贵州一次大暴雨物理量场诊断分析

黄天福 林小杰 陈昌文 刘鹏

摘要 根据FY-2C卫星逐时红外云图、云顶亮温（TBB）资料（分辨率0.05?×0.05?）、探空资料、NCEP/NCAR（分辨率1?×1?）。对发生于2012年5月21日夜间到22日凌晨的贵州西南部大暴雨天气过程进行物理量诊断分析：（1）此次大暴雨天气过程是发生在大尺度环流背景下，贝加尔湖低槽后部偏北气流引导冷空气南下与槽前的西南暖湿气流在贵州上空交汇的结果;（2）西南急流带来的孟加拉湾水汽和东南气流带来的南海水汽在暴雨区汇聚，为强降雨发生提供充足的水汽条件;（3）此次强降水主要由MCS发展演变过程产生。

关键词 大暴雨;物理量场;诊断分析

中图分类号：S161.6 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）04-0-03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.054

贵州省位于中国西部地区，境内属于高原山地，贵州省西南部是来自孟加拉湾水汽向北输送的主要通道，而南部则是南海水汽向北输送的主要通道[1]。贵州北部常受冷空气南下或冷空气回流影响，来自南部或西南部暖湿气流和来自北部的冷空气在贵州上空交汇，暖湿气流抬升凝固降落，在贵州省境内常出现频率高的强降水天气[2]。由于贵州特有的喀斯特地貌，水土流失和暴雨灾害十分严重。本文借助一次典型的贵州西南部暴雨中心的一次大暴雨的发生、发展研究揭露贵州暴雨的特点。

1 过程降水实况

2012年5月21日20∶00～22日20∶00贵州省境内出现区域性大暴雨天气过程。降雨天气涵盖全省，强降水主要出现在贵州省的西南部暴雨区（图1）。全省共计85个县站、1 690个乡镇出现降雨天气，大暴雨发生主要区域在贵州西南部的六盘水、安顺、黔西南州大部、毕节东南部、黔南西北部和贵阳西部等地区，北部边缘和省中部以东降水量级较小，省东部和东南部个别站点出现暴雨。此次强降水天气过程有降水时间短（集中在21日22∶00～22日04∶00）、降雨强度大（最大小时雨量在79.8 mm）、降水范围广（覆盖全省）等特点，据不完全统计，此次暴雨造成西南部大部分公路与农田被冲毁，农作物受灾面积大，房屋损坏多且严重。

2 水汽条件分析

2.1 水汽通量

水汽通量又称为水汽流量，是指单位时间内通过单位面积的水汽量，表示水汽输送的方向和大小[3]。从整层积分水汽通量矢量来看，来自孟加拉湾的西南水汽帶和来自南海的东南水汽带源源不断经贵州向北输送，水汽汇集于贵州西南部，两个水汽带为此次强降水的发生提供了充足的水汽条件（图2）。

从水汽通量上也可以看出，21日20时700 hPa上，强劲的西南气流源源不断地将孟加拉湾的水汽输送到贵州暴雨区上空，建立一条西南水汽通道，贵州西南部位于水汽通量出口左侧，有利于水汽在此辐合。850 hPa上，在东南气流的带动下南海水汽向北输送，建立一条东南水汽通道，贵州西南部位于水汽通量出口的左侧，在贵州北部也有一条弱水汽通道，自川东北向黔西北输送（图3）。700 hPa西南水汽输送通道与850 hPa东南水汽输送通道交汇于贵州西部，两条水汽通道带来大量水汽与能量。

2.2 水汽通量散度

水汽通量仅表示水汽来源，至于暴雨的发生、降水的多少则与水汽通量散度有关。水汽通量散度是描述水汽水平集中的物理量，它表示单位时间单位面积水汽的净流失量。分析暴雨区（108°E，26°N）水汽通量时间演变图（图4a），从21日20∶00开始到22日02∶00在中低层700 hPa到900 hPa水汽通量都急剧上升，降水开始时暴雨区上空有较强的水汽输送汇集，随着降水的开始，水汽通量逐渐加大，降水量也随之加大，在降水最强的时（22日02∶00）中低层的水汽通量达到最高值。22日08∶00，水汽通量逐渐减少，降水也随之减弱停止。分析水汽通量散度演变图（图4b）同样可以看出，从21日17∶00，整个暴雨区中低层水汽通量散度由正值向负值转变，说明此时暴雨区上空有水汽辐合。从21日20∶00开始到22日02∶00，水汽通量散度迅速降低，水汽通量辐合也逐渐加强，在22日02∶00水汽通量散度最小值位于850 hPa，中心强度值达（-100×10-8·g·cm-2·hPa-1·s-1），说明此时辐合最强与地面降水强度相对应，水汽通量散度逐渐减弱，地面降水也逐渐减小。

3 动力条件分析

造成强降水必要条件之一就是强烈的上升运动，强烈的上升使得水汽不断爬升、凝结成云、云滴增长成雨滴降落，暴雨产生[4]。本节将从散度、涡度、垂直速度分析来了解此次暴雨天气过程中的动力机制。

3.1 散度分析

散度是衡量速度场辐合、辐散的物理量，辐合为正、辐散为负[5]。沿105°E对散度作时间经向剖面图，21日14∶00虽然底层有辐合中高层有辐散，但整个暴雨区的垂直运动并不强烈。随着时间的推移，底层辐合与高层辐散加强，在21日20∶00 600 hPa以下都为辐合区，600 hPa以上为辐散，垂直运动比较强烈，此时地面出现明显的强降水天气。到22日02∶00低层辐合继续加强，辐合高度在500 hPa，并且在800 hPa附近有强辐合中心（负值中心值为-7×10-6·s-1），高层辐散也在继续加强，在200 hPa附近有一强辐散中心，说明暴雨发生时垂直运动剧烈。高层强辐散有利于上升运动，使对流发展更加强盛，辐散的抽吸作用能够很好加强中层对流的上升运动，对流的上升运动则加强低层辐合，从而促使对流循环发展，有利于暴雨的发生发展。这种低层辐合、高层辐散使得整个对流层产生了强烈的上升运动，低层水汽源源不断向上输送、凝结产生大量雨滴降落形成暴雨天气。低层辐合、高层辐散的深厚垂直运动为强降水的产生提供了十分有利的动力条件。

