“6.23”梅雨鋒西段貴州南部大暴雨診斷分析

張艷梅 , 顧 欣 , 陳 楊 , 趙 杰 , 莫乙冬

（1. 貴州省氣象臺, 貴陽 550002；2. 貴州省黔南州氣象局, 都勻 558000；3. 貴州省山地氣候與資源重點實驗室, 貴陽 550002）

引言

貴州省地處云貴高原東部，地勢西高東低，西部海拔介于1200～2400 m，中部海拔介于800～1200 m，東部海拔在800 m以下。貴州南部向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬典型的低緯度高海拔山區(qū)，地勢北高南低，主要以褶皺斷裂地形，是暴雨頻發(fā)地區(qū)，梅雨鋒暴雨是造成貴州夏季暴雨的主要天氣類型之一[1]。多項研究[2?7]表明梅雨與高緯度阻塞形勢和西太平洋副熱帶高壓有關，不同尺度天氣系統(tǒng)共同作用下形成梅雨期暴雨，梅雨鋒結構具有多樣性，不同時期和地區(qū)的梅雨鋒結構和性質有可能存在差異，梅雨鋒東段和西段的降水在水汽源、物理量場、持續(xù)性時間、垂直環(huán)流特征及結構等方面有所不同。我國夏季梅雨鋒暴雨存在三種類型，即梅雨鋒上β中尺度對流性暴雨、梅雨鋒東部（115°E 以東）初生氣旋暴雨和梅雨鋒西段深厚高空低壓槽前持續(xù)性暴雨，梅雨鋒西段主要出現(xiàn)在湖北、湖南、四川等地。杜小玲等[8?9]分析指出梅雨鋒西段暴雨是靜止鋒暴雨特殊形式，梅雨鋒西段是低渦或切變影響觸發(fā)暴雨。聶云等[10]、李勇等[11]、楊霞等[12]指出梅雨鋒西段暴雨低層850 hPa中尺度環(huán)流系統(tǒng)與水汽輻合帶相配合，水汽通量輻合帶、輻合中心與雨帶、暴雨中心相對比較吻合。張晶晶等[13]研究發(fā)現(xiàn)梅雨鋒云溪的分布與各層的垂直速度場、渦度場、散度場有很好的對應關系。張研等[14]研究發(fā)現(xiàn)針對梅雨鋒暴雨，可以將梅雨濕度鋒與相當濕位渦相結合作為強降水短時臨近預報的一個指標。楊越奎等[15]發(fā)現(xiàn)螺旋度的演變對暴雨有一定的指示意義，螺旋度的波峰出現(xiàn)以后，24 h降水量也大都出現(xiàn)波峰。徐進明等[16]研究指出相對風暴的水平螺旋度（SRH）值正負分布變化可以清晰地反映強對流天氣系統(tǒng)的移動 路徑和強度。綜上所述，在貴州暴雨研究方面已取得了一定進展，但貴州多元化地質結構和復雜地形環(huán)境使得暴雨天氣發(fā)生規(guī)律和形成機制十分復雜，諸多關鍵性問題仍未解決，相關研究亟待加強。本文利用國家氣象站和區(qū)域自動站觀測數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料、FY-2G衛(wèi)星云圖及多普勒雷達資料，對2020年6月23～24日在貴州南部地區(qū)發(fā)生的梅雨鋒西段持續(xù)特大暴雨過程進行診斷分析，探討此類暴雨的成因，以期為提高暴雨預報水平和防災減災能力提供科技支撐。

1 資料說明

本文所用資料包括：貴州國家氣象站和區(qū)域自動站降水觀測資料、FY-2G衛(wèi)星云圖資料、多普勒天氣雷達資料及 NCEP逐6 h再分析資料（分辨率為1°×1°）。暴雨降水量指前一日20時～當日20時24 h降水量（北京時，下同）。

