2012年5月22日贵州西部大暴雨成因分析

2013-09-29王兴菊吴哲红陈贞宏杨忠明

中低纬山地气象 2013年1期

王兴菊，吴哲红，白慧，陈贞宏，杨忠明

(1.贵州省安顺市气象局，贵州安顺 561000;2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州贵阳 550002;3.贵州省气候中心，贵州贵阳 550002)

1 引言

贵州地处乌蒙山脉南端，云贵高原北部，地形复杂，由于其特殊的地理位置和大气环流等因素影响，形成了贵州独有的天气特征，由持续性暴雨引发的洪涝和由突发性局地暴雨引发的泥石流等山地灾害常有发生。张润琼等［1］对贵州2002年6月一次暴雨天气过程进行数值模拟后指出，暴雨中心位于最大垂直速度中心附近，南北两支闭合经向垂直环流对暴雨区低空入流和高空出流具有非常重要的作用。吴哲红等［2］利用MM5 V3.6模式模拟了贵州2004年5月的一次暴雨过程，并用模拟结果对强降水流场以及不稳定机制等进行诊断分析，认为降水是由多种尺度系统相互作用，高、低层环流配置以及高空急流位置变化等共同作用产生的。伍红雨［3］对2005年5月31日至6月1日贵州省一次大暴雨天气过程进行数值模拟表明，西南涡是造成大暴雨的主要影响系统。张艳梅等［4］利用贵州52个测站1961—2006年历年夏季(6—8月)逐日降水资料分析了贵州夏季暴雨的时空分布特征，认为贵州夏季暴雨呈增加趋势，并存在明显的年际、年代际变化特征。池再香等［5］对黔东南州1996—2005年夏季局地暴雨的主要影响系统、各种物理量场特征、地形等的综合分析表明，有9次局地暴雨与西太平洋副热带高压位置变化密切相关。然而，贵州地区对自然灾害的抗御能力较为脆弱，一旦发生暴雨，极易形成洪涝灾害和其他次生灾害，且该地区暴雨多数生命史短、强度大、突发性强，所造成的危害特别大。因此，对贵州局地暴雨的研究仍有待于继续和深入［6］。2012年5月21日贵州西部出现了一次区域性的大暴雨过程，本文利用地面观测资料、NCEP再分析资料(水平分辨率2.5°×2.5°)，TBB等资料，对此次大暴雨过程进行分析，为暴雨天气的诊断和实际预报提供了一种思路。

2 降雨实况

2012年5月21日贵州省出现了一次区域性的大暴雨过程，5月21日08时至22日08时，贵州省85县、1 690乡镇出现降水，2个乡镇达到了特大暴雨(织金桂果212.3 mm、盘县板桥208 mm)，2县(清镇127.7 mm、长顺101.1 mm)、69乡镇大暴雨，16县、303乡镇暴雨。强降水主要集中在毕节市东部南部、六盘水市、黔西南州大部、安顺市、贵阳市、黔南州西部地区。

3 天气形势分析

21日08时500hPa欧亚中高纬为“两槽一脊”环流形势，两长波槽分别位于我国巴尔喀什湖以南和东亚沿海地区，高压脊位于我国的内蒙古一带，低纬呈两高切变形势，贵州主要受南支孟加拉湾槽前西南气流影响。14时，高空槽加深，孟加拉湾出现一个径向度为10个纬距的槽，高空仍然呈“两槽一脊”环流形势，此时贵州处于槽前西南气流影响，暴雨中心处于槽前西南气流中。

21日08时700hPa上，西南涡在四川中西部活动，低涡中心处于四川中部，中心位势达3 080 gpm，低涡切变位于川东到云南东部，贵州受低涡切变东侧的西南气流影响。来自北方的冷空气与来自孟加拉湾的西南急流交汇于贵州西部边缘地区。到14时，700 hPa上西南涡范围明显扩大，中国西南大部地区都受低涡控制，低涡中心强度维持，贵州受低涡外围的西南气流影响，风速增强，来自孟加拉湾的水汽输送也明显增强［7］。

