望谟县3次特大致洪暴雨卫星云图分析

黄 琰，赵 建，张 辉

(贵州省黔西南自治州气象局，贵州 兴义 562400)

望谟县3次特大致洪暴雨卫星云图分析

黄 琰，赵 建，张 辉

(贵州省黔西南自治州气象局，贵州 兴义 562400)

该文利用静止气象卫星云图资料，结合常规资料和地面加密站资料，对导致望谟县3次洪灾的暴雨天气在云图上反映的信息进行详细分析。主要解释红外云图上弧状云线触发的初始对流，暴雨云团的演变特征，TBB与暴雨分布的关系以及暴雨云团发生时水汽图像和云导风的动力特征。3次致洪暴雨中2次是由发展成MCC的暴雨云团产生，1次由MβCC产生。云图可清楚的看到弧状云线触发对流的过程。弧状云线在不稳定区域激发对流，弧状云线由前1 d的MCS的外流边界产生；云团合并是暴雨云团强烈发展的一个重要标志，在发展成MCC或MβCC之前，都有云团合并的过程；最大降雨强度通常出现在TBB低温面积达到最大之前或达到最大时；大气的下沉运动和强上升气流在水汽图上清晰可见，降雨强度最大时上层的辐散风很强。

卫星云图；MCC；弧状云线；TBB

1 引言

2006—2011年6 a的时间里，望谟县发生了3次导致特大洪灾的大暴雨天气过程，引发的山洪、泥石流和垮塌等次生灾害给当地人民带来了极大的损失。第1次大暴雨过程出现在2006年6月12日深夜至13日02时，因灾死亡30人，失踪20人，直接经济损失11.2亿元以上。第2次大暴雨过程出现在2008年5月25日深夜至26日凌晨，望谟县北部乡镇降暴雨，引发山洪，洪水顺河道自北向南冲向下游，这次洪灾造成死亡13人，失踪7人，紧接着27日夜间望谟县又出现大暴雨天气。第3次大暴雨过程出现在2011年6月5日深夜至6日凌晨，因灾死亡37人，失踪15人，直接经济损失20亿以上。

单从死亡及失踪人数上看，暴雨洪涝灾害之惨烈令人痛心。出现这样大的灾害一方面与贵州山区的特殊地形和喀斯特地质结构有关，另一方面与暴雨的量级强度有关。对这3次特大暴雨，乔林[1]等利用WRF模式模拟了2006年6月12日的暴雨过程，得出对流层低层中尺度辐合线造成了初始的上升运动，凝结潜热加热对直接产生暴雨的β中尺度系统发展维持最为重要；李登文[2]利用常规资料、红外云图TBB资料及多普勒雷达资料等多种资料综合分析和诊断了这次暴雨过程，表明低层有能量锋出现，激发了倾斜垂直涡度发展，使中尺度对流系统得以发展和维持；万雪丽[3]等利用物理量场诊断了这场暴雨的动力热力结构。

以上研究从不同角度分析前两次暴雨，得出了一些有助于预报突发性暴雨的结论，但尚无侧重于云图的分析。常规资料对直接产生暴雨的中小尺度系统的分辨极为有限，而静止气象卫星云图在灾害天气监测和预报中有很大的优势，其高时空分辨率对大气的监测是连续的、全覆盖的，大中小尺度的天气系统均可在云图上得到反映。而暴雨是在多种不同尺度系统相互作用下产生的，在卫星云图上，产生强天气的大尺度云系和中尺度云系直观，各自云型及相互作用清晰可见，因此高时空分辨率的云图可以追踪这些天气过程及系统的演变、强度等特征，。如果能从云图上反映的大气信息进行多个例总结分析，就能识别出导致这些云型的大气中动力和热力特征，预报员可结合概念模式推断大气三维结构和未来发展趋势，从而预报未来天气尤其是短时临近天气。

从季节上看，这3次大暴雨天气过程出现在5月下旬—6月上半月，属贵州初夏暴雨，暴雨的发生具有相似的气候背景，暴雨发生的时间几乎相同，3次暴雨均出现在深夜至凌晨，因此对这3次暴雨的异同进行对比分析是很有意义的。本文将以风云2号系列静止气象卫星红外云图、TBB亮温、水汽图像和云导风为主分析导致望谟洪灾的暴雨云团演变特征。