2 降水實況及特點

2020年6月23～24日貴州南部出現(xiàn)了一次持續(xù)性暴雨天氣過程。22日20時～23日20時貴州省24 h累計降水量空間分布（圖1a）顯示，暴雨主要集中在黔南和黔東南，強降雨中心位于黔南中部，4站出現(xiàn)特大暴雨，28站出現(xiàn)大暴雨，40站出現(xiàn)暴雨，最大降水量在黔南州惠水縣崗度鎮(zhèn)（288.2 mm）。從代表站逐時降水分布（圖1b）來看，降水時段主要集中在夜間（22日23時～23日05時），最大雨強出現(xiàn)在黔南州都勻市（67 mm/h）。如圖1c所示，23日20時～24日20時暴雨主要集中在六盤水市、安順市南部、黔南州及黔東南州西部，強降雨中心仍然位于黔南州中部，有7站出現(xiàn)特大暴雨，24站出現(xiàn)大暴雨，46站出現(xiàn)暴雨，最大降水量在黔南州惠水縣好花紅鎮(zhèn)（285.9 mm）。代表站逐時降水分布(圖1d)顯示，強降水時段也主要集中在夜間（23日21時～24日06時），最大雨強出現(xiàn)在黔南州云霧鎮(zhèn)（112 mm/h）。此次降水過程持續(xù)性長，影響范圍大，降雨強度強，強降雨落區(qū)重疊，短時強降水持續(xù)時間長達5～6 h，具有明顯的中尺度特征。

圖1 2020年6月22日20時～23日20時（上）和23日20時～24日20時（下）貴州省24 h累計降水量分布（a、c，單位：mm）及代表站小時雨強演變（b、d，單位：mm/h）

3 天氣形勢分析

3.1 高空形勢

從6月22日08時～24日08時200 hPa環(huán)流形勢（圖略）可以看出，貴州上空一直受南亞高壓控制，南部地區(qū)位于呈準東西向的南亞高壓脊線上（26°N附近），西風急流位于35°～45°N，東北部有中心強度為18×10?5s?1的強輻散區(qū)，并不斷向南擴散。上述特征表明，貴州省東北部上空維持強輻散區(qū)，有利于持續(xù)特大暴雨過程的高空強“抽吸”作用。

22日08時～23日08時（圖2），500 hPa歐亞中高緯維持兩槽一脊型，烏拉爾山大槽維持少動，且不斷分裂小槽東傳，副高增強西伸北抬，其北界穩(wěn)定在華南北部。22日08時（圖2a），700 hPa低渦切變線位于西昌至重慶東北部一線，廣西北部到湖南大部為強西南急流控制；23日08時（圖2b），低渦切變維持西昌-宜賓至湖北北部，湖南中部已發(fā)展為一個急流核區(qū)（最大風速為24 m/s）。22日08時（圖2a），850 hPa切變位于貴州北部至湖南北部，廣西北部到湖南東北部為西南低空急流（風速為16～20 m/s），南部受急流北側的西南暖濕氣流控制；20時（圖略）切變西段南壓至貴州中部地區(qū)，廣西北部到湖南東北部的急流減弱（風速為8～12 m/s）；23日08時（圖2b）貴州中部切變線略有北抬，廣西北部至湖南東北部的西南低空急流增強（風速為12～16 m/s），貴州南部仍受急流北側的西南暖濕氣流控制；20時（圖略）切變西段南壓至黔南中部附近，西南急流減弱（風速為8～12 m/s）；24日（圖略）切變南移到廣西北部，西南急流減弱，強降雨結束。

圖2 2020年6月22日08時（a）和23日08時（b）環(huán)流形勢

以上可以看出：高空強“抽吸”效應持續(xù)作用，高層不斷分裂波動槽東傳，副高北界穩(wěn)定少動，低層切變線西段白天北抬，夜間南壓；特大暴雨區(qū)位于切變線與急流之間，大氣層結極不穩(wěn)定；其中，低空急流“夜晚增強而白天減弱”的脈動是夜間特大暴雨的觸發(fā)機制。

3.2 地面形勢

從22日08時地面形勢場（圖3a）可以看出，貴州大部受熱低壓外圍控制，熱低壓中心位于云南德欽附近，中心值為995.0 hPa，地面準靜止鋒（梅雨鋒）位于浙江南部、湖南中部到貴州中部一線，貴州南部受梅雨鋒西段影響；23日08時（圖3b），云南德欽附近熱低壓繼續(xù)維持，河套西部有冷高壓中心（1010.0 hPa），有弱冷空氣擴散南下，梅雨鋒略南壓。22～23日，由于受熱低壓發(fā)展影響，白天氣溫升溫較快，大部分地區(qū)最高氣溫超過30 ℃，積累了大量的不穩(wěn)定能量，夜間受500 hPa高原槽東傳引導弱冷空氣擴散南下，梅雨鋒西段得到強烈發(fā)展，造成了6月23～24日貴州南部地區(qū)持續(xù)性特大暴雨過程。

