重庆2014年9月12—19日连阴雨过程分析

王 欢，陈 鹏，庞 玥，李 晶，刘伯骏，刘 超

（重庆市气象台，重庆401147）

华西秋雨是我国西部地区秋季多雨的特殊型天气现象，也是重庆秋季主要气象灾害之一。长时间的阴雨寡照，对农业生产造成损失，有些年份的连阴雨过程还伴有区域性暴雨过程，造成洪涝灾害，直接关系到工农业生产和人民生命财产安全。秋季频繁南下的冷空气，因受地形阻滞，易与停滞在该地区的暖湿空气互相激荡，使锋面加剧，产生降水天气[1]。20世纪50年代，高由禧[2]等就对华西秋雨作了研究，指出秋雨的形成是大气环流高低空不同步转变所致。此后，相继出现了一些关于秋季连阴雨的气候特征、成因、异常及影响的研究[3-11]以及连阴雨期间的暴雨天气过程的分析[12-13]，郁淑华[14-15]等对华西秋雨期间的水汽输送特征进行分析，李俊兰等[16]通过对暴雨过程的对比分析揭示了不同高度水汽通量输送路径和水汽通量输送与暴雨落区和强度的关系。王若瑜等[17]对重庆地区秋季连阴雨的气候背景及前兆信号进行了分析，但是重庆秋季连阴雨期间时常出现区域性暴雨天气，对秋季暴雨机理的研究缺乏足够的重视，预报中也存在一些难点。

利用NCEP1°×1°的再分析资料及重庆地区逐日、逐时降水资料，对重庆2014年9月12—19日的连阴雨天气过程的时空分布、环流形势以及此次连阴雨过程中所包含的两次区域性暴雨过程进行对比分析，揭示此次连阴雨背景下的两次暴雨过程环流形势及成因。

1 灾情及天气实况

2014年9月12—19日，重庆西部地区及东北部偏北地区出现了8 d左右的轻度连阴雨天气，造成了较大的人员及财产损失，共造成死亡18人，失踪4人，受伤8人，直接经济损失近16.0亿元。此次连阴雨过程主要表现为连续两次区域性暴雨过程（“9·13”暴雨和“9·17”暴雨）的叠加，从重庆西部的合川站日雨量变化（图1a）可以看出，其在此次连阴雨过程中仅有2 d的日降水较弱，其余时段的日降水都超过10 mm，其中13日达大暴雨，18日达暴雨。2014年9月12—14日（9月12日00时00分UTC—15日00时00分UTC）（图1c），重庆出现一次区域暴雨天气过程，长江沿线以北地区暴雨到大暴雨，最大降水量出现在合川的长胜（298.6 mm），其余地区小到中雨，局地大雨。2014年9月17—18日（图1d），重庆遭遇了2014年范围最大的暴雨天气过程，降水的主要落区为重庆的中西部，重庆东北部、中西部及四川盆地东南部呈一条东北—西南向的强降水带，降水量都在50 mm以上。从合川两次暴雨过程中降水量最多的长胜和龙潭站在暴雨期间的小时降雨量演变情况可以看出（图1b），“9·13”暴雨过程中，降水时间比较集中，且小时雨强较大，有2个小时的雨强超过50 mm/h，为对流性降水；“9·17”暴雨过程中，降水持续时间长，且小时雨强不大，每个时次的小时雨量差异不大，小时雨量大都在5 mm左右，此次暴雨过程为持续的稳定性降水产生的暴雨过程。

2 连阴雨过程的环流形势

从整个连阴雨期间（9月12—19日）的500 hPa平均位势高度场上可以看出，连阴雨期间欧亚大陆中纬度为“一槽”型，亚洲大陆中高纬为平直宽广的槽区控制，西太平洋副热带高压（以下简称“副高”）西伸脊点位于（105°E，28°N）附近，青藏高原西侧有高空槽，重庆处在高空槽前和副热带高压西侧波动气流控制下，有利于降水的维持。从连阴雨发生前到连阴雨结束（2014年9月5—19日）的60°～80°E范围500 hPa平均位势高度场及位势高度距平—时间演变图上可以看出（图2），50°～75°N连阴雨发生前（5—11日）为槽区控制，11日开始，转为高压脊区控制，11—14日存在明显的位势高度正距平，表明在这段时间为高度正异常区控制，阻塞高压维持，后期正异常明显减少，但高度场上仍表现为弱的高压脊控制，到19日转为槽区控制，阴雨天气结束。从106°E 500 hPa位势高度—时间演变图上可知，11—16日30°N附近为波动气流控制，588线北抬到26°N以北区域，17日前后转为高空波动槽和15号台风“海鸥”倒槽的控制，19日副高北抬到30°N以北区域，连阴雨天气逐渐结束，同时从700 hPa位势高度场沿106°E剖面—时间演变图上可以看出（图3），11日30°N区域有低涡存在，低涡存在的时间较短，到17日转为台风倒槽影响，前期低涡的影响位置偏北，后期台风倒槽影响的范围相对偏南。从25°～30°N范围500 hPa平均位势高度场及位势高度距平—时间演变图上可以看出，连阴雨期间588线位于105°～110°E附近摆动，19日副高西伸明显，副高西伸到90°E以西，连阴雨天气结束。

