黃 琰，趙 建，張 輝

(貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400)

望謨縣3次特大致洪暴雨衛(wèi)星云圖分析

黃 琰，趙 建，張 輝

(貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400)

該文利用靜止氣象衛(wèi)星云圖資料，結(jié)合常規(guī)資料和地面加密站資料，對導(dǎo)致望謨縣3次洪災(zāi)的暴雨天氣在云圖上反映的信息進(jìn)行詳細(xì)分析。主要解釋紅外云圖上弧狀云線觸發(fā)的初始對流，暴雨云團(tuán)的演變特征，TBB與暴雨分布的關(guān)系以及暴雨云團(tuán)發(fā)生時(shí)水汽圖像和云導(dǎo)風(fēng)的動力特征。3次致洪暴雨中2次是由發(fā)展成MCC的暴雨云團(tuán)產(chǎn)生，1次由MβCC產(chǎn)生。云圖可清楚的看到弧狀云線觸發(fā)對流的過程?；钤凭€在不穩(wěn)定區(qū)域激發(fā)對流，弧狀云線由前1 d的MCS的外流邊界產(chǎn)生；云團(tuán)合并是暴雨云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，在發(fā)展成MCC或MβCC之前，都有云團(tuán)合并的過程；最大降雨強(qiáng)度通常出現(xiàn)在TBB低溫面積達(dá)到最大之前或達(dá)到最大時(shí)；大氣的下沉運(yùn)動和強(qiáng)上升氣流在水汽圖上清晰可見，降雨強(qiáng)度最大時(shí)上層的輻散風(fēng)很強(qiáng)。

衛(wèi)星云圖；MCC；弧狀云線；TBB

1 引言

2006—2011年6 a的時(shí)間里，望謨縣發(fā)生了3次導(dǎo)致特大洪災(zāi)的大暴雨天氣過程，引發(fā)的山洪、泥石流和垮塌等次生災(zāi)害給當(dāng)?shù)厝嗣駧砹藰O大的損失。第1次大暴雨過程出現(xiàn)在2006年6月12日深夜至13日02時(shí)，因?yàn)?zāi)死亡30人，失蹤20人，直接經(jīng)濟(jì)損失11.2億元以上。第2次大暴雨過程出現(xiàn)在2008年5月25日深夜至26日凌晨，望謨縣北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨，引發(fā)山洪，洪水順河道自北向南沖向下游，這次洪災(zāi)造成死亡13人，失蹤7人，緊接著27日夜間望謨縣又出現(xiàn)大暴雨天氣。第3次大暴雨過程出現(xiàn)在2011年6月5日深夜至6日凌晨，因?yàn)?zāi)死亡37人，失蹤15人，直接經(jīng)濟(jì)損失20億以上。

單從死亡及失蹤人數(shù)上看，暴雨洪澇災(zāi)害之慘烈令人痛心。出現(xiàn)這樣大的災(zāi)害一方面與貴州山區(qū)的特殊地形和喀斯特地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，另一方面與暴雨的量級強(qiáng)度有關(guān)。對這3次特大暴雨，喬林[1]等利用WRF模式模擬了2006年6月12日的暴雨過程，得出對流層低層中尺度輻合線造成了初始的上升運(yùn)動，凝結(jié)潛熱加熱對直接產(chǎn)生暴雨的β中尺度系統(tǒng)發(fā)展維持最為重要；李登文[2]利用常規(guī)資料、紅外云圖TBB資料及多普勒雷達(dá)資料等多種資料綜合分析和診斷了這次暴雨過程，表明低層有能量鋒出現(xiàn)，激發(fā)了傾斜垂直渦度發(fā)展，使中尺度對流系統(tǒng)得以發(fā)展和維持；萬雪麗[3]等利用物理量場診斷了這場暴雨的動力熱力結(jié)構(gòu)。

