望謨縣3次特大致洪暴雨衛星云圖分析

黃 琰，趙 建，張 輝

(貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400)

望謨縣3次特大致洪暴雨衛星云圖分析

黃 琰，趙 建，張 輝

(貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400)

該文利用靜止氣象衛星云圖資料，結合常規資料和地面加密站資料，對導致望謨縣3次洪災的暴雨天氣在云圖上反映的信息進行詳細分析。主要解釋紅外云圖上弧狀云線觸發的初始對流，暴雨云團的演變特征，TBB與暴雨分布的關系以及暴雨云團發生時水汽圖像和云導風的動力特征。3次致洪暴雨中2次是由發展成MCC的暴雨云團產生，1次由MβCC產生。云圖可清楚的看到弧狀云線觸發對流的過程。弧狀云線在不穩定區域激發對流，弧狀云線由前1 d的MCS的外流邊界產生；云團合并是暴雨云團強烈發展的一個重要標志，在發展成MCC或MβCC之前，都有云團合并的過程；最大降雨強度通常出現在TBB低溫面積達到最大之前或達到最大時；大氣的下沉運動和強上升氣流在水汽圖上清晰可見，降雨強度最大時上層的輻散風很強。

衛星云圖；MCC；弧狀云線；TBB

1 引言

2006—2011年6 a的時間里，望謨縣發生了3次導致特大洪災的大暴雨天氣過程，引發的山洪、泥石流和垮塌等次生災害給當地人民帶來了極大的損失。第1次大暴雨過程出現在2006年6月12日深夜至13日02時，因災死亡30人，失蹤20人，直接經濟損失11.2億元以上。第2次大暴雨過程出現在2008年5月25日深夜至26日凌晨，望謨縣北部鄉鎮降暴雨，引發山洪，洪水順河道自北向南沖向下游，這次洪災造成死亡13人，失蹤7人，緊接著27日夜間望謨縣又出現大暴雨天氣。第3次大暴雨過程出現在2011年6月5日深夜至6日凌晨，因災死亡37人，失蹤15人，直接經濟損失20億以上。

單從死亡及失蹤人數上看，暴雨洪澇災害之慘烈令人痛心。出現這樣大的災害一方面與貴州山區的特殊地形和喀斯特地質結構有關，另一方面與暴雨的量級強度有關。對這3次特大暴雨，喬林[1]等利用WRF模式模擬了2006年6月12日的暴雨過程，得出對流層低層中尺度輻合線造成了初始的上升運動，凝結潛熱加熱對直接產生暴雨的β中尺度系統發展維持最為重要；李登文[2]利用常規資料、紅外云圖TBB資料及多普勒雷達資料等多種資料綜合分析和診斷了這次暴雨過程，表明低層有能量鋒出現，激發了傾斜垂直渦度發展，使中尺度對流系統得以發展和維持；萬雪麗[3]等利用物理量場診斷了這場暴雨的動力熱力結構。

以上研究從不同角度分析前兩次暴雨，得出了一些有助于預報突發性暴雨的結論，但尚無側重于云圖的分析。常規資料對直接產生暴雨的中小尺度系統的分辨極為有限，而靜止氣象衛星云圖在災害天氣監測和預報中有很大的優勢，其高時空分辨率對大氣的監測是連續的、全覆蓋的，大中小尺度的天氣系統均可在云圖上得到反映。而暴雨是在多種不同尺度系統相互作用下產生的，在衛星云圖上，產生強天氣的大尺度云系和中尺度云系直觀，各自云型及相互作用清晰可見，因此高時空分辨率的云圖可以追蹤這些天氣過程及系統的演變、強度等特征，。如果能從云圖上反映的大氣信息進行多個例總結分析，就能識別出導致這些云型的大氣中動力和熱力特征，預報員可結合概念模式推斷大氣三維結構和未來發展趨勢，從而預報未來天氣尤其是短時臨近天氣。

從季節上看，這3次大暴雨天氣過程出現在5月下旬—6月上半月，屬貴州初夏暴雨，暴雨的發生具有相似的氣候背景，暴雨發生的時間幾乎相同，3次暴雨均出現在深夜至凌晨，因此對這3次暴雨的異同進行對比分析是很有意義的。本文將以風云2號系列靜止氣象衛星紅外云圖、TBB亮溫、水汽圖像和云導風為主分析導致望謨洪災的暴雨云團演變特征。

