楊 群，陳關(guān)清，茅海祥

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

錦江流域秋季一次突發(fā)致洪暴雨綜合分析

楊 群，陳關(guān)清，茅海祥

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

利用常規(guī)觀測(cè)、雷達(dá)、衛(wèi)星和NCEP1°×1°再分析資料，從形勢(shì)場(chǎng)配置、水汽條件、動(dòng)力機(jī)制、能量條件等方面，對(duì)銅仁市東部錦江流域2013年9月一次突發(fā)致洪暴雨的形成機(jī)理進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：500 hPa上西太平洋副高穩(wěn)定少動(dòng)，阻擋了由貝湖向東移出的低渦槽速度，使槽前引導(dǎo)南下的冷空氣在銅仁區(qū)域內(nèi)與中低層低渦切變線結(jié)合，形成了此次大暴雨到特大暴雨過(guò)程； K指數(shù)達(dá)到37～39℃，SI指數(shù)為-2.36，CAPE值達(dá)到1 677.5 J/kg及以上，為暴雨的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的能量基礎(chǔ)，當(dāng)對(duì)流有效位能轉(zhuǎn)換為上升運(yùn)動(dòng)的能量時(shí)，對(duì)應(yīng)了強(qiáng)對(duì)流、強(qiáng)降雨天氣開(kāi)始的出現(xiàn)；其TBB強(qiáng)負(fù)值中心及高值的雷達(dá)回波，在銅仁東部維持是造成錦江流域致洪暴雨形成的主要原因。

致洪暴雨；物理量條件；TBB

1 引言

錦江流域?yàn)殂~仁市第二大河流，屬于雨源型河流，由降雨補(bǔ)給河川徑流，具有“突漲快退”的特點(diǎn)，境內(nèi)共有支流55條，河網(wǎng)密度大，河川徑流豐富，地表水易匯集。由于流域內(nèi)西北高、東南低，江口與印江交界處的梵凈山區(qū)域是錦江流域的水源涵養(yǎng)地，因此常常因梵凈山周邊或流域內(nèi)出現(xiàn)局地、突發(fā)性暴雨，而導(dǎo)致錦江流域洪澇災(zāi)害。

對(duì)于暴雨形成機(jī)理和預(yù)報(bào)方法，有大量的研究人員對(duì)其進(jìn)行分析研究，得到了很多定性、定量的結(jié)論。段海霞等[1]在研究川渝地區(qū)暴雨時(shí)，指出高低層強(qiáng)輻散、輻合及強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)為對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供有利的動(dòng)力背景，水汽通量的強(qiáng)輻合及對(duì)流不穩(wěn)定條件則為對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供了有利的熱力背景；毛冬艷等[2]對(duì)貴州南部出現(xiàn)的一次暴雨進(jìn)行了中尺度分析，結(jié)果表明，水汽和能量的聚集為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的條件，地面中尺度低壓和輻合線觸發(fā)了對(duì)流的發(fā)展和暴雨的產(chǎn)生；姜麗萍[3]在研究廣東一次突發(fā)性大暴雨過(guò)程中指出，西南暖濕氣流與西風(fēng)槽前的冷空氣共同作用及強(qiáng)盛低空急流是暴雨形成的重要原因；陳紅專(zhuān)等[4]對(duì)2008年5月27日發(fā)生在沅陵西北部的一次突發(fā)性特大暴雨天氣過(guò)程分析，得出低空西南急流為暴雨區(qū)帶來(lái)了豐富的水汽和不穩(wěn)定能量，特殊的地形對(duì)特大暴雨過(guò)程有明顯的增幅作用。大量的暴雨預(yù)報(bào)分析研究結(jié)論為我們做暴雨預(yù)報(bào)提供了參考，但針對(duì)銅仁山區(qū)局地暴雨的發(fā)生發(fā)展研究較少，仍需進(jìn)一步的研究。楊群[5]曾在統(tǒng)計(jì)銅仁近40 a暴雨氣候特征中發(fā)現(xiàn)在銅仁市梵凈山東、西部?jī)蓚?cè)各有一個(gè)暴雨中心。而東側(cè)位于江口、松桃等地的暴雨常常是造成錦江流域洪澇災(zāi)害的源頭。方慶文等[6-7]對(duì)錦江流域的暴雨物理成因及氣候特征進(jìn)行了分析，得到當(dāng)流域?yàn)樗扛邼裆嗫刂?，中低層有切變低渦或偏南風(fēng)場(chǎng)的輻合維持時(shí)有利于暴雨的形成；羅志遠(yuǎn)等[8]對(duì)錦江流域的水文特征進(jìn)行了分析，得出流域徑流的變化與降水存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2013年9月10時(shí)夜間到11日凌晨，銅仁市東部出現(xiàn)了暴雨及特大暴雨天氣，導(dǎo)致錦江流域突發(fā)洪水，造成該流域及周邊區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。在此利用常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站雨量資料、雷達(dá)、衛(wèi)星和NCEP1°×1°再分析資料，從形勢(shì)場(chǎng)配置、水汽條件、動(dòng)力機(jī)制、能量條件等方面對(duì)銅仁市錦江流域2013年9月一次突發(fā)致洪暴雨的形成機(jī)理進(jìn)行綜合分析，為局地性暴雨及錦江流域洪水預(yù)報(bào)預(yù)警提供一些啟示和參考。

