2018年6月貴州一次持續(xù)性降水天氣過程分析

謝智沛,吳曲琳,閔 怡,莫新梅,劉 飛

(貴州省惠水縣氣象局，貴州 惠水 550600)

0 引言

暴雨是對貴州民生經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重危害的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。貴州省的暴雨過程常常具有大范圍或成片發(fā)生、降水時(shí)間集中，即雨強(qiáng)大，降水總量大等特點(diǎn)，極易引起洪澇及山洪暴發(fā)導(dǎo)致的次生災(zāi)害。

每年夏季在西太平洋副熱帶高壓的影響下，來自北方的冷空氣與來自孟加拉灣、南海和熱帶西太平洋的暖濕水汽在長江流域交匯，使得長江中下游易在6、7月份發(fā)生持續(xù)性暴雨，造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害[1]。黃榮輝等[1]在對影響長江流域持續(xù)性降水因子的研究中指出，長江流域發(fā)生持續(xù)性暴雨時(shí)，北方有弱冷空氣在頻繁的活動，并會持續(xù)不斷地輸送到南方。穩(wěn)定存在的環(huán)流形勢場是造成持續(xù)性大范圍降水天氣過程的有利條件[2]，500 hPa的環(huán)流形勢是分析天氣過程的主要對象[3]，因?yàn)樵陂L江流域發(fā)生持續(xù)性降水天氣時(shí)500 hPa中高緯地區(qū)大尺度穩(wěn)定持續(xù)的槽脊環(huán)流場會為長江流域提供降水所需的冷空氣。鄭仙照等[4]利用中尺度數(shù)值模式輸出結(jié)果對不穩(wěn)定能量的分析結(jié)果表明,位勢不穩(wěn)定能量的釋放是導(dǎo)致暴雨發(fā)生發(fā)展的機(jī)制之一。

近年來專家學(xué)者對貴州降水天氣過程的研究有了很大的進(jìn)展并取得了不少研究成果，從降水影響系統(tǒng)、中尺度特征、降水空間分布以及El-Nio事件與降水關(guān)系的影響等方面揭示了貴州的降水特征。如羅喜平[5]等對青藏高原冬季多雪年、少雪年與貴州6月降水關(guān)系的研究中表明，青藏高原冬季多雪年時(shí)，貴州6月降水偏少；反之青藏高原冬季少雪年時(shí)，貴州6月降水則偏多。辜旭贊等[6]通過對降水發(fā)生的水汽場及對中尺度特征的模擬研究結(jié)果表明，在低空切變線和小尺度雨團(tuán)以高空槽前上升運(yùn)動為背景場時(shí)，這一配置能有效誘發(fā)降水天氣的發(fā)生。伍紅雨[7]等在貴州夏季降水的環(huán)流特征分析中指出，貴州多、少雨年夏季環(huán)流有明顯的不同特征，多雨年時(shí)南壓高壓偏強(qiáng)，貴州受西南季風(fēng)影響大，且西太副高脊線偏南偏西；少雨年時(shí)，西太副高脊線常較常年明顯偏北，其他環(huán)流特征與多雨年相反。王芬[8]等在將貴州夏季月降水資料和前期北太平洋海溫資料兩者進(jìn)行SVD分析的結(jié)果表明，貴州降水偏多年與El-Nio事件關(guān)系不密切，但貴州降水偏少年與La-Nia事件關(guān)系密切。吳哲紅[9]等通過對貴州暴雨的數(shù)值模擬得出貴州降水與西南渦、中層中尺度系統(tǒng)東移發(fā)展加強(qiáng)密切相關(guān)。嚴(yán)小冬[10]等利用正交函數(shù)(EOF分解)的方法對貴州月、季降水特征根和特征向量統(tǒng)計(jì)分析得出，貴州降水的空間分布特點(diǎn)為東部多于西部、南部多于北部。

本文利用常規(guī)氣象降水觀測資料和再分析資料對2018年6月20—24日貴州的連續(xù)性降水期間的環(huán)流形勢、水汽條件及動力條件進(jìn)行綜合分析，以探究此次降水天氣持續(xù)時(shí)間長，影響范圍廣的原因。

1 資料說明

選用常規(guī)氣象降水觀測資料及NCAR提供的每6 h一次，垂直方向1 000～100 hPa共31層等壓面的高度場(H)、溫度場(T)、風(fēng)場(u、v)及相對濕度場(RH)，垂直方向1 000～100 hPa共21層等壓面的垂直速度場(ω)，水平空間分辨率為1°×1°的全球格點(diǎn)逐日再分析資料。通過高度場、距平場、相對濕度場、水汽通量、垂直速度、散度場、K指數(shù)等影響機(jī)制分析研究造成2018年6月20—24日貴州持續(xù)性降水天氣過程的原因。

