一次暖区暴雨天气过程分析

曾 妮，方 鹏，蒙 军，何莉阳，吴哲红

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.广西壮族自治区气候中心，广西 南宁 530000)

0 引言

暴雨是贵州的主要灾害性天气之一。由于贵州多山地和丘陵，受地形影响，暴雨落区的预报难度大。强的暴雨天气往往容易引发山洪、泥石流、山体滑坡等次生灾害，给人们的生命财产造成严重损失。因此，大量的气象工作者对暴雨环流形势、物理量特征及时空分布特征等进行分析[1-8]。杜小玲等[9]对贵州望谟初夏暴雨的环境场和物理场进行合成分析，发现暴雨发生前关键区处于正涡度辐合和高湿不稳定层结中，暴雨强盛时刻，低层辐合高层辐散的特征最显著。鲁亚斌等[10]对1次强对流暴雨的中尺度特征进行分析，发现短时强降水主要出现在MCS移动方向前沿对流活跃的TBB等值线大值区，雨强的变化与TBB等值线的梯度变化密切相关。肖艳林等[11]对准静止锋背景下贵州的2次暴雨过程进行对比分析，发现滇黔静止锋摆动与暴雨落区有极大的关系，暴雨主要分布在20时准静止锋附近及其南侧跨越纬度1°左右。周明飞等[12]对贵州的2次暖区暴雨过程进行分析，发现贵州暖区暴雨预报的着眼点为低空急流的建立和加强，以及地面低压中辐合线的加强锋生。虽然对暴雨的研究已经很多，但暴雨落区预报的不确定性依然是预报员面临的一大难题。2019年5月24—26日贵州出现连续性暴雨天气过程，大暴雨落区局地性强，最大累计降水量达376.4 mm。本文利用FNL 1°×°再分析资料、FY-2F卫星TBB资料及常规气象观测资料对此次过程进行分析，找出影响这次暴雨落区有关的因子，为今后暴雨落区的预报提供一定的参考指标。

1 降水实况

2019年5月24—26日贵州省出现持续强降雨天气过程。其中24日20时—25日20时全省共出现9站特大暴雨，87站大暴雨和283站暴雨。暴雨落区主要集中在贵州省中部一线地区和遵义市北部(图1a)。最大累计降水量出现在织金县的绮陌站为306.7 mm，其最大雨强出现在24日23时为122.2 mm·h-1。25日20时—26日20时全省共出现24站大暴雨和166站暴雨。暴雨落区较分散，主要分布在贵州省中部以西地区、铜仁市东部和黔东南州局地(图1b)。最大累计降水量出现在平坝区的平坝站为182.4 mm，最大小时雨强出现在26日00时为111.6 mm·h-1。贵阳、安顺和毕节的交界处为24日夜间和25日夜间的强降水叠加区(图1c)，在叠加区有20站的累计降水量在200 mm以上，其中织金县绮陌站的累计降水量达376.4 mm，为最大降水量。此次暴雨天气过程局地性较强，小时雨强大，有64个站的雨强在50 mm·h-1以上，强降水主要发生在夜间，白天降水强度明显减弱。

图1 累计降雨量(a：24日20时—25日20时;b：25日20时—26日20时;c：24日20时—26日20时;单位：mm)

2 天气形势和探空分析

2.1 天气形势分析

24日08时(图略)500 hPa在河套—四川东部有高空槽，贵州位于槽底受偏西气流影响，700 hPa切变线位于河套—四川北部，850 hPa贵州受6～8 m·s-1的西南气流影响，地面贵州受热低压控制。24日20时(图2a)500 hPa高空槽移到山西东部—四川东部，贵州仍然受槽底偏西气流影响，700 hPa切变线分为2段，北段位于河套东部，南段与500 hPa槽线几乎重合，在云南—江西北部有10～12 m·s-1的西南风。850 hPa在重庆—贵州北部边缘有切变线生成，6～8 m·s-1的西南风增强为8～10 m·s-1的南风，地面热低压位置基本不变，强度增强，在贵州的中北部有辐合线生成。25日20时(图2b)500 hPa高空槽位于山西—贵州北部，贵州大部受槽前西南气流影响。700 hPa切变线位于安徽—湖南北部，贵州西北部边缘有弱的风向切变，在广西—安徽有12～20 m·s-1的西南低空急流。850 hPa在河南东部—贵州北部有切变线，低空急流位置与700 hPa接近，地面受热低压维持，辐合线位于贵州中南部一线。

