巴中市一次春季暴雨過程診斷分析

袁 亮，馮禹文

(四川省巴中市氣象局，四川 巴中 636000)

1 引言

巴中市位于川陜兩省交界的大巴山系米倉山南麓，由于其特殊的地理位置和地形特征，容易發(fā)生暴雨天氣。暴雨是巴中的主要災(zāi)害性天氣之一，每年都會造成國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的重大損失。劉慶等[1]對四川暴雨氣候背景分析指出，四川盆地暴雨中心主要有三個(gè)，巴中市就處于其中之一的大巴山暴雨區(qū)。陳忠明[2]、肖遞祥[3]等和劉林春[4]、肖洪郁[5]等分別對川東北盛夏和秋季暴雨天氣過程進(jìn)行了一系列診斷分析，但對川東北春季暴雨天氣過程的診斷分析還較少。本文利用常規(guī)觀測資料和NCEP 1°×1°6 h再分析資料，從系統(tǒng)配置、動力結(jié)構(gòu)、水汽條件、不穩(wěn)定和能量條件等方面對巴中此次暴雨天氣過程進(jìn)行分析，以期為今后巴中地區(qū)春季暴雨預(yù)報(bào)提供一些有意義的參考依據(jù)。

2 降水實(shí)況

2017年5月2日08時(shí)—3日08時(shí)巴中市出現(xiàn)一次區(qū)域性暴雨天氣過程，全市大部分區(qū)域站雨量都在50 mm以上，最大雨量為平昌縣城89.3 mm。巴州區(qū)、恩陽區(qū)、南江縣、通江縣、平昌縣的城區(qū)雨量分別為50.9、57.6、38.3、54.4、89.3 mm。降水主要集中在2日下午和后半夜2個(gè)時(shí)段，且后半夜降雨強(qiáng)度大于下午，小時(shí)最大雨強(qiáng)在20～30 mm。

3 環(huán)流背景和影響系統(tǒng)

2日08時(shí)(圖1a)，500 hPa北支高緯地區(qū)為兩脊一槽的環(huán)流形勢，烏山—里海地區(qū)為阻高，巴湖東部有一深厚低槽，南支西藏中東部—印度東部也有一深厚低槽，副高588線穩(wěn)定在20°N附近。北支和南支低槽都分裂小槽東移，影響巴中，同時(shí)在山東和江蘇沿海地區(qū)有低渦活動，阻擋了低槽系統(tǒng)的東移，有利于降水的持續(xù)。低層(圖略)低空急流建立，700 hPa西南急流頭位于河套地區(qū)，切變線位于寧夏西部—甘肅南部，850 hPa東海—甘肅南部有一支偏東風(fēng)，與東南急流在巴中地區(qū)輻合。地面圖上，高壓中心巴湖西北部的中亞地區(qū)，冷鋒位于寧夏—甘肅南部，四川盆地為熱低壓，海平面氣壓差在30 hPa以上，冷空氣沿西北路徑影響盆地。

3日08時(shí)(圖2b)，500 hPa低槽移動至甘陜交界至盆地西部，700 hPa偏北風(fēng)迅速南下，切變線位于晉陜交界至盆地西北部，西南急流位置東移至貴州西部到重慶一線，850 hPa四川盆地轉(zhuǎn)為一致的偏北風(fēng)。地面圖上，冷鋒位于重慶西南部—云南東北部，低壓中心南移到貴州，巴中為偏北風(fēng)。降水實(shí)況顯示巴中地區(qū)此時(shí)為小雨，此次降雨過程趨于結(jié)束。

本次暴雨天氣過程，500 hPa南北支系統(tǒng)低槽配合東移，低層有低空急流建立，同時(shí)有700 hPa的切變和850 hPa的輻合配合，地面圖上有冷空氣侵入盆地。

圖1 2日08時(shí)500 hPa的高度場和700 hPa大風(fēng)速帶(a)、3日08時(shí)500 hPa的高度場和700 hPa大風(fēng)速帶(b)Fig.1 2 at 08∶00 500 hPa height field and 700 hPa wind speed belt (a),3 at 08∶00 500 hPa height field and 700 hPa wind speed belt (b)