图1 连阴雨过程雨量

图2 60°～80°E范围500 hPa平均位势高度场及位势高度距平—时间演变

图3 700 hPa位势高度场沿106°E剖面—时间演变

从以上分析可以看出，整个连阴雨期间中高纬度气流为平直的纬向型，不利于冷空气快速向南输送，同时，30°N附近主要为南支槽前波动气流控制，副高稳定维持在110°E以西有利于水汽的输送，有利于此次连阴雨过程的产生，但是后期副高西伸明显，所以连阴雨过程的持续时间不长。从700 hPa的影响系统时间演变情况来看，前期受西南涡的影响，低涡的位置偏北，同时西伯利亚阻塞高压明显偏强，中高纬度的经向度较大，有利于冷空气的快速南下，所以“9·13”暴雨的强度大，位置偏北；“9·17”暴雨则主要受台风倒槽的影响，位置相对偏南。

3 水汽条件分析

从连阴雨期间（106°E,30°N） 上空700 hPa、850 hPa相对湿度时间演变可知，在整个连阴雨期间，两层相对湿度都维持在80% 以上，700 hPa相对湿度在连阴雨期间除了16日和19日有较大的波动外，其余时段基本维持在90% 以上，同时从反映绝对湿度的比湿来看（图略），连阴雨期间700 hPa的比湿在19日00时00分UTC前均大于10 g/kg,大多时段维持在15 g/kg左右。850 hPa的波动较大，在暴雨开始前（12、17日）比湿有明显的增大，降水较弱时（16,19日），比湿的下降明显，降到10 g/kg以下。从反映本地水汽条件的两种物理量来看，850 hPa比湿对连阴雨期间降水的增强及间歇有明显的指示作用。

充沛的水汽输送是持续性强降水形成的必要条件,因此分析降水的水汽来源及输送状况对于研究降水成因和机理有重要的意义。整层水汽通量散度以及水汽通量矢量图可以看出，11日12时00分UTC（图4a）,川渝地区上空的水汽供应主要来自一条水汽输送通道，即南海低值系统外围气流将南海的水汽经广东、广西、贵州等地输送至重庆，四川东南部及重庆西部有水汽通量散度负值区，但值比较小。到暴雨发生前12日18时00分UTC（图4b），台风“海鸥”中心位置向西北方向移动到（127°E,13°N）附近，此时重庆上空的水汽供应主要来自两条水汽通道：一条仍为南海的水汽受低值系统外围偏南气流的引导进入重庆，另一条为来自西太平洋的水汽通道，沿台风“海鸥”外围与孟加拉湾的水汽一起输送到重庆上空。此时在四川东部及重庆北部地区出现一个水汽通量散度负值中心（-7×10-510-5g/（cm2·hPa·s）），说明在这个地区有明显的水汽辐合，13日06时00分UTC以后，川渝地区上空的水汽通量散度中心消失，水汽的辐合明显减弱，降水强度明显减弱。17日00时00分UTC时（图4c）,此次大暴雨过程的水汽供应主要来自两条水汽输送通道：一条为来自孟加拉湾西南气流的水汽通道，该水汽通道水汽沿台风“海鸥”外围偏东南气流经广东、湖南等地进入重庆,另一条为来自南海偏南气流的水汽通道，水汽主要沿热带低压环流“凤凰”外围与来自孟加拉湾的水汽一起输送至重庆。此时，水汽辐合大值区主要位于台风“海鸥”附近，其北部为一条近乎西北向的带状水汽通量散度负值区，且重庆西部和东北部地区水汽辐合较小，水汽通量散度为-4×10-5g/（cm2·hPa·s）。至17日12时00分UTC时，两条水汽输送通道继续维持，台风“海鸥”中心东北向水汽通量逐渐增大，水汽辐合增强，并在贵州至重庆形成水汽通量散度大值区，中心值达到-10×10-5g/（cm2·hPa·s）左右。18日00时00分UTC时（图4d），台风“海鸥”继续西行并进一步减弱，水汽通道变为西南—东北走向，水汽经云南、贵州直接进入重庆。同时台风“凤凰”加强发展，将南海的偏南暖湿气流沿副高外围继续向北输送至重庆。四川盆地东部至云南为东北—西南向的带状水汽通量散度负值辐合区，其中在重庆西部存在一水汽通量散度大值区域，中心值增大至-8×10-5g/（cm2·hPa·s）以上。此时最大降水区位于重庆西部地区，其范围与水汽通量散度分布的大值区域有较好的对应关系，且6 h累积降水量最大值超过了50 mm。18日12时00分UTC，随着台风“海鸥”消亡及西风槽向重庆的移近，水汽输送开始减弱，水汽通量散度逐渐减小，降水也随之减弱。从整层水汽通量散度辐合区的位置来看，“9·13”暴雨过程，整层水汽通量散度负值区主要位于四川东部及重庆北部，“9·17”暴雨过程重庆大部地区为整层水汽通量散度负值区，故“9·13”暴雨过程的落区偏北，而“9·17”暴雨过程的范围更大。

