一次暖區暴雨天氣過程分析

曾 妮，方 鵬，蒙 軍，何莉陽，吳哲紅

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.廣西壯族自治區氣候中心，廣西 南寧 530000)

0 引言

暴雨是貴州的主要災害性天氣之一。由于貴州多山地和丘陵，受地形影響，暴雨落區的預報難度大。強的暴雨天氣往往容易引發山洪、泥石流、山體滑坡等次生災害，給人們的生命財產造成嚴重損失。因此，大量的氣象工作者對暴雨環流形勢、物理量特征及時空分布特征等進行分析[1-8]。杜小玲等[9]對貴州望謨初夏暴雨的環境場和物理場進行合成分析，發現暴雨發生前關鍵區處于正渦度輻合和高濕不穩定層結中，暴雨強盛時刻，低層輻合高層輻散的特征最顯著。魯亞斌等[10]對1次強對流暴雨的中尺度特征進行分析，發現短時強降水主要出現在MCS移動方向前沿對流活躍的TBB等值線大值區，雨強的變化與TBB等值線的梯度變化密切相關。肖艷林等[11]對準靜止鋒背景下貴州的2次暴雨過程進行對比分析，發現滇黔靜止鋒擺動與暴雨落區有極大的關系，暴雨主要分布在20時準靜止鋒附近及其南側跨越緯度1°左右。周明飛等[12]對貴州的2次暖區暴雨過程進行分析，發現貴州暖區暴雨預報的著眼點為低空急流的建立和加強，以及地面低壓中輻合線的加強鋒生。雖然對暴雨的研究已經很多，但暴雨落區預報的不確定性依然是預報員面臨的一大難題。2019年5月24—26日貴州出現連續性暴雨天氣過程，大暴雨落區局地性強，最大累計降水量達376.4 mm。本文利用FNL 1°×°再分析資料、FY-2F衛星TBB資料及常規氣象觀測資料對此次過程進行分析，找出影響這次暴雨落區有關的因子，為今后暴雨落區的預報提供一定的參考指標。

1 降水實況

2019年5月24—26日貴州省出現持續強降雨天氣過程。其中24日20時—25日20時全省共出現9站特大暴雨，87站大暴雨和283站暴雨。暴雨落區主要集中在貴州省中部一線地區和遵義市北部(圖1a)。最大累計降水量出現在織金縣的綺陌站為306.7 mm，其最大雨強出現在24日23時為122.2 mm·h-1。25日20時—26日20時全省共出現24站大暴雨和166站暴雨。暴雨落區較分散，主要分布在貴州省中部以西地區、銅仁市東部和黔東南州局地(圖1b)。最大累計降水量出現在平壩區的平壩站為182.4 mm，最大小時雨強出現在26日00時為111.6 mm·h-1。貴陽、安順和畢節的交界處為24日夜間和25日夜間的強降水疊加區(圖1c)，在疊加區有20站的累計降水量在200 mm以上，其中織金縣綺陌站的累計降水量達376.4 mm，為最大降水量。此次暴雨天氣過程局地性較強，小時雨強大，有64個站的雨強在50 mm·h-1以上，強降水主要發生在夜間，白天降水強度明顯減弱。

圖1 累計降雨量(a：24日20時—25日20時;b：25日20時—26日20時;c：24日20時—26日20時;單位：mm)

2 天氣形勢和探空分析

2.1 天氣形勢分析

24日08時(圖略)500 hPa在河套—四川東部有高空槽，貴州位于槽底受偏西氣流影響，700 hPa切變線位于河套—四川北部，850 hPa貴州受6～8 m·s-1的西南氣流影響，地面貴州受熱低壓控制。24日20時(圖2a)500 hPa高空槽移到山西東部—四川東部，貴州仍然受槽底偏西氣流影響，700 hPa切變線分為2段，北段位于河套東部，南段與500 hPa槽線幾乎重合，在云南—江西北部有10～12 m·s-1的西南風。850 hPa在重慶—貴州北部邊緣有切變線生成，6～8 m·s-1的西南風增強為8～10 m·s-1的南風，地面熱低壓位置基本不變，強度增強，在貴州的中北部有輻合線生成。25日20時(圖2b)500 hPa高空槽位于山西—貴州北部，貴州大部受槽前西南氣流影響。700 hPa切變線位于安徽—湖南北部，貴州西北部邊緣有弱的風向切變，在廣西—安徽有12～20 m·s-1的西南低空急流。850 hPa在河南東部—貴州北部有切變線，低空急流位置與700 hPa接近，地面受熱低壓維持，輻合線位于貴州中南部一線。

