蔡成瑤，張東琴，黃紅偉，田競(jìng)慧，嚴(yán)宏文，滕 林

1.沿河土家族自治縣氣象局，貴州沿河 565300；2.夏河縣氣象局，甘肅夏河747100 ,3.松桃苗族自治縣，貴州松桃 554100

沿河縣（28.12°～29.05°N，108.03°～108.63°E）位于云貴高原向湘西丘陵和四川盆地過(guò)渡的東北邊緣斜坡和大婁山脈與武陵山脈交錯(cuò)地帶，地勢(shì)西北部和東南部高，中部低，由西北、東南向中部烏江河谷傾斜，為南寬北窄的狹長(zhǎng)區(qū)域。由于地形復(fù)雜，沿河縣近年來(lái)暴雨頻發(fā)，且突發(fā)性、局地性強(qiáng)，降水出現(xiàn)時(shí)間、強(qiáng)度及降水范圍預(yù)報(bào)難度較大，常常引發(fā)山體滑坡等慘重?fù)p失。統(tǒng)計(jì)近20年的典型暴雨過(guò)程發(fā)現(xiàn)，有近60%的過(guò)程是由低渦切變引起的，本研究對(duì)近20年典型低渦切變型暴雨個(gè)例進(jìn)行分析，以期找出沿河低渦切變型暴雨發(fā)生發(fā)展的規(guī)律和降水系統(tǒng)物理機(jī)制與物理量指標(biāo)，尋找此類(lèi)過(guò)程的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，以期加強(qiáng)對(duì)沿河低渦切變型暴雨的認(rèn)識(shí)，為此類(lèi)暴雨過(guò)程的預(yù)報(bào)提供指導(dǎo)。

1 資料和方法

首先利用2010—2019年沿河縣22個(gè)考核指標(biāo)站的降水資料，將不少于8個(gè)考核站（鄉(xiāng)鎮(zhèn)測(cè)站）R24≥50 mm且其中有一個(gè)站最大R24≥100 mm作為一個(gè)典型區(qū)域性暴雨個(gè)例的遴選標(biāo)準(zhǔn)，挑選了20次暴雨個(gè)例。其中，2000—2009年因還未建有區(qū)域站，以國(guó)家站降水資料為準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)2000—2019年的常規(guī)、非常規(guī)觀測(cè)資料，通過(guò)統(tǒng)計(jì)和類(lèi)聚的方法找出低渦切變型暴雨過(guò)程的環(huán)流特征和物理量預(yù)報(bào)指標(biāo)。

2 造成沿河暴雨過(guò)程的主要環(huán)流型

通過(guò)MICAPS高空、地面資料分析挑選的20次暴雨過(guò)程發(fā)生時(shí)的高低空主要影響系統(tǒng)和環(huán)流特征發(fā)現(xiàn)，影響沿河縣近20年區(qū)域性暴雨發(fā)生的環(huán)流型有3種主要類(lèi)型，其中（1）低渦切變型共12例，占總個(gè)例的60%；（2）長(zhǎng)江橫切變型3例，占總個(gè)例的15%；（3）冷鋒低槽型5例，占總個(gè)例的25%。

3 低渦切變型暴雨的特征

3.1 低渦切變型暴雨出現(xiàn)時(shí)間的特征

通過(guò)低渦切變型暴雨出現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，低渦切變型暴雨過(guò)程發(fā)生在6—9月，主要集中于6—8月，其中6月出現(xiàn)頻率最高，有7次（59%），7月、9月各出現(xiàn)了1次（8%），8月出現(xiàn)了3次（25%）。

3.2 低渦切變型暴雨的環(huán)流形勢(shì)

通過(guò)對(duì)12次典型個(gè)例的環(huán)流形勢(shì)分析，得出低渦切變型暴雨過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)（圖1）。對(duì)比過(guò)程發(fā)生前后環(huán)流變化，通過(guò)歸納分析發(fā)現(xiàn)，低渦切變型暴雨基本表現(xiàn)為500 hPa高原上有低槽東移影響貴州，隨著過(guò)程的發(fā)展，副高略微東移南退，副高脊線(xiàn)基本穩(wěn)定在22°～27°N之間，控制兩廣一帶；700 hPa上，川南一帶低渦東移發(fā)展，并在川東南或銅仁上空一帶有切變線(xiàn)存在，大多伴隨著12 m/s的急流；850 hPa環(huán)流形勢(shì)圖上，貴州北部邊緣—重慶南部一帶有低渦，沿河縣一般位于其北支低渦切變線(xiàn)附近或南側(cè)，南支切變東側(cè)，沿河縣上空西南風(fēng)通?？蛇_(dá)12 m/s以上。