4 能量条件及大气层结特征分析

在连阴雨初期13日之前，有一段对流有效位能的峰值（达1200 J/kg），说明在这个时段内，暴雨区上空对流发展的比较旺盛，13日以后，对流有效位能迅速降低，在此后的时段维持在200 J/kg。从逐6 h的对流有效位能平面图可以看出，11日18时00分UTC—12日06时00分UTC，重庆上空的对流有效位能有显著的增加，大部地区的对流有效位能超过1800 J/kg，四川东南部—重庆东北部沿线为对流有效位能密集带，密集带以北区域对流有效位能低于300 J/kg，13日18时00分UTC以后20°N以北地区的对流有效位能低于200 J/kg。同时，从重庆上空的层结状态可以看出（图5），在15日00时00分UTC之前，重庆大部地区Δθse500-850＜0，表明大气层结存在潜在对流不稳定状态，15—16日，重庆大部地区层结仍为对流不稳定状态，17日00时00分UTC—19日00时00分UTC，重庆各地Δθse500-850＞0，表明大气层结为对流稳定状态。“9·13”暴雨产生时，重庆上空为对流不稳定状态，同时存在大的对流有效位能，所以对应降雨强度来看，“9·13”暴雨为对流性降水产生的暴雨，而“9·17”暴雨产生时重庆上空为对流稳定状态，且对流有效位能低，所以“9·17”的降水以稳定性降水为主。

5 动力条件及热力条件分析

图4 整层水汽通量散度（阴影，单位：10-5g/（cm2·hPa·s））以及水汽通量（箭头，单位：g/（cm·hPa·s））

沿106°E垂直速度ω、涡度纬度—高度剖面图显示，12日12时00分UTC，30°～32°N附近有垂直速度负值区，中心值达-1 Pa/s以上，负值区伸展到200 hPa以上，在暴雨区上空为明显的上升运动，同时300 hPa以下为正涡度区，涡度中心在800hPa附近，中心值为7×10-5/s，850 hPa以下为负散度辐合层，中心值为-3×10-5/s ，13日00时00分UTC（图6a）以后垂直速度负值区向南移动，正涡度与负散度大值区的位置没有明显的变化，在这个时段暴雨区上空为上升运动区，同时高层辐散底层辐合的高低空配置有利于对流的发展，所以在这个时段，降水强度大，06时00分UTC，上升运动区域移到29°N以南，重庆上空强降水结束。17日00时00分UTC，降水区南侧的台风附近低层辐合较强，中高层主要以辐散为主，这种高低空配置使得暖湿区有着较强的垂直上升运动，垂直速度最大值达到-2.8 Pa/s左右，此时降水区低层800 hPa以下为负散度辐合层，但量值较小，约为-2×10-5/s左右，而750 hPa以下为正涡度层，量值也较小，整个降水区垂直速度较小，垂直上升运动较弱。18日00时00分UTC（图6b）,随着台风逐渐西行减弱以及高空槽东移接近重庆，400 hPa以下基本为正涡度层和负散度辐合层，涡度大值中心基本与负散度大值中心重合，中心值分别为10×10-5/s左右与-8×10-5/s左右。此时降水区垂直上升运动较强，垂直速度明显增大，最大值位于600 hPa，约为-2.8 Pa/s左右。