圖2 24日20時(a)和25日20時(b)高空及地面綜合分析

此次過程地面一直受熱低壓控制，無明顯冷空氣影響，是典型的暖區暴雨[12]。高空槽和中低層切變線為暴雨的產生提供了天氣尺度背景，地面輻合線是觸發對流的重要因子，低空偏南大風或低空急流使降水區的不穩定度增強，并觸發不穩定能量釋放[13-15]。

2.2 探空分析

對暴雨發生前威寧站和貴陽站的探空進行分析。由T-lnp圖看出：24日08時威寧站(圖略)的濕層較淺薄，對流有效位能CAPE=196.3 J·kg-1，SI>0。貴陽站500 hPa以下為濕層，CAPE=39.4 J·kg-1，SI=-1.19 ℃，K=37.9 ℃。24日20時威寧站(圖3a)上空大氣仍然較為干燥，近地面到600 hPa均為干層，貴陽站(圖3b)的濕層與08時相比有所增厚，從近地面伸展到400 hPa附近，2站的CAPE分別增加到1175.7 J·kg-1和1015.5 J·kg-1，SI指數減小到-1.35 ℃和-3.44 ℃，貴陽站的K指數增加到41.3 ℃，表明：24日20時大氣中積聚了充沛的能量，層結不穩定度增強，貴陽站周圍大氣濕層深厚，為暴雨的產生提供了有利條件。而威寧站周圍雖然能量和不穩定條件均具備，但氣層較干，是產生暴雨的不利因素，因此24日夜間的暴雨和大暴雨集中在貴州中部地區。

圖3 24日20時和25日20時T-lnp圖(a、c：威寧站、b：貴陽站)

由于暴雨的產生使能量得到釋放，到25日08時(圖略)2站的CAPE分別減小到21.8 J·kg-1和23.3 J·kg-1，SI指數也從負值增加到正值(0.26 ℃和2.26 ℃)，貴陽站的K指數從41.3 ℃減小到33.1 ℃。因此25日白天降水強度明顯減弱，僅在貴州中部一線出現9站暴雨。25日20時(貴陽站沒有資料)威寧站(圖3c)的CAPE增加到1157.3 J·kg-1，SI指數減小到-3.04 ℃，濕層從近地面伸展到500 hPa附近，表明25日夜間貴州西北部大氣的水汽條件比24夜間好，因此25日夜間在畢節的中部以東地區出現了暴雨。

由以上分析看出：暴雨區上空大氣濕層較深厚，層結不穩定，中等強度的對流有效位能有利于形成高的降水效率[12]。

3 水汽、動力和熱力條件診斷分析

3.1 水汽條件分析

分析強降水發生前850 hPa的比濕發現，24日20時(圖略)除貴州東北部以外，其余地區的比濕在13 g·kg-1以上，其中貴州中部以西以南地區的比濕在14 g·kg-1以上。同時貴州北部和西部處于水汽輻合區(圖4a)，在遵義市北部和黔西南州西部有2個輻合中心，其水汽通量散度中心強度達-10×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1，有8～12 m·s-1的偏南風將南海的水汽輸送到貴州。與圖1a對比發現暴雨沒有出現在水汽強輻合中心，而是出現在2個強輻合中心之間和北部強輻合中心的南側的水汽通量散度梯度較大的區域。

25日20時(圖略)全省比濕均超過14 g·kg-1，其中貴州中南部地區在比濕在15 g·kg-1以上，強的水汽輻合區位于貴州西部(圖4d)，在貴州東部局地有弱的水汽輻合，其中在黔西南州西部有大于-10×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1的強輻合中心。26日02時(圖4e)輻合中心向東北方向移動到安順北部，中心值減小到-8×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1，同時在湖南的西部有1個中心值為-7×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽輻合區。與圖1b對比發現暴雨也沒有出現在水汽強輻合中心，而是出現在水汽通量散度梯度較大的區域。26日08時(圖4f)水汽通量散度呈東北—西南帶狀，其強度明顯減弱。

