北盤江地形造成的安順市一次暴雨漏報過程分析

李啟芬 汪超 蒙軍 肖俊 羅乃興

（1 貴州省安順市氣象局，安順561000；2 貴州省氣象臺，貴陽 550000；3 貴州省貴陽市氣象局，貴陽550000）

0 引言

已有許多學者對山區(qū)地形對降水的影響進行了研究。如矯梅燕等分析并指出地形對強對流天氣有影響，郭金蘭等對地形作用產(chǎn)生的一次強降水過程進行了分析，翟國慶等分析了中尺度地形對強降水區(qū)的分布有重要影響。由于地形本身尺度與大氣相互作用的復雜性，導致地形影響降水的動力、熱力、微物理效應也十分復雜，而這正是導致天氣系統(tǒng)中局部異常天氣產(chǎn)生的一個主要因素。不同地形對降水的增幅機制不同，其中峽谷地形是我國大暴雨發(fā)生的一種常見重要地形。章淹研究指出：峽谷內(nèi)地形變化復雜，除峽谷地形外，還有喇叭口以及陡坡或迎風坡等地形，多種地形綜合作用的地方常為暴雨中心之所在。彭乃志等研究表明，當氣流偏向沿著峽谷吹時，由于流區(qū)壓縮，會產(chǎn)生狹管效應，使谷內(nèi)風速輻合加強。余錦華等研究指出，峽谷不僅影響盛行氣流的風速、風向，還影響其水平、垂直分布。吳翠紅等對湖北省的兩次大暴雨過程對比分析了峽谷地形的增幅機制，結(jié)果表明，流入峽谷的地面氣流與復雜地形相互作用，在峽谷內(nèi)產(chǎn)生局地氣旋性小環(huán)流或氣流匯合區(qū)，地形性渦旋的生成對降水增幅起到關(guān)鍵作用。劉蕾等分析了中尺度地形對柳州一次大暴雨過程的影響，中尺度地形影響對特大暴雨的雨帶分布基本面貌沒有起決定性的作用，但是地形對強降水的強度和落區(qū)有較大的影響。以往研究從不同方面對地形對暴雨的作用進行了分析，然而，地形影響降水的動力、熱力、微物理效應十分復雜，揭示地形對強降水作用的本質(zhì)特征仍需進一步深入細致的研究。

貴州地處烏蒙山脈南端，云貴高原北部，下墊面性質(zhì)復雜，地形地貌特征多樣化，其特殊的地理位置和大氣環(huán)流等因素影響，形成了貴州獨有的天氣氣候特征。安順市位于貴州中西部—貴州高原苗嶺山脊線上，山谷風明顯，同時地處長江水系烏江流域和珠江水系北盤江流域的分水嶺地帶，是世界上典型的喀斯特地貌集中地區(qū)，平均海拔高度在1102～1694 m，全境海拔高度560～1500 m，南部海拔高度鎮(zhèn)寧自南向北逐步增加，西面關(guān)嶺、東面紫云海拔高度亦較鎮(zhèn)寧高，形成了明顯的峽谷及迎風坡。2015年6月25日夜間至26日清晨，沿著該峽谷地區(qū)，安順市出現(xiàn)了暴雨天氣過程，本文利用MICAPS常規(guī)觀測資料、逐6小時的FNL 1°×1°再分析資料以及貴陽雷達站點雷達資料，分析此次過程的大尺度環(huán)流背景、影響系統(tǒng)和環(huán)境條件，著重探討了峽谷地形、迎風坡對強降水的作用。

1 過程概述和環(huán)流背景分析

2015年6月25日夜間至26日白天受副高西北側(cè)、熱帶低壓東側(cè)偏南氣流影響，安順市出現(xiàn)大范圍雷陣雨天氣，全市普降小到中雨，共出現(xiàn)14個站點的暴雨天氣過程，暴雨主要集中在安順市南部鎮(zhèn)寧和紫云之間北盤江支系打邦河和清水河的峽谷所在地。

圖1 可見，北盤江支系打邦河和清水河在安順市南部鎮(zhèn)寧縣及紫云西南部（如圖中紅圈內(nèi)），而沿著打邦河和清水河自南向北海拔高度逐漸增加，打邦河西側(cè)、清水河東側(cè)海拔高度較兩支支系所在地較高，故形成峽谷形狀的地形。

安順市25日白天到夜間從高層到地面均是受到一致的偏南氣流影響，該偏南氣流位于副熱帶高壓西北側(cè)、滇桂熱帶氣旋東側(cè)，且途經(jīng)南海地區(qū)，這使得暖濕氣流在帶來水汽供應的同時，也有利于對流有效位能CAPE的產(chǎn)生和維持。該偏南暖濕氣流沿著北盤江支系打邦河和清水河形成的峽谷自南往北輸送并爬升。同時又位于太平洋副熱帶高壓西北側(cè)、減弱后的熱帶低壓東側(cè)，高層有輻散，因此造成低層有一定的輻合上升運動，此外，安順市上空500 hPa、700 hPa及850 hPa上存在明顯的風速切變輻合。