以上研究從不同角度分析前兩次暴雨，得出了一些有助于預(yù)報(bào)突發(fā)性暴雨的結(jié)論，但尚無側(cè)重于云圖的分析。常規(guī)資料對直接產(chǎn)生暴雨的中小尺度系統(tǒng)的分辨極為有限，而靜止氣象衛(wèi)星云圖在災(zāi)害天氣監(jiān)測和預(yù)報(bào)中有很大的優(yōu)勢，其高時(shí)空分辨率對大氣的監(jiān)測是連續(xù)的、全覆蓋的，大中小尺度的天氣系統(tǒng)均可在云圖上得到反映。而暴雨是在多種不同尺度系統(tǒng)相互作用下產(chǎn)生的，在衛(wèi)星云圖上，產(chǎn)生強(qiáng)天氣的大尺度云系和中尺度云系直觀，各自云型及相互作用清晰可見，因此高時(shí)空分辨率的云圖可以追蹤這些天氣過程及系統(tǒng)的演變、強(qiáng)度等特征，。如果能從云圖上反映的大氣信息進(jìn)行多個(gè)例總結(jié)分析，就能識別出導(dǎo)致這些云型的大氣中動力和熱力特征，預(yù)報(bào)員可結(jié)合概念模式推斷大氣三維結(jié)構(gòu)和未來發(fā)展趨勢，從而預(yù)報(bào)未來天氣尤其是短時(shí)臨近天氣。

從季節(jié)上看，這3次大暴雨天氣過程出現(xiàn)在5月下旬—6月上半月，屬貴州初夏暴雨，暴雨的發(fā)生具有相似的氣候背景，暴雨發(fā)生的時(shí)間幾乎相同，3次暴雨均出現(xiàn)在深夜至凌晨，因此對這3次暴雨的異同進(jìn)行對比分析是很有意義的。本文將以風(fēng)云2號系列靜止氣象衛(wèi)星紅外云圖、TBB亮溫、水汽圖像和云導(dǎo)風(fēng)為主分析導(dǎo)致望謨洪災(zāi)的暴雨云團(tuán)演變特征。

2 暴雨主要影響系統(tǒng)概述

3次洪災(zāi)中有4次暴雨過程，2008年6月25—27日的洪災(zāi)有2次暴雨過程，2008年6月25日深夜的暴雨無冷空氣南下，對流在低壓倒槽內(nèi)生成，地面貴州省加密站圖上在貴州西北可分析出一個(gè)暖式切變，午后沿暖式切變有一些分散的陣雨或雷陣雨，21時(shí)后暖式切變向貴州西南方向南壓，同時(shí)南風(fēng)加強(qiáng)，切變也加強(qiáng)，25日22時(shí)—26日03時(shí)降雨加強(qiáng)，雨區(qū)增大(圖略)，此次暴雨較其它3次暴雨強(qiáng)度小，局地性強(qiáng)，影響系統(tǒng)不明顯，是比較難預(yù)報(bào)的局地性暴雨過程。而其它3次暴雨過程均有冷鋒南下，同時(shí)有低渦切變和急流配合，降雨強(qiáng)度大，范圍較廣。本文主要分析這3次暴雨過程。