2 降水概況及災(zāi)情信息

2013年9月10日午后到夜間，銅仁市除了東南部邊緣外，大部分地區(qū)都出現(xiàn)雷陣雨天氣，其中在銅仁市的中東部、北部出現(xiàn)大雨到暴雨，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨和特大暴雨。10日08時(shí)—11日08時(shí)，全市60個(gè)雨量站大雨，35個(gè)雨量站暴雨，10個(gè)雨量站出現(xiàn)大暴雨，另有3個(gè)雨量站出現(xiàn)超過(guò)200 mm的特大暴雨，分別為碧江區(qū)壩黃鎮(zhèn)203.2 mm、碧江區(qū)和平鄉(xiāng)202.9 mm、松桃縣大鵬村219.7 mm。大暴雨中心主要分布在江口縣中東部、碧江區(qū)西部、松桃縣南部邊緣即位于銅仁市錦江流域內(nèi)。從特大暴雨分布的自動(dòng)站雨量連續(xù)記錄來(lái)看，3個(gè)特大暴雨點(diǎn)都是從10日22時(shí)開(kāi)始到11日04時(shí)結(jié)束，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到98.6 mm/h。由于降雨強(qiáng)度大、來(lái)勢(shì)猛、時(shí)間短，致使山洪暴發(fā)、河水陡漲，造成銅仁市東部錦江流域范圍內(nèi)10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通中斷，部分橋梁、公路沖毀，農(nóng)田被淹，房屋倒塌，造成其松桃牛郎鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100萬(wàn)余元，碧江區(qū)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 099萬(wàn)元。

3 暴雨成因分析

3.1 天氣尺度系統(tǒng)分析

2013年9月10日造成銅仁東部暴雨天氣過(guò)程主要的影響系統(tǒng)是：由于500 hPa高層貝湖低渦低槽東移加深，西太平洋副高穩(wěn)定少動(dòng)，阻擋低槽快速東移，并結(jié)合中低層低渦切變線以及地面冷空氣共同影響下產(chǎn)生。

500 hPa天氣圖上，在暴雨發(fā)生的9日20時(shí)，在貝湖地區(qū)有一冷渦低槽加深，其槽底延伸到四川中部偏東一帶，重慶、貴州都處于槽前西南氣流中，此時(shí)處于副高588線外圍的川東、重慶和貴州北部邊緣地區(qū)溫度露點(diǎn)差(t-td)小于2℃，而貴州大部分區(qū)域受副高588線控制，空氣非常干燥；到10日08時(shí)，隨著副高588線的東退，高空低渦槽東移，貴州中部以北上空濕度開(kāi)始增大，銅仁上空t-td由19℃減小到7℃，說(shuō)明有水汽開(kāi)始向該地上空輸送；10日20時(shí)，副高維持在貴州南部，使得高空槽前的西南風(fēng)持續(xù)，并不斷向貴州北部輸送暖濕水汽。

圖1 2013年9月10日20時(shí)500 hPa、700 hPa、850 hPa、地面環(huán)流形勢(shì)圖

700 hPa天氣圖上， 9日20時(shí)有一低渦在重慶北部建立，低渦前西南風(fēng)大于12m/s，云南到重慶、貴州北部邊緣建立起一條水汽通道；10日08時(shí)隨著500 hPa低槽東移，低渦切變南壓，銅仁處于低渦南側(cè)西南氣流中，濕度增大(t-td由7℃減小到2℃)；10日20時(shí)，低渦維持少動(dòng)，其南側(cè)的西南風(fēng)也維持，銅仁仍然處于西南氣流中。

