通量散度看出(圖3a)，9日暴雨水汽是由孟加拉灣經(jīng)云南到達(dá)貴州北部的西南氣流輸送；26日暴雨由兩支水汽帶輸送 (圖3b)：一支為孟加拉灣經(jīng)云南到達(dá)貴州北部的偏西氣流，另一支是由副高外圍從北部灣經(jīng)廣西到貴州東南部的西南氣流。由圖3a還可以看出，9日暴雨天氣過程，四川東南部700 hPa有明顯的氣旋式渦旋，而26日暴雨天氣過程是受梅雨鋒西段切變線的影響(圖3b)。在9日暴雨發(fā)生時, 貴州700 hPa風(fēng)速較小，而廣東—廣西風(fēng)速較大，有利于水汽在貴州中部以西南地區(qū)集聚，故9日暴雨落區(qū)呈團(tuán)狀分布；在26日暴雨發(fā)生時， 貴州700 hPa中部以北風(fēng)速較小，中部以南風(fēng)速較大，有利于水汽集聚在貴州中部呈東西帶狀分布，故26日暴雨落區(qū)呈帶狀分布。兩次暴雨過程中，貴州西南部均為水汽通量輻合區(qū)，但9日的輻合區(qū)比26日的偏大，這與風(fēng)場的分布有極大的關(guān)系。

圖3 2014年6月9日20時(a)、26日20時(b)700 hPa風(fēng)場及水汽通量散度疊加(陰影區(qū)為水汽通量散度，單位為10-7g/cm2)Fig.3 (a) 700 hPa wind and divergence of water vapor flux at 20∶00 09 June 2014 (b) 700 hPa wind and divergence of water vapor flux at 20∶00 26 June 2014 The shaded area is the divergence of water vapor flux；Unite: 10-7g/cm2

4.2 動力條件

4.2.1 流場及速度場 由圖4(a)看出，9日20時，暴雨區(qū)東部為深厚的反氣旋環(huán)流影響,貴州西南部位于東南氣流與西南氣流交匯處，且匯合面呈前傾結(jié)構(gòu)，有利于產(chǎn)生對流性短時強(qiáng)降水。10日08時(圖略)，貴州西南部垂直方向上轉(zhuǎn)為反氣旋環(huán)流前部東北氣流控制，不利于水汽輸送，表明降水減弱。結(jié)合圖4(c)，貴州西南部(105°E)上升運(yùn)動較弱，垂直上升運(yùn)動伸展到300 hPa，從地面到500 hPa均為上升運(yùn)動大值區(qū)，其中心值(-0.7 Pa/s)在700～650 hPa之間；貴州南部(105 ～107°E)700 hPa層以下轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動，700～500 hPa為上升運(yùn)動，其中心值為-0.8 Pa/s。

從圖4(b)看出，26日20時，貴州西南部(105°E)上空為氣旋環(huán)流控制，且位于西南氣流與副熱帶高壓外圍偏南氣流的交匯處，且匯合面呈前傾結(jié)構(gòu)，有利于產(chǎn)生對流性的短時強(qiáng)降水。27日08時(圖略)，氣旋中心移至109°E，氣旋環(huán)流沿副熱帶高壓外圍移動，隨著氣流交匯減弱，降水隨之減弱。結(jié)合圖4(d)，貴州西南部(105°E)200 hPa以下均為垂直上升運(yùn)動，其中心值(-0.4 Pa/s)在780～620 hPa之間，上升運(yùn)動較弱；另一個上升運(yùn)動中心位于貴州東南部(107°E)，且上升運(yùn)動極強(qiáng)，其中心值達(dá)-1.1 Pa/s，與降水大值區(qū)有較好的對應(yīng)。27日02時(圖略)，原位于西南部的垂直上升運(yùn)動中心強(qiáng)度加強(qiáng)為-1.0Pa/s；位于東南部的上升運(yùn)動中心分裂為兩個， 一個為位于300～400 hPa的-1.2 Pa/s，另一個為800 hPa 附近的-0.4 Pa/s，中心強(qiáng)度弱，500 hPa以下幾乎為下沉運(yùn)動，貴州南部的降水隨之減弱。