6 TBB资料分析

图5 9月13日00时00分UTC（a）和9月18日00时00分UTC（b）的Δθse500-850

图6 垂直速度ω（阴影，单位：Pa/s）、垂直风场（箭头矢量，为V与W的合成，W扩大10倍，单位：m/s）以及涡度（等值线，单位：10-5/s）沿106°E纬度—高度剖面

TBB可以反映暴雨发生发展过程中对流云团的活动特点。从日平均TBB沿106°E的时间序列图可以看出（图7），连阴雨期间出现了2个TBB＜-12℃的时段（12—13日和16—18日），对应两个区域暴雨时段，从这两个时段的TBB值来看，12—13日的TBB极值＜-52℃，16—18日的TBB极值＜-32℃，从TBB的时间序列可以看出，前一个时段的TBB值更低，对流发展更旺盛些，同时从TBB大值区的范围来看，“9·13”暴雨过程主要发生在29.5 °～32°N的区域，位于重庆偏北地区，而“9·17”暴雨的位置范围更大些从南到北基本覆盖了重庆的所有区域。

从TBB的时间演变图可以看出，“9·13”暴雨时，12日19时00分UTC四川东部和重庆北部交界处有一条西南—东北向的带状对流云带，存在两个中心值＜-72℃，在大足以西地区又有新的云团发展，20时00分UTC，带状对流云带中的两个中心合并，同时大足以西的云团也合并到带状对流云带中，对流云带从带状逐渐演变成圆形云团，影响重庆大部地区，中心位于重庆中部地区，13日00时00分UTC云团中心云顶亮温值由-72℃变为-62℃，此后云团的强度逐渐减弱，范围逐渐变小。“9·17”暴雨时，17日00时00分UTC-08时00分UTC，重庆西部地区开始出现降水云团，云顶温度较小，且降水云团逐渐向南扩散至四川盆地东部一带。17日12时00分UTC，随着台风西行减弱以及高空槽的东移，槽后偏北气流与偏南暖湿气流的交汇处形成一条东北—西南走向的云带，受云带影响，重庆东北部地区开始出现降水，且西部降水继续维持，云顶亮温值增大，中心值达到-52℃左右。17日19时00分UTC—18日03时00分UTC，随着高空槽的缓慢东移，降水云带也自西向东缓慢移动，并逐渐分裂成若干个小的中尺度对流云团，云顶温度维持在-42～-52 ℃。18日11时00分UTC时，对流云团相互合并成一降水云带，在长江沿线及以北地区维持发展，云顶亮温中心值超过-52℃。此后，云带东移南压，强度逐渐减弱。从两次暴雨过程强降水时段的TBB演变情况可以看出，“9·13”暴雨过程中云团中心的亮温比“9·17”要低，说明“9·13”暴雨过程中，强降水发生时的对流发展得更旺盛些。

图7 连阴雨期间（9月12—19日）日平均TBB沿106°E的纬度—时间序列（单位：℃）

7 暴雨的触发条件

产生区域暴雨天气首先要有冷空气活动，通常认为低层冷空气起到冷垫的作用，低层暖湿气流沿冷垫爬升，有利于降水的产生。从中、低空各层的温度平流可以看出，整个连阴雨过程中，500、700 hPa和850 hPa的冷空气势力比较弱，冷平流并不明显。用暴雨区上空的负温度平流来表现冷空气，正V分量来代表偏南气流的强度，从暴雨区附近（106°E、30°N）的温度平流和V分量的高度—时间演变图来看（图8），整个连阴雨期间，900 hPa以下有冷平流，但值较小，说明在整个连阴雨期间近地层多弱冷空气的影响。900～500 hPa为暖平流层，从V风场的演变来看，12—18日对流层中层维持＞4 m/s的偏南气流，这种底层冷空气，中层暖湿气流的配置，有利于连阴雨天气的维持。在13日及18日中低层的偏南气流较前期有明显的增强，13日前后出现了＞8 m/s的弱南风急流，18日南风急流达16 m/s，同时从底层冷空气的强度来看，13日冷平流层延伸到800 hPa，而强度更大些，18日前后的冷平流处在950 hPa以下，即“9·13”暴雨过程中冷空气的抬升作用较“9·17”暴雨过程更明显些，从而使得“9·13”暴雨过程的对流性更明显。

