2020年6月貴州連續(xù)性暴雨成因分析*

唐紅忠，趙 杰，陳 楊，莫乙冬

(貴州省黔南布依族苗族自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

0 引言

貴州地處青藏高原東南側(cè)、云貴高原東斜坡上，是高聳于四川盆地和廣西丘陵之間的強(qiáng)烈?guī)r溶化高原山區(qū)，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，山脈眾多、山高谷深。由于貴州特殊的地形，受降雨影響易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，尤其連續(xù)性暴雨造成的災(zāi)害更重。針對(duì)貴州連續(xù)暴雨已有不少學(xué)者做了研究,分別從環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)、衛(wèi)星云圖、濕位渦以及數(shù)值預(yù)報(bào)模式等方面進(jìn)行研究。朱乾根等分析了初夏北半球500 hPa遙相關(guān)型與我國(guó)季風(fēng)降水的關(guān)系，指出在強(qiáng)歐亞遙相關(guān)型時(shí)，我國(guó)6月降水偏少的可能性較大。楊小波等研究了夏季東亞副熱帶西風(fēng)急流位置對(duì)川渝地區(qū)降水的影響，發(fā)現(xiàn)西風(fēng)急流軸線偏南時(shí)，盆地西部降水偏少，而盆地東部降水偏多。劉揚(yáng)等分析我國(guó)西南地區(qū)秋季降水年際變化的成因，發(fā)現(xiàn)當(dāng)印度洋地區(qū)存在顯著的西正東負(fù)的偶極子型時(shí)，印度洋激發(fā)的反氣旋環(huán)流使西南地區(qū)降水偏多。但針對(duì)貴州6月出現(xiàn)連續(xù)性暴雨的研究較少。因此，本文利用2020年6月500 hPa、200 hPa、850 hPa以及海溫等NCEP/NCAR再分析資料，采用西伯利亞高壓強(qiáng)度指標(biāo)公式，結(jié)合貴州區(qū)域自動(dòng)站降水觀測(cè)資料，分析貴州2020年6月暴雨發(fā)生成因，找出6月出現(xiàn)連續(xù)性暴雨、降水較常年同期偏多40.8%的大氣環(huán)流條件，以期對(duì)貴州區(qū)域連續(xù)性暴雨預(yù)報(bào)提供有益思路。

1 實(shí)況

暴雨是指降水強(qiáng)度很大的雨。氣象上規(guī)定，24 h降水量為50 mm或以上的雨稱為暴雨。根據(jù)貴州省3312區(qū)域加密氣象自動(dòng)站2020年6月逐日降水實(shí)況，貴州僅有11日、16日和25日沒有出現(xiàn)暴雨(見表1)，且1—15日，21—24日為貴州省連續(xù)性暴雨。由表1可知，6月2日、8—9日、13—14日、18日、21—24日、27日和30日出現(xiàn)的暴雨強(qiáng)度較大、范圍較廣、站點(diǎn)較多。由表1還可以看出，1—10日暴雨主要出現(xiàn)在貴州南部地區(qū)，12—15日和17—22日主要出現(xiàn)在貴州中部以西以北地區(qū)，23—24日主要出現(xiàn)在貴州中部偏南地區(qū)，26—30日主要出現(xiàn)在貴州偏西偏北地區(qū)；除14日、18日、23—24日的暴雨以上量級(jí)落區(qū)范圍較大外，其余時(shí)間段暴雨落區(qū)較為集中，局地性較為明顯。

表1 2020年6月貴州暴雨出現(xiàn)時(shí)間、區(qū)域自動(dòng)站站數(shù)及主要落區(qū)Tab.1 Time of occurrence of rainstorm in Guizhou in June 2020, number of regional automatic weather station and main rainfall area

