貴州西南部相似環(huán)境場(chǎng)暴雨過(guò)程對(duì)比分析

喬 琪， 周 皞， 周明飛

(1.貴州省氣象臺(tái)， 貴州 貴陽(yáng) 550000； 2.貴州新氣象科技有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550000)

貴州地處青藏高原東部，特殊的地理位置形成了獨(dú)有的天氣氣候特征，暴雨作為貴州主要的災(zāi)害性天氣之一，具有與眾不同的特點(diǎn)，也一直是氣象工作者關(guān)注的對(duì)象之一。為貴州暴雨過(guò)程的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供參考，以2012年7月15日貴州中部、東北部出現(xiàn)大到暴雨，2009年6月8日20時(shí)到9日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)暴雨，2009年6月21日夜間到22日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣的相似個(gè)例進(jìn)行對(duì)比分析，以探明2012年7月15日夜間到16日貴州西南部一次空?qǐng)?bào)暴雨天氣過(guò)程的可能原因，以提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 降水概況與環(huán)流背景

1.1 降水概況

2012年7月15日20時(shí)到16日08時(shí)，貴州中部、東北部出現(xiàn)大到暴雨，3縣(市、區(qū))出現(xiàn)暴雨，23個(gè)縣(市、區(qū))出現(xiàn)暴雨。在15日的短期預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)15日夜間到16日早晨貴州西南部有暴雨和大暴雨，而實(shí)況顯示，貴州西南部?jī)H下了小雨，與預(yù)報(bào)出入很大，西南部的暴雨空?qǐng)?bào)。

1.2 環(huán)流形勢(shì)

對(duì)比環(huán)流形勢(shì)，2012年7月15日的大到暴雨與2009年6月8日20時(shí)到9日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)暴雨、2009年6月21日夜間到22日08時(shí)貴州西南部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣相似。后兩次過(guò)程500 hPa我國(guó)東北部及烏拉爾山各有一低渦東移，高原低槽東移貴州；700 hPa位于四川東南部及云南東部的切變東移、南壓影響貴州，孟加拉灣經(jīng)云南到貴州南部的西南暖濕氣流建立(同7月15日相似，主要為西南氣流影響，西南低空急流未建立)；850 hPa川東的低渦切變東南移至貴州北部。2009年6月8日08時(shí)，700 hPa貴陽(yáng)、威寧的比濕分別為10 g/kg和10 g/kg，850 hPa貴陽(yáng)的比濕為17 g/kg；2009年6月21日08時(shí)700 hPa貴陽(yáng)、威寧的比濕分別為12 g/kg和12 g/kg，850 hPa貴陽(yáng)的比濕為17 g/kg。較為相似的環(huán)流形勢(shì)及水汽條件，2012年7月16日西南部暴雨空?qǐng)?bào)，而2009年6月9日及6月22日西南部出現(xiàn)大范圍暴雨。

2 物理量診斷

2.1 散度

2012年7月15日20時(shí)到16日02時(shí)，104°～106° E(貴州西南部)上空有較弱的輻合區(qū)，對(duì)流層上層200 hPa有強(qiáng)度為 4×10-5/s的輻合中心，表明低層的輻合和上升運(yùn)動(dòng)很弱，不利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。2009年6月8日20時(shí)，104°～105° E(貴州西南部)有一輻合中心，從地面延伸到700 hPa，強(qiáng)度為-4×10-5/s，700 hPa以上到400 hPa為輻散區(qū)；9日02時(shí)，輻合中心明顯加強(qiáng)，高度伸展到300 hPa，輻合中心強(qiáng)度達(dá)-8×10-5/s，強(qiáng)輻散區(qū)也升高到100～200 hPa，中心強(qiáng)度達(dá)21×10-5/s，且位于暴雨區(qū)上方。2009年6月21日20時(shí)，104°～105° E(貴州西南部)從地面到500 hPa為較弱的輻合區(qū)，500 hPa以上為較弱的輻散區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)較弱；22日02時(shí)，輻合中心明顯加強(qiáng)，高度伸展到300 hPa，并向西傾斜，輻合中心強(qiáng)度達(dá)-4×10-5/s，強(qiáng)輻散區(qū)也增強(qiáng)，位于300 hPa以上，輻散中心強(qiáng)度達(dá)7×10-5/s，位于暴雨區(qū)上方。表明，2012年7月16日空?qǐng)?bào)暴雨過(guò)程未出現(xiàn)明顯的高層輻散、低層輻合，低層的輻合和上升運(yùn)動(dòng)較弱。2009年6月9日、6月22日有非常明顯的高層輻散、低層輻合，且從強(qiáng)降水發(fā)生前到強(qiáng)降水出現(xiàn)，高層輻散的抽吸作用不斷加強(qiáng),導(dǎo)致低層的輻合和上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng),有利于低層水汽的輸送和高層水汽的補(bǔ)充,也有利于水汽不斷的碰并凝結(jié),產(chǎn)生較強(qiáng)的降水過(guò)程。

