2009年6月重庆区域暴雨的成因分析

2013-09-02白莹莹唐晓萍

中低纬山地气象 2013年3期

张焱，白莹莹，唐晓萍

(1.重庆市气象台，重庆 401147;2.重庆市气候中心，重庆 401147;3.重庆市沙坪坝气象局，重庆 400030)

1 引言

重庆地处青藏高原东侧、四川盆地东部，由于其特殊的地理位置而多暴雨。重庆暴雨多集中在相对多雨的4—10月，随着夏季风的爆发，5月暴雨次数有明显的增加，7月达到峰值。高原槽(涡)、西南涡、低空急流和地面冷锋是重庆暴雨的主要影响系统［1］，其中以西南低涡暴雨最为典型［2－3］。近年来，不少学者对四川盆地以及重庆暴雨的大尺度环流特征作了很多研究。李跃清等［4］研究了1998年长江上游持续暴雨的环流背景，指出长江上游暴雨的水汽主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋，也存在由阿拉伯海北部经印度半岛北部再经青藏高原东南部进入长江上游的水汽路径。陈忠明［5］指出1998年长江上游暴雨偏多与西南低涡活动偏强有关。蒋兴文等［6］在研究了近20 a 四川盆地大暴雨发生的大尺度环流背景后指出，盆东型暴雨发生时，中高纬主要为较平直的西风气流，西太平洋副热带高压偏北、偏东，印度季风低压较强。重庆市的气象工作者按照环流分型关键区将影响重庆区域性暴雨前12 h 500 hPa 环流划分为两脊一槽、两槽一脊和一脊一槽3 种基本类型［7］。上述研究多反映了某一种环流特征对暴雨的影响，对暴雨的多尺度条件分析略显不足。本文使用重庆地区34 站逐日降水观测资料和NCEP/NCAR 2.5° ×2.5°逐日再分析资料，分析2009年6月重庆暴雨的多尺度环流特征，以探寻重庆暴雨的中短期预报途径。

2009年6月重庆地区出现了持续阴雨天气，一个月内连续发生3 次区域性暴雨天气过程(全市出现8 站以上暴雨为一次区域性暴雨，参照刘德等《重庆市天气预报技术手册》［7］)，分别为6月8日、20日和29日(图1a);全月雨量分布不均，中部大部地区及东北部偏西地区累计雨量超过200 mm，长寿累计雨量最大达328.2 mm(图1b)。从1960—2010年重庆逐年6月区域暴雨次数(图1c)来看，近51 a中有29 a 重庆地区在6月出现了区域性的暴雨天气过程，过程数多为1～2 次，仅1975年和2009年出现了3 次区域暴雨。2009年连续的3 次暴雨过程共造成172.6 万人受灾，农作物受灾面积64.6 hm2，绝收面积3.5 hm2，直接经济损失6.22 亿元。

2 高空急流

研究表明［8］，副热带急流类似一条波导，使Rossby 波沿急流传播，在这种急流波导中有天气尺度的波包自西向东传播(群速度)，存在波的“下游效应”。当欧亚急流入口区中有高压脊或低压槽强烈发展后，几天以后会在急流出口区中也有高压脊或低压槽发展。近年来联合国世界气象组织的全球大气研究计划中的THORPEX 计划［9］，强调了Rossby 波列的下游发展效应是高影响天气的制造者。陶诗言等［10］研究指出欧亚高空急流中Rossby波能量频散而产生的下游发展效应，对东亚高空槽的形成与发展、登陆台风的路径与长生命史有重要的影响。

2009年6月高空急流位于欧亚大陆35～45°N地区，急流带中存在稳定的长波波列(图略)。从6月1—30日沿27.5～32.5°N 平均的200 hPa 经向风时间—经度剖面(图2)可见，欧亚大陆高空急流中的Rossby 波扰动活跃，有3 次Rossby 波下游传播过程，6月3—13日东北半球的Rossby 波自西向东发生了1 次位相调整，波数由3 调整为2。在这次位相调整过程中明显存在Rossby 波列的能量频散，其能量传播的速度约1 d 10 经度。调整后形成了稳定的准静止波列。波列经过重庆上空的时间与3 次暴雨发生的时间基本一致，说明这3 次暴雨过程的发生可能是稳定大背景下Rossby 波的下游效应造成的。

图2 2009年6月沿35～45°N 平均的200 hPa经向风时间—经度剖面(单位:m·s －1，箭头表明Rossby 波列的传播方向)

3 东北冷涡

2009年6月月平均500 hPa 位势高度及距平上，亚洲中高纬呈现两槽两脊的环流形势(图略)，低压槽分别位于巴尔喀什湖地区和东亚沿岸，高压脊分别位于乌拉尔山和贝加尔湖地区，是典型的重庆地区夏季连阴雨的环流型。在距平场上看东北冷涡异常偏强，这有利于低涡后部的冷空气扩散南下。

3.1 东北冷涡的活动

2009年6月东北冷涡活动频繁，孙建华等统计了2009年6月东北冷涡的活动情况［11］(表1)，可以看出整个6月有4 次冷涡活动过程，重庆3 次区域暴雨天气均出现在6月后3 次东北冷涡活动的天气背景下。王丽娟等的研究表明［12］，东北冷涡东移南压会与西伸的副热带高压之间相互作用，使对流层中上层的气压梯度力加强，气压梯度力做功使得动能增大，随后动能向下输送，导致西南低空急流形成;低空急流引导的北上暖湿气流与东北冷涡引导的南下干冷空气相互作用。