圖4 850 hPa水汽通量散度(填色，單位：10-5g· hPa-1·cm-2·s-1)和流場(流線)

通過以上分析發現：強降水發生前850 hPa比濕在13～15 g·kg-1之間，表明貴州大部處于高濕狀態，暴雨中心與水汽強輻合中心沒有很好的對應關系，暴雨主要出現在水汽通量散度梯度的大值區。

3.2 動力和熱力條件分析

24日20時(圖5a)在暴雨區上空,108°E以西為整層的上升運動區，其中在104～107°E上升運動最強。從近地層伸展到200 hPa，在105～106°E之間有2個強中心，分別位于700～600 hPa和300 hPa附近，強度分別為-1.2 Pa·s-1和-1.6 Pa·s-1。從假相當位溫的垂直分布來看，暴雨區上空從近地層到500 hPa，θse/Z<0表明大氣為對流性不穩定，在103.5～105°E的低層有高能舌存在。25日02時(圖5b)強上升區東移至107°E，2個強中心的高度與20時相比變化不大，但高層的強中心減小到-0.8 Pa·s-1。在105～106°E的近地層到700 hPa有較強的上升運動區，強中心在800 hPa附近為-0.8Pa· s-1，同時高能舌東移至104.5～106°E，與20時相比低層南風增強，累計雨量和小時雨強最大的站點(綺陌站105.85°E，26.6°N)南風增強到8～12 m·s-1，其最大小時雨強發生在24日23時為122.2 mm，表明強降雨發生時暴雨區上空垂直運動強，并且有高能舌存在。25日20時(圖5c)104～108°E為上升運動區，其中在105°E的近地面到600 hPa上升運動強，強中心為-1.6 Pa·s-1，在106～107°E上升運動伸展到200 hPa，其強中心分別位于600 hPa和350 hPa，強度為-0.8 Pa·s-1；26日02時(圖5d)位于105°E的上升運動減弱，強上升區移至108°E上空，低層的南風與20時相比略有增強，累計雨量和小時雨強最大的站點(平壩站106.27°E，26.42°N)其最大小時雨強發生在26日00時為111.6 mm。

圖5 沿26.6°N(a、b)、沿26.42°N(c、d)風場、垂直速度和假相當位溫剖面(垂直速度：黑色等值線，單位： Pa·s-1；假相當位溫：紅色等值線，單位：K)

以上分析表明，暴雨發生前大氣呈現動力和熱力不穩定的結構特征。強烈的上升運動將底層的暖濕空氣輸送到高層，在有高能舌存在的地方大氣的濕熱能條件好[16-18]，更有利于產生對流性強降水。24日夜間大氣中低層有明顯的高能舌存在而25日夜間沒有，這是24日夜間降水強度大于25日夜間的原因之一。

4 地面輻合線與中尺度對流云團分析

4.1 地面輻合線演變

5月24日20時地面輻合線位于貴州中部一線(圖7a)，24日夜間輻合線移動緩慢，到25日11時才南壓到貴州中南部，此后輻合線開始北抬，到25日20時北抬至貴州中北部?？偟膩砜?4日20時—25日20時輻合線在貴州中部地區擺動，位移較小，移速較慢；25日20—23時輻合線位置穩定維持(圖6b)，23時以后輻合線開始南壓，26日14時南壓到黔東南州中北部—安順市南部—黔西南州中部一線，并且26日14時以后南壓速度明顯加快，到20時輻合線已南壓到貴州南部邊緣。

圖6 24日18時—25日04時FY-2F衛星TBB(單位：℃)

由以上分析看出，24日夜間地面輻合線在貴州中部地區停留時間較長，有利于對流的觸發，以及使對流系統在貴州中部地區發展和移動，相比之下25日夜間地面輻合線移動較快，南北位移較大，這是導致24日夜間降水強度大于25日夜間的原因之一。

