周芳存，袁 亮

(四川省巴中市氣象局，四川 巴中 636000)

2014年9月巴中市一次持續(xù)性強(qiáng)降水診斷分析

周芳存，袁 亮

(四川省巴中市氣象局，四川 巴中 636000)

該文主要利用NCEP 1°×1°6 h再分析資料，對2014年9月6—16日四川省巴中市出現(xiàn)的持續(xù)性強(qiáng)降水過程的環(huán)流形勢、水汽輸送、動力結(jié)構(gòu)、不穩(wěn)定能量等條件進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：①強(qiáng)降水期間巴湖槽區(qū)分裂南下的冷空氣配合東移的青藏高原低值系統(tǒng)共同影響四川盆地，副熱帶高壓前期快速東退，后期穩(wěn)定維持在黔東和湘西一帶。②水汽主要來自副高外圍的偏南氣流，低空急流的建立和臺風(fēng)的生成為持續(xù)性暴雨提供了源源不斷的水汽輸送。③巴中市上空正渦度區(qū)發(fā)展深厚并逐漸東擴(kuò)，散度場表現(xiàn)為低層輻合高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)。④強(qiáng)降水前期大氣層結(jié)處于高能、對流不穩(wěn)定狀態(tài)，巴湖分裂南下的冷空氣作為觸發(fā)機(jī)制，隨著不穩(wěn)定能量釋放，層結(jié)逐漸趨于穩(wěn)定。

副高；輻合；正渦度；不穩(wěn)定；持續(xù)性強(qiáng)降水

1 引言

四川盆地是強(qiáng)降水的多發(fā)區(qū)，每年強(qiáng)降水造成的直接災(zāi)害和間接的衍生地質(zhì)災(zāi)害給當(dāng)?shù)卦斐闪酥卮蠼?jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡，其中對流突發(fā)性、持續(xù)性暴雨造成的氣象災(zāi)害尤為嚴(yán)重。據(jù)大量理論研究及預(yù)報(bào)實(shí)踐證明，西太平洋副熱帶高壓與西風(fēng)帶低槽的活動對四川夏季降水影響顯著[1]。盆地持續(xù)性暴雨大都發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定少動的環(huán)流背景下，副熱帶高壓脊西北側(cè)的西南暖濕氣流是暴雨持續(xù)的水汽輸送和能量供應(yīng)者。西風(fēng)帶低槽、西南低渦、高原切變、北方冷空氣等是觸發(fā)暴雨的主要天氣系統(tǒng)。劉慶等[2]對四川暴雨氣候背景分析指出，四川盆地暴雨中心主要有3個(gè)，其中之一就是大巴山暴雨。大巴山暴雨區(qū)主要分布在渠江上游，其次是嘉陵江上游以東地區(qū),該區(qū)域的暴雨中心分布在通江、南江 、平昌、巴中、萬源及旺蒼共 6 縣(市)。2014年9月上、中旬，盆地自西向東出現(xiàn)了持續(xù)暴雨、大暴雨天氣過程，巴中自6日從南江縣開始至16日遭遇了持續(xù)性暴雨—大暴雨的襲擊，各區(qū)縣造成了不同程度的災(zāi)害損失。為了探究此次巴中市持續(xù)性暴雨發(fā)生在怎樣的環(huán)流形勢、物理量場結(jié)構(gòu)、為何強(qiáng)降水時(shí)間持續(xù)、過程雨量如此大等諸多問題，本文利用NCEP 1°×1° 6 h再分析資料及常規(guī)觀測資料，從環(huán)流形勢、動力結(jié)構(gòu)、水汽條件、不穩(wěn)定能量等方面對巴中此次持續(xù)性強(qiáng)降水過程進(jìn)行分析，以期為今后巴中地區(qū)暴雨預(yù)報(bào)提供一些有意義的參考依據(jù)。

2 降水實(shí)況及災(zāi)情

2014年9月6—16日巴中市出現(xiàn)一次持續(xù)性強(qiáng)降水天氣過程，6日20時(shí)—16日08時(shí)累計(jì)降水量普遍達(dá)到300～500 mm，最大雨量為南江匯灘788.2 mm。巴州區(qū)、恩陽區(qū)、南江縣、通江縣、平昌縣的城區(qū)雨量分別為297.4、361.7、523.1、238.2、271.2 mm。強(qiáng)降水期間巴中市共出現(xiàn)2場區(qū)域性暴雨，第1場為8日20時(shí)—10日20時(shí)南江縣、通江縣大暴雨，巴州區(qū)暴雨。強(qiáng)降水區(qū)域主要在該市西部及北部，南部平昌縣僅為小雨，最大降水量為南江匯灘424.5 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)9日13時(shí)恩陽區(qū)萬安85.5 mm。12—15日，全市范圍持續(xù)4 d暴雨—大暴雨天氣。11日20時(shí)—15日20時(shí)，全市普降暴雨—大暴雨天氣，最大累計(jì)雨量為恩陽區(qū)萬安418.1 mm，全市共39站點(diǎn)累計(jì)雨量超過250 mm，最大日降水量為12日恩陽區(qū)萬安的234 mm。

