貴州一次連續(xù)暴雨的低值系統(tǒng)及濕位渦分析

趙 杰，唐紅忠，周文鈺

(1.黔南州氣象局，貴州 都勻 558000；2.貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

連續(xù)暴雨由于降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，容易造成比較嚴(yán)重的災(zāi)害，貴州地處青藏高原東南側(cè)，易受高原槽以及西南渦的影響，加之地形[1-3]的影響，使得貴州地區(qū)容易出現(xiàn)局地暴雨天氣，連續(xù)暴雨也不少見(jiàn)，同時(shí)貴州山區(qū)地表土層薄，地質(zhì)環(huán)境脆弱[4]，更容易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，因此有必要對(duì)(連續(xù))暴雨進(jìn)行研究。因?yàn)榈匦螐?fù)雜，使得貴州暴雨預(yù)報(bào)難度較大，針對(duì)貴州暴雨，不同的學(xué)者分別研究了西南低渦[5]、臺(tái)風(fēng)倒槽[6]、南支槽[7，8]、低空急流[9]以及靜止鋒[10]對(duì)貴州暴雨的影響，針對(duì)貴州的連續(xù)暴雨也有一定的研究[11-13]。

2017年6月22日到7月1日(下稱(chēng)6月末)貴州區(qū)域出現(xiàn)了一次連續(xù)性暴雨，此次暴雨過(guò)程造成了滑坡、洪澇等災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。本文利用自動(dòng)站資料、NCEP再分析資料(2.5°×2.5°)以及歐洲中心的再分析資料(0.25°×0.25°)，對(duì)此次連續(xù)暴雨的環(huán)流背景、冷空氣以及物理量進(jìn)行了分析，并對(duì)低值系統(tǒng)的演變、濕位渦進(jìn)行了研究，以期對(duì)今后貴州連續(xù)暴雨預(yù)報(bào)提供一定的參考價(jià)值。

1 實(shí)況

2017年6月末貴州出現(xiàn)了連續(xù)暴雨*，從6月22日到7月2日全省均出現(xiàn)了不同程度暴雨。降水統(tǒng)計(jì)為前一天20時(shí)至當(dāng)天20時(shí)的降水，即氣象上常用的20時(shí)～20時(shí)降水。從表1可知，除了6月26～28日以及7月2日出現(xiàn)了局地性暴雨，其余時(shí)間均出現(xiàn)大范圍的暴雨。6月22～24日暴雨主要出現(xiàn)在貴州中部、北部地區(qū)，全省50 mm以上站數(shù)每日均達(dá)400站以上，最大降水量為6月24日印江縣新寨215.8 mm；6月25日貴州中部以南地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，最大降水量為冊(cè)亨縣乃言145.0 mm；6月26～28日降水主要出現(xiàn)在貴州南部地區(qū)，降水范圍明顯減小，降水強(qiáng)度明顯減弱；6月29日降水范圍擴(kuò)大，強(qiáng)度加強(qiáng)，全省出現(xiàn)了408站暴雨，主要出現(xiàn)在貴州中部以南以東的區(qū)域，最大降水量為劍河縣基立220.9 mm；6月30日降水主要出現(xiàn)在貴州中部一線，全省共有725站達(dá)暴雨量級(jí)，最大雨量為丹寨縣烏地206.2 mm；7月1日落區(qū)南移，降水主要位于貴州南部地區(qū)，強(qiáng)度有所減弱，最大雨量為錦屏縣敦寨152.2 mm；到7月2日降水趨于結(jié)束，僅在貴州西部、北部地區(qū)出現(xiàn)6站暴雨。

表1 2017年6月末降水情況(20時(shí)～20時(shí))