850 hPa天氣圖上，9日20時(shí)明顯看到貝湖到川東為一冷舌南侵，而兩廣至貴州為一暖舌北伸，冷暖空氣在重慶到貴州北部交匯，且在重慶與貴州之間有一南北風(fēng)的切變線；10日08時(shí)，冷舌繼續(xù)南伸，影響到貴州北部地區(qū)，在貴州中南部為一致西南風(fēng)，東部懷化站風(fēng)速由8m/s增大到14m/s，在銅仁形成明顯的風(fēng)速輻合；10日20時(shí)，暴雨即將發(fā)生前幾個(gè)小時(shí)，其西南風(fēng)迅速減小，逆時(shí)針轉(zhuǎn)為東南風(fēng)2～4m/s，在銅仁形成東北風(fēng)與東南風(fēng)的輻合，但濕度較小，整個(gè)過(guò)程t-td都大于4℃，也就是低層水汽未達(dá)到飽和。

在地面圖上，在10日20時(shí)之前，地面為地面冷高壓前的低壓區(qū)控制，溫度較高，10日傍晚隨著冷空氣的入侵，冷暖氣流激烈交匯，形成強(qiáng)的雷電、雷陣雨天氣。

3.2 冷空氣影響分析

下面以850 hPa溫度和地面氣壓場(chǎng)的演變來(lái)分析此次冷空氣影響。從2013年9月9日12時(shí)—9月11日00時(shí)850 hPa溫度和地面氣壓演變來(lái)看，從10日08時(shí)開(kāi)始，銅仁區(qū)域受地面熱低壓控制，溫度快速升高，其地面溫度在10日15時(shí)達(dá)到34.4℃；從10日14時(shí)后，冷空氣逐漸南下影響，銅仁區(qū)域內(nèi)地面氣壓逐漸升高，溫度急劇下降，特別是在10日20時(shí)后，地面氣壓場(chǎng)出現(xiàn)快速增大時(shí)，銅仁氣溫降到了24.6℃。對(duì)應(yīng)的從10日20時(shí)開(kāi)始銅仁自北向南出現(xiàn)了強(qiáng)烈雷電和陣性降水。

3.3 物理量分析

3.3.1 穩(wěn)定度條件分析 銅仁位于貴陽(yáng)與懷化兩探空站之間，因此選取貴陽(yáng)和懷化探空資料特征變化來(lái)進(jìn)行診斷分析。分析9月10日08時(shí)和20時(shí)各特征物理量參數(shù)值，08時(shí)懷化和貴陽(yáng)K指數(shù)分別為37℃和39℃，說(shuō)明兩站周?chē)峡盏拇髿馓幱趯?duì)流性不穩(wěn)定狀態(tài)；沙氏指數(shù)懷化站為0.39，大氣處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；貴陽(yáng)站為-2.36，大氣基本處于不穩(wěn)定狀態(tài)；CAPE值懷化為113.8 J/kg，貴陽(yáng)站為247.7 J/kg，有一定的不穩(wěn)定能量的積聚。而隨著午后地面溫度增高，到暴雨即將發(fā)生時(shí)的10日20時(shí)，貴陽(yáng)和懷化站K指數(shù)均增大2～3℃，SI指數(shù)減小為負(fù)值，CAPE值則快速上升到496.6 J/kg和1 677.5 J/kg，懷化和貴陽(yáng)兩站對(duì)流有效位能急劇升高，這說(shuō)明了大氣中的可轉(zhuǎn)換對(duì)流位能正在迅速上升 ，這為暴雨的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的能量基礎(chǔ)。

表1 貴陽(yáng)和懷化探空站各項(xiàng)指數(shù)(CAPE、K、SI)的變化

3.3.2 水汽條件分析 一般暴雨的形成需要大氣的飽和度達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值。在此分析了銅仁區(qū)域(27～29°N，107～109.5°E)相對(duì)濕度的時(shí)間—空間剖面圖(圖3)，發(fā)現(xiàn)此次過(guò)程中，從10日20時(shí)開(kāi)始整層相對(duì)濕度迅速上升，特別是700 hPa以上中高層相對(duì)濕度達(dá)到90%～100%，而相對(duì)來(lái)說(shuō)低層800 hPa以上濕度較干只有80%～85%，可見(jiàn)此次過(guò)程銅仁上空高層的水汽相對(duì)于低層更為豐富。