4 動力條件

為了分析本次過程暴雨區(qū)域上空大氣輻合輻散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動隨時(shí)間的演變情況，作了1日20時(shí)—3日20時(shí)巴中(32°N，107°E)散度(圖2a)和渦度(圖2b)的時(shí)間—高度剖面。從圖2a可以看出，在降水發(fā)生的2個(gè)主要時(shí)段，大氣的垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)各不相同。2日下午，表現(xiàn)為低層(700 hPa以下)輻合，中高層(700 hPa～300 hPa、200 hPa～100 hPa)輻散，700 hPa輻散主要是因?yàn)?00 hPa西南急流發(fā)展強(qiáng)盛，巴中處于急流軸后部，有風(fēng)速的輻散。低層輻合、高層輻散的分布有利上升運(yùn)動發(fā)展，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生和維持。2日后半夜，隨著500 hPa低槽和700 hPa切變線的東移，輻合層(850 hPa～400 hPa)強(qiáng)度及伸展高度均有所加強(qiáng)，并且在700 hPa和500 hPa上都先后出現(xiàn)大值中心，同時(shí)高層(400～100 hPa)輻散也明顯加強(qiáng)。邊界層(850 hPa以下)也轉(zhuǎn)為輻散，這是由于地面冷空氣的侵入，地面圖上風(fēng)向也轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。此時(shí)高層輻散較強(qiáng)，輻合上升區(qū)深厚，近地面層有冷空氣觸發(fā)，巴中地區(qū)出現(xiàn)了一些對流天氣，此時(shí)降雨強(qiáng)度也大于2日下午。

整個(gè)暴雨過程期間(2日08時(shí)—3日08時(shí))，由于低值系統(tǒng)深厚，巴中站點(diǎn)正渦度伸展高度達(dá)200 hPa，在2日下午和后半夜，正渦度中心分別出現(xiàn)在300 hPa和700 hPa層，強(qiáng)度為(10～14)×10-5s-1(圖2b)。正渦度有利于低層減壓，利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖2 1日20時(shí)—3日20時(shí)巴中(32°N，107°E)散度(a)和渦度(b)的時(shí)間—高度剖面(單位：10-5s-1)Fig.2 1 At 20∶00 to 2 at 20∶00,the time-height profile of Divergence (a) and Vorticity (b) in Bazhong(32°N,107°E) (unit:10-5s-1)

5 水汽條件

充足的水汽來源和降水區(qū)域的水汽輻合是持續(xù)性強(qiáng)降水的必要條件之一[6]。

表1 1日08時(shí)—2日20時(shí)巴中(32°N，107°E)700 hPa、850 hPa風(fēng)速(m/s)和比濕(g/kg)Tab.1 1 At 08∶00 to 2 at 20∶00,the wind speed (m/s) and specific

由表1可知，1日08時(shí)—2日20時(shí)，巴中地區(qū)低層風(fēng)速迅速增大，低空急流建立，為暴雨區(qū)輸送了源源不斷的水汽。700 hPa最大比濕達(dá)到10 g/kg，850 hPa最大比濕達(dá)到12 g/kg。特別是2日下午已經(jīng)出現(xiàn)較大的降水，但到2日20時(shí)，由于低空急流的不斷輸送，低層比濕不降反升，為2日夜間的降水提供了有力的保障。

此次暴雨天氣降水過程期間，水汽的輻合也為暴雨區(qū)在時(shí)空上的持續(xù)提供了有利條件。從水汽通量散度(圖3)來看，無論是850 hPa還是700 hPa，巴中地區(qū)都為水汽輻合，輻合中心強(qiáng)度值達(dá)-6×10-2g·cm-2·s-1，水汽輻合中心與此次的暴雨區(qū)域極為一致。在2日14時(shí)，700 hPa水汽輻合較弱，850 hPa在巴中則為水汽輻合中心，與系統(tǒng)形勢一致。到3日02時(shí)，隨著700 hPa切變的東移南壓，水汽輻合較2日14時(shí)明顯增強(qiáng)，配合850 hPa的水汽輻合，這也造成了2日后半夜降雨強(qiáng)于2日下午。