2 環(huán)流特征

用588dagpm線來(lái)表示西太平洋副熱帶高壓(下簡(jiǎn)稱(chēng)“副高”)的位置，分別計(jì)算出2017年6月末以及近10年來(lái)同期的588位勢(shì)十米線平均位置。得到其分布(圖1a)，從圖來(lái)看，2017年6月末副高較多年平均偏強(qiáng)，副高西伸脊點(diǎn)比多年平均更偏西，貴州位于副高西北側(cè)，在對(duì)流層低層副高西北側(cè)空氣比較暖濕[14]，副高西側(cè)偏南氣流輸送水汽影響貴州，有利于貴州區(qū)域降水偏多。從2017年高度距平場(chǎng)(圖1b)可以看出，整個(gè)歐洲大陸與貝加爾湖地區(qū)為明顯的正距平，烏拉爾山以東地區(qū)以及東亞沿海地區(qū)為負(fù)距平，對(duì)應(yīng)500 hPa平均高度場(chǎng)(圖略)，在貝加爾湖附近為明顯的脊區(qū)，鄂霍茨克至黃河中下游一帶為槽區(qū)，表明貝加爾湖附近脊、鄂霍茨克至黃河中下游槽的強(qiáng)度比近10年平均偏強(qiáng)，槽后脊前偏北風(fēng)強(qiáng)于往年，容易引導(dǎo)地面冷空氣南下影響貴州，與副高西側(cè)暖濕空氣交匯，為貴州連續(xù)性暴雨提供有利的環(huán)流形勢(shì)。

圖1 2007～2016年(虛線)6月末、2017年(實(shí)線)6月末500 hPa上588 dagpm線平均位置(a)與2017年6月末500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)(b)(單位：dagpm)Fig.1 Average location of the 588 dagpm line at 500 hPa at the end of June，2007-2016(dotted line)and 2017(solid line)(a)；At the end of June 2017，the 500 hPa geopotential height anomaly(b)(Unit：dagpm)

3 冷空氣的影響

冷空氣活動(dòng)對(duì)預(yù)報(bào)貴州暴雨有重要的指標(biāo)性(1)貴州預(yù)報(bào)員手冊(cè)[M].黔南州氣象局翻印，2013：84-94.，計(jì)算出2017年6月末海平面氣壓場(chǎng)與近10年同時(shí)期的海平面氣壓場(chǎng)，得到海平面氣壓場(chǎng)距平(圖2a)，可以看出從河西走廊到西南地區(qū)為正距平帶，3 hPa的中心位于川渝黔交界地帶，配合500 hPa平均高度場(chǎng)上在鄂霍茨克到黃河中下游一帶為明顯的槽區(qū)，貝加爾湖附近為脊區(qū)，表明冷空氣經(jīng)河西走廊進(jìn)入四川盆地南下影響貴州，為偏北路徑影響貴州區(qū)域，在暖濕氣流的配合下容易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流或強(qiáng)降水天氣[14]。從850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平(圖2b)可以看出，在2017年6月末，影響貴州區(qū)域的偏北氣流明顯強(qiáng)于多年平均水平，表明該時(shí)段冷空氣明顯強(qiáng)于多年平均，同時(shí)在南海為距平反氣旋控制，其后部偏南暖濕氣流強(qiáng)于多年平均，因此在貴州區(qū)域存在著明顯的冷暖氣流的交匯，有利于暴雨的發(fā)生。

圖2 2017年6月末海平面氣壓距平(a)(單位： hPa)與850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平(b)(單位：m·s-1)

4 低值系統(tǒng)的移動(dòng)

持續(xù)性暴雨期間的強(qiáng)降水，不僅與穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景有關(guān)，也離不開(kāi)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的活動(dòng)[15]。利用渦度的變化來(lái)表示中尺度低值系統(tǒng)的演變。圖3為700 hPa渦度沿27°N的經(jīng)度-時(shí)間剖面和緯度—時(shí)間剖面。

圖3 2017年6月末700 hPa渦度沿27°N的經(jīng)度-時(shí)間剖面(a)、沿106.5°E的緯度-時(shí)間剖面(b)(單位：10-5s-1)

從經(jīng)度-時(shí)間剖面圖(圖3a)可以看出，貴州基本處于正渦度區(qū)，在6月22日、23～24日、29日～7月1日有明顯的正渦度中心在105°E以西(貴州西部)生成并向東傳播，此時(shí)貴州出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水，雨帶呈東西帶狀分布，6月25日、27～28日正渦度中心在105°E以東地區(qū)生成并向西傳播，此時(shí)強(qiáng)降水較弱，范圍較小，26日正渦度明顯減弱，降水最弱。從沿106.5°E的緯度-時(shí)間剖面(圖3b)可以看出，在緯向上22日，23～24日強(qiáng)正渦度中心位于中北部穩(wěn)定少動(dòng)，對(duì)應(yīng)雨帶在南北方向上穩(wěn)定少動(dòng)，25～28日正渦度強(qiáng)度明顯減弱，此時(shí)降雨明顯減弱，29日正渦度明顯加強(qiáng)，降水加大，30日～7月1日正渦度區(qū)向南傳播，對(duì)應(yīng)雨帶南移。正渦度向東向南移動(dòng)對(duì)應(yīng)著低渦的東移南壓，造成暴雨的生成和雨帶的移動(dòng)。