2 暴雨主要影響系統概述

3次洪災中有4次暴雨過程，2008年6月25—27日的洪災有2次暴雨過程，2008年6月25日深夜的暴雨無冷空氣南下，對流在低壓倒槽內生成，地面貴州省加密站圖上在貴州西北可分析出一個暖式切變，午后沿暖式切變有一些分散的陣雨或雷陣雨，21時后暖式切變向貴州西南方向南壓，同時南風加強，切變也加強，25日22時—26日03時降雨加強，雨區增大(圖略)，此次暴雨較其它3次暴雨強度小，局地性強，影響系統不明顯，是比較難預報的局地性暴雨過程。而其它3次暴雨過程均有冷鋒南下，同時有低渦切變和急流配合，降雨強度大，范圍較廣。本文主要分析這3次暴雨過程。

2006年6月12日(以下簡稱612暴雨)、2008年5月27日(以下簡稱527暴雨)和2011年6月5日(以下簡稱605暴雨)的暴雨均發生在深夜到次日凌晨，暴雨發生前白天都為熱低壓影響，在輻射加熱條件下，大氣不穩定度不斷增強，冷空氣南下導致熱低壓填塞產生暴雨，同時3次暴雨都有低層的切變或低渦切變系統和西南低空急流配合，產生暴雨的動力作用明顯，水汽能量輸送充足，低層的切變系統對深對流的進一步發展提供動力作用，在有利的大尺度背景下，云團發展成MCC，造成暴雨(圖1)，3次暴雨還有一個共同點是降雨帶主要沿850 hPa切變線分布。不同點是：冷鋒的強度、尺度和來向有所不同(圖1)，觸發初始對流的系統也有所不同，結合云圖和常規資料分析，612暴雨的觸發系統是冷空氣南下激發對流；527暴雨過程有一條大尺度的冷鋒，自西北向東南影響我國中東部地區，而望謨附近初始對流產生時冷鋒離對流還較遠，觸發對流的是前1 d的一個MCC雷暴外流邊界(弧狀云線)產生，之后冷鋒和切變系統南壓產生深對流。605暴雨也可從云圖上清楚分析到，觸發系統是前1 d的一個MβCC產生的外流邊界在向西南移動時，在850 hPa切變尾部望謨附近激發幾個對流云團，這幾個對流云團合并發展成MCC，這個MCC導致了望謨縣這3次洪災中最大的一次洪災。3次暴雨中暴雨范圍與影響系統的尺度有關，而暴雨量級和強度與低渦的強度及系統配置的背景有關。如605的暴雨區沒有527的范圍大，但在望謨地區產生的暴雨強度和量級是最大的一次，望謨縣打易鎮6 h內降雨達315 mm，降雨最強時1 h降下105.9 mm，歷史罕見，超過了前2次暴雨。暴雨的主要影響系統是典型暴雨形勢，500 hPa高空槽引導700 hPa 低渦東移南下，850 hPa切變右側是強盛的西南低空急流，整個配置為高中低后傾槽的形勢 (圖1c)。

圖1 3次暴雨的主要影響系統及≥50 mm暴雨區綜合圖(★為望謨縣，粗實線為槽線或切變線，細閉合實線為24 h≥50 mm暴雨區，箭頭為850 hPa急流，虛線為850 hPa顯著濕區T-Td≤3℃)

這幾次暴雨過程雖然影響系統清楚，但是從圖1中暴雨區域的分布來看，要預報出暴雨的具體落區落點是比較困難的，預報員僅能根據經驗和概念模型得出雨區的大致分布。而云圖上可見，幾次暴雨是在有利的環流背景條件下由中α對流復合體和中β對流復合體造成，云圖上可連續監測分析中尺度對流復合體的強度和移向，可推斷暴雨區的分布。值得注意的是，527暴雨和605暴雨初始對流的發展都與弧狀云線有關，而弧狀云線是在衛星云圖上發現的，是雷暴的外流邊界，弧狀云線容易在不穩定區激發對流，在有利的條件下進一步發展成深對流，這3次暴雨過程發生前，望謨地區受熱低壓控制，并處于西南低空急流左側水汽輻合區，高溫高濕特征明顯。下文分析暴雨云團的發展演變。