图2 24日20时(a)和25日20时(b)高空及地面综合分析

此次过程地面一直受热低压控制，无明显冷空气影响，是典型的暖区暴雨[12]。高空槽和中低层切变线为暴雨的产生提供了天气尺度背景，地面辐合线是触发对流的重要因子，低空偏南大风或低空急流使降水区的不稳定度增强，并触发不稳定能量释放[13-15]。

2.2 探空分析

对暴雨发生前威宁站和贵阳站的探空进行分析。由T-lnp图看出：24日08时威宁站(图略)的湿层较浅薄，对流有效位能CAPE=196.3 J·kg-1，SI>0。贵阳站500 hPa以下为湿层，CAPE=39.4 J·kg-1，SI=-1.19 ℃，K=37.9 ℃。24日20时威宁站(图3a)上空大气仍然较为干燥，近地面到600 hPa均为干层，贵阳站(图3b)的湿层与08时相比有所增厚，从近地面伸展到400 hPa附近，2站的CAPE分别增加到1175.7 J·kg-1和1015.5 J·kg-1，SI指数减小到-1.35 ℃和-3.44 ℃，贵阳站的K指数增加到41.3 ℃，表明：24日20时大气中积聚了充沛的能量，层结不稳定度增强，贵阳站周围大气湿层深厚，为暴雨的产生提供了有利条件。而威宁站周围虽然能量和不稳定条件均具备，但气层较干，是产生暴雨的不利因素，因此24日夜间的暴雨和大暴雨集中在贵州中部地区。

图3 24日20时和25日20时T-lnp图(a、c：威宁站、b：贵阳站)

由于暴雨的产生使能量得到释放，到25日08时(图略)2站的CAPE分别减小到21.8 J·kg-1和23.3 J·kg-1，SI指数也从负值增加到正值(0.26 ℃和2.26 ℃)，贵阳站的K指数从41.3 ℃减小到33.1 ℃。因此25日白天降水强度明显减弱，仅在贵州中部一线出现9站暴雨。25日20时(贵阳站没有资料)威宁站(图3c)的CAPE增加到1157.3 J·kg-1，SI指数减小到-3.04 ℃，湿层从近地面伸展到500 hPa附近，表明25日夜间贵州西北部大气的水汽条件比24夜间好，因此25日夜间在毕节的中部以东地区出现了暴雨。

由以上分析看出：暴雨区上空大气湿层较深厚，层结不稳定，中等强度的对流有效位能有利于形成高的降水效率[12]。

3 水汽、动力和热力条件诊断分析

3.1 水汽条件分析

分析强降水发生前850 hPa的比湿发现，24日20时(图略)除贵州东北部以外，其余地区的比湿在13 g·kg-1以上，其中贵州中部以西以南地区的比湿在14 g·kg-1以上。同时贵州北部和西部处于水汽辐合区(图4a)，在遵义市北部和黔西南州西部有2个辐合中心，其水汽通量散度中心强度达-10×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1，有8～12 m·s-1的偏南风将南海的水汽输送到贵州。与图1a对比发现暴雨没有出现在水汽强辐合中心，而是出现在2个强辐合中心之间和北部强辐合中心的南侧的水汽通量散度梯度较大的区域。

25日20时(图略)全省比湿均超过14 g·kg-1，其中贵州中南部地区在比湿在15 g·kg-1以上，强的水汽辐合区位于贵州西部(图4d)，在贵州东部局地有弱的水汽辐合，其中在黔西南州西部有大于-10×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1的强辐合中心。26日02时(图4e)辐合中心向东北方向移动到安顺北部，中心值减小到-8×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1，同时在湖南的西部有1个中心值为-7×10-5g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽辐合区。与图1b对比发现暴雨也没有出现在水汽强辐合中心，而是出现在水汽通量散度梯度较大的区域。26日08时(图4f)水汽通量散度呈东北—西南带状，其强度明显减弱。