選取各旬暴雨站數(shù)最多的一天最大降雨量站點(diǎn)的逐小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由圖1a看出，強(qiáng)降水主要集中在夜間，從逐小時(shí)雨強(qiáng)來看，凱里加勉8日05時(shí)為108.8 mm，水城猴場(chǎng)18日01時(shí)為81.9 mm，黔南惠水甲戎24日01時(shí)為70.5 mm，且小時(shí)雨強(qiáng)大，降水主要以短時(shí)強(qiáng)降水為主。從6月降水距平分布來看(圖1b)，遵義南部、銅仁西南部、黔南中北部、畢節(jié)西部地區(qū)降雨正常略偏少，以石阡偏少27.6%最為明顯，其余地區(qū)均偏多，畢節(jié)東部到黔南、黔西南一線、遵義北部到銅仁北部、黔東南北部、黔南東南部等地降水特多，以遵義正安偏多153%為最大。

圖1 6月8日、18日、24日逐小時(shí)雨量分布(a)和6月降水距平分布(b)Fig.1 hourly rainfall distribution on June 8,18and 22 (a)and precipitation Anomaly Distribution in June(b)

2 環(huán)流背景

由圖2a看出，2020年6月500 hPa上588 dagpm線位于華南沿海地區(qū)，近30 a平均位置位于臺(tái)灣東部海面，故2020年6月副高位置比同期30 a平均位置更偏北偏西，貴州位于副高西北側(cè)輻合上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，副高西側(cè)的偏南氣流將南海水汽輸送到貴州上空，有利于貴州地區(qū)的降水偏多。由6月500 hPa高度距平場(chǎng)(圖2b)看出，歐亞大陸上空呈正—負(fù)—正的波列分布，即烏拉爾山地區(qū)為正距平控制，有利于烏拉爾山阻高的形成，巴爾喀什湖以北地區(qū)為負(fù)距平控制，有利于高空槽引導(dǎo)冷空氣南下，亞洲東部為正距平控制。此種正—負(fù)—正的波列分布，對(duì)應(yīng)歐亞遙相關(guān)型的負(fù)位相，有利于降水的發(fā)生。由圖2b還可以看出，中國(guó)中部以東以南地區(qū)均為正距平控制，有利于副高的穩(wěn)定維持，從而有利于水汽從副高西北側(cè)輸送到貴州上空，為貴州暴雨天氣提供了充足的水汽條件。由6月500 hPa平均流場(chǎng)(圖2c)看出，貴州位于副高西北側(cè)，云南東部到貴州西部多受短波槽影響，貴州處于槽前上升運(yùn)動(dòng)區(qū)和輻合區(qū)，為貴州暴雨天氣提供了動(dòng)力條件。由6月200 hPa平均流場(chǎng)和散度場(chǎng)(圖2d)看出，南亞高壓位于中南半島北部，而貴州處于南亞高壓東部脊線上，故輻散區(qū)域起到明顯的抽吸作用，使得貴州區(qū)域低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，有利于降水的出現(xiàn)。

圖2 2020年(虛線)、1990—2020年(實(shí)線)6月500 hPa上588線平均位置分布(a)、500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)(b)、500 hPa(c)和200 hPa(d)流場(chǎng)和散度分布Fig.2 2020(dotted line) , 1990—2020(solid line) June 500 hPa 588 line average position distribution (a) , June 2020 500 hPa geopotential height anomaly field (B), 500 hPa (c) and 200 hPa (d) flow field and divergence

綜上所述，有效的高低空環(huán)流配置，為貴州暴雨提供有利的動(dòng)力條件和水汽條件。

由850 hPa風(fēng)場(chǎng)(圖3a)看出，貴州西南氣流強(qiáng)盛，該西南氣流主要由兩股氣流組成，一股是西北太平洋反氣旋環(huán)流后部偏南氣流，另一股是印度洋反氣旋環(huán)流北側(cè)偏西氣流越過印度之后轉(zhuǎn)為西南氣流，兩股西南氣流分別將南海和孟加拉灣水汽輸送到貴州上空。由圖3a還可以看出，從阿拉伯海到孟加拉灣再到中國(guó)南部有一條明顯的水汽輸送帶，北部灣到中國(guó)南部也存在一條水汽輸送帶，兩條輸送帶合并后，加強(qiáng)中國(guó)南方水汽輸送，有利于貴州降水加大。由水汽通量輻合和垂直速度分布(圖3b)來看，除貴州南部邊緣外，省內(nèi)大部分地區(qū)處于水汽輻合區(qū)，強(qiáng)輻合區(qū)位于貴州西部，且貴州處于垂直速度負(fù)值區(qū)，與500 hPa環(huán)流形勢(shì)相配合，有利于暴雨發(fā)生。

