貴州一次臺風暴雨的診斷分析

滕 林，賀德軍，李小蘭，陳 軍

(1.貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；2.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

貴州一次臺風暴雨的診斷分析

滕 林1，賀德軍1，李小蘭2，陳 軍3

(1.貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；2.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；3.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

利用常規資料、自動站降水資料及NCEP/NCAR再分析資料(水平分辨率為1°×1°)等對2013年8月23—24日貴州一次強降水過程進行分析，結果表明：此次降水是副高西伸北抬，臺風“潭美”減弱為低壓西移，貴州受臺風倒槽影響而產生的；暴雨區域上空的水汽通量較大，水汽輻合明顯；暴雨落區與中低層正的垂直螺旋度大值區有一定的對應關系；衛星云圖顯示臺風外圍渦旋云系長時間維持發展并不斷經過貴州上空造成強降雨的產生。

臺風倒槽；水汽通量，垂直螺旋度；外圍渦旋云系

1 引言

進幾年來臺風登陸中國的次數異常偏多，而臺風往西北方向登陸中國往往會給貴州帶來大范圍的暴雨天氣。梁艷等[1]對“南川”、“獅子山”外圍云系對溫州的風雨影響分析，指出臺風外圍云系的影響是強降水的預報著眼點。而影響中國的典型臺風暴雨過程往往是與其它暴雨影響系統相互作用機制而形成的，如研究者[2-3]對臺風分析指出臺風倒槽、切變槽、冷空氣相互配合能引起大范圍的暴雨天氣；也有學者對臺風的研究發現臺風暴雨的落區與正的螺旋度大值區有一定的對應關系[4-9]。因此對造成貴州大范圍強降水的臺風過程進行診斷分析，能夠為貴州臺風暴雨的實際預報提供參考，對預報業務工作具有實際意義。

本文使用的資料為貴州自動站降水資料、風云衛星資料、美國國家環境預報中心提供的每6 h一次的NCEP/NCAR再分析資料(水平分辨率為1°×1°)和Micaps常規資料，主要對此次降水過程的環流形勢、水汽條件、動力條件、云圖特征進行詳細分析，以期發現貴州臺風暴雨的一些特征，為今后此類預報提供參考依據。

圖1 8月23日08時—25日08時累計降雨量(單位：mm)Fig.1 23 August 08 o'clock to 25 August 08 o'clock cumulative rainfall (unit: mm)

2 降水概況

對貴州省區域自動站降水資料分析發現，23日08時—25日08時貴州省累計降水100 mm以上有3縣22鄉鎮，50～99.9 mm 17縣194鄉鎮，25～49.9 mm有29縣582鄉鎮，最大降水量為貴陽市的羊水河站144 mm，50 mm以上降水主要集中在貴陽市、安順市東部、畢節市東北部、黔西南州東部、黔東南州東北部，降水主要集中時段發生在23日17時—24日12時，大暴雨使貴州部分城鎮發生內澇、泥石流、滑坡，造成了無法估計的災難。

3 大氣環流形勢分析

3.1 高空環流形勢分析

22日以前(圖略)，南海有一臺風“潭美”(編號1312號)，中國大陸和蒙古上空此時主要為一強大的反氣旋環流控制。8月23日08時(圖2a)，500 hPa上，烏拉爾山地區和東亞東部地區為低槽區，在新疆北部為一淺平的高壓脊，屬于典型的“兩槽一脊”形勢；西太平洋副熱帶高壓強大，臺風“潭美”已減弱為熱帶低壓，中心位于廣東省北部，并沿著副高外圍移動。23日20時(圖2b)，5880線西伸到江蘇地區，低壓中心往偏北方向移動到湖南南部，貴州處于臺風倒槽槽前，受倒槽槽前東北氣流的影響。到24日08時(圖2c)，倒槽進一步西移，低壓中心已移到廣西北部地區，貴州已處于低壓頂部，新疆北部的脊加強并東移，這樣的環流形勢有利于北方冷空氣南下與副高左側臺風“潭美”帶來的暖濕氣流在貴州交匯。24日20時過后(圖2d)， 低壓繼續減弱并南移到云南南部地區，副高與青海附近的高壓合并“打通”，使副高異常增大，貴州已受副高控制。

3.2 地面環流形勢分析

23日08時(圖3a)臺風已經減弱為低壓，低壓中心位于湖南東部。23日20時(圖3b)，低壓繼續填塞減弱，已西移到湖南南部地區，低壓中心值為949 hPa，貴州處于低壓的后部，受東北氣流的影響，貴州東部已出現了陣雨天氣。24日02時(圖3c)，低壓繼續填塞減弱，低壓中心值減弱為971 hPa，中心位置已位于貴州從江縣境內，貴州南部一帶有一條地面輻合線，輻合線北側的弱冷空氣南侵填塞低壓觸發對流加強發展，加之低壓中心受地形摩擦填塞輻合、迎風坡地形抬升，三者共同作用，使得低層輻合上升更強烈，有利于強降水的產生和維持，這樣使貴陽基準站(站號57816)3 h降雨量達到了39 mm。24日08時(圖3d)，隨著地面偏北風的加強，冷空氣進一步入侵，地面輻合線略有南壓，低壓中心已減弱往西南方向移動到云南廣南縣鏡內，貴州處于低壓的頂部，此時貴州降水主要集中在中部以南。隨著北方弱冷空氣不斷南侵，低壓在內陸受摩擦作用不斷填塞往西南方向移動，到24日14時(圖略)已經填塞消失，對貴州降水的影響也結束。