2 暴雨主要影响系统概述

3次洪灾中有4次暴雨过程，2008年6月25—27日的洪灾有2次暴雨过程，2008年6月25日深夜的暴雨无冷空气南下，对流在低压倒槽内生成，地面贵州省加密站图上在贵州西北可分析出一个暖式切变，午后沿暖式切变有一些分散的阵雨或雷阵雨，21时后暖式切变向贵州西南方向南压，同时南风加强，切变也加强，25日22时—26日03时降雨加强，雨区增大(图略)，此次暴雨较其它3次暴雨强度小，局地性强，影响系统不明显，是比较难预报的局地性暴雨过程。而其它3次暴雨过程均有冷锋南下，同时有低涡切变和急流配合，降雨强度大，范围较广。本文主要分析这3次暴雨过程。

2006年6月12日(以下简称612暴雨)、2008年5月27日(以下简称527暴雨)和2011年6月5日(以下简称605暴雨)的暴雨均发生在深夜到次日凌晨，暴雨发生前白天都为热低压影响，在辐射加热条件下，大气不稳定度不断增强，冷空气南下导致热低压填塞产生暴雨，同时3次暴雨都有低层的切变或低涡切变系统和西南低空急流配合，产生暴雨的动力作用明显，水汽能量输送充足，低层的切变系统对深对流的进一步发展提供动力作用，在有利的大尺度背景下，云团发展成MCC，造成暴雨(图1)，3次暴雨还有一个共同点是降雨带主要沿850 hPa切变线分布。不同点是：冷锋的强度、尺度和来向有所不同(图1)，触发初始对流的系统也有所不同，结合云图和常规资料分析，612暴雨的触发系统是冷空气南下激发对流；527暴雨过程有一条大尺度的冷锋，自西北向东南影响我国中东部地区，而望谟附近初始对流产生时冷锋离对流还较远，触发对流的是前1 d的一个MCC雷暴外流边界(弧状云线)产生，之后冷锋和切变系统南压产生深对流。605暴雨也可从云图上清楚分析到，触发系统是前1 d的一个MβCC产生的外流边界在向西南移动时，在850 hPa切变尾部望谟附近激发几个对流云团，这几个对流云团合并发展成MCC，这个MCC导致了望谟县这3次洪灾中最大的一次洪灾。3次暴雨中暴雨范围与影响系统的尺度有关，而暴雨量级和强度与低涡的强度及系统配置的背景有关。如605的暴雨区没有527的范围大，但在望谟地区产生的暴雨强度和量级是最大的一次，望谟县打易镇6 h内降雨达315 mm，降雨最强时1 h降下105.9 mm，历史罕见，超过了前2次暴雨。暴雨的主要影响系统是典型暴雨形势，500 hPa高空槽引导700 hPa 低涡东移南下，850 hPa切变右侧是强盛的西南低空急流，整个配置为高中低后倾槽的形势 (图1c)。

图1 3次暴雨的主要影响系统及≥50 mm暴雨区综合图(★为望谟县，粗实线为槽线或切变线，细闭合实线为24 h≥50 mm暴雨区，箭头为850 hPa急流，虚线为850 hPa显著湿区T-Td≤3℃)

这几次暴雨过程虽然影响系统清楚，但是从图1中暴雨区域的分布来看，要预报出暴雨的具体落区落点是比较困难的，预报员仅能根据经验和概念模型得出雨区的大致分布。而云图上可见，几次暴雨是在有利的环流背景条件下由中α对流复合体和中β对流复合体造成，云图上可连续监测分析中尺度对流复合体的强度和移向，可推断暴雨区的分布。值得注意的是，527暴雨和605暴雨初始对流的发展都与弧状云线有关，而弧状云线是在卫星云图上发现的，是雷暴的外流边界，弧状云线容易在不稳定区激发对流，在有利的条件下进一步发展成深对流，这3次暴雨过程发生前，望谟地区受热低压控制，并处于西南低空急流左侧水汽辐合区，高温高湿特征明显。下文分析暴雨云团的发展演变。