2006年6月12日(以下簡稱612暴雨)、2008年5月27日(以下簡稱527暴雨)和2011年6月5日(以下簡稱605暴雨)的暴雨均發(fā)生在深夜到次日凌晨，暴雨發(fā)生前白天都為熱低壓影響，在輻射加熱條件下，大氣不穩(wěn)定度不斷增強(qiáng)，冷空氣南下導(dǎo)致熱低壓填塞產(chǎn)生暴雨，同時(shí)3次暴雨都有低層的切變或低渦切變系統(tǒng)和西南低空急流配合，產(chǎn)生暴雨的動力作用明顯，水汽能量輸送充足，低層的切變系統(tǒng)對深對流的進(jìn)一步發(fā)展提供動力作用，在有利的大尺度背景下，云團(tuán)發(fā)展成MCC，造成暴雨(圖1)，3次暴雨還有一個(gè)共同點(diǎn)是降雨帶主要沿850 hPa切變線分布。不同點(diǎn)是：冷鋒的強(qiáng)度、尺度和來向有所不同(圖1)，觸發(fā)初始對流的系統(tǒng)也有所不同，結(jié)合云圖和常規(guī)資料分析，612暴雨的觸發(fā)系統(tǒng)是冷空氣南下激發(fā)對流；527暴雨過程有一條大尺度的冷鋒，自西北向東南影響我國中東部地區(qū)，而望謨附近初始對流產(chǎn)生時(shí)冷鋒離對流還較遠(yuǎn)，觸發(fā)對流的是前1 d的一個(gè)MCC雷暴外流邊界(弧狀云線)產(chǎn)生，之后冷鋒和切變系統(tǒng)南壓產(chǎn)生深對流。605暴雨也可從云圖上清楚分析到，觸發(fā)系統(tǒng)是前1 d的一個(gè)MβCC產(chǎn)生的外流邊界在向西南移動時(shí)，在850 hPa切變尾部望謨附近激發(fā)幾個(gè)對流云團(tuán)，這幾個(gè)對流云團(tuán)合并發(fā)展成MCC，這個(gè)MCC導(dǎo)致了望謨縣這3次洪災(zāi)中最大的一次洪災(zāi)。3次暴雨中暴雨范圍與影響系統(tǒng)的尺度有關(guān)，而暴雨量級和強(qiáng)度與低渦的強(qiáng)度及系統(tǒng)配置的背景有關(guān)。如605的暴雨區(qū)沒有527的范圍大，但在望謨地區(qū)產(chǎn)生的暴雨強(qiáng)度和量級是最大的一次，望謨縣打易鎮(zhèn)6 h內(nèi)降雨達(dá)315 mm，降雨最強(qiáng)時(shí)1 h降下105.9 mm，歷史罕見，超過了前2次暴雨。暴雨的主要影響系統(tǒng)是典型暴雨形勢，500 hPa高空槽引導(dǎo)700 hPa 低渦東移南下，850 hPa切變右側(cè)是強(qiáng)盛的西南低空急流，整個(gè)配置為高中低后傾槽的形勢 (圖1c)。

圖1 3次暴雨的主要影響系統(tǒng)及≥50 mm暴雨區(qū)綜合圖(★為望謨縣，粗實(shí)線為槽線或切變線，細(xì)閉合實(shí)線為24 h≥50 mm暴雨區(qū)，箭頭為850 hPa急流，虛線為850 hPa顯著濕區(qū)T-Td≤3℃)

這幾次暴雨過程雖然影響系統(tǒng)清楚，但是從圖1中暴雨區(qū)域的分布來看，要預(yù)報(bào)出暴雨的具體落區(qū)落點(diǎn)是比較困難的，預(yù)報(bào)員僅能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和概念模型得出雨區(qū)的大致分布。而云圖上可見，幾次暴雨是在有利的環(huán)流背景條件下由中α對流復(fù)合體和中β對流復(fù)合體造成，云圖上可連續(xù)監(jiān)測分析中尺度對流復(fù)合體的強(qiáng)度和移向，可推斷暴雨區(qū)的分布。值得注意的是，527暴雨和605暴雨初始對流的發(fā)展都與弧狀云線有關(guān)，而弧狀云線是在衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)的，是雷暴的外流邊界，弧狀云線容易在不穩(wěn)定區(qū)激發(fā)對流，在有利的條件下進(jìn)一步發(fā)展成深對流，這3次暴雨過程發(fā)生前，望謨地區(qū)受熱低壓控制，并處于西南低空急流左側(cè)水汽輻合區(qū)，高溫高濕特征明顯。下文分析暴雨云團(tuán)的發(fā)展演變。