4 物理量诊断

4.1 水汽通量及水汽通量散度

从暴雨发生前21日08时850 hPa的水汽通量和水汽通量散度图可以看出(图略)，暴雨发生前，贵州一直维持一条显著的水汽通量输送带，强劲的西南风将孟加拉湾的水汽输送到贵州一带(25°～30°N，100°～110°E)另外，还有来自南海的水汽输送到贵州南部，贵州处于水汽输送中心，中心值为14 g·s－1·cm－2，为暴雨的发生准备了很好的水汽条件。整个贵州水汽通量散度为负值，最大值为－2×10－6g·s－1·hPa－1·cm－2，负值中心位于四川中部，表明贵州—四川一带有明显的水汽辐合。

暴雨发生过程中，21日20时水汽通量散度的负值中心南压，贵州西部出现－3×10－6g·s－1·hPa－1·cm－2的负值中心，贵州范围内的水汽通量增大为16 g·s－1·cm－2。到22日02时，贵州西部的负值中心进一步加强，为－3.5×10－6g·s－1·hPa－1·cm－2，水汽通量中心值增大为 18 g·s－1·cm－2。说明在整个暴雨过程中，贵州都有良好的水汽输送，并一直处于水汽辐合区中。可见暴雨的形成、加强与暴雨上空水汽通量辐合区的演变关系密切。

4.2 温度平流、涡度平流分布

21日14时(图1b)沿26°N做温度平流、涡度平流的纬向剖面图，在贵州西部102°E以东，高原上有强的冷平流，贵州西部边缘处于冷暖平流交界处，贵州处于强暖平流区，暴雨发生在暖区里，暖中心值达到5×10－4K·s－1，一直到400 hPa为同一量级的暖中心，高原上的冷中心达到了10×10－4k·s－1，冷中心也一直上升到400 hPa。冷暖平流垂直分布，从850 hPa一直上升到300 hPa。21日20时(图1c)，贵州仍然处于槽前暖区中。一直到22日08时(图1d)，冷暖平流交汇区维持少动，贵州仍然处于槽后暖区中。

涡度场是低涡系统的一个重要特征，正涡度平流有利于槽加深，负涡度平流有利于槽减弱。沿26°N涡度平流的纬向剖面图可见，21日08时(图1a)，贵州850～600 hPa出现正涡度区，正涡度最大值中心位于 850 hPa ，达到30 ×10－5s－1，600 hPa以上为负涡度区，最大值为－20 ×10－5s－1，位于350 hPa附近。21日20时(图略)，中低层的正涡度仍然维持，中心值为 20 ×10－5s－1，600 hPa 以上仍然为负涡度区。22日02时(图略)，正涡度中心仍然在贵州中部105°E附近，正涡度显著增强，中心值增至40 ×10－5s－1，22 日08 时(图略)，正涡度中心值维持在30×10－5s－1，与贵州中低层一直处于强暖中心相对应。

从温度平流和涡度平流的分析看出，由于21日贵州中低层都一致处于暖平流和正涡度平流的控制，二者皆对上升运动有贡献，强盛而持久的上升运动，为此次暴雨过程提供了很好的动力条件。

4.3 假相当位温

分析5月21日08时(图2a)和14时(图2b)沿26°N 的 θse垂直剖面图发现，可以看到 100°～110°E对流层低层θ随高度降低，即＞0，反映了该处se大气处于不稳定，而中层为中性层结，这种大气层结有利于产生强对流性降水。并且14时假相当位温梯度较08时的梯度有所增强，大值中心也由80℃增大为90℃。表明此次暴雨发生中心的贵州的假相当位温随高度的变化达到最大值，极易释放不稳定能量，有利于暴雨产生。21日贵州出现的强降水范围与不稳定区域较吻合，表明强降水区域在强降水开始前维持高能。

5 湿位涡(MPV)分析

湿位涡是能同时表征大气动力、热力和水汽性质的综合物理量。近年来，其概念和理论得到了深入的研究和广泛应用。田珍富等［9］利用一个考虑了陡峭地形的16层η坐标模式，对1990年一次发生在湖北远安县的局地特大暴雨进行了数值模拟，指出湿相对位涡的变化与暴雨过程的演变有较好的对应关系，即MPV(湿位涡)的变率的正负对暴雨的发生及演变起到很好的指示作用。