由于本次降水過程的持續(xù)時(shí)間長、過程雨量大、時(shí)空分布不均，給該市各區(qū)縣造成了不同程度的災(zāi)害損失。據(jù)巴中市防汛抗旱指揮部辦公室發(fā)布的防汛快報(bào)統(tǒng)計(jì)，截至9月17日，此輪強(qiáng)降雨致使5個(gè)縣(區(qū))197個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)88.56萬余人不同程度受災(zāi)，南江、通江大部鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇，并引發(fā)多處山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，造成1 人死亡，1人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失25.54億元。

圖1 巴中市2014年9月8日20時(shí)—10日20時(shí)(a)、11日 20時(shí)—15日20時(shí)(b)雨量實(shí)況(單位：mm)

3 環(huán)流背景

前期暴雨發(fā)生在高原低值系統(tǒng)東移，副高東退的環(huán)流形勢下。8日08時(shí)(見圖2a)，亞歐中高緯度為兩槽一脊的環(huán)流形勢，巴湖為深槽區(qū)，貝加爾湖地區(qū)為平淺的脊區(qū)，我國中低緯地區(qū)以緯向環(huán)流為主，副高呈帶狀位于川東北邊沿與重慶交界處，控制著江南、華南。11日08時(shí)(圖2b)，副高東退至黔東和湘西一帶，巴湖冷渦分裂小槽和青藏高原短波槽東移共同影響四川，低層700 hPa盆地西北部有切變線，川東北地區(qū)為切變線前的西南氣流輻合區(qū)。

11—16日歐亞中高緯環(huán)流形勢由兩槽一脊型到一槽一脊型再調(diào)整為兩槽一脊型，副高在黔東和湘西一帶穩(wěn)定少動(見圖2c、圖2d)。11—13日，巴湖低槽逐漸東移發(fā)展為深厚的東北冷渦，兩槽一脊的環(huán)流形勢調(diào)整為一槽一脊，青藏高原東部到盆地多低槽東移影響盆地，冷渦中心不斷有冷空氣南下觸發(fā)強(qiáng)降水的發(fā)生。15—16日，受新生臺風(fēng)“海鷗”西進(jìn)北上對副高的阻擋作用和充足的水汽輸送，使低層切變線和低渦維持在盆地東北部，配合地面冷空氣的活動，有利盆地北部降水天氣的持續(xù)。

圖2 8日08時(shí)(a)、11日08時(shí)(b)500hPa的高度場，8日08時(shí)—10日08時(shí)(c)、12日08時(shí)—16日08時(shí)(d)500hPa的平均高度場

對比這前后兩場暴雨過程期間環(huán)流形勢演變，其相同點(diǎn)在于我國中低緯度地區(qū)均為緯向氣流為主，青藏高原多低槽東移，中高緯槽區(qū)分裂南下的冷空氣觸發(fā)強(qiáng)降水發(fā)生。其差異在于，后期由于受臺風(fēng)“海鷗”西進(jìn)北上的阻塞作用，副高穩(wěn)定少動，川東北地區(qū)處于副高西北側(cè)，高原系統(tǒng)東移穩(wěn)定在川東北上空，強(qiáng)降水持續(xù)不斷。

4 物理量場

4.1 動力條件

為了考察巴中市暴雨區(qū)上空大氣輻合輻散及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動隨時(shí)間的演變情況，給出了9月8日—16日巴中市(32°N，107°E)散度(圖3a)和渦度(圖3b)的時(shí)間—高度剖面。從圖3a可以看出，整個(gè)強(qiáng)降水期間都表現(xiàn)為低層輻合(700 hPa以下)中高層輻散(700 hPa及以上)的垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)。后期由于副高穩(wěn)定少動，高原槽不斷東移加深穩(wěn)定在川東地區(qū)，加上低空急流維持，有利于槽前和急流左側(cè)氣流的輻合上升。因此低層的輻合區(qū)和高層輻散區(qū)的強(qiáng)度及伸展高度均有所加強(qiáng)，最大量值出現(xiàn)在14—15日850～700 hPa層，為-6×10-5s-1，同時(shí)輻散區(qū)的垂直發(fā)展高度達(dá)150 hPa。

圖3 2014年9月8—16日巴中站散度(a)和渦度(b)的時(shí)間—高度剖面(單位：10-5s-1)