3 暴雨云團(tuán)發(fā)展演變分析

紅外云圖全天候監(jiān)測云頂表面變化，是分析暴雨云團(tuán)變化特征的重要工具。這3次暴雨云團(tuán)的共同點(diǎn)是：前1 d雷暴的外流邊界(527暴雨和605暴雨)或冷空氣南下(612暴雨)，午后到傍晚在望謨附近對流不穩(wěn)定區(qū)域觸發(fā)小對流云團(tuán)，對流云團(tuán)合并后發(fā)展成深對流，移動緩慢，降雨強(qiáng)度大，停滯時(shí)間長，雨量大。從產(chǎn)生暴雨的云團(tuán)演變來看(圖2)，云團(tuán)合并后加強(qiáng)是中尺度對流系統(tǒng)生成發(fā)展的重要因素之一，望謨地區(qū)的3次暴雨云團(tuán)在發(fā)展成中尺度對流復(fù)合體前都經(jīng)歷了小尺度云團(tuán)合并的過程，且云團(tuán)合并后對流開始強(qiáng)烈發(fā)展，降雨強(qiáng)度也迅速加大。612暴雨過程是云團(tuán)合并后發(fā)展最迅速的一次，合并后3 h發(fā)展成MβCC，且降雨在云團(tuán)增長時(shí)最強(qiáng)，從圖1a1可見18時(shí)30分，弱冷空氣在貴州西南部望謨附近觸發(fā)了3塊小對流云團(tuán)，西邊的小對流云團(tuán)結(jié)構(gòu)密實(shí)，云頂高，發(fā)展中與東邊兩塊云團(tuán)合并，合并后的云團(tuán)幾乎是在原地強(qiáng)烈發(fā)展成暴雨云團(tuán)，移動緩慢，云團(tuán)發(fā)展旺盛時(shí)近似圓形，該云團(tuán)在望謨附近持續(xù)了近9 h，而≤-52℃冷云面積達(dá)到50 000 km2以上的時(shí)間為4 h，以Israel L.Jirak(2000)對MCC的定義標(biāo)準(zhǔn)，此暴雨云團(tuán)是一個(gè)MβCC[4]。

527暴雨，在東西2個(gè)MCS云團(tuán)合并后發(fā)展成MCC(圖2b5)，≤-52℃冷云面積達(dá)到50 000 km2以上的時(shí)間為8 h，云團(tuán)合并時(shí)雨強(qiáng)迅速增大，望謨在云團(tuán)合并后1 h內(nèi)降雨48 mm。在有利的環(huán)流背景下，云團(tuán)合并是中尺度對流強(qiáng)烈發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。

圖2 3次暴雨云團(tuán)的演變圖：b1和c1標(biāo)注了弧狀云線位置，★為望謨縣位置

605暴雨是3次致洪暴雨中強(qiáng)度最強(qiáng)和暴雨量級最大的，從第1節(jié)分析的系統(tǒng)配置來看，造成暴雨的影響系統(tǒng)配置是典型的暴雨形勢。從云圖上可分析出觸發(fā)對流的弧狀云線是前1 d的一個(gè)MβCC的外流邊界，此弧狀云線4日22時(shí)在望謨附近沿東北西南走向且少動，維持到第2 d(圖2c1)。5日午后大氣對流不穩(wěn)定強(qiáng)，低層高溫高濕，弧狀云線尾端有對流產(chǎn)生，隨后數(shù)個(gè)對流云團(tuán)生成后合并發(fā)展，在合并云團(tuán)的西面又不斷有新生成的對流云團(tuán)加入，新生云團(tuán)加入會造成暴雨強(qiáng)度加大，605暴雨云團(tuán)在6日0時(shí)達(dá)到MCC標(biāo)準(zhǔn)，在暴雨云團(tuán)發(fā)展成MCC前2 h，由于云團(tuán)合并，打易鎮(zhèn)在5日23時(shí)—6日00時(shí)1 h降雨達(dá)105.9 mm，非常罕見，整個(gè)過程降雨達(dá)315 mm。6日02時(shí)15分云團(tuán)發(fā)展到最強(qiáng)，暴雨云團(tuán)發(fā)展中，≤-52℃冷云面積達(dá)到50 000 km2以上的持續(xù)時(shí)間約為7 h，和前兩例相似，云團(tuán)移動緩慢[5]。