图8 温度平流（单位：10-5K·s-1）和V分量（单位：m/s）沿合川的时间—高度垂直剖面图

陆大春[18]等指出，当降水较均匀地分布在雷达站的四周或较多方位上，并且实际风向不是很紊乱时，可粗略的认为“ND”表示含水量相对较少，即干冷空气。通过垂直风廓线图上可以看到，9月12日18时00分—20时00分UTC，重庆测站上空“ND”层主要在1.2 km及以下高度，1.8～3.0 km为较强的偏南气流，风速达到16 m/s以上（18时15分UTC3 km高度处风速达到22 m/s），较强的偏南急流为此时段的强降水天气带来了强烈的水汽输送和充足的动力条件。在4 km之上，风速相对较弱，且风随高度顺转，呈暖平流特征。9月12日20时00分UTC，中层风速较之前明显加大，9月12日21时00分UTC（图9a）1.2～1.8 km高度上风随高度变为逆转，表明底层有冷平流侵入，与之对应的，降水回波在此时段内明显减弱，降水也有所间歇。9月13日01时00分—02时00分UTC（图9b），3 km高度处的急流再度增强，若干时次风速大于20 m/s，底层风速依旧维持逆转。通过上面的分析可以发现，冷空气先是由低层约1.5km高度层进入降水区。9月17日00时00分—01时21分UTC（图9c），重庆测站上空“ND”层主要在0.6 km，1.5～12.2 km为较强的偏东偏南气流，且风随高度顺转，呈暖平流特征。0.9～1.2 km在00时22分UTC开始出现弱的东北风，低层开始有弱的冷空气进入，此时降水逐渐开始。18日11时00分—12时00分UTC，1.5～2.1 km上风向随时间由此前的西南风转为偏东风，且风随高度逆转，存在明显的冷平流。2.1 km以上仍然较强的偏南风。低层0.6～1.2 km风向由西北风转为西南风，存在明显的切变。11时17分UTC，风廓线低层开始有连续的“ND”出现，高度在3.7～4.0 km，而4.0 km以上风向也都转为一致的西南风（图9d）。从两次暴雨过程的垂直风廓线分析可以看出，随着冷空气持续入侵，暖湿空气被迫抬升，有利于降水的维持发展,“9·13”过程中偏南急流增强的同时降水强度也明显增大。

图9 重庆站垂直风廓线

8 结论

本文利用6 h一次、空间分辨率、TBB资料为1°×1°的NCEP格点再分析资料、实况降水观测资料以及雷达资料，对2014年9月12日—9月19日重庆秋季连阴雨及期间的两次区域暴雨过程进行了诊断分析研究，得到如下结论：

（1）此次连阴雨表现为两次连续的区域性暴雨过程，连阴雨前期西伯利亚阻塞高压强盛，环流经向度大，有利于冷空气南下，并且大气为对流不稳定层结，能量条件好，“9·13”暴雨过程表现为对流性降水特征，后期的“9·17”暴雨过程稳定性降水特征更明显，“9·13”暴雨过程中西南涡的位置明显偏北，导致了此次暴雨的落区位于重庆偏北地区，“9·17”暴雨的受台风（15号台风“海鸥”）倒槽影响，降水分布更均匀，且落区相对偏南。TBB资料在连阴雨期间的强度演变对两次暴雨过程的时段和落区有较好的指示意义。

（2）连阴雨期间欧亚大陆中纬度为“一槽”型，副高比较强盛，同时受双台风（15号台风“海鸥”和16号台风“凤凰”）的影响，暖湿气流沿台风外围以及副高边缘不断将南海及西太平洋的水汽输送至川渝地区，为连阴雨提供良好的水汽输送条件；反映本地绝对湿度的比湿的演变对连阴雨期间降水的增强及间歇比相对湿度的演变更有指示意义，负的整层水汽通量散度大值区与两次暴雨的落区一致。

（3）在整个连阴雨期间近地层多弱冷空气的影响，中层有偏南风，连阴雨天气得以持续，但是两次暴雨过程开始时，冷平流均有明显的增大，表明冷空气有所加强，冷空气的加强触发了暴雨的产生，同时伴有中层偏南暖湿气流的增强。从两次暴雨过程时多普勒雷达垂直风廓线图也能反映出低层冷空气入侵，中层偏南暖湿气流的增强。