3.2 涡度分析

沿105°E对涡度作时间经向剖面图，在强降水开始前，中低层以下为正涡度区，中高层为负涡度区。随着降水开始，雨区中低层涡度区的值逐渐加强扩大。22日02∶00地面降水最强时在700 hPa有一明显正涡度中心，中心强度为（12×10-6·s-1），正涡度延升到200 hPa。底层为强的正涡度区高层为弱涡度或负涡度区，有利大气的上升运动，源源不断的水汽的抬升降落形成暴雨。从500 hPa涡度平流演变图分析，降水发生前，西风槽前对应的是一个较强的正涡度平流，暴雨产生在正涡度平流右前方，对判断西风槽未来是否加深发展和产生暴雨都有一定的指示作用。

3.3 垂直速度分析

垂直速度是速度在垂直方向的分量，它直接反映暴雨垂直运动的分布强度[6]。为了更好了解暴雨发生时高空垂直速度，将分析暴雨区垂直速度的时间剖面图（图5）。在21日20∶00前整层大气都比较平稳，从21日20∶00开始，整层大气都开始处于上升运动中，此时地面降水也全面开始。在22日02∶00 850 hPa和400 hPa有一高值中心，中心强度为（-2.1×），垂直上升运动到200 hPa，说明上升运动强烈并且层次深厚，此时地面雨强也是最大的时候。在22日08∶00逐渐减小，部分层次向相反方向转向，此时地面雨强减弱或停止。结合散度、涡度、垂直速度图分析，各要素之间配置好，在上升运动区（w<0）时，有正涡度（>0），负散度与之对应，各物理量在最大值时段与强降水区时段也相符。

4 热力条件分析

4.1 大气层结稳定度分析

对流有效位能是一个与环境联系最为密切的热力学变量，广泛应用于国内外强对流天气的诊断分析，它表征大气对流的不稳定能量。研究结果表明，当CAPE>1 000/kg时，发生强对流可能性很大。而在暴雨预报中，K指数是一个可供参考指标，对未来暴雨强度和落区都有很好的指导性。一般K指数≥35℃是表示大气层结的不稳定，容易出现强对流天气，K指数越大说明层结越不稳定，越容易发生强对流天气。暴雨预报中，一般认为，SI≥0为层结稳定，SI≤0表示大气层结不稳定，越小越容易产生强对流天气。下面将分析此次暴雨发生前后的大气稳定度的各物理量。

对暴雨发生前后CAPE值、K指数和SI指数的变化进行分析，在暴雨发生前（21日08∶00），CAPE=330（J.kg）、K=41、SI=-2.90，表明此时大气层结已经处于不稳定状态，但还没发生强对流天气，通过白天位于云南东部热低压中心的作用，不稳定能量得到高度积聚，为傍晚到夜间大暴雨发生聚集大量能量。即将发生时（21日20∶00），CAPE=6 002.3（J.kg）、K=43、SI=-3.25，说明暴雨区附近具有很强的不稳定能量，大气层结十分不稳定，强对流天气即将发生，随后的12小时内贵州全境出现降雨天气，贵州西南部大部出现大暴雨天气。在暴雨结束时（22日08∶00）CAPE=135.6（J.kg）、K=29、SI=4.78，不穩定能量得到释放，大气层结不稳定度降低，沙氏指数升高，大气层结稳定（表1）。

5 结论

（1）此次贵州西南部大暴雨天气过程是发生在大尺度环流背景下，贝加尔湖低槽后部偏北气流引导冷空气南下与槽前的西南暖湿气流在贵州省上空交汇的结果。中、低层低涡与地面辐合线产生的上升运动是本次暴雨发生的动力机制。

（2）西南急流源源不断带来孟加拉湾水汽和东南气流带来南海水汽在暴雨区汇聚，为强降雨发生提供充足水汽条件。高层辐散、低层辐合的抽吸垂直配置更加有利于暴雨的发生发展。

（3）此次强降水主要由MCS发展演变过程产生的，随着MCS生成、发展逐步成熟，强降水区也随MCS发展而发展、移动而移动。此次大暴雨天气过程受中尺度天气系统影响。

（4）暴雨发生在对流不稳定层结条件下，整层强烈的上升运动使得中低层水汽更好向上输送，为此次暴雨发生提供良好的水汽条件和动力条件。

参考文献

[1] 卢瑞荆.贵州暴雨洪涝的气候特征分析[D].兰州：兰州大学，2010.

[2] 李刚，牟克林，万雪丽.2012年5月21日贵州西南部大暴雨诊断分析[J].贵州气象，2013，37（2）：10-16.

[3] 林毅，刘铭，刘爱鸣.高低空急流在闽西北大暴雨过程中的作用及数值模拟[J].气象科学，2006，26（4）：449-455.

[4] 李云川，张迎新，崔粉娥.两次东北冷涡天气异同的成因分析[J].气象，2008，34（12）：54-62.

[5] 王晖.宁夏一次大暴雨天气过程的数值模拟研究[D].兰州：兰州大学，2014.

[6] 郁珍艳，何立富，范广洲，等.华北冷涡背景下强对流天气的基本特征分析[J].热带气象学报，2011，27（1）：89-94.

责任编辑：黄艳飞