图4 850 hPa水汽通量散度(填色，单位：10-5g· hPa-1·cm-2·s-1)和流场(流线)

通过以上分析发现：强降水发生前850 hPa比湿在13～15 g·kg-1之间，表明贵州大部处于高湿状态，暴雨中心与水汽强辐合中心没有很好的对应关系，暴雨主要出现在水汽通量散度梯度的大值区。

3.2 动力和热力条件分析

24日20时(图5a)在暴雨区上空,108°E以西为整层的上升运动区，其中在104～107°E上升运动最强。从近地层伸展到200 hPa，在105～106°E之间有2个强中心，分别位于700～600 hPa和300 hPa附近，强度分别为-1.2 Pa·s-1和-1.6 Pa·s-1。从假相当位温的垂直分布来看，暴雨区上空从近地层到500 hPa，θse/Z<0表明大气为对流性不稳定，在103.5～105°E的低层有高能舌存在。25日02时(图5b)强上升区东移至107°E，2个强中心的高度与20时相比变化不大，但高层的强中心减小到-0.8 Pa·s-1。在105～106°E的近地层到700 hPa有较强的上升运动区，强中心在800 hPa附近为-0.8Pa· s-1，同时高能舌东移至104.5～106°E，与20时相比低层南风增强，累计雨量和小时雨强最大的站点(绮陌站105.85°E，26.6°N)南风增强到8～12 m·s-1，其最大小时雨强发生在24日23时为122.2 mm，表明强降雨发生时暴雨区上空垂直运动强，并且有高能舌存在。25日20时(图5c)104～108°E为上升运动区，其中在105°E的近地面到600 hPa上升运动强，强中心为-1.6 Pa·s-1，在106～107°E上升运动伸展到200 hPa，其强中心分别位于600 hPa和350 hPa，强度为-0.8 Pa·s-1；26日02时(图5d)位于105°E的上升运动减弱，强上升区移至108°E上空，低层的南风与20时相比略有增强，累计雨量和小时雨强最大的站点(平坝站106.27°E，26.42°N)其最大小时雨强发生在26日00时为111.6 mm。

图5 沿26.6°N(a、b)、沿26.42°N(c、d)风场、垂直速度和假相当位温剖面(垂直速度：黑色等值线，单位： Pa·s-1；假相当位温：红色等值线，单位：K)

以上分析表明，暴雨发生前大气呈现动力和热力不稳定的结构特征。强烈的上升运动将底层的暖湿空气输送到高层，在有高能舌存在的地方大气的湿热能条件好[16-18]，更有利于产生对流性强降水。24日夜间大气中低层有明显的高能舌存在而25日夜间没有，这是24日夜间降水强度大于25日夜间的原因之一。

4 地面辐合线与中尺度对流云团分析

4.1 地面辐合线演变

5月24日20时地面辐合线位于贵州中部一线(图7a)，24日夜间辐合线移动缓慢，到25日11时才南压到贵州中南部，此后辐合线开始北抬，到25日20时北抬至贵州中北部。总的来看24日20时—25日20时辐合线在贵州中部地区摆动，位移较小，移速较慢；25日20—23时辐合线位置稳定维持(图6b)，23时以后辐合线开始南压，26日14时南压到黔东南州中北部—安顺市南部—黔西南州中部一线，并且26日14时以后南压速度明显加快，到20时辐合线已南压到贵州南部边缘。

图6 24日18时—25日04时FY-2F卫星TBB(单位：℃)

由以上分析看出，24日夜间地面辐合线在贵州中部地区停留时间较长，有利于对流的触发，以及使对流系统在贵州中部地区发展和移动，相比之下25日夜间地面辐合线移动较快，南北位移较大，这是导致24日夜间降水强度大于25日夜间的原因之一。