圖2 9月10日20時(shí)懷化和貴陽(yáng)探空站

圖3 2013年9月9日12時(shí)到11日00時(shí)(世界時(shí))相對(duì)濕度垂直時(shí)間剖面圖

暴雨的產(chǎn)生除了當(dāng)?shù)匾邢喈?dāng)高的飽和濕度外，還需要有大量的水汽源源不斷輸送。從10日08時(shí)開(kāi)始850 hPa上在廣西至貴州中東部已經(jīng)有一條水汽輸送通道建立，其水汽通量中心達(dá)到16 g/ (s·hPa·cm)并位于貴州東部地區(qū)，使得海上的暖濕水汽不斷的向貴州地區(qū)輸送；到10日20時(shí)，隨著西南風(fēng)速的減小，雖水汽輸送維持，但強(qiáng)度稍有減弱，位置偏南。

水汽通量的數(shù)值和方向表示了水汽的來(lái)源，暴雨的產(chǎn)生還需要有水汽的累積， 因此分析了表示水汽輸送集中程度的物理量-水汽通量散度，圖4為沿109°E作的水汽通量散度場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)9月10日08時(shí)，低層的水汽輻合偏北，主要集中在28°N以北地區(qū)，而銅仁中南部水汽輸送較強(qiáng)的地區(qū)沒(méi)有水汽在其上空輻合，說(shuō)明水汽輻合主要集中在水汽輸送大值區(qū)偏北地區(qū)；在10日20時(shí)，當(dāng)水汽輸送南移時(shí)，銅仁全區(qū)上空低層都出現(xiàn)明顯的水汽輻合，低層輻合中心位于28°N其值為-4×10-6g/(hPa·cm2·s)，高層無(wú)明顯水汽的輻散，因此大量的水汽都在銅仁低層上空積聚，為暴雨的出現(xiàn)提供條件。

圖4 2013年9月9日20時(shí)—11日08時(shí)850 hPa水汽通量場(chǎng)

圖5 2013年9月9日12時(shí)—11日00時(shí)(世界時(shí))沿109°E水汽通量散度垂直時(shí)間剖面圖

3.3.3 能量條件分析 對(duì)流有效位能CAPE是一個(gè)能定量地反映大氣環(huán)境中是否可能發(fā)生深厚對(duì)流的熱力變量，能較好地反映大氣中不穩(wěn)定能量的調(diào)整、積聚和釋放過(guò)程。一般CAPE的值越大，發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的可能性越大。圖6反映了在銅仁暴雨發(fā)生前、即將發(fā)生時(shí)的CAPE情況，可以看到在暴雨發(fā)生前12 h的10日08時(shí)，在貴州東部有大于300 J/kg的對(duì)流有效位能，其中心位于貴州東部；到10日14時(shí)，貴州東部CAPE急劇增大，達(dá)到1 200 J/kg以上，而位于貴州東北部的銅仁則快速增大到1 800 J/kg以上，不穩(wěn)定能量得到大量積聚，預(yù)示著即將發(fā)生較強(qiáng)對(duì)流天氣；10日20時(shí)在銅仁區(qū)域CAPE值自西向東開(kāi)始逐漸釋放并減小，銅仁出現(xiàn)了強(qiáng)雷電和強(qiáng)降雨天氣。

圖6 2013年9月10日08時(shí)、10日14時(shí)、10日20時(shí)CAPE分布圖

3.3.4 垂直上升運(yùn)動(dòng)條件分析 對(duì)流有效位能CAPE是一種潛在能量，是有可能轉(zhuǎn)換為對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)的能量，在此分析了銅仁區(qū)域(108.0～109.4°E，27.4～29°N)上空平均的垂直速度與平均的CAPE演變情況(圖7)， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)銅仁上空垂直上升運(yùn)動(dòng)從10日06時(shí)(北京時(shí)10日14時(shí))開(kāi)始逐漸增大時(shí)，對(duì)應(yīng)著CAPE值逐漸減小，則當(dāng)對(duì)流有效位能轉(zhuǎn)換為上升運(yùn)動(dòng)的能量時(shí)，銅仁區(qū)域強(qiáng)對(duì)流天氣開(kāi)始出現(xiàn)。

圖7 2013年9月9日12時(shí)—11日00時(shí)(北京時(shí)9日20時(shí)—11日08時(shí))垂直速度剖面圖和銅仁區(qū)域平均的CAPE演變曲線