表1 2009年6月东北冷涡活动情况

3.2 中纬度冷空气的传输

统计表明［7］，近80%的重庆区域性暴雨与冷空气活动有关，冷空气主要起到触发不稳定能量释放作用。从105～110°E 平均850 hPa 经向风和假相当位温的时间—纬度剖面图(图3)上可以看到，2009年6月中高纬度冷空气活动频繁，共出现3 次冷空气南下过程，分别为6月6 —10日、6月17—22日和6月26—30日，对应了6月的3 次强降水。而3 次冷空气的南下与东北冷涡的异常活动有着直接的关系。

图3 105～110°E 平均风速小于0 m·s －1 850 hPa 经向风(阴影，单位:m·s －1)和＜340K的假相当位温(实线，单位:K)时间—纬度剖面。

4 西太平洋副热带高压

500 hPa 上的西太平洋副热带高压虽然不是直接造成重庆区域性暴雨的天气系统，但它决定和制约着大范围雨带的位置，对高原低涡、西南低涡、切变线等天气系统的发生、发展、移动方向等都有重要影响。90%以上的重庆区域性暴雨都与西太平洋副热带高压的进退有关［7］。

从3 次暴雨过程副高588 线的逐日位置来看(图4):6月6日588 线开始西伸，8日到达125°E附近;18－19日副高西伸脊点位于140°E，20日迅速西伸到达115°E 附近，并且副高呈带状狭长分布，一天时间588 线跳跃了25 个经度;29 号副高西伸脊点也在115°N，与第2 次过程不同，此次过程副高整体跳跃，脊线位置也偏北。总的来看，3 次暴雨过程都与副热带高压西进有关，降雨过程对应的副热带高压西界大多偏西，此时四川盆地内已经有低值系统，副热带高压西进建立有利的水汽通道，同时对低值系统东移起到阻挡作用，产生强降水。

5 季风涌

图4 6月6—8日(a)、18—20日(b)、27—29日副高588 线的逐日位置

图5 105～110°E 平均850 hPa 风场(箭矢，大于3 m·s －1)和水汽通量(阴影部分大于4g·s －1·hPa －1·cm －1)的时间—纬度剖面

2009年6月重庆的3 次区域暴雨天气与季风涌的3 次活跃有关，从105～110°E 平均850 hPa 风场和水汽通量的时间—纬度剖面(图5)上可以看到，5月下旬南海出现季风涌，6月第2 候季风涌向北推进到28°N 一带，季风涌把大量的水汽输送到了重庆地区，造成重庆的第1 次区域暴雨。6月上旬南海再次出现季风涌，6月第4 侯季风涌到达重庆一带，重庆出现第2 次区域暴雨。6月中旬南海季风涌再次活跃，6月底输送到长江以南地区，与前2 次季风涌相比，这次季风涌持续时间长，除重庆外我国长江中下游地区也出现了强降雨过程。季风涌的这3 次振荡与西太平洋副热带高压的向西伸展有关。当西太平洋副热带高压向西伸展时，副热带高压南侧的东风与来自孟加拉湾的西南季风在南海北部附近汇合加强了副热带高压西侧的南风急流。低空急流把来自海洋的暖湿空气向北输送，与北方扩散南下的冷空气结合，引起了重庆地区的强降水。

6 西南低涡

西南低涡的活动与3 次暴雨关系密切。图6 给出了3 次暴雨过程中，850 hPa 西南低涡的活动情况。7日20 时(图6a)，来自孟湾和南海的偏南气流在贵州分成两支，一支在贵州西北部形成气旋性的倒槽结构，一支向重庆东北部输送，重庆东北部开始出现降水;到了8日02 时(图6b)随着偏南气流的加强，在四川东南部出现一个低涡，重庆西部与四川交界的地区从00 时起出现降水，随着低涡向东北方向移动，整个中西部降水逐渐增大;8日08时(图6c)，低涡中心移到重庆西部，700 hPa 上出现304的闭合中心(图略)，低涡发展到最强，同时偏南气流减弱，中西部降水减小，位于低涡东部暖切附近地区降水增大。

19日20 时(图6d)，偏北气流经秦岭、大巴山进入四川盆地，与来自南海的偏南气流在四川东南部形成辐合;20日02 时(图6e)，偏南气流加强，重庆西部出现完整的低涡，中心位于29°N、116°E 附近;到了20日08 时(图6f)，低涡中心北抬至30°N，来自南海的偏南气流减弱，广西到湖南一带转为西南气流控制。与8日的过程相比，20日的过程，低涡生成后没有明显东移，有一个向北发展的过程，中心位置较前1 次要偏北1 个纬度左右，海南以东洋面上发展的热带低压可能起到了一定的阻挡作用。从降水的落区来看，主要的降水还是集中在低涡东侧的暖切附近，梁平正好处于这个位置上，出现了大暴雨。

在29日的过程中:28日20 时(图6g)来自孟湾和南海的偏南气流在四川东南部形成倒槽;29日02时(图6h)倒槽发展成为低涡，低涡中心位于29°N、115°E，此后低涡东移，偏南气流有所减弱;到了29日14 时(图6i)，中心位于30°N、116°E 附近，与29日08 时(图略)相比，向重庆东北部输送暖湿气流的偏南气流增强，这一地区的降水加大。

西南低涡是造成3 次区域性暴雨的直接影响系统。低涡移动发展导致低涡东部气流辐合加强，较强降水主要出现在低涡东侧的切变附近。低空偏南气流的强弱变化，对低涡生成发展消亡起到重要作用，当低涡东侧的偏南气流明显减弱后，降水也开始趋于结束。