2 降水實(shí)況

圖1是2018年6月20日08時(shí)—24日08時(shí)貴州省的降水實(shí)況分布圖。從圖中可看出在6月20—24日，貴州省出現(xiàn)持續(xù)性的大范圍強(qiáng)降水天氣過程。強(qiáng)降水落區(qū)主要位于貴州省畢節(jié)中部、安順北部和南部、黔南州西部和東南部以及黔西南州的西南部和東北部。6月20日08時(shí)—24日08時(shí)貴州省的84個(gè)國家站中，有5站降水量≥200 mm、20站降水量≥100 mm、33站降水量≥50 mm，其中麻江站20—24日累計(jì)降水量達(dá)325.4 mm，為全省最多。

圖1 2018年6月20日08時(shí)—24日08時(shí)貴州省降水量分布圖(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation in Guizhou from 08∶00 BT 20 June 2018 to 08∶00 BT 24 June 2018(unit:mm)

3 形勢場分析

3.1 大尺度環(huán)流背景

南壓高壓(圖2a)中心強(qiáng)度為16 800 gpm，高壓呈東西向帶狀分布并大范圍控制中國淮河以南的地區(qū)，高壓中心一直維持在90°E青藏高原上空，高壓脊線穩(wěn)定在27°N附近。貴州處在南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于降水的發(fā)生。亞歐大陸中高緯地區(qū)(圖2b)呈現(xiàn)出兩槽一脊的穩(wěn)定環(huán)流形勢。從日本海北部的低壓中心延伸出一條沿海大槽南至東海附近，位于里海東北側(cè)有一中心強(qiáng)度為5 520 gpm的閉合低壓中心，高壓脊位于貝加爾湖西側(cè)。北方冷空氣不斷沿高壓脊前南下至中國南部。西太平洋副熱帶高壓呈東西向帶狀分布位于中國南海東側(cè)，在南方建立了一條明顯的西南暖濕水汽通道，副高邊緣的偏南氣流向南方持續(xù)不斷地輸送暖濕水汽。低空西南氣流(圖2c)向南方源源不斷的輸送暖濕水汽，切變線穩(wěn)定位于浙江中部至貴州北部。降水一般發(fā)生在江淮切變線右側(cè)[11]，與圖1強(qiáng)降水中心位置相吻合。

圖2 2018年6月20—24日100 hPa平均位勢高度(a)、500 hPa平均位勢高度(b)和850 hPa平均位勢高度(c)分布(陰影區(qū)代表海拔大于3 000 m，矢量箭頭代表風(fēng)向，單位：gpm)Fig.2 100 hPa average potential height(a)、500 hPa average potential height(b)、850 hPa average potential height(c)during June 20-24 2018(Shaded areas represent altitudes greater than 3000m, and vector arrows represent wind directions, unit:gpm)

3.2 高低空急流

在80°～140°E、31°～50°N范圍有明顯的高空急流區(qū)(圖3a)，急流區(qū)呈東西向帶狀分布，急流中心風(fēng)速為50 m/s。由圖3b看出，低空急流分布較寬，且呈東北—西南向帶狀分布，急流中心風(fēng)速為20 m/s，且急流兩側(cè)具有明顯的風(fēng)切變。低空急流從阿拉伯海途經(jīng)孟加拉灣輸送充足的西南暖濕水汽到貴州上空。貴州位于高空急流的右側(cè)、低空急流的左側(cè)，高低空形成次級環(huán)流，低空輻合、高空輻散的配置，為貴州2018年6月20—24日強(qiáng)降水創(chuàng)造了有利條件。

4 物理量場分析

4.1 水汽條件

降水的產(chǎn)生往往對當(dāng)?shù)氐乃麠l件有較高的要求。從850 hPa相對濕度場中可以看出(圖4a)，貴州在6月20—24日均處于相對濕度>80%的濕區(qū)中，水汽條件良好。從圖4b中可看出，水汽通量散度負(fù)值區(qū)呈東北西南向帶狀分布在貴州，說明在此處有較強(qiáng)的水汽產(chǎn)生輻合。此外，850 hPa上低空暖濕氣流不斷輸送到貴州，使得貴州一直處在飽和濕區(qū)內(nèi)，同時(shí)水汽通量輻合區(qū)的北側(cè)有切變線，南側(cè)有低空急流，對此次持續(xù)性強(qiáng)降水過程來說是有利的形勢場配置；而100 hPa上貴州位于南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于低層水汽輻合上升凝結(jié)成雨。