2.2 水汽通量散度

從2012年7月16日降水過(guò)程前期比濕的分布看，此次過(guò)程本地的水汽達(dá)到了產(chǎn)生暴雨的條件，但是暴雨的產(chǎn)生還需要源源不斷的水汽輸送。暴雨區(qū)內(nèi)的水汽供應(yīng)主要是邊界層內(nèi)的水汽通量輻合所造成。通過(guò)對(duì)比分析，用這三次過(guò)程700 hPa、850 hPa水汽通量散度特征來(lái)討論2012年7月16日空?qǐng)?bào)暴雨過(guò)程欠缺的水汽條件。

2012年7月15日08時(shí)到16日02時(shí)，700 hPa孟加拉灣經(jīng)云南到貴州一直存在一個(gè)明顯的水汽輸送帶，但并未形成明顯的水汽輻合中心，850 hPa水汽輸送較弱，15日20時(shí)到16日02時(shí)自南海經(jīng)廣西到貴州形成一個(gè)水汽輸送帶，在貴州西部形成一個(gè)較弱的水汽輻合中心，16日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-20×10-7g/(cm2·hPa·s)。結(jié)合700 hPa和850 hPa水汽通量和水汽通量散度的分布，此次過(guò)程雖形成了來(lái)自于孟加拉灣和南海的水汽通道，但在貴州西部沒(méi)有明顯的水汽輻合，不利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

2009年6月8日08時(shí)到9日02時(shí)，700 hPa孟加拉灣經(jīng)云南到貴州同樣一直存在一個(gè)明顯的水汽輸送帶，并且形成了一個(gè)明顯的水汽輻合中心，9日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-60×10-7g/(cm2·hPa·s)，同時(shí)850 hPa自南海經(jīng)廣西到貴州形成一個(gè)水汽輸送帶，在貴州西南部形成一個(gè)較強(qiáng)的水汽輻合中心，8日20時(shí)強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s)。2009年6月21日08時(shí)到22日02時(shí)與2009年6月9日的過(guò)程相似，700 hPa的水汽輻合中心22日02時(shí)強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s)，8日20時(shí)850 hPa的強(qiáng)度達(dá)-80×10-7g/(cm2·hPa·s)。孟加拉灣及南海的水汽是這兩次暴雨過(guò)程的主要水汽來(lái)源，在西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)西南氣流的引導(dǎo)下，形成兩個(gè)為貴州西南部輸送水汽的通道，水汽輻合中心與強(qiáng)降水中心較重合。

通過(guò)以上三次過(guò)程的對(duì)比，表明強(qiáng)降水的發(fā)生需要有大量的水汽在強(qiáng)降水中心上空輻合，輻合來(lái)自于中、低層。

2.3 垂直速度

暴雨區(qū)系統(tǒng)性的上升氣流形成并不斷發(fā)展加強(qiáng)的過(guò)程，為暴雨區(qū)水汽凝結(jié)、大氣不穩(wěn)定能量的釋放以及水汽的輸送提供了充足的動(dòng)力和有利的環(huán)流形勢(shì)。由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)再分析資料(1°×1°)分析這三次暴雨前后沿25° N的垂直速度變化特征，以尋找2012年7月16日空?qǐng)?bào)暴雨過(guò)程與出現(xiàn)暴雨過(guò)程在垂直速度特征上的不同之處。

從圖1可知，以貴州西南部(104°～106° E)為中心，2012年7月15日08時(shí)105° E以西為下沉氣流區(qū)，高度達(dá)400 hPa，400 hPa以上有上升氣流存在；14時(shí)105° E附近近地面出現(xiàn)弱的上升氣流，其上部仍為下沉氣流，且范圍較08時(shí)擴(kuò)大；106° E以西為下沉氣流區(qū)，延伸高度有所下降，達(dá)500 hPa；102° E上空400 hPa有一中心值為-0.1 Pa/s的上升氣流中心；20時(shí)105° E附近近地層的上升氣流有所加強(qiáng)，高度升高到800 hPa，其上部及以西上游地區(qū)仍為下沉氣流。16日02時(shí)，貴州西南部近地層的上升氣流向東移，106° E以西地區(qū)的上空主要為下沉氣流?？梢?jiàn)，在降水前，貴州西南部近地層出現(xiàn)了較弱的上升氣流，但是延伸高度低、強(qiáng)度弱，表明垂直上升運(yùn)動(dòng)弱，動(dòng)力不夠，因此貴州西南部?jī)H出現(xiàn)小雨。