2 動力條件和熱力條件分析

2.1 熱力條件分析

從上述的環(huán)流背景可知，此次過程是在副熱帶高壓西北側(cè)、減弱的滇桂熱帶氣旋東側(cè)偏南氣流這一大背景下產(chǎn)生的，這支偏南氣流途徑南海地區(qū)，這使得暖濕氣流在帶來水汽供應的同時，也有利于對流有效位能CAPE的產(chǎn)生和維持。從圖2可見，貴州地面至300 hPa的比濕在25日14點后至20點有所增加，對流有效位能CAPE在白天亦有所積聚，25日20時CAPE值最高，尤其貴州西部的安順至畢節(jié)東部，有CAPE值的大值中心，到26日02時能量減弱。

由圖3可知，25日14—20時700 hPa和850 hPa比濕有所增加，尤其省西部地區(qū)850 hPa上比濕增加到13 g/kg，到26日02時安順市上空700 hPa比濕增加到13 g/kg。

綜上，25日14時至26日02時，安順市能量和水汽先積聚后有所釋放減小，而此次過程的強降水時段就在26日02—06時。因此，降水過后，能量釋放，比濕和能量均減弱。

圖2 2015年6月25日夜間至26日清晨對流有效位能CAPE隨時間的演變（單位：J/kg）Fig.2 Evolution of convective effective potential energy CAPE from night of 25 June to morning of 26 June 2015 (unit: J/kg )

圖3 2015年6月25日700 hPa（第一行）和850 hPa（第二行）比濕演變（單位：g/kg）Fig.3 Evolution of specific moisture of 700 hPa (the first line) and 850 hPa (the second line ) on 25 June 2015 (Unit: g/kg)

貴陽探空圖（圖略）顯示，25日08時濕層深厚，濕層接近500 hPa，但幾乎沒有什么能量，沙市指數(shù)為1.88 ℃，K指數(shù)為35 ℃，到14時，CAPE值達到498.9 J/kg，沙氏指數(shù)為1.11 ℃，K指數(shù)為38 ℃，20時CAPE值達到1893.7 J/kg，K指數(shù)40 ℃，沙氏指數(shù)-1.41 ℃，26日08時能量有所釋放，減小到587.8 J/kg，K指數(shù)為39 ℃，沙氏指數(shù)為-0.12 ℃?？梢姡?5日白天貴州上空有能量的積聚和不穩(wěn)定層結(jié)的形成。此外，在此次強降水當日08時，貴州中西部上空不滿足6月短時強降水的閾值，但是，到了晚上20時，貴州中西部上空基本滿足6月短時強降水的閾值（表1）。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，源于25日白天受副熱帶高壓西北側(cè)、熱帶氣旋東側(cè)偏南氣流以及地面熱低壓的共同影響，有能量的積聚以及不穩(wěn)定層結(jié)的形成，到傍晚至夜間，降水發(fā)生，能量釋放，不穩(wěn)定層結(jié)減弱。

表1 強降水過程環(huán)境參數(shù)（貴陽）Table 1 Environmental parameters of heavy precipitation process (Guiyang)

2.2 動力條件分析

此次過程的環(huán)流背景為西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)、減弱的熱帶氣旋東側(cè)，根據(jù)ω方程可知，在副熱帶高壓西北側(cè)、東風波波槽前將造成上升運動，這為本次強降水過程提供了一定的動力條件。

從700 hPa和850 hPa風場演變可知（圖4），25日08時在云南東部、廣西西部為一熱帶低壓，該熱帶低壓向西北方向移動并減弱。25日14時，從川滇有一暖舌伸向貴州，850 hPa上，安順市位于熱帶低壓東側(cè)，受東南氣流影響，且存在風速的輻合。到25日20時，700 hPa上還可見熱帶低壓，安順市位于熱帶低壓東北側(cè)，受東南氣流的影響，黔西南東部到安順存在風速的輻合；850 hPa已分析不出熱帶低壓，仍然受東南氣流影響，2層的暖舌維持；26日02時，700 hPa已轉(zhuǎn)為南風，850 hPa亦轉(zhuǎn)為南風，風速減小，700 hPa和850 hPa貴州上空的暖舌消失。整個過程并未有冷空氣的影響，而是受偏南氣流的影響。因此，這是一次暖區(qū)暴雨。在強降水發(fā)生前，低層850 hPa存在風速的輻合切變。由于地形的作用，25日強降雨發(fā)生前，在安順市中南部存在風的切變。

圖4 2015年6月25日700 hPa（第一行）和850 hPa（第二行）風場和溫度場（陰影）演變（速度單位：m/s；溫度單位：℃）Fig. 4 Evolution of wind and temperature fields (shadows) at 700 hPa (the first line) and 850 hPa (the second line) on 25 June 2015（wind, unit: m/s, temperature, unit：℃）