圖1 沿河縣低渦切變型暴雨環(huán)流系統(tǒng)配置

北支切變南側(cè)常伴隨強(qiáng)盛的西南暖濕急流，對(duì)沿河暴雨的發(fā)生提供強(qiáng)有力的水汽輸送；耿建武等[2]研究表明：地面中尺度輻合線(xiàn)穩(wěn)定維持為暴雨發(fā)生提供了穩(wěn)定的觸發(fā)條件，暴雨一般發(fā)生在地面中尺度輻合線(xiàn)北側(cè)。從地面場(chǎng)來(lái)看，暴雨發(fā)生時(shí)貴州中部一帶存在地面中尺度輻合線(xiàn)，沿河縣處于輻合線(xiàn)北側(cè)。

4 沿河縣低渦切變型暴雨過(guò)程對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)

暴雨的發(fā)生需要充沛的水汽供應(yīng)，呂克利等[3]計(jì)算表明：?jiǎn)慰慨?dāng)?shù)匾延械乃质遣豢赡苄纬杀┯甑?，還要有源源不斷的水汽輸送并在強(qiáng)對(duì)流區(qū)域輻合。而水汽的輻合主要是由于低層水汽通量輻合造成的[4]。有了充足的水汽條件輸送以外，還需要一定的動(dòng)力條件才能在水汽輻合的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)抬升、凝結(jié)產(chǎn)生降水，中低層輻合、高層輻散的配置結(jié)構(gòu)才有利于中低層高濕氣流被抽吸到高層，從而增加局地對(duì)流不穩(wěn)定性[5]。

提取和計(jì)算2010—2019年低渦切變型暴雨過(guò)程發(fā)生前（前一日20:00）、發(fā) 生 時(shí)（當(dāng) 日08:00）、發(fā) 生 后（當(dāng) 日20:00）3個(gè)時(shí)期，沿河周邊3個(gè)站點(diǎn)（貴陽(yáng)、懷化、沙坪壩）的水汽條件、動(dòng)力條件及不穩(wěn)定能力條件物理量數(shù)據(jù)。提取MICAPS中physic的12個(gè)物理量場(chǎng)，包括比濕、溫度露點(diǎn)差、水汽通量散度、K指數(shù)、SI指數(shù)、垂直速度等資料，采用統(tǒng)計(jì)、聚類(lèi)的方法總結(jié)暴雨發(fā)生前、發(fā)生時(shí)、發(fā)生后周邊站點(diǎn)物理量的變化情況，得出暴雨預(yù)報(bào)的物理量指標(biāo)。

由表1可以看出，低渦切變型暴雨發(fā)生時(shí)的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)。水汽條件：中低層相對(duì)濕度≥90%、溫度露點(diǎn)差≤5℃，700 hPa比濕≥10 g/kg，850 hPa比濕≥13 g/kg；熱力參數(shù)：K指數(shù)＞30℃，SI指數(shù)≤0.3℃，零度層高度一般在5 000～5 500 m高度，抬升凝結(jié)高度在910～950 m高度之間。綜上可以得出，水汽條件在暴雨發(fā)生時(shí)最大，動(dòng)力條件和熱力條件隨著過(guò)程的發(fā)生，先逐漸增大再逐漸減??；CAPE值沒(méi)有規(guī)律變化，統(tǒng)計(jì)過(guò)程中多次過(guò)程發(fā)生時(shí)為0，對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)沒(méi)有決定性的作用。

表1 沿河縣低渦切變型暴雨過(guò)程的相關(guān)物理量預(yù)報(bào)指標(biāo)

4.1 水汽條件

4.1.1 水汽含量 暴雨發(fā)生時(shí)700 hPa上比濕往往大于8 g/kg[6]。從挑選的個(gè)例物理量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，過(guò)程期間沿河縣上空，700 hPa比濕維持在10 g/kg以上，850 hPa比濕≥13 g/kg，濕度條件較好。