圖3 2日14時(shí)700 hPa (a)和850 hPa(b)水汽通量散度、2日02時(shí)700 hPa (c)和850 hPa(d)水汽通量散度Fig.3 2 At 14∶00,the Water vapor flux divergence of 700 hPa (a) and 850 hPa(b) 2 at 02∶00,the Water vapor flux divergence of 700 hPa (c) and 850 hPa(d) (unit:g.cm-2.s-1)

6 能量條件

由表2可知,1日08時(shí),達(dá)州站的K指數(shù)為28 ℃，Si指數(shù)為1.19 ℃，850 hPa假相當(dāng)位溫為55.82 ℃，能量條件差，大氣層結(jié)穩(wěn)定。到2日08時(shí)，隨著低層風(fēng)速增大，低空急流建立，K指數(shù)為39 ℃，Si指數(shù)為-1.68 ℃，850 hPa假相當(dāng)位溫為64.5 ℃，500與850 hPa假相當(dāng)位溫差值為-7.34 ℃。能量有所增強(qiáng)，大氣層結(jié)也轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)生。2日20時(shí)，由于前期降水，K指數(shù)為36 ℃，略有下降，Si指數(shù)為1.44 ℃。但由于低空急流的輸送，850 hPa假相當(dāng)位溫為64.27 ℃，基本沒有降低，500與850 hPa假相當(dāng)位溫差值為-8.51 ℃，不穩(wěn)定和能量條件維持。經(jīng)過一段時(shí)間的積累，到2日后半夜，動力條件進(jìn)一步加強(qiáng)，配合地面冷空氣的觸發(fā)，出現(xiàn)了對流天氣，加強(qiáng)了降雨強(qiáng)度。

表2 1日08時(shí)—2日20時(shí)達(dá)州探空站K指數(shù)、Si指數(shù)、850 hPa假相當(dāng)位溫、500 hPa與850 hPa假相當(dāng)位溫差值(單位：℃)Tab.2 1 At 08∶00 to 2 at 20∶00,the K index, Si index, 850 hPa pseudo-equivalent temperature, 500 and 850 hPa false equivalent temperature difference of the Dazhou sounding station (unit:g.cm-2.s-1)

7 結(jié)論

①本次暴雨天氣過程，500 hPa南北支系統(tǒng)低槽配合東移，低層有低空急流建立，同時(shí)有700 hPa的切變和850 hPa的輻合配合，地面圖上有冷空氣侵入盆地。

②過程期間大氣表現(xiàn)為低層輻合高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)，輻合層發(fā)展至400 hPa，且正渦度區(qū)發(fā)展深厚，高達(dá)200 hPa。低層輻合、高層輻散的分布有利上升運(yùn)動發(fā)展，正渦度有利于低層減壓，利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

③低層風(fēng)速迅速增大，低空急流建立，為暴雨區(qū)輸送了源源不斷的水汽。水汽輻合中心與強(qiáng)度的時(shí)空分布與降雨一致。

④低空急流為暴雨區(qū)輸送了能量和水汽，使大氣層結(jié)不穩(wěn)定。隨著動力條件進(jìn)一步加強(qiáng)，配合地面冷空氣的觸發(fā)，出現(xiàn)了對流天氣，加強(qiáng)了降雨強(qiáng)度。

[1] 劉慶，詹兆渝.四川暴雨氣候背景分析[J].氣象，2004,90(4):23.

[2] 陳忠明,徐裕華,劉富明，等.“89.7.9”川東北持續(xù)性特大暴雨的中尺度分析[J]．四川氣象,1994,3：8-12.

[3] 肖遞祥,顧清源,祁生秀，等.2007 年7月川東北連續(xù)3場大暴雨過程的診斷分析[J].暴雨災(zāi)害,2008,9:231-236.

[4] 劉林春,肖天貴,羅娟.川東北一次秋季暴雨的診斷分析[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2013,4：168-174.

[5] 肖洪郁,肖紅茹.川東北兩次特大暴雨過程對比分析[J].四川氣象,2005,1:13-16.

[6] 陶詩言.中國之暴雨[ M ].北京：科學(xué)出版社,1980:255.