3 暴雨云团发展演变分析

红外云图全天候监测云顶表面变化，是分析暴雨云团变化特征的重要工具。这3次暴雨云团的共同点是：前1 d雷暴的外流边界(527暴雨和605暴雨)或冷空气南下(612暴雨)，午后到傍晚在望谟附近对流不稳定区域触发小对流云团，对流云团合并后发展成深对流，移动缓慢，降雨强度大，停滞时间长，雨量大。从产生暴雨的云团演变来看(图2)，云团合并后加强是中尺度对流系统生成发展的重要因素之一，望谟地区的3次暴雨云团在发展成中尺度对流复合体前都经历了小尺度云团合并的过程，且云团合并后对流开始强烈发展，降雨强度也迅速加大。612暴雨过程是云团合并后发展最迅速的一次，合并后3 h发展成MβCC，且降雨在云团增长时最强，从图1a1可见18时30分，弱冷空气在贵州西南部望谟附近触发了3块小对流云团，西边的小对流云团结构密实，云顶高，发展中与东边两块云团合并，合并后的云团几乎是在原地强烈发展成暴雨云团，移动缓慢，云团发展旺盛时近似圆形，该云团在望谟附近持续了近9 h，而≤-52℃冷云面积达到50 000 km2以上的时间为4 h，以Israel L.Jirak(2000)对MCC的定义标准，此暴雨云团是一个MβCC[4]。

527暴雨，在东西2个MCS云团合并后发展成MCC(图2b5)，≤-52℃冷云面积达到50 000 km2以上的时间为8 h，云团合并时雨强迅速增大，望谟在云团合并后1 h内降雨48 mm。在有利的环流背景下，云团合并是中尺度对流强烈发展的一个重要标志。

图2 3次暴雨云团的演变图：b1和c1标注了弧状云线位置，★为望谟县位置

605暴雨是3次致洪暴雨中强度最强和暴雨量级最大的，从第1节分析的系统配置来看，造成暴雨的影响系统配置是典型的暴雨形势。从云图上可分析出触发对流的弧状云线是前1 d的一个MβCC的外流边界，此弧状云线4日22时在望谟附近沿东北西南走向且少动，维持到第2 d(图2c1)。5日午后大气对流不稳定强，低层高温高湿，弧状云线尾端有对流产生，随后数个对流云团生成后合并发展，在合并云团的西面又不断有新生成的对流云团加入，新生云团加入会造成暴雨强度加大，605暴雨云团在6日0时达到MCC标准，在暴雨云团发展成MCC前2 h，由于云团合并，打易镇在5日23时—6日00时1 h降雨达105.9 mm，非常罕见，整个过程降雨达315 mm。6日02时15分云团发展到最强，暴雨云团发展中，≤-52℃冷云面积达到50 000 km2以上的持续时间约为7 h，和前两例相似，云团移动缓慢[5]。

3次暴雨云团分别发展成MCC或MβCC的过程中都存在云团合并后迅速发展，发展成暴雨云团后稳定少动，使得暴雨在同一个区域维持较长时间，导致山洪暴发。

4 TBB与暴雨强度关系

3次暴雨的对流发展极其旺盛，612暴雨的TBB最低值达到-79℃，527暴雨和605暴雨的TBB最低值均达到-92℃。暴雨中心主要出现在TBB等值线梯度最大处或TBB最低中心附近；612暴雨中心主要在TBB梯度较大附近，而527暴雨则降在云团合并处 (图3)，暴雨云团倾向于向TBB梯度最大处扩展或缓慢移动。

图3 TBB等值线和加密站小时累积雨量，加粗闭合实线为范围≤-52℃云区，虚线区为小时≥10 mm降水区：(a1)2006年6月12日23时TBB，22—23时贵州省加密站降水；(a2)2006年6月13日01时TBB，13日00—01时贵州省加密站降水；(b1)b1为2008年5月27日23时TBB，22—23时贵州省加密站降水；(b2)为2008年5月28日01时TBB，28日00—01时贵州省加密站降水。

为了表示云团覆盖下降雨强度与TBB的关系，以2011年6月5日暴雨云团为例，逐时加密站平均雨量表示降雨强度，云团特征值≤-52℃云区面积根据TBB等值线范围面积推算，得到图4。随着TBB低温面积的加大，降雨量增强较快，在TBB低温面积达到最大前一小时雨强达到最大，之后TBB低温面积显著减少，但雨强是缓慢减小，这一点需进一步研究其成因。