4.1.2 水汽輸送 滕林等[7]研究表明，在高濕條件下，只有當(dāng)水汽由源地輸送到某地區(qū)，并且在該地區(qū)產(chǎn)生水平輻合，進(jìn)而上升冷卻凝結(jié)成雨，才能導(dǎo)致該地形成暴雨的水汽條件。而850hPa的水汽通量與降水聯(lián)系更大[8]。以2016年6月25日暴雨過(guò)程為例，從低層水汽通量場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)疊加圖（圖略）可以看出，沿河上空850 hPa上處于水汽通量大值區(qū)，在5～15 g/（cm2·s）之間，沿河位于12 m/s以上西南急流左前方，將水汽源源不斷地向沿河地區(qū)輸送，為暴雨過(guò)程的發(fā)生發(fā)展提供有利的水汽條件。

4.1.3 水汽輻合 水汽輻合主要表現(xiàn)在水汽通量散度上。分析水汽通量散度垂直剖面可以看到，沿河上空低層850hPa以下為水汽通量散度負(fù)值區(qū)，中高層處于水汽通量散度正值區(qū)，低層水汽輻合、中高層水汽輻散。

4.2 動(dòng)力條件

當(dāng)沿河縣水汽條件充足時(shí)，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)則是暴雨過(guò)程發(fā)生的必要條件之一。從散度垂直剖面（圖略）可以看出，沿 河 地 區(qū)（108.03°～108.63°E），低層輻合，中高層輻散。從渦度可以看 出，沿 河 地 區(qū)（28.12°～29.05°N范圍內(nèi)）上層受負(fù)渦度控制，其負(fù)最大值達(dá)-8×10-6s-1,而中低層受低渦影響，渦度為正，以氣旋性環(huán)流為主。綜上分析發(fā)現(xiàn)，這種高空輻散、低空氣旋性輻合所造成的抽吸作用使得沿河地區(qū)的有顯著的上升運(yùn)動(dòng)，有利于中低層高濕氣流被抽吸到高層，從而增強(qiáng)局地對(duì)流不穩(wěn)定性。

4.3 能量條件

對(duì)流有效位能（CAPE）指全位能可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的那部分能量，這部分能量對(duì)大氣有著積極作用，能夠轉(zhuǎn)化為氣塊動(dòng)能從而產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)[9]。通過(guò)近20年的個(gè)例分析，發(fā)現(xiàn)沿河發(fā)生大暴雨時(shí)的上空都處于高能高濕區(qū)，大部分過(guò)程發(fā)生時(shí)CAPE值較大，但也有些過(guò)程中CAPE值并不大，有個(gè)別的甚至始終為0，說(shuō)明CAPE值不能直接判斷有無(wú)暴雨過(guò)程的發(fā)生，其相關(guān)性較弱。

5 討論

（1）沿河縣低渦切變型暴雨過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)：500 hPa副高隨著過(guò)程的發(fā)展略微東移南退，副高脊線(xiàn)穩(wěn)定在22°～27°N之 間；700 hPa、850 hPa低渦切變系統(tǒng)明顯，東移南下影響沿河，沿河多處于北支切變南側(cè)；地面多熱低壓控制，存在中尺度輻合線(xiàn)。

（2）沿河縣低渦切變性暴雨過(guò)程與水汽條件、動(dòng)力條件關(guān)系密切，低層氣旋性輻合，中高層輻散的配置所造成的抽吸作用使得沿河地區(qū)的有顯著的上升運(yùn)動(dòng)，有利于將其低層水汽抽吸到高層，增強(qiáng)局地不穩(wěn)定性。

（3）沿河縣低渦切變性暴雨過(guò)程與不穩(wěn)定能量條件有一定關(guān)系，K指數(shù)和SI指數(shù)隨著過(guò)程的發(fā)展先逐漸增加，后逐漸減小；凝結(jié)高度基本穩(wěn)定在910～950 m高度之間；與CAPE值相關(guān)性較小。

6 結(jié)論

造成低渦切變型暴雨過(guò)程發(fā)生條件為：（1）副高脊線(xiàn)穩(wěn)定22°～27°N之間，高層低槽東移加深、中低層明顯的低渦切變、加上地面中尺度輻合線(xiàn)的配合是主要環(huán)流形勢(shì)；（2）中低層處于西南急流區(qū)或左側(cè)、水汽含量大值區(qū)，有源源不斷的水汽條件供應(yīng)；（3）低層氣旋性輻合、中高層輻散所造成“抽吸”作用使上升運(yùn)動(dòng)加劇，長(zhǎng)時(shí)間維持上升氣流使得降水持續(xù)；（4）暴雨過(guò)程的發(fā)生與凝結(jié)高度及K指數(shù)和SI指數(shù)有一定相關(guān)關(guān)系，隨著過(guò)程的發(fā)展先逐漸增加后逐漸減小。