圖3 2020年6月22日08時（a）和23日08時 （b）地面形勢場和梅雨鋒位置

4 診斷分析

4.1 水汽輸送特征

周玉淑等[17]指出非輻散水汽流函數(shù)，即非輻散水汽通量，可反映水汽通量沿等壓線輸送的部分。分析此次特大暴雨過程的整層水汽流函數(shù)及無輻散分量分布（圖4）可知，水汽主要來源于孟加拉灣和南海，有兩支氣流在貴州到長江流域一帶匯集，一支為孟加拉灣東北部西南氣流水汽輸送，另一支為副高西側強偏南氣流輸送。22日08時（圖4a）和23日08時（圖4c），貴州大部水汽通量流函數(shù)值在0～100×106kg/s；22日20時（圖4b）和23日20時（圖4d），貴州水汽通量流函數(shù)值增大，超過100～200×106kg/s，表明夜間貴州地區(qū)匯集氣流有所增強，這也是持續(xù)降水出現(xiàn)在夜間的主要原因。

圖4 2020年6月整層水汽流函數(shù)（等值線，單位：l06 kg/s）和非輻散分量（箭頭）分布（a. 22日08時，b. 22日20時，c. 23日08時，d. 23日20時）

水汽通量勢函數(shù)及輻散分量對水汽輸送具有重要指示作用。從水汽通量勢函數(shù)及輻散分量分布（圖5）來看，孟加拉灣處于輻散狀態(tài)，華南地區(qū)到東亞沿岸海域附近處于水汽匯集區(qū)域，貴州南部地區(qū)處于水汽通量勢函數(shù)的低值區(qū)域，表明該地區(qū)有明顯的水汽輻合。22日08時（圖5a）和23日08時（圖5c）顯示，貴州大部的水汽通量勢函數(shù)矢量箭頭方向一致；22日20時（圖5b）和23日20時（圖5d）顯示，水汽通量勢函數(shù)的矢量箭頭出現(xiàn)輻合中心，表明夜間暴雨區(qū)有水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心。

圖5 同圖4，但為整層水汽勢函數(shù)（等值線，單位：l06 kg/s）及輻散分量（箭頭）

4.2 不穩(wěn)定條件

張景等[18]和陶麗等[19]指出假相當位溫（θse）是綜合表征大氣溫度、壓力、濕度的物理量，能反映大氣能量分布。從850 hPaθse水平分布（圖略）可以看出，貴州南部處于θse等值線的密集帶，表明高溫高濕不穩(wěn)定能量在這里聚集。夜間θse值明顯增強，表明能量鋒區(qū)存在明顯的日變化，夜間θse梯度增大，降水也開始增強，冷暖氣流在貴州南部進行交匯輻合出現(xiàn)強降水。

4.3 低空西南風速脈動影響

從以上的水汽輸送和850 hPa假相當位溫分析來看，暴雨區(qū)域夜間變化明顯。因此，進一步分析850 hPa風場和水汽通量散度（圖6）。22日20時（圖6a）和23日20時（圖6c），貴州省中南部長時間維持一條準東西向的切變線，22日和23日白天切變線南側偏南氣流風速較小，水汽通量散度負值中心位于貴州西南部；23日02時（圖6b）和24日02時（圖6d），切變線南側西南氣流加強，華南沿海低空急流建立，切變線長時間維持和加強，形成低層強烈輻合，有利于維持對流不穩(wěn)定和低層垂直風切變，為此次持續(xù)暴雨天氣發(fā)生發(fā)展提供了不穩(wěn)定條件；與此同時，貴州西南部水汽通量散度負值中心向東移至黔南地區(qū)南部或中部，為暴雨天氣提供了有利的動力和水汽條件。

圖6 2020年6月850 hPa風場（風向桿，單位：m/s）和水汽通量散度（實線，單位：g·s?1·cm?1·hPa?1）分布（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時）

4.4 渦度垂直剖面特征

從貴州南部強降雨上空的渦度垂直分布（圖7）來看，22日20時在105°～107°E近地面上空（500～900 hPa）為正渦度區(qū)（圖7a），中心強度為4×10?5s?1，對應500 hPa以上為負渦度帶；23日02時（圖7b），貴州南部黔南州上空700hPa的負渦度帶（中心值為?2×10?5s?1）下移，近地層正渦度中心有所加強（中心值為6×10?5s?1），正渦度中心對應惠水縣崗度鎮(zhèn)站開始出現(xiàn)40 mm/h以上強降水。23日20時，在102°～108°E，850～900 hPa為正渦度帶（圖7c），強度為4×10?5s?1，750 hPa以上為負渦度帶；24日02時，106°～107°E上空750 hPa負渦度帶加強上升（圖7d），正渦度中心上移至800 hPa附近，強度加強為6×10?5s?1，惠水縣戎甲站（106.6°E）和貴定縣云霧站（107.1°E）已分別出現(xiàn)強度為112 mm/h和102 mm/h降水。