圖4 2014年6月9日20時(a)和26日20時(b)沿25°N的100～115°E流場垂直剖面以及9日20時(c)和26日20時(d)沿25°N的100～115°E垂直速度剖面(陰影區(qū)為地形，垂直速度單位：Pa/s)Fig.4 (a) vertical cross-section of stream field at 20∶00 BT 09 June 2014 along 25°N (b) vertical cross-section of stream field at 20∶00 BT 26 June 2014 along 25°N (c) vertical cross-section of velocity at 20∶00 BT 09 June 2014 along 25°N (d) vertical cross-section of velocity at 20∶00 BT 26 June 2014 along 25°N The shaded area is terrain, Unite of vertical cross-section of velocity: Pa·s-1

綜上所述， 9日暴雨發(fā)生在高壓底部東南氣流與偏西氣流交匯處，暴雨落區(qū)與垂直上升中心有較好的對應(yīng)關(guān)系；26日暴雨發(fā)生在低渦前部偏西南氣流與偏南氣流的交匯處，且存在兩個垂直運(yùn)動中心，一個位于貴州西南部，另一個位于貴州東南部，暴雨落區(qū)與兩個垂直運(yùn)動中心有較好的對應(yīng)關(guān)系。由此可見，暴雨落區(qū)與垂直運(yùn)動中心位置、范圍大小和強(qiáng)度有密切關(guān)系。

4.2.2 散度場 由散度場垂直剖面(圖5a)看出，9日20時，貴州西南部600 hPa以下均為輻合區(qū)，輻合中心強(qiáng)度達(dá)-12 s-1；600～200 hPa為輻散區(qū)，輻散中心在450 hPa、300 hPa附近，中心強(qiáng)度分別為3 s-1、6 s-1；200～100 hPa為輻合區(qū)，其中心強(qiáng)度達(dá)-9 s-1，貴州西南部由低層到高層呈輻合(近地面～600 hPa)—輻散(600～200 hPa)—輻合(200～100 hPa)分布狀態(tài)。10日08時(圖5b)，低層600 hPa及以下輻合中心強(qiáng)度為-6 s-1，較9日20時明顯減弱；600～200 hPa輻散區(qū)中心強(qiáng)度增強(qiáng)為8 s-1，較9日20時明顯增強(qiáng)；200～100 hPa輻合區(qū)的中心強(qiáng)度為-8 s-1，較9日20時略有減弱。

由圖5c看出，26日20時，貴州700 hPa以下為輻合區(qū)，中心強(qiáng)度(-10 s-1)位于西南部；700～350 hPa為輻散區(qū)，輻散中心位于400 hPa，其中心強(qiáng)度(8 s～1)在西南部；350～100 hPa為輻合區(qū)，輻合中心位于300 hPa，其中心強(qiáng)度(-8 s-1)在西南部。故，西南部上空呈現(xiàn)出低層輻合(近地面～700 hPa)—中層輻散(700～350 hPa)—高層輻合(350～100 hPa)的結(jié)構(gòu)，但東部地區(qū)沒有明顯的低層輻合、高層輻散配置。27日08時(圖5d)，貴州西南部的輻合區(qū)明顯向東延伸，從108°E延伸至115°E，貴州中部以南地區(qū)300 hPa以下均為輻合區(qū)，但近500 hPa以下輻合較弱，輻合中心強(qiáng)度只有-5 s～1，而在400 hPa有較強(qiáng)輻合中心，輻合中心達(dá)-10 s～1；300～100 hPa均為輻散區(qū)，其中心強(qiáng)度(25 s～1)位于200 hPa處。因此，26日夜間強(qiáng)降水主要集中在西南部，27日08時貴州西南部降水減弱，東南部降水增強(qiáng)，與輻合輻散的配置相吻合。