從衛(wèi)星云圖演變來(lái)看，從21日午后到24日在貴州西部不斷有對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展，并向東傳播。22日(圖4)在貴州畢節(jié)有對(duì)流云團(tuán)生成，隨后東移發(fā)展影響貴州中部、北部地區(qū)，造成貴州中北部地區(qū)的暴雨天氣；23日(圖4b)在貴州畢節(jié)、黔西南地區(qū)有新的對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展，隨后東移發(fā)展影響貴州，造成貴州北部及南部邊緣地區(qū)的暴雨天氣；24日(圖4c)在貴州黔西南地區(qū)有新的對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展，隨后云團(tuán)發(fā)展南移，造成貴州南部地區(qū)的暴雨天氣。25日白天到28日無(wú)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的傳播和發(fā)展，對(duì)應(yīng)在該時(shí)段正渦度中心強(qiáng)度明顯減弱，降水減小。29日貴州西部地區(qū)有新的對(duì)流云團(tuán)發(fā)展(圖4d)，隨后東移發(fā)展，造成貴州中部一線的暴雨天氣，30日～7月1日西南地區(qū)到長(zhǎng)江中下游地區(qū)存在降水云帶，并且云帶逐漸東移南壓影響貴州的中南部地區(qū)，對(duì)應(yīng)30日～7月1日貴州暴雨落區(qū)從貴州中部南移至貴州南部邊緣。中尺度對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生的位置及移動(dòng)方向，均與正渦度中心的位置和移動(dòng)相對(duì)應(yīng)，一次低渦東移對(duì)應(yīng)一次大范圍強(qiáng)降水天氣過(guò)程，進(jìn)一步說(shuō)明貴州西部地區(qū)的低渦是造成貴州連續(xù)暴雨的重要中尺度系統(tǒng)。

圖4 2017年6月末紅外衛(wèi)星云圖演變(a：22日14時(shí)；b：23日18時(shí)；c：24日17時(shí)；d：29日00時(shí))

5 濕位渦正壓項(xiàng)分析

沿107.5°E做MPV1垂直剖面圖，得到圖5。從圖5看出在22日(圖5a)到23日，貴州區(qū)域(圖中虛線框)600 hPa以下為MPV1負(fù)值區(qū)，強(qiáng)度達(dá)到-0.6 PVU，600 hPa以上為正值區(qū)。24日(圖5b)，30°N以北有明顯的正值區(qū)向下伸展到800 hPa左右，此時(shí)貴州區(qū)域MPV1負(fù)值區(qū)伸展高度依舊在600 hPa左右，強(qiáng)度維持在-0.6 PVU；此階段貴州區(qū)域出現(xiàn)大范圍暴雨。25日時(shí)，正值區(qū)明顯南壓，貴州北部地區(qū)正值區(qū)影響至600 hPa以下，低層負(fù)值區(qū)強(qiáng)度明顯減弱，中心值為-0.4 PVU，此時(shí)暴雨區(qū)出現(xiàn)在貴州南部地區(qū)；26日(圖5c)正值區(qū)完全影響貴州，貴州區(qū)域僅在800 hPa以下有明顯的負(fù)值區(qū)，強(qiáng)度為-0.4 PVU，此階段貴州區(qū)域暴雨明顯減弱，范圍縮小。27～28日正值區(qū)開(kāi)始向高層撤退，低層負(fù)值區(qū)向上發(fā)展，到28日(圖5d)負(fù)值區(qū)發(fā)展到600 hPa附近，低層負(fù)值區(qū)強(qiáng)度在-0.4 PVU，此階段貴州區(qū)域暴雨開(kāi)始加強(qiáng)。29日到7月1日，低層負(fù)值區(qū)發(fā)展到600 hPa，強(qiáng)度達(dá)到-0.6 PVU，此階段貴州區(qū)域出現(xiàn)大范圍的暴雨。