3次暴雨云團(tuán)分別發(fā)展成MCC或MβCC的過程中都存在云團(tuán)合并后迅速發(fā)展，發(fā)展成暴雨云團(tuán)后穩(wěn)定少動，使得暴雨在同一個(gè)區(qū)域維持較長時(shí)間，導(dǎo)致山洪暴發(fā)。

4 TBB與暴雨強(qiáng)度關(guān)系

3次暴雨的對流發(fā)展極其旺盛，612暴雨的TBB最低值達(dá)到-79℃，527暴雨和605暴雨的TBB最低值均達(dá)到-92℃。暴雨中心主要出現(xiàn)在TBB等值線梯度最大處或TBB最低中心附近；612暴雨中心主要在TBB梯度較大附近，而527暴雨則降在云團(tuán)合并處 (圖3)，暴雨云團(tuán)傾向于向TBB梯度最大處擴(kuò)展或緩慢移動。

圖3 TBB等值線和加密站小時(shí)累積雨量，加粗閉合實(shí)線為范圍≤-52℃云區(qū)，虛線區(qū)為小時(shí)≥10 mm降水區(qū)：(a1)2006年6月12日23時(shí)TBB，22—23時(shí)貴州省加密站降水；(a2)2006年6月13日01時(shí)TBB，13日00—01時(shí)貴州省加密站降水；(b1)b1為2008年5月27日23時(shí)TBB，22—23時(shí)貴州省加密站降水；(b2)為2008年5月28日01時(shí)TBB，28日00—01時(shí)貴州省加密站降水。

為了表示云團(tuán)覆蓋下降雨強(qiáng)度與TBB的關(guān)系，以2011年6月5日暴雨云團(tuán)為例，逐時(shí)加密站平均雨量表示降雨強(qiáng)度，云團(tuán)特征值≤-52℃云區(qū)面積根據(jù)TBB等值線范圍面積推算，得到圖4。隨著TBB低溫面積的加大，降雨量增強(qiáng)較快，在TBB低溫面積達(dá)到最大前一小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到最大，之后TBB低溫面積顯著減少，但雨強(qiáng)是緩慢減小，這一點(diǎn)需進(jìn)一步研究其成因。

圖4 降雨強(qiáng)度與TBB≤-52℃云區(qū)面積的關(guān)系(折線表示TBB≤-52℃云區(qū)面積逐時(shí)變化，柱狀表示對應(yīng)降雨強(qiáng)度逐時(shí)變化)

5 云導(dǎo)風(fēng)和水汽圖像分析

云導(dǎo)風(fēng)可表征上層大氣的平均風(fēng)，可以分析探空站非觀測時(shí)段大氣上層的輻散情況，從而判斷低層的輻合強(qiáng)度。水汽圖像表征了大氣的上升和下沉運(yùn)動，并可反映大、中、小尺度氣流的信息，水汽圖像和云導(dǎo)風(fēng)結(jié)合可分析出大氣的一些動力特征。本節(jié)的資料使用衛(wèi)星IR3紅外云圖，即水汽圖像，以及IR3紅外云圖反演的云導(dǎo)風(fēng)來分析大氣的垂直運(yùn)動和上層大氣輻合輻散動力特征。

以527暴雨為例，5月27日19時(shí)望謨暴雨發(fā)生前，望謨位于南亞高壓東北脊受偏東北氣流影響，望謨附近高層輻散，白亮的小塊云團(tuán)顯示上升運(yùn)動正在發(fā)展，白亮云團(tuán)北部為深色的暗區(qū)，暗邊界清晰，表示大氣的下沉運(yùn)動，下沉和上升氣流之間的色調(diào)梯度很大，說明下沉和上升氣流都相當(dāng)強(qiáng)[6]，白亮云團(tuán)表示干冷空氣和南部暖濕空氣相遇后產(chǎn)生的垂直運(yùn)動，這樣強(qiáng)梯度區(qū)的強(qiáng)下沉和上升氣流在常規(guī)資料上難以反映出來，而在水汽圖像上可充分的反映(圖5a)。28日00—1時(shí)是降雨最強(qiáng)的時(shí)段，望謨以北為14m/s的強(qiáng)西南風(fēng)，以南為西北風(fēng)，強(qiáng)輻散特征非常明顯(圖5b)。其它兩次暴雨也有類似特征，不再贅述。