從安順市南部良田（a）、中部革利（b）和北部藥寨（c）逐小時降水隨時間的變化（圖5）可見，此次強降水從安順市南部地區(qū)開始，自南向北逐步開始發(fā)生降水：南部地區(qū)從25日19時開始降水，到26日02時開始降水強度陡然增強，小時雨量達17.8 mm；中部革利明顯降水開始于26日03時，小時降水量達18.8 mm，05—06時降水強度達19.4 mm/h；北部藥寨04時小時降水量23.8 mm。可見，自南向北，隨海拔高度的增高，降水強度亦增強，最強為北部的藥寨。因此，選取安順市自南向北的站點，分析其海拔高度和最大小時降水量的關(guān)系，如圖5d?？梢钥吹?，自南向北，隨著海拔高度的升高，最強小時降雨量亦增加，兩者有著很好的對應關(guān)系。

圖5 良田（a）、革利（b）、藥寨（c）2015年6月25—26日逐小時降水及不同高度站點的最強小時雨量（d）Fig.5 Hourly precipitation of Liangtian (a), Geli (b) and Yazhai (c) from 25 to 26 June 2015, and maximum hourly rainfall at different height stations (d)

2.3 雷達回波特征

以上分析表明，此次暴雨過程強降雨時段主要集中在26日02—06時，而從貴陽雷達站點的雷達回波演變來看（圖略），26日01時37分在黔西南北部有一對流回波生成，并逐步向北移動，02時12分北移至安順市鎮(zhèn)寧縣南部，尤其在良田回波有所增強，強度達35 dBz以上，且持續(xù)時間較長，良田02—03時小時雨量達17.8 mm，在偏南氣流作用下，回波繼續(xù)北移，強度繼續(xù)增強，至03時14分，鎮(zhèn)寧南部良田和中部革利分別出現(xiàn)40 dBz以上的回波中心，此時革利小時雨量達18.8 mm，對流回波在偏南氣流作用下，繼續(xù)沿北盤江北移，位于良田和革利的較強回波維持，至04時40分，西秀區(qū)藥寨出現(xiàn)強回波中心，強度大于40 dBz，這時藥寨出現(xiàn)23.8 mm/h的短時強降水，05時20分，鎮(zhèn)寧革利回波再次增強，小時雨量達到19.4 mm。06時18分安順市回波強度減弱，強降水過程區(qū)域結(jié)束。

從貴陽雷達站點雷達回波隨時間演變情況來看，此次我市強降水受北盤江地形影響，在偏南氣流影響下，對流云團沿著北盤江爬升，在地形作用下，強度增強，且持續(xù)時間較長，導致此次暴雨過程的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

此次暴雨過程是一次漏報過程，應用MICAPS常規(guī)觀測資料、FNL1°×1°再分析資料以及貴陽雷達資料對本次強降水過程進行分析后，可得到以下結(jié)論：

1）此次強降水過程，安順位于副熱帶高壓西北側(cè)、減弱的熱帶低壓東側(cè)，這使得低層暖濕氣流在帶來水汽供應的同時，也有利于對流有效位能CAPE的產(chǎn)生和維持，且根據(jù)ω方程可知，副熱帶高壓西北側(cè)、東風波槽后有利于產(chǎn)生上升運動；同時，安順南部鎮(zhèn)寧至西秀區(qū)一帶自南向北海拔高度逐步增加，為北盤江支系打邦河和清水河形成的峽谷所在地。副熱帶高壓西北側(cè)、減弱的熱帶低壓東側(cè)的偏南氣流沿著該峽谷自南向北爬升，同時，由于地形的存在，偏南氣流在向北移動過程中，存在風速的輻合，地形作用為這一次暴雨過程提供了較強的動力抬升條件，而這次暴雨就發(fā)生在沿著北盤江支系形成的峽谷爬升的迎風坡處。因此，這是一次在副熱帶高壓西北側(cè)、減弱的熱帶低壓東側(cè)偏南氣流以及地形的共同作用下產(chǎn)生的暖區(qū)暴雨。

2）此次強降水過程當日（25日）08時的環(huán)流背景，探空資料中顯示的熱力條件均能產(chǎn)生一定的降水，但是，并不是暴雨發(fā)生的環(huán)流形勢，各家數(shù)值模式均未報暴雨，導致此次暴雨過程為一次漏報過程。因此，在今后的預報工作中，應注意環(huán)流形勢隨時間的演變以及出現(xiàn)類似環(huán)流特征時要特別北盤江地形的作用，從而提高暴雨預報的準確率。

本次暴雨過程發(fā)生的一個重要影響因子是北盤江支系打邦河和清水河形成的峽谷地形作用，但是，地形的作用到底有多大，這還需要更多的相似個例進行對比、總結(jié)分析。此外，精細化初始場信息的缺乏是中小尺度強對流天氣漏報的重要原因，這在山區(qū)尤為明顯。正因如此，目前的各種預報方法，包括數(shù)值預報無法準確預報復雜地形作用導致的強對流天氣，這是亟待解決的問題。