图4 降雨强度与TBB≤-52℃云区面积的关系(折线表示TBB≤-52℃云区面积逐时变化，柱状表示对应降雨强度逐时变化)

5 云导风和水汽图像分析

云导风可表征上层大气的平均风，可以分析探空站非观测时段大气上层的辐散情况，从而判断低层的辐合强度。水汽图像表征了大气的上升和下沉运动，并可反映大、中、小尺度气流的信息，水汽图像和云导风结合可分析出大气的一些动力特征。本节的资料使用卫星IR3红外云图，即水汽图像，以及IR3红外云图反演的云导风来分析大气的垂直运动和上层大气辐合辐散动力特征。

以527暴雨为例，5月27日19时望谟暴雨发生前，望谟位于南亚高压东北脊受偏东北气流影响，望谟附近高层辐散，白亮的小块云团显示上升运动正在发展，白亮云团北部为深色的暗区，暗边界清晰，表示大气的下沉运动，下沉和上升气流之间的色调梯度很大，说明下沉和上升气流都相当强[6]，白亮云团表示干冷空气和南部暖湿空气相遇后产生的垂直运动，这样强梯度区的强下沉和上升气流在常规资料上难以反映出来，而在水汽图像上可充分的反映(图5a)。28日00—1时是降雨最强的时段，望谟以北为14m/s的强西南风，以南为西北风，强辐散特征非常明显(图5b)。其它两次暴雨也有类似特征，不再赘述。

图5 527暴雨的水汽图像和云导风，★望谟县，箭头表示风向(a)暴雨前5月27日19时；(b)暴雨最强时5月28日01时

6 小结

①在云图上可清楚的看到弧状云线触发对流的过程，弧状云线维持的时间长，易在红外云图上发现。弧状云线倾向于向不稳定区域移动，容易在不稳定区域激发对流，在云图分析中，特别要注意前1 d没有下雨的区域或者下雨后又受热低压加热的对流不稳定区域，如果遭遇到弧状云线，就可能会在午后激发出对流，在有利的环流背景条件下发展成深对流。

②3次致洪暴雨2次由MCC造成，1次是MβCC造成。云团合并是暴雨云团强烈发展的一个重要标志，本次分析的3个个例在发展成MCC或MβCC之前，都有云团合并的过程，且合并进来的云团越多，暴雨云团强度越强。云团合并时强度迅速增大，雨量也会加强，暴雨主要集中在2个云团相交处附近，或冷云顶中心附近，云团合并是深对流发展的一个前兆。

③随着TBB降温面积的增大，降雨强度也增大，最大降雨强度通常出现在TBB低温面积达到最大之前或达到最大时，需要注意的是，TBB冷云面积减小时，降雨强度减小，但不是迅速减弱。

④云导风和水汽图像显示了降雨前大气上层的辐散，降雨强度最大时的辐散风场也最强，大气的下沉运动和强上升气流在水汽图上清晰可见，由于云导风和水汽图像的高时空分辨率，可监测大气连续的动力变化，是短临预报的有力工具。

[1] 乔林，陈涛，路秀娟.黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究[J].大气科学，2009，33(3)：537-550.

[2] 李登文，杨静，乔琪.贵州省望谟县大暴雨的诊断分析[J].南京气象学院学报，2008，31(4)：511-519.

[3] 万雪丽，杨静，孙旭东.贵州西南地区一次中-β尺度暴雨天气成因探讨[J].贵州气象，2007(1)：10-12.

[4] 黄勇，覃丹宇，邱学兴，等.暴雨过程中对流云合并现象的观测与分析[J].大气科学，2012，36(6)：1135-1147.

[5] M.J.巴德等编，卢乃锰，等译.卫星与雷达图像在天气预报中的应用[M].北京：科学出版社，1998：316-326.

[6] Roger B.Weldon and Susan J.Holmes著，郑新江，陆文杰，等译.水汽图像在天气分析和天气预报中的解译与应用[M].北京：气象出版社，1994：82-87.

2014-10-10

黄琰(1983—)，女(布依族)，助工，主要从事气象服务和应用气象及灾情研究工作。

1003-6598(2015)04-0032-05

P426.6

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