張小峰， 劉元珺， 徐娟娟， 何豫秦， 王云鵬， 彭菊蓉， 楊睿敏

(1.陜西省漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

西南低渦背景下秦巴山區(qū)強降水特征

張小峰1， 劉元珺1， 徐娟娟2， 何豫秦1， 王云鵬1， 彭菊蓉1， 楊睿敏1

(1.陜西省漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

根據(jù)2001—2015年秦巴山區(qū)由西南低渦導(dǎo)致的強降水個例，采用統(tǒng)計方法、天氣學(xué)方法、數(shù)值模擬等，對影響秦巴山區(qū)西南低渦過程進(jìn)行統(tǒng)計，找出西南低渦的移動、發(fā)展與漢中強降水之間的關(guān)系，通過數(shù)值模擬對2011年8月3—5日陜南區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，西南低渦背景下秦巴山區(qū)的強降水主要出現(xiàn)在6—9月，占暴雨總發(fā)生次數(shù)的17%，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區(qū)域；數(shù)值模擬表明，暴雨是在西南低渦及低空西南急流的直接作用下發(fā)生發(fā)展，低渦和急流的維持為降水中心的低層輻合及與之伴隨的上升氣流的發(fā)展提供了有利條件，低層輻合、高層輻散和正渦度的作用使西南低渦有增強作用。

西南低渦；強降水；變化特征；秦巴山區(qū)

西南低渦是青藏高原東側(cè)背風(fēng)坡地形、加熱與大氣環(huán)流相互作用下，在我國西南地區(qū)(100°～108°E、26°～33°N)形成的具有氣旋式環(huán)流的α中尺度閉合低壓渦旋系統(tǒng)[1]。研究表明，西南低渦發(fā)展東移時，往往引發(fā)下游地區(qū)大范圍的暴雨、雷暴等高影響天氣[2]。西南低渦被認(rèn)為是我國最強烈的暴雨系統(tǒng)之一[2]，就它所造成的暴雨天氣的強度、頻數(shù)和范圍而言，可以說其重要性是僅次于臺風(fēng)及殘余低壓而位居第二暴雨系統(tǒng)[3]。長期以來，我國氣象工作者對西南低渦進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果[4-6]。張騰飛等[5]研究發(fā)現(xiàn)，西南低渦是一個具有斜壓性的極其深厚的系統(tǒng)，隨高度前傾，500 hPa西南低渦誘發(fā)了700 hPa西南低渦的產(chǎn)生，強降水主要出現(xiàn)在西南低渦的西南方。

秦巴山區(qū)位于四川盆地東北部的秦嶺山區(qū)，是西南低渦的主要影響地區(qū)之一。西南低渦的發(fā)生發(fā)展和移動直接影響著秦巴山區(qū)的天氣變化。秦嶺山區(qū)地理地形條件獨特，天氣復(fù)雜，降水分布不均，強降水天氣常造成該地區(qū)山洪、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，給該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生命財產(chǎn)等造成較大損失。筆者根據(jù)2001—2015年秦巴山區(qū)由西南低渦導(dǎo)致的強降水個例，采用統(tǒng)計方法、天氣學(xué)方法、數(shù)值模擬等，對影響秦巴山區(qū)西南低渦過程進(jìn)行統(tǒng)計，找出西南低渦的移動、發(fā)展與漢中強降水之間的關(guān)系，通過數(shù)值模擬對2011年8月3—5日陜南區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行了分析，以期為秦巴山區(qū)強降水的預(yù)報提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取與西南低渦背景下秦巴山區(qū)強降水過程識別標(biāo)準(zhǔn) 降水資料來源于2001—2015年歷史天氣圖、陜南(漢中、安康、商洛)國家級自動站。西南低渦背景下強降水識別標(biāo)準(zhǔn)：①在100°～108°E、26°～33°N。②秦巴山區(qū)縣區(qū)站出現(xiàn)暴雨，24 h降水量≥50 mm。③在700或850 hPa等壓面上有閉合等高線的低壓或有3個站風(fēng)向呈氣旋式環(huán)流的低渦；同一低渦連續(xù)出現(xiàn)在2個觀測時次以上(08:00和20:00)作為一次西南低渦過程統(tǒng)計。同時滿足以上3個條件時，認(rèn)定為西南低渦背景下秦巴山區(qū)強降水過程。

1.2 西南低渦典型個例的數(shù)值模擬試驗

1.2.1 個例選取。2011年8月3—5日秦巴山區(qū)出現(xiàn)的一次區(qū)域性暴雨過程，強降水集中在漢中、安康地區(qū)，3日20：00—6日08：00累積雨量超過100 mm的有64站，超過200 mm的有1站(漢中市鎮(zhèn)巴最大213.7 mm)。西南低渦、臺風(fēng)低壓、低渦切變共同構(gòu)成了此次過程的環(huán)流背景場。臺風(fēng)外圍強暖濕氣流輸送與西南低渦相配合，造成秦巴山區(qū)暴雨過程。