圖3 2020年6月850 hPa平均風(fēng)場(chǎng)(箭頭)、水汽通量(填色)(a)和水汽通量散度、垂直速度分布(b)Fig.3 850 hPa average wind field (Arrow) , water vapor flux (color)(a) and water vapor flux divergence, vertical velocity distribution (b) in June 2020

3 東亞西風(fēng)急流的影響

急流是指窄而強(qiáng)的氣流帶，急流中心最大風(fēng)速在對(duì)流層上部≥30 m·s，其左側(cè)具有氣旋型切變，右側(cè)具有反氣旋性切變。

由2020年6月高空急流分布看出(圖4a),東亞西風(fēng)急流位于40°N附近，中心最大風(fēng)速為40 m·s，急流中心位于青海北部到內(nèi)蒙古西部一帶，貴州位于急流軸的右側(cè)，其反氣旋性切變與南亞高壓共同作用，造成有利的高層輻散條件，有利于降水的產(chǎn)生。由常年6月高空急流分布看出(圖4b)，東亞西風(fēng)急流位于40°N附近，平均風(fēng)速在30 m·s以上，最大風(fēng)速中心位于日本附近，中心最大風(fēng)速為35 m·s。由圖4還可以看出，2020年6月東亞西風(fēng)急流強(qiáng)度比常年同期明顯偏強(qiáng)，尤其是東亞西風(fēng)急流的西段，位置比常年同期略偏南，使得四川西部到湖南一帶以南地區(qū)降水增多。由此可知，2020年6月東亞西風(fēng)急流強(qiáng)度偏強(qiáng)，是導(dǎo)致貴州連續(xù)性暴雨增多的主要原因。

圖4 2020年6月200 hPa風(fēng)場(chǎng)、等風(fēng)速線(陰影：風(fēng)速≥30 m·s-1)(a)和歷史同期平均風(fēng)速(陰影)、距平場(chǎng)(線條)(b)Fig.4 200 hPa wind field in June 2020, wind speed distribution (shadow: wind speed greater than 30)(a) and 30-years mean wind speed (shadow) , departure field (line)(b)

4 冷空氣影響

龔道溢等定義計(jì)算西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)為:

(1)

式中 是某一格點(diǎn)的海平面氣壓值, ?是格點(diǎn)的緯度, 當(dāng)≥1 028 hPa時(shí), 取=1；當(dāng)<1 028 hPa時(shí), 取= 0。選取30～70°N，60～130°E范圍，=493個(gè)格點(diǎn)，由于夏季冷空氣強(qiáng)度較冬季弱，結(jié)合地面氣壓圖，本文將的臨界值改為1 018 hPa。

利用式(1)計(jì)算得到2020年6月西伯利亞高壓指數(shù)(簡(jiǎn)稱強(qiáng)度指數(shù)，下同)。由圖5a可以看出，西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)1日較強(qiáng)，即為17.5 hPa，而貴州2日出現(xiàn)了強(qiáng)降水；11—13日和16—17日強(qiáng)度指數(shù)出現(xiàn)明顯的升高，分別為25.8 hPa、24.7 hPa，而貴州12—14日和18日出現(xiàn)明顯的暴雨天氣；20—30日強(qiáng)度指數(shù)維持在高態(tài)勢(shì)，即強(qiáng)度指數(shù)在21.6～24.9 hPa之間，期間21日、24—25日、27—29日強(qiáng)度指數(shù)在高態(tài)勢(shì)中略有下降，貴州20—24日、26—30日均出現(xiàn)了暴雨天氣。由此可見，貴州6月降水的多少與同期強(qiáng)度指數(shù)的大小具有一致性，但暴雨發(fā)生時(shí)間比強(qiáng)度指數(shù)滯后1 d。由圖5b可以看出，2020年6月1 010 hPa線控制整個(gè)巴爾喀什湖南側(cè)到青藏高原，范圍比常年同期偏大，且在四川西部呈現(xiàn)向南擴(kuò)散的形勢(shì)；1 018 hPa中心常年位于新疆西南側(cè)、西藏西部及北部地區(qū)，而2020年6月1 018 hPa線范圍擴(kuò)大到西藏中部以西地區(qū)，范圍比常年同期明顯偏大。由圖5b還可以看出，100°E以西地區(qū)呈現(xiàn)出正距平，尤其在青藏高原，其正距平在3 hPa以上。