整個(gè)強(qiáng)降水期間(8日20時(shí)—16日20時(shí))，巴中站點(diǎn)正渦度伸展高度均在500 hPa及以上，最高達(dá)300 hPa，最大量值出現(xiàn)在850～700 hPa層，為(8～12)×10-5s-1(見圖3b)。由于前期副高快速東退減弱未形成阻擋形勢，高原槽移動較快，故正渦度中心量值和伸展高度在時(shí)空上未能延續(xù)，降水明顯弱于后期。同時(shí)對比圖4兩場暴雨過程期間700 hPa的平均正渦度空間分布，前期范圍偏西偏小，中心強(qiáng)度略偏弱，對應(yīng)強(qiáng)降水集中在巴中西部與北部，平昌縣僅出現(xiàn)小雨。

圖4 2014年9月8日20時(shí)—10日20時(shí)(a)、11日20時(shí)—16日20時(shí)(b)700hPa渦度平均場(單位：10-5s-1)

4.2 水汽條件

持續(xù)性暴雨不僅要有穩(wěn)定的大尺度環(huán)流形勢促使天氣系統(tǒng)的維持、再生和發(fā)展，以及有利的動力抬升條件，充足的水汽來源和降水區(qū)域的水汽輻合也是持續(xù)性強(qiáng)降水的必要條件[5]。

對比其700hPa流場可以看到(見圖5)，在強(qiáng)降水前期輻合中心主要在川西高原到盆地西部，為孟加拉灣西南氣流與南下的偏北氣流交匯。川東北地區(qū)處于副高外圍的西南氣流中，水汽主要來源于孟加拉灣。然而后期，達(dá)州重慶一帶西南低空急流建立，巴中市處于急流軸左側(cè)，且南江、巴州、通江處于偏北氣流、孟加拉灣西南氣流和南海偏南氣流的輻合區(qū)，水汽充足。14日，臺風(fēng)“海鷗”生成，給川東北地區(qū)帶來了源源不斷的水汽輸送。

圖5 8日20時(shí)(a)、13日08時(shí)(b)700 hPa流線(陰影區(qū)為風(fēng)速>12 m·s-1)

圖6 2014年9月8—16日巴中垂直速度的時(shí)間—高度剖面(10-6 Pa·s-1)

垂直速度是天氣預(yù)報(bào)中常用的物理量，其重要性主要在它與水汽的垂直輸送、凝結(jié)和下降過程都有密切聯(lián)系，對天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展有很大影響[5]。從巴中站點(diǎn)垂直速度的時(shí)間—高度剖面圖來看，強(qiáng)降水前期垂直上升運(yùn)動區(qū)從850 hPa伸展到400 hPa，水汽在暴雨區(qū)850～700 hPa層輻合上升。10日08時(shí)，垂直上升區(qū)減弱消失，強(qiáng)降水也趨于減弱。11日整層大氣無明顯的垂直運(yùn)動，強(qiáng)降水暫歇。11日20時(shí)中低層上升、高層下沉的垂直運(yùn)動結(jié)構(gòu)重新建立、維持，只是上升運(yùn)動區(qū)發(fā)展高度及強(qiáng)度不及之前，想必這與強(qiáng)降水能量耗散有較大關(guān)系。

此次持續(xù)強(qiáng)降水過程期間，水汽的輻合也為暴雨區(qū)在時(shí)空上的持續(xù)提供了有利條件。從水汽通量散度的緯向剖面來看，無論是850 hPa還是700 hPa，8—10日水汽輻合中心位于106°E左右，即廣元東部與巴中市西部交界處，暴雨區(qū)域也主要集中在巴中市西部及北部。11—16日水汽輻合中心略有東移，大約在107°E，位于巴中市境內(nèi)，故暴雨區(qū)域也有所東擴(kuò)。同時(shí)水汽輻合中心強(qiáng)度值更大，達(dá)-80×10-3g·cm-2·s-1，低空急流的建立與維持，為持續(xù)性暴雨的產(chǎn)生起到了有利的水汽輸送作用。從經(jīng)向剖面上對比，整個(gè)強(qiáng)降水過程間水汽輻合中心均大致位于31°N，即巴中市北部，這也是整個(gè)強(qiáng)降水期間南江縣、通江縣累計(jì)雨量更大的原因之一。水汽輻合中心與此次的暴雨區(qū)域極為一致，主要位于廣元、南充、遂寧、巴中、達(dá)州一帶。