圖5 527暴雨的水汽圖像和云導(dǎo)風(fēng)，★望謨縣，箭頭表示風(fēng)向(a)暴雨前5月27日19時(shí)；(b)暴雨最強(qiáng)時(shí)5月28日01時(shí)

6 小結(jié)

①在云圖上可清楚的看到弧狀云線觸發(fā)對流的過程，弧狀云線維持的時(shí)間長，易在紅外云圖上發(fā)現(xiàn)。弧狀云線傾向于向不穩(wěn)定區(qū)域移動，容易在不穩(wěn)定區(qū)域激發(fā)對流，在云圖分析中，特別要注意前1 d沒有下雨的區(qū)域或者下雨后又受熱低壓加熱的對流不穩(wěn)定區(qū)域，如果遭遇到弧狀云線，就可能會在午后激發(fā)出對流，在有利的環(huán)流背景條件下發(fā)展成深對流。

②3次致洪暴雨2次由MCC造成，1次是MβCC造成。云團(tuán)合并是暴雨云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，本次分析的3個(gè)個(gè)例在發(fā)展成MCC或MβCC之前，都有云團(tuán)合并的過程，且合并進(jìn)來的云團(tuán)越多，暴雨云團(tuán)強(qiáng)度越強(qiáng)。云團(tuán)合并時(shí)強(qiáng)度迅速增大，雨量也會加強(qiáng)，暴雨主要集中在2個(gè)云團(tuán)相交處附近，或冷云頂中心附近，云團(tuán)合并是深對流發(fā)展的一個(gè)前兆。

③隨著TBB降溫面積的增大，降雨強(qiáng)度也增大，最大降雨強(qiáng)度通常出現(xiàn)在TBB低溫面積達(dá)到最大之前或達(dá)到最大時(shí)，需要注意的是，TBB冷云面積減小時(shí)，降雨強(qiáng)度減小，但不是迅速減弱。

④云導(dǎo)風(fēng)和水汽圖像顯示了降雨前大氣上層的輻散，降雨強(qiáng)度最大時(shí)的輻散風(fēng)場也最強(qiáng)，大氣的下沉運(yùn)動和強(qiáng)上升氣流在水汽圖上清晰可見，由于云導(dǎo)風(fēng)和水汽圖像的高時(shí)空分辨率，可監(jiān)測大氣連續(xù)的動力變化，是短臨預(yù)報(bào)的有力工具。

[1] 喬林，陳濤，路秀娟.黔西南一次中尺度暴雨的數(shù)值模擬診斷研究[J].大氣科學(xué)，2009，33(3)：537-550.

[2] 李登文，楊靜，喬琪.貴州省望謨縣大暴雨的診斷分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，31(4)：511-519.

[3] 萬雪麗，楊靜，孫旭東.貴州西南地區(qū)一次中-β尺度暴雨天氣成因探討[J].貴州氣象，2007(1)：10-12.

[4] 黃勇，覃丹宇，邱學(xué)興，等.暴雨過程中對流云合并現(xiàn)象的觀測與分析[J].大氣科學(xué)，2012，36(6)：1135-1147.

[5] M.J.巴德等編，盧乃錳，等譯.衛(wèi)星與雷達(dá)圖像在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1998：316-326.

[6] Roger B.Weldon and Susan J.Holmes著，鄭新江，陸文杰，等譯.水汽圖像在天氣分析和天氣預(yù)報(bào)中的解譯與應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，1994：82-87.

2014-10-10

黃琰(1983—)，女(布依族)，助工，主要從事氣象服務(wù)和應(yīng)用氣象及災(zāi)情研究工作。

1003-6598(2015)04-0032-05

P426.6

B