4.2 中尺度对流云团演变特征

通过分析FY-2F卫星逐小时TBB资料，找出这次暴雨过程的中尺度对流云团的演变特征。24日16时(图略)在贵州的西北部边缘和西南部分别有1个中β尺度对流单体生成。18时(图6a)2个对流单体发展东移，其中对流单体A发展迅速，TBB≤-32 ℃的冷云罩面积明显增大，最低TBB达-65 ℃，对流单体B的冷云罩面积也有所增大，最低TBB为-55 ℃。20时(图6b)对流单体A已经发展为中α尺度，最低TBB减小到-68 ℃，在其TBB梯度大值区有暴雨产生，而对流单体B东移到黔东南州，其强度明显减弱。22时(图6c)对流单体B已减弱消失，而对流系统A的冷云罩面积继续扩大，TBB≤-65°C的强中心位于毕节、贵阳和安顺的交界处，与大暴雨区相对应。23时织金县绮陌站出现小时雨强为122.2 mm的短时强降水。25日00—04时(图6d～f)对流云团逐渐东移，TBB≤65 ℃的强中心面积逐渐减小，但TBB≤-52 ℃的冷云区一直维持，表明此对流云团发展强盛，减弱速度慢，在其强中心移过的地方和TBB梯度大值区均出现了大到暴雨。25日08时对流云团移到贵州东部，中心强度减小到-55 ℃，08时以后逐渐移出贵州。

25日16时(图7)在贵州中南部有3个中β尺度对流单体生成。18时(图7a)3个对流单体发展增强，在贵州中部偏南地区排成1排，其最低云顶量温TBB均≤-50 ℃。20时(图7b)3个云团向西南方向移动，其中D对流单体移到黔南州中部，强度开始减弱，A、B对流单体在黔西南和黔南的交界处开始合并，其最强中心位于云团的西南部TBB为-55 ℃，同时在黔西南州的北部有新的对流单体D生成。22时(图7c)C对流单体再次发展增强，其强中心TBB≤-65 ℃位于毕节、贵阳和安顺的交界处，与大暴雨区相对应，而D对流单体与AB对流单体完全合并，强中心位于黔西南州的北部，中心值小于-65 ℃。26日00时C对流单体与ABD对流单体合并，TBB≤-52°C的冷云区位于黔西南州东部、黔南州西部和安顺市南部，在以上区域均出现了暴雨。02时以后(图略)对流云团逐渐东移减弱，到26日06时完全移出贵州。

图7 25日18时—26日06时FY-2F卫星TBB(单位：℃)

24日暴雨过程为1个中β尺度对流单体独立发展形成中α尺度系统，对流发展旺盛，伸展高度较高，影响范围广，生命史达18 h以上。25日暴雨过程为几个中β尺度对流单体发展逐渐合并为1个中β尺度对流单体，造成的暴雨局地性强，其中造成大暴雨中心的对流单体经历了2次发展减弱过程，生命史约为14 h；暴雨与TBB≤-52 ℃的冷云区和TBB梯度大值区对应较好，大暴雨与TBB≤-65 ℃的区域对应较好。

5 结论

①此次连续性暴雨天气过程是典型的暖区暴雨,其主要影响系统是高空槽、中低层切变线和地面辐合线。24日夜间地面辐合线在贵州中部地区停留时间较长，有利于对流的触发以及对流系统在贵州中部地区发展和移动。相比之下25日夜间地面辐合线移动较快，南北位移较大，这是导致24日夜间降水强度大于25日夜间的原因之一。

②暴雨区上空大气湿层较深厚，层结不稳定，中等强度的对流有效位能有利于形成高的降水效率。强降水发生前贵州大部处于高湿状态，但暴雨中心与水汽强辐合中心没有很好的对应关系，暴雨主要出现在水汽通量散度梯度的大值区。

③暴雨发生前大气呈现动力和热力不稳定的结构特征，强烈的上升运动将底层的暖湿空气输送到高层，在有高能舌存在的地方大气的湿热能条件好，更有利于产生对流性强降水。这是24日夜间降水强度大于25日夜间的原因之一。

④ 24日暴雨过程为1个中β尺度对流单体独立发展形成中α尺度系统，对流发展旺盛，伸展高度较高，影响范围广，生命史达18 h以上。25日暴雨过程为几个中β尺度对流单体发展逐渐合并为1个中β尺度对流单体，造成的暴雨局地性强，生命史约为14 h。在TBB≤-52 ℃的冷云区和TBB梯度大值区有发生暴雨的可能性，TBB≤-65 ℃的区域有利于大暴雨的产生。