3 暴雨云團發展演變分析

紅外云圖全天候監測云頂表面變化，是分析暴雨云團變化特征的重要工具。這3次暴雨云團的共同點是：前1 d雷暴的外流邊界(527暴雨和605暴雨)或冷空氣南下(612暴雨)，午后到傍晚在望謨附近對流不穩定區域觸發小對流云團，對流云團合并后發展成深對流，移動緩慢，降雨強度大，停滯時間長，雨量大。從產生暴雨的云團演變來看(圖2)，云團合并后加強是中尺度對流系統生成發展的重要因素之一，望謨地區的3次暴雨云團在發展成中尺度對流復合體前都經歷了小尺度云團合并的過程，且云團合并后對流開始強烈發展，降雨強度也迅速加大。612暴雨過程是云團合并后發展最迅速的一次，合并后3 h發展成MβCC，且降雨在云團增長時最強，從圖1a1可見18時30分，弱冷空氣在貴州西南部望謨附近觸發了3塊小對流云團，西邊的小對流云團結構密實，云頂高，發展中與東邊兩塊云團合并，合并后的云團幾乎是在原地強烈發展成暴雨云團，移動緩慢，云團發展旺盛時近似圓形，該云團在望謨附近持續了近9 h，而≤-52℃冷云面積達到50 000 km2以上的時間為4 h，以Israel L.Jirak(2000)對MCC的定義標準，此暴雨云團是一個MβCC[4]。

527暴雨，在東西2個MCS云團合并后發展成MCC(圖2b5)，≤-52℃冷云面積達到50 000 km2以上的時間為8 h，云團合并時雨強迅速增大，望謨在云團合并后1 h內降雨48 mm。在有利的環流背景下，云團合并是中尺度對流強烈發展的一個重要標志。

圖2 3次暴雨云團的演變圖：b1和c1標注了弧狀云線位置，★為望謨縣位置

605暴雨是3次致洪暴雨中強度最強和暴雨量級最大的，從第1節分析的系統配置來看，造成暴雨的影響系統配置是典型的暴雨形勢。從云圖上可分析出觸發對流的弧狀云線是前1 d的一個MβCC的外流邊界，此弧狀云線4日22時在望謨附近沿東北西南走向且少動，維持到第2 d(圖2c1)。5日午后大氣對流不穩定強，低層高溫高濕，弧狀云線尾端有對流產生，隨后數個對流云團生成后合并發展，在合并云團的西面又不斷有新生成的對流云團加入，新生云團加入會造成暴雨強度加大，605暴雨云團在6日0時達到MCC標準，在暴雨云團發展成MCC前2 h，由于云團合并，打易鎮在5日23時—6日00時1 h降雨達105.9 mm，非常罕見，整個過程降雨達315 mm。6日02時15分云團發展到最強，暴雨云團發展中，≤-52℃冷云面積達到50 000 km2以上的持續時間約為7 h，和前兩例相似，云團移動緩慢[5]。

3次暴雨云團分別發展成MCC或MβCC的過程中都存在云團合并后迅速發展，發展成暴雨云團后穩定少動，使得暴雨在同一個區域維持較長時間，導致山洪暴發。

4 TBB與暴雨強度關系

3次暴雨的對流發展極其旺盛，612暴雨的TBB最低值達到-79℃，527暴雨和605暴雨的TBB最低值均達到-92℃。暴雨中心主要出現在TBB等值線梯度最大處或TBB最低中心附近；612暴雨中心主要在TBB梯度較大附近，而527暴雨則降在云團合并處 (圖3)，暴雨云團傾向于向TBB梯度最大處擴展或緩慢移動。

圖3 TBB等值線和加密站小時累積雨量，加粗閉合實線為范圍≤-52℃云區，虛線區為小時≥10 mm降水區：(a1)2006年6月12日23時TBB，22—23時貴州省加密站降水；(a2)2006年6月13日01時TBB，13日00—01時貴州省加密站降水；(b1)b1為2008年5月27日23時TBB，22—23時貴州省加密站降水；(b2)為2008年5月28日01時TBB，28日00—01時貴州省加密站降水。

為了表示云團覆蓋下降雨強度與TBB的關系，以2011年6月5日暴雨云團為例，逐時加密站平均雨量表示降雨強度，云團特征值≤-52℃云區面積根據TBB等值線范圍面積推算，得到圖4。隨著TBB低溫面積的加大，降雨量增強較快，在TBB低溫面積達到最大前一小時雨強達到最大，之后TBB低溫面積顯著減少，但雨強是緩慢減小，這一點需進一步研究其成因。