從圖2可知，2009年6月8日08時(shí)104°～106° E為下沉氣流區(qū)，高度達(dá)550 hPa，并向西傾斜，550 hPa以上有上升氣流存在；14時(shí)105° E附近上空的上升氣流發(fā)展并向下、向上擴(kuò)展延伸，從800 hPa到100 hPa均為上升氣流，中心值為-0.4 Pa/s；20時(shí)105° E附近上升氣流范圍擴(kuò)大，104°～106° E均為上升氣流，且強(qiáng)度加強(qiáng)，中心值達(dá)-0.6 Pa/s，中心位于106° E上空650 hPa和400 hPa。9日02時(shí)，104°～106° E的強(qiáng)上升氣流區(qū)繼續(xù)加強(qiáng)，中心強(qiáng)度也加強(qiáng)為-2.3 Pa/s，上升中心高度較高，位于300 hPa。由此可見(jiàn)，此次暴雨天氣過(guò)程發(fā)生前，貴州西南部有上升氣流的強(qiáng)烈發(fā)展，高度高、強(qiáng)度強(qiáng)，上升氣流的建立和發(fā)展對(duì)西南部的暴雨區(qū)水汽輸送和對(duì)流發(fā)展提供了充足的動(dòng)力。

2009年6月22日暴雨天氣過(guò)程與6月9日暴雨過(guò)程相似(圖略)，21日08時(shí)到14時(shí)，西南部地區(qū)上空出現(xiàn)上升氣流，并逐漸發(fā)展加強(qiáng)，從低層管道高層均為上升氣流。22日02時(shí)發(fā)展最強(qiáng)。

2.4 垂直結(jié)構(gòu)

以臨近貴州西南部的百色探空站代表貴州西南部的探空垂直結(jié)構(gòu)，貴陽(yáng)探空站代表貴州中部的探空垂直結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析這兩個(gè)站的風(fēng)矢量曲線，得出降水前西南部及貴州中部上空冷暖平流的變化。

2012年7月15日08時(shí)百色站探空風(fēng)矢量曲線在925～250 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，該站上空為深厚的暖平流，20時(shí)該站上空的暖平流仍維持。15日08時(shí)貴陽(yáng)站風(fēng)矢量850～500 hPa隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，受冷平流控制，20時(shí)變?yōu)殡S高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為暖平流。表明，在15日白天貴州中部有淺薄冷空氣侵入，而15日夜間到16日，無(wú)冷空氣侵入，對(duì)西南部低層沒(méi)有冷空氣的抬升。

2009年6月8日08時(shí)百色站探空風(fēng)矢量曲線在925～300 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，受深厚的暖平流控制，20時(shí)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，低層為暖平流；400～250 hPa隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，低層暖濕、高層干冷，該站上空不穩(wěn)定層結(jié)建立。貴陽(yáng)站08時(shí)地面至700 hPa隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為暖平流，20時(shí)貴陽(yáng)站地面至700 hPa風(fēng)向轉(zhuǎn)為隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，受冷平流控制，700 hPa以上對(duì)流層中高層基本還受暖平流控制。貴陽(yáng)站風(fēng)向的變化表明，有淺薄冷空氣快速向南侵入，冷空氣的侵入能夠造成低層抬升，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的爆發(fā)。

2009年6月21日08時(shí)、20時(shí)百色站地面至850 hPa風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一直受暖平流控制。貴陽(yáng)站21日08時(shí)地面至300 hPa風(fēng)向都隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，20時(shí)貴陽(yáng)地面至300 hPa的風(fēng)向轉(zhuǎn)變?yōu)殡S高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，冷空氣較深厚。

上述分析表明，2009年6月的兩次西南部暴雨，貴州中部都有冷空氣的快速侵入，造成南部低層的抬升，觸發(fā)暴雨天氣的發(fā)生。2012年7月16日空?qǐng)?bào)暴雨過(guò)程，貴州中部沒(méi)有明顯的冷空氣南下侵入。

3 小結(jié)

有利的環(huán)流形勢(shì)是產(chǎn)生暴雨的必要條件，但在相似的有利形勢(shì)下，不一定能產(chǎn)生暴雨天氣，對(duì)比三次天氣過(guò)程，500 hPa高原低槽、云南東部切變、川東切變、西南氣流輸送水汽均是主要環(huán)流形勢(shì)，但出現(xiàn)的降水強(qiáng)度、范圍差別很大。暴雨區(qū)本身的水汽條件好有利于產(chǎn)生暴雨，但更重要的是水汽的輸送和水汽在本地的輻合。散度輻合、輻散的加強(qiáng)和垂直速度系統(tǒng)性的加強(qiáng)，是產(chǎn)生強(qiáng)降水的重要原因。貴州中部冷空氣的快速侵入南下，加強(qiáng)西南部低層的抬升，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致強(qiáng)降水發(fā)生。