由此可見，輻合輻散配置對貴州暴雨落區(qū)及其強(qiáng)度中心具有較好的指示意義。

圖5 2014年6月9日20時(a)、10日08時(b)、26日20時(c)、27日08時(d)沿25°N的100～115°E散度垂直剖面 (陰影區(qū)為地形，單位：10～5s～1) Fig.5 (a)vertical cross-section of divergence at 20∶00 09 June 2014 along 25°N (b)vertical cross-section of divergence at 08∶00 10 June 2014 along 25°N (c) vertical cross-section of divergence at 20∶00 26 June 2014 along 25°N (d) vertical cross-section of divergence at 08∶00 27 June 2014 along 25°N The shaded area is terrain,unite: 10～5s～1

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

①9日暴雨落區(qū)受Ⅱ型準(zhǔn)靜止鋒影響，暴雨主要集中在貴州六盤水市南部、黔西南州和黔南州北部，降水時段比較集中，暴雨落區(qū)具有團(tuán)狀分布特征；26日暴雨受Ⅳ型準(zhǔn)靜止鋒影響，暴雨主要集中在六盤水市南部、黔西南中南部、黔南州中部一線和黔東南州中部以南，降水時段偏長，暴雨落區(qū)呈東西帶狀分布。兩次暴雨發(fā)生時的20時準(zhǔn)靜止鋒均轉(zhuǎn)為Ⅲ型云貴準(zhǔn)靜止鋒，結(jié)合暴雨落區(qū)來看，暴雨集中分布在20時的準(zhǔn)靜止鋒附近及其偏南一側(cè)，跨越緯度約1°。

②9日暴雨的水汽是由孟加拉灣經(jīng)云南到達(dá)貴州北部的西南氣流輸送，26日暴雨的水汽分別由孟加拉灣經(jīng)云南到達(dá)貴州北部的偏西氣流和副高外圍從北部灣經(jīng)廣西到貴州東南部的西南氣流輸送。9日暴雨發(fā)生時, 貴州700 hPa風(fēng)速較小，而廣東—廣西風(fēng)速較大，有利于水汽在貴州中部以西南地區(qū)集聚，故9日暴雨落區(qū)呈團(tuán)狀分布；26日暴雨發(fā)生時， 700 hPa貴州中部以北風(fēng)速較小、中部以南風(fēng)速較大，有利于水汽集聚在貴州中部呈東西帶狀分布，故26日暴雨落區(qū)呈帶狀分布。

③9日暴雨天氣過程只有一個垂直運(yùn)動大值中心，26日暴雨天氣過程有兩個垂直運(yùn)動大值中心，暴雨落區(qū)與垂直運(yùn)動大值中心有較好的對應(yīng)關(guān)系。9日暴雨落區(qū)主要出現(xiàn)在貴州西南部，而26日暴雨落區(qū)分別出現(xiàn)在貴州西南部和貴州東南部，且暴雨天氣與低層輻合—中高層輻散—高層輻合的配置密切相關(guān)。

5.2 討論

貴州地形復(fù)雜，暴雨發(fā)生的落區(qū)預(yù)報十分困難。9日和26日的暴雨天氣過程，均表現(xiàn)為在20時為Ⅲ 型靜止鋒，杜正靜[18]等研究表明,除每年的7月外，每個月均有準(zhǔn)靜止鋒存在，Ⅲ型準(zhǔn)靜止鋒對5月、6月和8月云貴地區(qū)暴雨有重要影響。本文只分析了6月兩次靜止鋒背景下發(fā)生的暴雨天氣過程，不能完全代表準(zhǔn)靜止鋒影響下的貴州夏季暴雨特征。因此，分析靜止鋒影響下的貴州暴雨天氣特征及其建立預(yù)報模型還有待進(jìn)一步選取更多的典型個例、應(yīng)用更多的精細(xì)化觀測資料進(jìn)行研究。