1.2.2 資料選取和模式設(shè)計。采用WRFModelVersion3.6ARW中尺度模式。設(shè)計采用單層網(wǎng)格，格距為9 km，使用30°地形數(shù)據(jù)。模式中心點為35°N、108°E，格點數(shù)為181×181，垂直坐標(biāo)是地形跟隨的σ坐標(biāo)，分為35層。采用Lin微物理方案、Betts-Miller-Janjic積云參數(shù)化方案、YSU行星邊界層參數(shù)化方案、RRTM長波方案、Dudhia短波方案。初值資料選用1°×1°的FNL再分析資料。模式每6 h提供1次邊界條件，1 h輸出1次結(jié)果。模擬過程1以20日14：00作為初始場，積分30 h；過程2以3日14：00作為初始場，積分30 h；過程3以17日14：00作為初始場，積分42 h。

2 結(jié)果與分析

2.1 西南低渦影響下秦巴山區(qū)強降水的時空分布特征

2.1.1 年際變化。按年內(nèi)某日只要有1站出現(xiàn)暴雨即算1個暴雨日，2001—2015年秦巴山區(qū)共出現(xiàn)暴雨日181 d，年均暴雨日12 d。由圖1可見，2001—2015年秦巴山區(qū)西南低渦背景下強降水過程基本每年均有影響，2002、2006年未出現(xiàn)。

圖1 2001—2015年秦巴山區(qū)逐年暴雨及西南低渦暴雨頻數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

2.1.2 月際變化。秦巴山區(qū)是陜西省暴雨中心多發(fā)地，一年中2—11月均有暴雨出現(xiàn)，最早暴雨出現(xiàn)在2004年2月20日,最晚出現(xiàn)在1980年11月19日。秦巴山區(qū)暴雨多發(fā)生在6—9月，2001—2015年6—9月發(fā)生暴雨共165次，占暴雨發(fā)生次數(shù)的91%；西南低渦背景下秦巴山區(qū)強降水過程30次，最早出現(xiàn)于2004年2月20日，最晚出現(xiàn)于2015年9月17日，占暴雨總發(fā)生次數(shù)的17%，6—9月發(fā)生25次，占西南低渦背景下暴雨總次數(shù)的83%(圖2)。

2.1.3 空間分布。2001—2015年共發(fā)生西南低渦北上影響陜南的強降水過程30次，統(tǒng)計各站暴雨日數(shù)(圖3)發(fā)現(xiàn)，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區(qū)域，鎮(zhèn)巴站15次，鎮(zhèn)坪12次，均處于巴山沿線，影響秦巴山區(qū)的西南低渦主要生成于四川東部，東移影響陜南南部，當(dāng)西南低渦向東北移動，可影響陜南偏北地區(qū)。

圖2 2001—2015年秦巴山區(qū)暴雨和西南低渦暴雨月分布Fig.2 Monthly distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

圖3 2001—2015年西南低渦影響下秦巴山區(qū)暴雨日數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of rainstorm days in Qinba mountain area under the influence of southwest vortex during 2001-2015

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

2.2.1 模式輸出及500 hPa環(huán)流背景?？偟膩碚f，控制試驗較為準(zhǔn)確地模擬出了暴雨過程，但中心雨量模擬不夠理想，位置略有偏差(圖4)；較為準(zhǔn)確地再現(xiàn)了造成暴雨的系統(tǒng)特征。模擬的中低層流場和實況對比發(fā)現(xiàn)，其基本特征與實況吻合，能較為真實地反映大氣的實際情況及變化趨勢。

圖4 2011年8月3日20:00—4日20:00數(shù)值模擬(a)和實況(b)降水量分布Fig.4 Numerical simulation (a) and actual (b) precipitation distribution from 20:00 August 3 to 20:00 August 4 in 2011

2.2.2 環(huán)流背景對西南低渦的影響。此次過程西南低渦的發(fā)生發(fā)展為高原低渦在東移過程中誘發(fā)生成的。西南低渦從初生到成熟階段正渦度發(fā)展強，與500 hPa低渦形成了垂直耦合形勢。500 hPa有南支槽東移，低槽前的正渦度平流所造成的低壓減壓，也是西南低渦形成的一個重要因素。