4 水汽條件分析

4.1 水汽通量分析

短時間內在某地出現降水需要3個條件，其中之一是需要空氣中有大量的水汽，具有較大的相對濕度或比濕，并且溫度與露點溫度之差達到一定的范圍[10]。對貴州23—24日降水過程的相對濕度和溫度露點差進行分析(圖略)，發現在降水時期低層相對濕度>90%，溫度與露點溫度差≤2 ℃，表明貴州地區屬于水汽飽和區。降水區的水汽主要是通過大規模的水平氣流輸送到降水區的，其輸送量的大小用水汽通量來表示[10]。從圖4a和4b所顯示的850 hPa水汽通量分布可以看到，23日20時，貴州處于低壓(臺風)的后部，水汽通量較大，水汽來源為黃海和南海，南海的水汽占主要部分，由低壓通過東北風輸送到達貴州地區，黃海的水汽則通過偏東氣流或東北風輸送到貴州地區。到24日08時，隨著低壓西移，南海的水汽通過東南風和南風進一步向貴州輸送。以上分析可知，降水時期的水汽通量大，水汽含量充沛，主要來源為南海。

圖2 500 hPa高度場(單位：gpm)(a) 23日08時；(b)23日20時；(c) 24日08時；(d)24日20時Fig.2 The circulation situation on 500 hPa level (unit:gpm) at 23∶08 (a), 23∶20(b), 24∶08(c) ,24∶20(d)

圖3 地面環流形勢圖 (a) 23日08時；(b)23日20時；(c) 24日02時；(d)24日08時Fig.3 Surface circulation situation at 23∶08(a), 23∶20(b) 24∶08(c) ,24∶08(d)

圖4 850 hPa高度層的水汽通量(單位：g/cm2·hPa·s) (a) 23日20時；(b)24日08時Fig.4 The water vapor flux 850 hPa at 23∶20(a) and 24∶08(b)

4.2 水汽通量散度

高濕區并不能保證有強的降水，比如在海上，不一定產生降水，特別對于大的暴雨，只有當水汽由源地輸送到某地區，并且在該地區產生水平輻合，進而上升冷卻凝結成雨，才能導致該地形成暴雨[10]。對降水時期(23日20時和24日08時)貴州地區850 hPa的水汽通量散度進行分析(圖5)可以知道，貴州地區上空水汽通量散度為負值，表明該地區有大量水汽的輻合。在25日(圖略)降水結束過后，水汽通量散度為正值，表明該地區的水汽開始輻散。

由上述分析可知，降水時期，貴州上空存在明顯的水汽輻合，水汽通量較大。豐富的水汽為強降雨的產生提供了有利條件。

圖5 降水時期850 hPa的水汽通量散度(單位：10-5g·cm-1·hPa-1·s-1)(a)23日20時; (b)24日08時Fig.5 Water vapor flux divergence 850 hPa at 23∶20(a) and 24∶08(b)

5 螺旋度分析

渦度是表征大氣的旋轉程度，對渦度的分析能夠有效地判斷該地大氣的旋轉程度，是否有低渦生成或已有的低渦是否發展或者減弱。此次降水過程臺風“潭美”有很大的渦度，因此單獨分析貴州地區的渦度意義不大，尤紅等[11]指出垂直螺旋度比渦度包含了更多的輻散風效應，其值的正負情況能反映渦度與速度的配合程度，更能體現大氣的運動情況，它被嚴格定義為風速與渦度的體積分[12]。最早將螺旋度正式引入強對流風暴研究中為Lilly[13]，后來基于螺旋度的理論研究[14]及數值模擬結果[15]分析使其逐漸成為天氣分析預報中的一個重要物理量，劉漢華等[5]開始研究螺旋度對于臺風的作用發現螺旋度對臺風的發展，路徑有很大的指導作用，臺風總是沿著螺旋度大值的方向移動，大的螺旋度環境有利于低渦氣旋及強對流系統的生成與發展。

對降水時期700 hPa的螺旋度水平分布進行分析(圖6a)可以知道，23日20時700 hPa在(111.5°E，26.5°N)處有一螺旋度的正值中心，中心值達到1.8×10-5Pa·s-2，這也是臺風“潭美”減弱為低壓的中心，隨著臺風西移，垂直螺旋度也在不同的變化，在700 hPa上空貴州中部及東部地區螺旋度都為正值。以上分析可知，螺旋度的正值中心與低壓中心有很好的對應關系。