圖7 2020年6月貴州南部沿26°N的渦度垂直剖面（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時，陰影表示地形，單位：10?5s?1）

上述分析表明最強降雨出現(xiàn)在邊界層動力輻合加強且趨于最強時段。此次持續(xù)性強降雨過程中，低層輻合有利于氣旋性渦度不斷加大，高層輻散抽吸作用使得輻合上升運動加強，同時氣流上升凝結潛熱不斷釋放，促使低層低渦系統(tǒng)發(fā)展，形成更強上升運動，進而維持強降雨所需的動力抬升條件。

4.5 垂直螺旋度剖面特征

汪小康等[20]指出螺旋度是表征對流系統(tǒng)旋轉性和上升運動的重要物理量，能反映大氣在垂直方向旋轉特點和上升運動強弱。分析貴州中部垂直螺旋度垂直剖面（圖8）可知，22日20 時（圖8a）在400 hPa、106°E附近（惠水縣境內(nèi)）有一個垂直螺旋度正值中心，中心值為1×10?6hPa·s?2，貴州黔南地區(qū)開始出現(xiàn)20 mm/h降雨；23日02時（圖8b）垂直螺旋度正值中心值有所增大，中心強度增大至5×10?6hPa·s?2，且向下移至500 hPa附近，超過20 mm/h雨強的范圍擴大，惠水崗度鎮(zhèn)站維持40 mm/h以上強降雨；23日20時（圖8c），600 hPa、106°E附近有一個垂直螺旋度正值中心，中心強度為1.5×10?6hPa·s?2，對應850 hPa切變線南側與低空急流北側觸發(fā)對流系統(tǒng)發(fā)展，出現(xiàn)短時強降水站點增多；24日02時（圖8d），隨著切變線南移和急流增強，強中心東移至108°E附近，中心值為1.5×10?6hPa·s?2，貴定縣云霧站出現(xiàn)112 mm/h強降水。上述特征表明夜間在暴雨區(qū)垂直螺旋度正值中心值顯著增大，使中低層氣旋式上升運動強盛，有利于中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，為強降水提供有利的動力條件。

圖8 2020年6月貴州中部沿26°N垂直螺旋度垂直剖面（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時，陰影表示地形，單位：10?6 hPa·s?2）

5 中尺度特征分析

5.1 對流云團合并發(fā)展

圖9給出了2020年6月22～24日貴州FY-2G云頂亮溫TBB演變。如圖所示，22日16時（圖9a）貴州中南部至湖南西部有4個較小β中尺度對流云團A、B、C、D生成發(fā)展；22日20時（圖9b）云團B和云團D面積增強，TBB值分別為191 K和187 K；22日22時（圖9c）云團A向云團B合并，云團D向云團C合并, 云團B云頂TBB值減小到180 K，南部出現(xiàn)幾個雨強超過20 mm/h的站點；23日00時（圖9d）云團C向云團B合并加強為α中尺度對流云團E，TBB值為193 K，崗度鎮(zhèn)開始出現(xiàn)34.2 mm/h強降水；23日02時（圖9e）云團E面積逐漸減小，TBB值為191 K，超過20 mm/h雨強范圍擴大，崗度鎮(zhèn)站雨強一直維持40 mm/h以上；23日03～05時（圖略）云團E面積逐步減小，雨強減弱。

圖9 2020年6月22～24日貴州不同時次云圖TBB演變（a. 22日16時，b. 22日20時，c. 22日22時，d. 23日00時，e. 23日02時，f. 23日23時，g. 24日01時，h. 24日03時，i. 24日05時，A～H表示不同對流云團，單位：K）

23日23時（圖9f）貴州南部有4個較小β中尺度對流云團F、G、H、J生成發(fā)展，云頂TBB值分別為196 K、189 K、197 K、196 K，隨后云團G和云團H發(fā)展，好花紅站雨強為42.7 mm/h，惠水蘆山站雨強達101 mm/h；24日01時（圖9g）云團F、J、G減弱消散，云團H仍繼續(xù)發(fā)展，上沖云頂呈橢圓型，TBB值為190 K，多站點雨強超過20 mm/h，云霧站高達112 mm/h；03時（圖9h）云團H發(fā)展為橢圓狀α中尺度對流云團，雨強超過20 mm/h范圍進一步擴大；05時（圖9i）云團H面積減小，強度減弱。上述特征表明，梅雨鋒西段在午后至傍晚上開始新生成若干γ、β中尺度云團的對流性系統(tǒng)，γ、β中尺度云團增強、發(fā)展、移動、合并、停滯與降雨增強過程基本一致。