3.4 中小尺度分析

3.4.1 中尺度FY2E-TBB特征 從衛(wèi)星FY2E的相當(dāng)黑體亮溫TBB場(chǎng)可以看出(圖略)，從10日20時(shí)開(kāi)始，在銅仁市(27～29°N，107.5～109.6°E)中東部已有小于-20℃的云團(tuán)發(fā)展，其東部邊緣松桃和碧江區(qū)最低云頂溫度已達(dá)到-50℃以下，并在22—23時(shí)云團(tuán)迅速的發(fā)展加強(qiáng)，云頂亮溫最低中心達(dá)到了-70℃，并持續(xù)維持到11日03時(shí)，從而導(dǎo)致銅仁東部碧江區(qū)的壩黃、和平和松桃大棚村小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到55 mm以上，最大為壩黃鎮(zhèn)11日00時(shí)—01時(shí)1 h雨量達(dá)到98.6 mm，10日23時(shí)—11日01時(shí)2 h總雨量達(dá)到了162.4 mm，由此造成該地嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。到11日04時(shí)隨著該云團(tuán)的東移，銅仁東部降水的強(qiáng)度也隨之減弱。

3.4.2 多普勒雷達(dá)回波特征 從多普勒雷達(dá)回波能更清楚的找到銅仁鄉(xiāng)鎮(zhèn)中特大暴雨的形成原因，10日21時(shí)開(kāi)始，在銅仁碧江區(qū)和平鄉(xiāng)和松桃牛郎鎮(zhèn)已有大于25～35 dBz的對(duì)流回波形成，到夜間11日01時(shí)碧江區(qū)壩黃、和平、松桃牛郎鎮(zhèn)對(duì)流回波增強(qiáng)到35 dBz以上，01時(shí)10分時(shí)在和平鄉(xiāng)出現(xiàn)小范圍大于45 dBz以上的對(duì)流回波，并持續(xù)到11日01時(shí)才開(kāi)始逐漸沿東北方向移出銅仁區(qū)域。持續(xù)的對(duì)流回波影響銅仁東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由此造成東部3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特大暴雨出現(xiàn)。

4 小結(jié)

①由于500 hPa高層貝湖低渦低槽東移加深，西太平洋副高穩(wěn)定少動(dòng)，阻擋低槽快速東移，并結(jié)合中低層低渦切變線以及地面冷空氣共同影響下產(chǎn)生。但只從環(huán)流形勢(shì)分析上看，無(wú)低空急流建立，低層850 hPa水汽條件較差，不太利于特大暴雨天氣的出現(xiàn)。

②從物理量參數(shù)特征來(lái)看，K指數(shù)達(dá)到37～39℃，沙氏指數(shù)SI為負(fù)值，CAPE值達(dá)到1 677.5 J/kg及以上，這說(shuō)明了大氣中的可轉(zhuǎn)換對(duì)流位能正在迅速上升，這為暴雨的發(fā)生、發(fā)展提供了充足的能量基礎(chǔ)。同時(shí)較好的能量條件與10日白天銅仁晴熱高溫天氣有關(guān)系，當(dāng)?shù)蛯臃e聚了大量熱量時(shí)，在午后隨著北方冷空氣南下過(guò)程中，冷暖空氣劇烈交匯，突發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

③低層相對(duì)濕度是在隨著冷空氣南下后逐漸增大，此次過(guò)程銅仁上空高層的水汽相對(duì)于低層更為豐富。

④銅仁上空垂直上升運(yùn)動(dòng)逐漸增大時(shí)段能很好的對(duì)應(yīng)CAPE值逐漸減小的時(shí)段，當(dāng)對(duì)流有效位能轉(zhuǎn)換為上升運(yùn)動(dòng)的能量時(shí)，銅仁區(qū)域強(qiáng)對(duì)流、強(qiáng)降雨天氣開(kāi)始出現(xiàn)。

⑤中小尺度衛(wèi)星TBB強(qiáng)負(fù)值中心和多普勒雷達(dá)回波特征演變活動(dòng)，能很好追蹤和監(jiān)測(cè)此次過(guò)程對(duì)流系統(tǒng)的生消、發(fā)展、移動(dòng)變化情況。其TBB強(qiáng)負(fù)值中心及高值的雷達(dá)回波，在銅仁東部維持是造成錦江流域致洪暴雨形成的主要原因。

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2014-05-08

楊群(1983—)，女，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)方法研究。

貴州省氣象局青年科技基金( 黔氣科合QN[2014]08號(hào))。

1003-6598(2015)01-0021-06

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