對降水時期螺旋度的垂直分布進行剖面分析(圖6b和圖6c)可知，23日20時以107°E作緯向剖面圖，發現貴州上空，對流層中低層為正的垂直螺旋度，對流層高層300 hPa以上為負的螺旋度，正螺旋度中心達到了0.9×10-5hPa·s-2；從 27°N的經向剖面圖上，在106～110°E之間即貴州的中部與東部地區，對流層中低層螺旋度為正值，在高層螺旋度為負值。圖6d為貴陽地區(107°E，27°N)垂直螺旋度隨時間的變化分布，圖中可以看出，貴陽地區在23日14時—24日14時，對流層中低層螺旋度為正值，其中在23日20時和24日08時，螺旋度正值最大，分別達到0.6×10-5hPa·s-2，1.4×10-5hPa·s-2，而對流層高層螺旋度為負值。上述分析可知，在降水時期貴陽地區上空對流層中低層為正螺旋度，高層為負螺旋度，降水的落區與螺旋度的正值區有非常明顯的對應關系，大的正值螺旋度環境有利于產生上升運動從而產生對流性天氣，這與尤紅等[11]對2005年6月廣東特大暴雨的垂直螺旋度的分析結論相一致。

圖6 降水時期螺旋度的水平、垂直分布和垂直螺旋度隨時間的變化(單位：Pa·s-2) (a)23日20時700 hPa水平分布； (b)23日20時沿107°E的緯向剖面；(c)23日20時沿27°N的經向剖面；(d)降水時期垂直螺旋度隨時間的變化趨勢Fig.6 The horizontal and vertical distribution of the helix and the change of the vertical helix in the precipitation period,feild on 700 hPa (a) ,at 23∶20 and along 107°E (b) ,at 23∶20 along 27°N (c) , The precipitation period vertical helicity trends over time(d)

6 衛星云圖資料分析

衛星云圖顯示，臺風西移過程中，貴州受其外圍渦旋云系的影響，臺風渦旋降水云團從東向西移動并逐漸發展，從圖7可知，23日18—19時，臺風外圍云系主要影響貴州中部以南一帶，而在24日03時，貴州中部又有渦旋降水云團生成并發展。正是由于臺風渦旋降水云團自東向西并不斷經過貴州中部，移到中部過后又有對流云系生成發展，典型的“列車”經過這一區域，導致了大暴雨區域主要集中在貴州中部一線。

圖7 8月23日18時(a);23日19時(b);24日03時(c)衛星云圖Fig.7 Satellite cloud images (a) at 23∶18; (b) at 23∶19; (c)at 24∶03 on August

7 結論與討論

①在降水發生時，臺風減弱后的低壓沿著副高外圍西移，貴州處于臺風倒槽槽前，烏拉爾山槽加深東移，新疆北部脊加強，經向度加大，北方冷空氣南下與副高左側臺風“潭美”帶來的暖濕氣流在貴州交匯。

②降水時期，降水區上空的水汽通量比較大，水汽輻合明顯。

③降水落區與中低層螺旋度大值區分布有明顯的對應關系，降水落區上空的螺旋度在對流層中低層為正值，高層為負值，大的正值螺旋度環境有利于產生對流性天氣。

④衛星云圖顯示，外圍渦旋云系滯留在貴州時間較長并不斷生成與發展經過貴州某一地區，屬于典型的“列車”經過。

臺風為很大的渦度氣旋，在內陸受摩擦填塞，摩擦能造成低渦內部空氣輻合產生抬升作用，這一點值得考慮；另外一點就是地形增幅作用，貴州屬于中國西部高原山地，地處云貴高原的東部，境內地勢西高東低，山區比較多，此次過程臺風自東南往西北方向移動，典型的上坡地形的抬升有利于加強上升運動從而產生強降水。

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A diagnostic analysis of typhoon rainstorm in Guizhou Province

TENG Lin1，HE Dejun1，LI Xiaolan2，CHEN Jun3

(1.Jianhe Meteorological Station of Guizhou Province, Jianhe 556400, China；2.Yuping Meteorological Station of Guizhou Province, Yuping 554000, China；3.Tongren Meteorological Bureau of Guizhou Province, Tongren 554300, China)

By using the automatic station precipitation data, the sounding data, the NCEP/NCAR 10×10 reanalysis data, and the MICAPS format data over Guizhou province, an analysis of a heavy precipitation in Guizhou from August 23, 2013 to 24 was conducted. The results show that the precipitation occurred with the subtropical high, The typhoon "Trami" weakened into a low pressure moving west, Guizhou affected by the impact of typhoon trough. The rainstorm over the area of water vapor flux is larger, the water vapor convergence is obvious; There is a certain corresponding relationship between the heavy rain falling area and the vertical spiral degree of the middle and low level; Satellite images show the typhoon vortex cloud system maintain a long time development and continuous heavy rainfall was caused by it over Guizhou.

typhoon trough; vapor flux; vertical helicity; peripheral vortex cloud system

1003-6598(2017)01-0053-06

2016-09-29

滕林(1990—)，男，助工，主要從事天氣預報測報工作，E-mail：1016914016@qq.com。

P458.1+21.1

B