5.2 “列車效應”分析

分析貴陽多普勒雷達站基本反射率和1.5°仰角資料（圖略）可知，22日19:10，降雨回波位于貴州南部一帶，范圍較小，中心強度為30～40 dBZ；19:48，黔南州都勻、惠水站附近分別新生成強對流回波，惠水站附近回波強度達50 dBZ以上；20:30，對流回波進一步發(fā)展并向西移動，在安順附近新生發(fā)展多個分散強回波單體；21:00，整個對流回波帶呈準東-西分布，回波西段較強，東段較弱，隨著回波帶上不斷新生回波單體強烈發(fā)展并結合，出現(xiàn)多個波狀強中心單體，強回波中心超過50 dBZ，回波帶移動緩慢，雨帶維持少動，新生回波單體不斷向黔南惠水移動，形成了“列車效應”。23日07時以后，回波帶明顯減弱，中心強度快速減小，回波結構松散，并逐步向東南方向移動，降水減弱；19:48，回波位于黔南西部的長順至惠水一帶，范圍較小，中心強度為30～40 dBZ；20:30，對流回波進一步向東發(fā)展，在安順南部新生發(fā)展多個分散強回波單體；21:42，安順南部至黔南地區(qū)西段回波帶強度較強，東段較弱，回波帶上不斷新生回波單體合并發(fā)展加強，中心強度達50 dBZ以上，并長時間維持，新生回波單體均向黔南惠水和貴定南部東移形成“列車效應”。24日04時以后，回波帶西段開始減弱，新生對流單體減少，回波明顯減弱。

中小尺度輻合區(qū)的穩(wěn)定維持是引起強降水回波穩(wěn)定少動的主要原因。此次過程中，22日21時～23日04時和23日21時～24日03時是對流回波帶快速發(fā)展階段，回波單體向后傳播并向東移動，降雨效率較高，為多個對流單體結合的強中心，具備積雨云降水，強度大且時間集中等特征。沿“列車效應”方向做垂直剖面（圖10）來看，回波降水低質心相對較低，誘發(fā)強降水效應。

圖10 貴陽雷達組合反射率因子空間分布（a. 22日20:49，b. 22日22:50，c. 22日23:50，d. 23日01:50，e. 23日02:51，f. 23日19:48，g. 23日21:48，h. 23日23:49，i. 24日00:50，j. 24日01:51）和垂直剖面（k. 23日02:29，l. 24日00:44）（單位：dBZ）

6 結論

本文利用國家氣象站和區(qū)域自動站觀測數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料、FY-2G衛(wèi)星云圖及多普勒雷達資料，對發(fā)生在梅雨鋒西段的“6.23”貴州大暴雨成因進行分析，得到以下主要結論：

（1）此次持續(xù)性特大暴雨發(fā)生時，貴州南部地區(qū)受南亞高壓控制，副高北界穩(wěn)定維持在華南北部，500 hPa不斷分裂短波槽引導弱冷空氣南下與副高西側偏南暖濕氣流在貴州南部交匯，使梅雨鋒鋒生增強，并配合低層切變系統(tǒng)和低空急流的動力抬升作用，造成持續(xù)性強降水，強降水主要出現(xiàn)在夜間。

（2）來自孟加拉灣的西南暖濕氣流與副高西側的偏南氣流在貴州中東部到長江流域一帶交匯，促使低空急流建立，并且在夜間明顯增強，形成水汽通量勢函數(shù)和輻散分量輻合中心，為持續(xù)性暴雨天氣提供充足的水汽輸送。能量鋒區(qū)存在明顯日變化特征，夜間假相當位溫梯度增大，降水開始增強。

（3）高空輻散、中低層切變線南側與低空急流北側的正垂直螺旋度為中尺度渦旋迅速發(fā)展和水汽輻合抬升凝結提供了動力條件，夜間垂直螺旋度正值中心值顯著增大，促使中低層氣旋式上升運動強盛，有利于中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，為強降水提供有利的動力條件。貴州南部暴雨或特大暴雨落區(qū)具有重疊性。

（4）高原槽引導弱冷空氣南下有利于梅雨鋒鋒生，午后至傍晚生成中尺度對流系統(tǒng)，合并發(fā)展增強并緩慢移動，導致了此次降水過程的發(fā)生。暴雨過程中存在明顯“列車效應”，貴州南部地區(qū)受對流系統(tǒng)疊加影響形成持續(xù)性強降水。