圖5 西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)變化趨勢(shì)(a)和海平面氣壓1 010 hPa線、1 018 hPa線分布及距平場(chǎng)(陰影)(b)Fig.5 the trend of the Siberian High index (a) and the distributions of the 1 010 and 1018 lines of sea level pressure and the anomalies (shadows)(b)

綜上所述，2020年6月，巴爾喀什湖附近到青藏高原冷空氣比常年同期偏強(qiáng)，且從高原東側(cè)擴(kuò)散影響到貴州，這是造成貴州2020年6月降水偏多的原因之一。

5 海溫影響

2020年6月整個(gè)赤道太平洋地區(qū)海溫在27 ℃以上，尤其是菲律賓群島附近，海溫在30 ℃以上(圖6a)，與常年同期海溫平均距平分布比較(圖6b)，2020年6月赤道西太平洋地區(qū)海溫偏暖，菲律賓群島附近海溫比常年同期偏高1.5 ℃。由圖6還可以看出，赤道東太平洋地區(qū)海溫比常年同期偏高1.5 ℃，印度洋地區(qū)呈現(xiàn)出西正東負(fù)的偶極子型海溫異常，結(jié)合圖3a，發(fā)現(xiàn)西太平洋與印度洋的這種海溫分布有利于激發(fā)印度洋與西太平洋的反氣旋環(huán)流，兩個(gè)反氣旋環(huán)流中的西南氣流匯合，為貴州輸送充足的水汽，有利于降水增多。

圖6 2020年6月平均海溫分布(a)及距平(b)分布Fig.6 distribution of mean sst (a) and anomaly field (B) in June 2020

6 結(jié)論與討論

通過分析2020年6月及其常年同期的高空形勢(shì)、東亞西風(fēng)急流、低空水汽條件和動(dòng)力條件、海溫特征以及冷空氣強(qiáng)度，得出2020年6月暴雨發(fā)生的環(huán)境場(chǎng)背景條件：

① 2020年6月，500 hPa歐亞遙相關(guān)型的負(fù)位相，烏拉爾山地區(qū)有利于阻高的建立，貝加爾湖地區(qū)有利于高空槽的建立，槽后偏北風(fēng)引導(dǎo)冷空氣南下影響，同時(shí)副熱帶高壓較強(qiáng)，其西側(cè)西南氣流與孟加拉灣西南氣流結(jié)合，引導(dǎo)暖濕氣流影響貴州。

② 2020年6月，200 hPa東亞西風(fēng)急流位于40°N，比常年同期偏強(qiáng)，西段位置偏南,急流軸右側(cè)反氣旋性切變與南亞高壓東部脊疊加，提供有利的高空輻散條件，貴州位于急流軸的右側(cè),有利于強(qiáng)降水產(chǎn)生。貴州暴雨對(duì)西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)具有較好的響應(yīng)，但暴雨發(fā)生時(shí)間比西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)滯后1 d；巴爾喀什湖附近到青藏高原冷空氣比常年同期偏強(qiáng)，且從高原東側(cè)擴(kuò)散影響到貴州，這是造成貴州2020年6月降水偏多的原因。

③ 2020年6月赤道西太平洋海溫異常偏高，東太平洋海溫異常偏低，印度洋地區(qū)呈現(xiàn)出西正東負(fù)的偶極子型海溫異常，此類海溫配置有利于激發(fā)印度洋和西太平洋的反氣旋環(huán)流，為水汽輸送到貴州上空創(chuàng)造了有利條件，有利于貴州降水偏多。

1—10日西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)較小時(shí)，貴州也出現(xiàn)了暴雨，但暴雨落區(qū)具有很強(qiáng)的局地性，這可能與局地?zé)釋?duì)流的發(fā)展有關(guān)，這些不確定性，有待進(jìn)一步研究。