4.2 中尺度對流云團演變特征

通過分析FY-2F衛星逐小時TBB資料，找出這次暴雨過程的中尺度對流云團的演變特征。24日16時(圖略)在貴州的西北部邊緣和西南部分別有1個中β尺度對流單體生成。18時(圖6a)2個對流單體發展東移，其中對流單體A發展迅速，TBB≤-32 ℃的冷云罩面積明顯增大，最低TBB達-65 ℃，對流單體B的冷云罩面積也有所增大，最低TBB為-55 ℃。20時(圖6b)對流單體A已經發展為中α尺度，最低TBB減小到-68 ℃，在其TBB梯度大值區有暴雨產生，而對流單體B東移到黔東南州，其強度明顯減弱。22時(圖6c)對流單體B已減弱消失，而對流系統A的冷云罩面積繼續擴大，TBB≤-65°C的強中心位于畢節、貴陽和安順的交界處，與大暴雨區相對應。23時織金縣綺陌站出現小時雨強為122.2 mm的短時強降水。25日00—04時(圖6d～f)對流云團逐漸東移，TBB≤65 ℃的強中心面積逐漸減小，但TBB≤-52 ℃的冷云區一直維持，表明此對流云團發展強盛，減弱速度慢，在其強中心移過的地方和TBB梯度大值區均出現了大到暴雨。25日08時對流云團移到貴州東部，中心強度減小到-55 ℃，08時以后逐漸移出貴州。

25日16時(圖7)在貴州中南部有3個中β尺度對流單體生成。18時(圖7a)3個對流單體發展增強，在貴州中部偏南地區排成1排，其最低云頂量溫TBB均≤-50 ℃。20時(圖7b)3個云團向西南方向移動，其中D對流單體移到黔南州中部，強度開始減弱，A、B對流單體在黔西南和黔南的交界處開始合并，其最強中心位于云團的西南部TBB為-55 ℃，同時在黔西南州的北部有新的對流單體D生成。22時(圖7c)C對流單體再次發展增強，其強中心TBB≤-65 ℃位于畢節、貴陽和安順的交界處，與大暴雨區相對應，而D對流單體與AB對流單體完全合并，強中心位于黔西南州的北部，中心值小于-65 ℃。26日00時C對流單體與ABD對流單體合并，TBB≤-52°C的冷云區位于黔西南州東部、黔南州西部和安順市南部，在以上區域均出現了暴雨。02時以后(圖略)對流云團逐漸東移減弱，到26日06時完全移出貴州。

圖7 25日18時—26日06時FY-2F衛星TBB(單位：℃)

24日暴雨過程為1個中β尺度對流單體獨立發展形成中α尺度系統，對流發展旺盛，伸展高度較高，影響范圍廣，生命史達18 h以上。25日暴雨過程為幾個中β尺度對流單體發展逐漸合并為1個中β尺度對流單體，造成的暴雨局地性強，其中造成大暴雨中心的對流單體經歷了2次發展減弱過程，生命史約為14 h；暴雨與TBB≤-52 ℃的冷云區和TBB梯度大值區對應較好，大暴雨與TBB≤-65 ℃的區域對應較好。

5 結論

①此次連續性暴雨天氣過程是典型的暖區暴雨,其主要影響系統是高空槽、中低層切變線和地面輻合線。24日夜間地面輻合線在貴州中部地區停留時間較長，有利于對流的觸發以及對流系統在貴州中部地區發展和移動。相比之下25日夜間地面輻合線移動較快，南北位移較大，這是導致24日夜間降水強度大于25日夜間的原因之一。

②暴雨區上空大氣濕層較深厚，層結不穩定，中等強度的對流有效位能有利于形成高的降水效率。強降水發生前貴州大部處于高濕狀態，但暴雨中心與水汽強輻合中心沒有很好的對應關系，暴雨主要出現在水汽通量散度梯度的大值區。

③暴雨發生前大氣呈現動力和熱力不穩定的結構特征，強烈的上升運動將底層的暖濕空氣輸送到高層，在有高能舌存在的地方大氣的濕熱能條件好，更有利于產生對流性強降水。這是24日夜間降水強度大于25日夜間的原因之一。

④ 24日暴雨過程為1個中β尺度對流單體獨立發展形成中α尺度系統，對流發展旺盛，伸展高度較高，影響范圍廣，生命史達18 h以上。25日暴雨過程為幾個中β尺度對流單體發展逐漸合并為1個中β尺度對流單體，造成的暴雨局地性強，生命史約為14 h。在TBB≤-52 ℃的冷云區和TBB梯度大值區有發生暴雨的可能性，TBB≤-65 ℃的區域有利于大暴雨的產生。