4.2 動力條件

由圖5a看出，200 hPa上貴州大部地區(qū)位于正散度值區(qū)中，存在下沉運(yùn)動。由圖5b看出，850 hPa上貴州處在等值線強(qiáng)度為-0.5 s-1的負(fù)散度區(qū)中，存在較強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動。貴州上空高層輻散、低層輻合的形勢配置為此次降水提供了有利的上升運(yùn)動條件。由圖 5c看出，貴州處在垂直運(yùn)動負(fù)值區(qū)中，存在上升運(yùn)動，且貴州南部略偏東處的垂直速度閉合中心強(qiáng)度為-0.2 Pa·s-1，垂直運(yùn)動上升較強(qiáng)，與圖4a中相對濕度飽和區(qū)和圖4b中水汽通量輻合區(qū)位置相對應(yīng)。

由此可見，6月20—24日，貴州具有的良好水汽和動力條件是導(dǎo)致此次持續(xù)性降水天氣過程發(fā)展的重要原因，并在貴州南部略偏東處出現(xiàn)強(qiáng)降水(見圖1)。

圖3 2018年6月20—24日200 hPa平均流場(a)和850 hPa平均流場(b)分布(圖a陰影區(qū)表示平均風(fēng)速≥20 m/s，圖b陰影區(qū)表示平均風(fēng)速≥9 m/s，單位：m/s)Fig.3 200 hPa average flow field(a)and 850 hPa average flow field(b)during June 20—24 2018(The shaded area in Fig.a represents the average wind speed ≥20 m/s, and the shaded area in Fig. b represents the average wind speed≥9 m/s, unit:m/s)

圖4 2018年6月20—24日850 hPa相對濕度(a)、水汽通量散度(b)分布(單位：%,g·cm-2· hPa-1·s-1，矢量箭頭代表風(fēng)向)Fig.4 850 hPa relative humidity(a)and water vapor flux divergence(b)during June 20-24 2018(unit: %, g·cm-2· hPa-1·s-1，vector arrows represent the wind direction)

圖5 2018年6月20—24日200 hPa散度(a)、850 hPa散度(b)及垂直速度(c)分布(單位：Pa·s-1， s-1，圖b虛線表示散度為負(fù))Fig.5 200 hPa divergence(a)、850 hPa divergence(b)and vertical velocity(c)during June 20-24 2018(unit: Pa·s-1,s-1, Fig.b indicates the divergence is negative)

4.3 K指數(shù)

由850 hPa K指數(shù)分布圖看出(圖略)，6月20—24日，貴州處在K>38 ℃的南北向狹長帶狀分布的控制范圍內(nèi)，為明顯的層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)，有強(qiáng)的不穩(wěn)定度，為降水提供了有利的不穩(wěn)定條件。與相對濕度飽和區(qū)、水汽通量輻合區(qū)、垂直速度負(fù)值區(qū)以及高層輻散低層輻合的散度區(qū)均相對應(yīng)，有利于此次貴州持續(xù)性強(qiáng)降水天氣過程的發(fā)生。

5 結(jié)論與討論

①100 hPa高度場上，南壓高壓大范圍控制中國淮河以南的地區(qū)，貴州處在南壓高壓前部的高層輻散、低層輻合氣流中，有利于降水的發(fā)生。500 hPa高度場上，亞歐大陸中高緯地區(qū)兩槽一脊的穩(wěn)定環(huán)流形勢使得北方冷空氣不斷沿高壓脊前南下至中國南方。西太平洋副熱帶高壓呈東西向帶狀分布在中國南海東側(cè)，在中國南方建立了一條明顯的西南暖濕水汽通道。

②低空急流將來自孟加拉灣的暖濕水汽持續(xù)輸送到貴州，使得貴州一直處在相對濕度>80%的飽和濕區(qū)里且有較強(qiáng)的水汽產(chǎn)生輻合。切變線位于低空急流左側(cè)，風(fēng)切變加強(qiáng)了低層的輻合上升運(yùn)動。良好的水汽條件和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動是造成這次降水天氣過程的有利機(jī)制。

③在2018年6月20—24日持續(xù)降水過程中，貴州一直處在層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)中(K>38 ℃)，有較強(qiáng)的不穩(wěn)定度，不穩(wěn)定能量與水汽、動力條件相結(jié)合，有益于降水天氣過程的發(fā)生。