綜合來(lái)看出現(xiàn)大范圍暴雨天氣時(shí)，整個(gè)貴州區(qū)域600 hPa以下MPV1為負(fù)值區(qū)，絕對(duì)值在0.6 PVU以上，600 hPa以上高層MPV1為正值區(qū)，表明貴州區(qū)域在600 hPa以下為不穩(wěn)定層結(jié)。當(dāng)有正值區(qū)南下入侵并控制整個(gè)貴州地區(qū)時(shí)，表明冷空氣控制貴州，貴州轉(zhuǎn)為相對(duì)穩(wěn)定的層結(jié)控制，此階段貴州降水明顯減少。24日冷空氣開(kāi)始影響貴州，零線相對(duì)密集區(qū)為冷暖空氣交匯地帶[13]，有利于降水的出現(xiàn)，25日時(shí)正值區(qū)基本控制貴州全境，貴州區(qū)域轉(zhuǎn)為穩(wěn)定層結(jié)，降水減弱。MPV1低層負(fù)值區(qū)，高層正值區(qū)的配置為貴州暴雨的有利形式。

圖5 2017年6月末MPV1演變(沿107.5°E垂直剖面)(a：6月22日；b：6月24日；c：6月26日；d：6月28日)

6 物理量特征

從2017年6月末沿107.5°E的垂直速度剖面來(lái)看(圖6a)，在貴州區(qū)域(圖中虛線框)整個(gè)對(duì)流層表現(xiàn)為強(qiáng)盛的上升氣流，垂直速度達(dá)到-0.15 Pa·s-1，為2017年6月末貴州區(qū)域連續(xù)暴雨提供有力的動(dòng)力條件。從比濕來(lái)看(圖略)，850 hPa貴州區(qū)域比濕北部邊緣地區(qū)為12～14 g·kg-1，西部地區(qū)比濕大于16 g·kg-1，其余地區(qū)14～16 g·kg-1，700 hPa比濕在9～10 g·kg-1，達(dá)到貴州暴雨比濕標(biāo)準(zhǔn)[14]，850 hPa比濕西部地區(qū)達(dá)到特大暴雨標(biāo)準(zhǔn)。從2017年6月末水汽通量散度剖面圖來(lái)看(圖6b)，在貴州區(qū)域(圖中虛線框)基本處于水汽輻合，在低層水汽輻合尤為明顯，為貴州區(qū)域連續(xù)暴雨提供有利的水汽條件。

圖6 2017年6月末沿107.5°E的垂直速度剖面(a，單位：Pa·s-1)和水汽通量散度剖面(b，單位：10-6g·cm-2· hPa-1·s-1)

7 結(jié)論與討論

2017年6月末貴州地區(qū)連續(xù)暴雨期間，副熱帶高壓位置較常年偏強(qiáng)，副高西升脊點(diǎn)偏西；副高西北側(cè)的西南大風(fēng)速帶，為持續(xù)性降雨提供水汽輸送；中緯度地區(qū)槽脊偏強(qiáng)，有利于引導(dǎo)冷空氣南下影響貴州，與西南暖濕氣流在貴州交匯，這種大尺度系統(tǒng)的穩(wěn)定維持有利于連續(xù)暴雨的發(fā)生。

在貴州持續(xù)性暴雨期間，貴州區(qū)域有明顯的低值系統(tǒng)東移傳播，正渦度中心的東移和南壓，對(duì)應(yīng)著雨帶的東西分布和雨帶的南移。貴州西部地區(qū)(105°E以西)的低值系統(tǒng)是造成貴州區(qū)域連續(xù)暴雨的重要中尺度系統(tǒng)。

濕位渦正壓項(xiàng)MPV1表示大氣的對(duì)流不穩(wěn)定情況，低層負(fù)值區(qū)，高層正值區(qū)的配置為貴州暴雨的有利形勢(shì)，負(fù)值區(qū)伸展到600 hPa，絕對(duì)值在0.6 PVU以上時(shí)，貴州區(qū)域出現(xiàn)大范圍暴雨。

低層輻合高層輻散的形勢(shì)使得貴州區(qū)域呈現(xiàn)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為連續(xù)性暴雨提供有力的動(dòng)力條件，同時(shí)低層水汽豐富并伴有強(qiáng)的水汽輻合，為連續(xù)性暴雨提供有利的水汽條件。

致謝：感謝黔南州氣象臺(tái)黃桂東、潘啟學(xué)、陳波對(duì)本文提供的幫助。