圖4 降雨強度與TBB≤-52℃云區面積的關系(折線表示TBB≤-52℃云區面積逐時變化，柱狀表示對應降雨強度逐時變化)

5 云導風和水汽圖像分析

云導風可表征上層大氣的平均風，可以分析探空站非觀測時段大氣上層的輻散情況，從而判斷低層的輻合強度。水汽圖像表征了大氣的上升和下沉運動，并可反映大、中、小尺度氣流的信息，水汽圖像和云導風結合可分析出大氣的一些動力特征。本節的資料使用衛星IR3紅外云圖，即水汽圖像，以及IR3紅外云圖反演的云導風來分析大氣的垂直運動和上層大氣輻合輻散動力特征。

以527暴雨為例，5月27日19時望謨暴雨發生前，望謨位于南亞高壓東北脊受偏東北氣流影響，望謨附近高層輻散，白亮的小塊云團顯示上升運動正在發展，白亮云團北部為深色的暗區，暗邊界清晰，表示大氣的下沉運動，下沉和上升氣流之間的色調梯度很大，說明下沉和上升氣流都相當強[6]，白亮云團表示干冷空氣和南部暖濕空氣相遇后產生的垂直運動，這樣強梯度區的強下沉和上升氣流在常規資料上難以反映出來，而在水汽圖像上可充分的反映(圖5a)。28日00—1時是降雨最強的時段，望謨以北為14m/s的強西南風，以南為西北風，強輻散特征非常明顯(圖5b)。其它兩次暴雨也有類似特征，不再贅述。

圖5 527暴雨的水汽圖像和云導風，★望謨縣，箭頭表示風向(a)暴雨前5月27日19時；(b)暴雨最強時5月28日01時

6 小結

①在云圖上可清楚的看到弧狀云線觸發對流的過程，弧狀云線維持的時間長，易在紅外云圖上發現。弧狀云線傾向于向不穩定區域移動，容易在不穩定區域激發對流，在云圖分析中，特別要注意前1 d沒有下雨的區域或者下雨后又受熱低壓加熱的對流不穩定區域，如果遭遇到弧狀云線，就可能會在午后激發出對流，在有利的環流背景條件下發展成深對流。

②3次致洪暴雨2次由MCC造成，1次是MβCC造成。云團合并是暴雨云團強烈發展的一個重要標志，本次分析的3個個例在發展成MCC或MβCC之前，都有云團合并的過程，且合并進來的云團越多，暴雨云團強度越強。云團合并時強度迅速增大，雨量也會加強，暴雨主要集中在2個云團相交處附近，或冷云頂中心附近，云團合并是深對流發展的一個前兆。

③隨著TBB降溫面積的增大，降雨強度也增大，最大降雨強度通常出現在TBB低溫面積達到最大之前或達到最大時，需要注意的是，TBB冷云面積減小時，降雨強度減小，但不是迅速減弱。

④云導風和水汽圖像顯示了降雨前大氣上層的輻散，降雨強度最大時的輻散風場也最強，大氣的下沉運動和強上升氣流在水汽圖上清晰可見，由于云導風和水汽圖像的高時空分辨率，可監測大氣連續的動力變化，是短臨預報的有力工具。

[1] 喬林，陳濤，路秀娟.黔西南一次中尺度暴雨的數值模擬診斷研究[J].大氣科學，2009，33(3)：537-550.

[2] 李登文，楊靜，喬琪.貴州省望謨縣大暴雨的診斷分析[J].南京氣象學院學報，2008，31(4)：511-519.

[3] 萬雪麗，楊靜，孫旭東.貴州西南地區一次中-β尺度暴雨天氣成因探討[J].貴州氣象，2007(1)：10-12.

[4] 黃勇，覃丹宇，邱學興，等.暴雨過程中對流云合并現象的觀測與分析[J].大氣科學，2012，36(6)：1135-1147.

[5] M.J.巴德等編，盧乃錳，等譯.衛星與雷達圖像在天氣預報中的應用[M].北京：科學出版社，1998：316-326.

[6] Roger B.Weldon and Susan J.Holmes著，鄭新江，陸文杰，等譯.水汽圖像在天氣分析和天氣預報中的解譯與應用[M].北京：氣象出版社，1994：82-87.

2014-10-10

黃琰(1983—)，女(布依族)，助工，主要從事氣象服務和應用氣象及災情研究工作。

1003-6598(2015)04-0032-05

P426.6

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