2.2.3 低空急流對西南低渦的影響。對比平均渦度、西南風(fēng)速和水汽通量散度隨時間演變趨勢(圖5)發(fā)現(xiàn)，平均渦度、水汽通量散度隨時間呈現(xiàn)出相同的形態(tài)，隨著西南氣流不斷加強，對應(yīng)于平均渦度的增強和水汽輻合的加強。西南氣流增強促進(jìn)了西南低渦強度增強，利于低層水汽輸送，為暴雨的形成提供了充足的水汽條件和動力抬升條件。大量的暖濕氣流通過低空急流輸送，強的水汽輻合和上升運動造成了區(qū)域性暴雨天氣的發(fā)生。

2.2.4 西南低渦動力場分布特征。西南低渦在垂直方向高層輻散、低層輻合動力配置下(圖6)，有利于形成抽吸作用，維持較強的上升運動，利于低渦的穩(wěn)定、維持。垂直方向低層輻合、高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了氣流的抽吸作用，上升運動增強，西南低渦的正渦度發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了西南低渦的穩(wěn)定、維持和發(fā)展。

3 小結(jié)

(1)西南低渦背景下秦巴山區(qū)強降水過程每年均有出現(xiàn)，基本均發(fā)生在6—9月，占暴雨總發(fā)生次數(shù)的17%，陜南南部是西南低渦影響頻次最高的區(qū)域；影響秦巴山區(qū)的西南低渦主要生成于四川東部，東移影響陜南南部，當(dāng)西南低渦向東北移動，可影響陜南偏北地區(qū)。

(2)通過西南低渦典型個例的數(shù)值模擬試驗，發(fā)現(xiàn)秦巴山區(qū)暴雨過程的西南低渦的發(fā)生發(fā)展過程相似，為高原生成的高原低渦東移誘發(fā)生成。低層輻合和正渦度、高層輻散使西南低渦有增強作用。

圖5 2011年8月3—4日平均渦度(a)、西南風(fēng)速(b)和水汽通量散度(c)隨時間演變Fig.5 Mean vorticity (a), southwest wind speed (b) and water vapor flux divergence (c) with time during August 3-4,2011

[1] 趙大軍，江玉華，李瑩．一次西南低渦暴雨過程的診斷分析與數(shù)值模擬[J]．高原氣象，2011，30(5)：1158-1169．

[2] 何光碧．西南低渦研究綜述[J]．氣象，2012，38(2):155-163．

[3] 陳忠明，繆強，閔文彬．一次強烈發(fā)展西南低渦的中尺度結(jié)構(gòu)分析[J]．應(yīng)用氣象學(xué)報，1998，9(3)：273-282．

[4] 陶詩言.中國之暴雨[M]. 北京:科學(xué)出版社, 1980：225.

[5] 張騰飛,張杰,馬聯(lián)翔. 一次西南渦影響云南強降水過程分析[J]. 氣象科學(xué), 2006, 26(4)：376-383.

[6] 李國平．青藏高原動力氣象學(xué)[M]．2版.北京: 氣象出版社，2007: 24-26．

Characteristics of Heavy Rainfall in Qinba Mountain Area in the Background of Southwest Vortex

HANG Xiao-feng1,LIU Yuan-jun1,XU Juan-juan2et al

(1.Hanzhong Meteorological Bureau of Shaanxi Province,Hanzhong,Shaanxi 723000; 2.Shaanxi Meteorological Observatory, Xi'an,Shaanxi 710015)

According to the heavy rainfall caused by southwestern vortex in Qinba mountainou area from 2001 to 2015,the statistical methods, the synoptic method and the numerical simulation were used to statistically analyze the process of the southwest vortex in the Qinba mountainou area,and found the relationship between the movement and development of the southwest vortex and the heavy rainfall in Hanzhong.The regional storm process in southern Shaanxi from August 3 to August 5 in 2011 was analyzed by numerical simulation.The results showed that the heavy rainfall in the Qinba mountain area in the background of southwest vortex mainly occurred in June-September, accounting for 17% of the total number of rainstorm, and the southern part of southern Shaanxi was the highest frequency region of southwest vortex.The numerical simulation showed that the rainstorm was developed under the direct action of southwester vortex and low-level southwestern jet.The maintenance of low vortex and jet provided favorable conditions for the low-level convergence of the precipitation center and the development of the ascending airflow.The low-level convergence,high-level divergence and positive vorticity had enhanced the southwestern vortex.

Southwest vortex;Heavy rainfall;Variation characteristics; Qinba mountainou area

中國氣象局關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用重點項目(CMAGJ2015M59)。

張小峰(1976-)，男，陜西周至人，副研級高級工程師，從事天氣預(yù)報和人工影響天氣研究。

2016-09-21

S 161.6

A

0517-6611(2016)34-0191-03