4.3 不穩(wěn)定條件

本文用假相當(dāng)位溫來分析強(qiáng)降水過程中的對流不穩(wěn)定條件，圖8a給出了9月7—16日850 hPa假相當(dāng)位溫的時(shí)間演變情況，可以看到在8—9日、12—15日850 hPa的假相當(dāng)位溫都有下降，說明期間有冷空氣南下與暖濕氣流交匯。12—13日，850 hPa假相當(dāng)位溫下降達(dá)15℃左右，冷空氣勢力明顯增強(qiáng)。前期冷空氣主要是由貝湖分裂南下和高原低槽東移帶來的弱冷空氣；而后主要是巴湖低槽逐漸東移加深，發(fā)展為深厚的東北冷渦，冷空氣南下且與地面冷空氣配合。從圖8b中500 hPa與850 hPa假相當(dāng)位溫之差來看，在12日前表現(xiàn)為一致的負(fù)值，假相當(dāng)位溫隨高度減小，大氣層結(jié)為對流不穩(wěn)定狀態(tài)。在8日20時(shí)，其差值達(dá)-18℃，表現(xiàn)為強(qiáng)的對流不穩(wěn)定，結(jié)合700～850 hPa散度場為輻合上升運(yùn)動，有利于氣層的抬升運(yùn)動。整個(gè)強(qiáng)降水過程中最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在9日13日恩陽1區(qū)萬安，85.5 mm。13—16日，兩層假相當(dāng)位溫差值轉(zhuǎn)為正值，表示大氣層結(jié)趨于中性，對流性降水調(diào)整為穩(wěn)定性降水。同時(shí)從達(dá)州探空資料中的SI指數(shù)、CAPE值和K指數(shù)也表明后期的對流不穩(wěn)定層結(jié)及能量條件比前期更好。SI指數(shù)在12日前都為負(fù)值，表現(xiàn)為對流不穩(wěn)定，CAPE值從9日08時(shí)的1 264.7高能值快速下降至11日08時(shí)的56.3，且后面一直表現(xiàn)為低能量狀態(tài)；同時(shí)K指數(shù)在8—11日，均為40以上高值，12日后明顯下降。由此可大致判斷，前期暴雨為對流性強(qiáng)降水，過程期間有對流不穩(wěn)定能量，且對流不穩(wěn)定能量先于降水存在。后面大氣層結(jié)逐漸趨于穩(wěn)定，轉(zhuǎn)為穩(wěn)定性降水。

圖7 2014年9月8—16日850 hPa水汽通量散度沿107°E(a)和沿32°N(b)時(shí)間剖面，700 hPa水汽通量散度沿107°E(c)和沿32°N(d)時(shí)間剖面(單位：10-3 g.cm-2.s-1)

圖8 2014年9月8—16日巴中850 hPa假相當(dāng)位溫(a)、500 hPa與850 hPa假相當(dāng)位溫差值(b)的時(shí)間變化圖(單位：℃)

5 結(jié)論

①副高從川東北一線東退至黔東和湘西一帶，巴湖槽區(qū)有分裂南下的冷空氣與青藏高原東移的低值系統(tǒng)共同觸發(fā)了強(qiáng)降水。后期由于臺風(fēng)西進(jìn)北上對副高形成阻塞形勢，穩(wěn)定維持在黔東和湘西一帶，巴湖大槽東移加深發(fā)展為東北冷渦，強(qiáng)冷空氣和東移的高原低值系統(tǒng)穩(wěn)定在川東北造成持續(xù)性強(qiáng)降水。

②強(qiáng)降水期間大氣表現(xiàn)為低層輻合高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)，且中低層正渦度區(qū)發(fā)展深厚，高達(dá)400hPa。降水期間垂直運(yùn)動上升區(qū)和正渦度區(qū)均有所東擴(kuò)，由西部轉(zhuǎn)為全市范圍。

③副高外圍的偏南氣流對孟灣的水汽起輸送作用，川東北地區(qū)為水汽輻合中心，低空急流的建立和臺風(fēng)生成為持續(xù)性暴雨提供了源源不斷的水汽輸送。

④強(qiáng)降水前大氣層結(jié)處于高能、對流不穩(wěn)定狀態(tài)，巴湖分裂南下的冷空氣配合東移的高原槽作為觸發(fā)機(jī)制，造成前期的對流性強(qiáng)降水，隨著不穩(wěn)定能量釋放，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定，轉(zhuǎn)為持續(xù)穩(wěn)定性降水。

[1] 宗志平，張小玲.2004年9月2—6日川渝持續(xù)性暴雨過程初步分析[J].氣象，2006，31(5)： 37-41.

[2] 劉慶，詹兆渝.四川暴雨氣候背景分析[J].氣象，2004，90(4)：23.

[3] 陳永仁，師銳，李躍清，等.四川盆地持續(xù)性暴雨發(fā)生的一類環(huán)流特征研究[J].高原山地氣象研究，2010，30(1)29-34.

2014-12-31

周芳存(1991—)，女，助工，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作。

1003-6598(2015)05-0038-05

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