5.1 湿位涡正压项(MPV1)的分布

从沿暴雨中心沿26°N处MPV1的经向垂直剖面图中看到:21日08时(图3a)600 hPa以下负值区，在102～105°E之间有一个－60 PVU的中心，位于850～900 hPa之间，为对流不稳定区，负值区一直上升到600 hPa。与负值区相对应，在105°E附近以东和以西的地区，650 hPa开始出现正值区，中心强度值为40 PVU。到20时(图3b)负值中心强度增强，范围扩大，在贵州范围内形成了一个－90 PVU的强中心，在贵州西部700 hPa以上开始出现正值区，在90～99°E上的正值中心达到40 PVU。在600 hPa附近有一个“漏斗”形高湿位涡区伸展，表明对流层高层为对流稳定区，冷空气向下入侵。这种MPV1“正负值区垂直迭加”的配置是暴雨发生发展的有利形式。这次暴雨过程发生在对流层中低层MPV1负值区内。暴雨产生前中低层850 hPa和700 hPa贵州为负值控制，表明大气处于对流不稳定状态，一旦有冷空气触发潜在不稳定能量释放，将产生对流性强降水天气。在MPV1等值线相对密集的零线附近，正是冷暖空气交汇的地带，有利于水汽辐合，垂直涡度剧烈发展。

5.2 等压面上湿位涡斜压项(MPV2)分布

图3 21日MPV1沿26°N处的经向垂直剖面图(单位:pvu)

湿位涡斜压项的大小决定于水平风的垂直切变和相当位温的水平梯度，所以负值越大表明大气的斜压性越强。从沿暴雨中心26°N处MPV2的经向垂直剖面图中看出:21日08时(图4a)，贵州西部106°E以西的地区，从650 hPa开始出现正值区，正值中心为4 PVU，106°E以东的地区为负值区，贵州中部位于零线，梯度大，有利于产生降水。到14时(图4b)，850 hPa以下贵州西部地区基本上都为正值区，贵州东部地区有一个中心值为－8 PVU负值中心，等值线密集，梯度进一步加强。一直到22日08时(图略)，在650 hPa以上整个贵州都为正值区，低层为负值区。高低层之间存在正负值的过渡，有利于降水，由于MPV2正值区在贵州的长期维持，导致垂直位涡的发展，有利于降水的加强。

图4 21日MPV2沿26°N处的经向垂直剖面图(单位:pvu)

6 暴雨的中尺度云团分析

［10－11］取卫星云图上云顶亮温 TBB≤－32℃云团为MCS(中尺度对流系统)，满足－32℃以下云罩面积在10万km2，且－53℃以下云罩面积在5万km2以上，维持6h以上的暴雨云团为MCC(中尺度对流复合体)。

从卫星云图TBB逐小时演变分析，22日00时开始(图5a)，我省西部出现中尺度对流云团，TBB≤－32℃的冷云罩面积达到10.5万 km2，TBB≤－53℃的冷云罩面积达到8万km2以上，云团呈圆形，已经开始具备MCC特征，MCC内部生成TBB≤－77℃的中β尺度的冷云核心区。一直到03时(图5b)我省西部中尺度对流云团仍然维持，面积扩大，TBB≤－32℃的冷云罩面积达到19.9万km2，TBB≤－53℃的冷云罩面积达到12万km2以上，云团呈椭圆形。MCC内部≤－77℃的中β尺度的冷云核心区仍然存在。从22日00时—03时全省降雨量图(图5d)上，有83个点降雨量＞25 mm，18个点降雨量＞50 mm，2个点降雨量＞100 mm。到08时(图5c)，MCC进入鼎盛期，TBB≤－32℃的冷云罩面积达到23万km2。与云图相对应，22日08时，贵州西部仍然维持强降水。到22日08时，贵州前12 h的乡镇雨量统计出现了16个大暴雨、102个暴雨、170个大雨。

图5 TBB图 (a)22日00:00时，(b)22日03:00时，(c)22日08:00时;(d)22日00－03时全省降雨量图

由以上卫星云图的观测事实可以看出，21－22日的云团具有很强的MCC特征，22日贵州西部的区域性暴雨和局地大暴雨，是由MCC在贵州的生成并发展维持造成的，对应MCC是一个逐步加强扩大的过程，MCC云区内的降水最强。从21日的日平均TBB图上(图略)，贵州西部有大面积的TBB≤－32℃的冷云罩存在，造成了贵州西部22日的强降水，降雨强度的时间分布与MCC的强度范围有很好的对应关系。