吳古會，彭芳，齊大鵬，杜小玲，楊秀莊

（1.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；2.貴州山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002；3.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002）

引言

極端對流性暴雨是指1 h雨量大于等于50 mm或3 h雨量大于等于100 mm或24 h雨量大于等于200 mm的降水事件（俞小鼎，2013）。極端對流性暴雨是貴州汛期（4—9月）常見的災(zāi)害性天氣，往往造成城市瞬時內(nèi)澇及山洪、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，給人民生命財產(chǎn)安全、交通運輸?shù)葞韲?yán)重威脅。造成貴州極端對流性暴雨的天氣類型主要有5類，分別為輻合線鋒生、冷鋒、梅雨鋒、暖區(qū)暴雨、臺風(fēng)倒槽，輻合線鋒生暴雨占比高達(dá)3～4成（杜小玲，2013）。輻合線是由兩種不同溫度、濕度、風(fēng)向的氣流匯合而成，包括冷鋒、露點鋒、海風(fēng)鋒和雷暴出流邊界等，大多數(shù)風(fēng)暴起源于輻合線附近（Wilson and Schreiber，1986；Wilson et al.，1992）。研究指出，海陸風(fēng)、海風(fēng)鋒、不同性質(zhì)下墊面熱力差異在近地層形成的中尺度輻合線對暴雨和強(qiáng)對流天氣有觸發(fā)作用（陶詩言，1980；劉國強(qiáng)等，2018；王堅紅等，2019；葉朗明等，2019；于碧馨等，2020；任麗和楊艷敏，2021；許敏等，2022）。數(shù)值模擬從更精細(xì)的物理動力結(jié)構(gòu)角度也揭示了地面輻合線活動觸發(fā)強(qiáng)天氣的過程（王堅紅等，2017；陳德花等，2018；田暢等，2019；馮晉勤等，2022；胡振菊等，2022）。在高空槽背景下，地面輻合線與低層切變線或地面弱冷空氣相結(jié)合，誘發(fā)輻合線鋒生，或在輻合線上產(chǎn)生中小尺度的渦旋，從而導(dǎo)致強(qiáng)降水發(fā)生（杜小玲等，2013a；杜小玲等，2013b；楊秀莊等，2016）。因此，在合適的層結(jié)狀態(tài)和水汽條件下，邊界層輻合線的演變或進(jìn)入另一輻合區(qū)與強(qiáng)天氣發(fā)生發(fā)展、降雨云帶生成密切相關(guān)（李青春等，2011；王彥等，2011；丑士連等，2019）?？梢姡吔鐚虞椇暇€是暴雨發(fā)生發(fā)展的動力條件之一，是暴雨臨近預(yù)報的關(guān)鍵。

貴州地處云貴高原東部爬坡地段，地形地貌特征復(fù)雜，暴雨預(yù)報一直是預(yù)報業(yè)務(wù)的重點和難點。近幾年模式預(yù)報檢驗及經(jīng)驗總結(jié)發(fā)現(xiàn)，對于斜壓性較明顯的冷鋒系統(tǒng)造成的暴雨過程模式和主觀訂正預(yù)報效果都較理想，但對于受下墊面影響較大的地面輻合線造成的暴雨過程預(yù)報能力較差。貴州豐富的下墊面屬性造成邊界層輻合線活動頻繁，輻合線鋒生暴雨過程具有突發(fā)性強(qiáng)、降水強(qiáng)度大、局地性明顯等特征，數(shù)值模式和預(yù)報員對此類暴雨預(yù)報能力非常有限，需要充分應(yīng)用各種加密觀測資料對其中尺度特征進(jìn)行分析，拓寬認(rèn)識，提升預(yù)報能力。鑒于此，本文針對2021年5月10日午后至夜間貴州東部及北部的一次輻合線鋒生極端暴雨天氣過程，利用地面常規(guī)觀測資料及加密觀測資料、探空觀測資料、FY-2G衛(wèi)星紅外云圖、多普勒天氣雷達(dá)探測資料以及ERA5再分析資料，細(xì)致分析此次過程中尺度特征，初步探討其成因，以期加深對此類暴雨過程的認(rèn)識，提高預(yù)報準(zhǔn)確率。

1 資 料

使用貴州省85個氣象站逐小時地面常規(guī)觀測資料及3 228個區(qū)域自動站逐小時加密降水量資料、高空探測資料以及FY-2G衛(wèi)星逐30 min云頂亮溫、三穗站CINRAD-CD多普勒天氣雷達(dá)逐6 min反射率因子資料和歐洲中期天氣預(yù)報中心第五代（ERA5）逐小時大氣再分析資料（水平分辨率為0.25°×0.25°）。文中涉及的行政邊界地圖基于中華人民共和國自然資源部地圖技術(shù)審查中心標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)下載的審圖號為GS（2019）3266號的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。文中時間均為北京時。

2 天氣過程概述

2.1 降水實況

2021年5月10日08：00至11日08：00，貴州北部和東部出現(xiàn)一次局地性暴雨天氣過程［圖1（a）］，2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)累積雨量超過200 mm（達(dá)到貴州特大暴雨等級）、9個縣40個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為100～199.9 mm（大暴雨）、27個縣182個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為50～99.9 mm（暴雨），同時23個縣（市、區(qū)）伴有107站次冰雹（圖略），過程最大降水量為275.5 mm（錦屏縣銅鼓站）。過程降水出現(xiàn)在10日16：00至11日06：00，主要集中在10日18：00至11日02：00。從暴雨中心銅鼓站逐小時降水量變化［圖1（b）］可知，10日18：00—20：00、10日23：00至11日02：00降水最強(qiáng)盛，對應(yīng)時段最大小時雨量分別為51.4、68.3 mm。此次暴雨過程極端性強(qiáng)，1 h降水量超過50 mm，24 h累積降水量超過200 mm，是自2009年貴州加密自動站布設(shè)以來最早的特大暴雨，同時伴有強(qiáng)對流天氣，對流性強(qiáng)降水特征明顯。

圖1 2021年5月10日08:00至11日08:00貴州省累積雨量（a，單位：mm）和10日18:00至11日08:00銅鼓站逐小時降水量演變（b）Fig.1 The accumulative precipitation in Guizhou Province from 08:00 on 10 to 08:00 on 11 May (a, Unit: mm) and the evolution of hourly precipitation at Tonggu station from 18:00 on 10 to 08:00 on 11 May (b), 2021

2.2 環(huán)流形勢及演變

此次局地暴雨過程發(fā)生在850～500 hPa低渦切變背景影響下。500 hPa高緯地區(qū)維持兩槽一脊環(huán)流型，副熱帶高壓（簡稱“副高”）脊線位于20°N以南，588 dagpm線位于華南沿海地區(qū)，四川東部有一低渦，其西北側(cè)高原槽引導(dǎo)弱冷空氣東移南下，有利于低渦維持或加強(qiáng)，另一高原槽位于云南東部104°E附近，貴州受槽前西南偏西氣流控制。從5月10日20：00環(huán)流形勢配置［圖2（a）］可知，低渦中心位勢高度始終維持575 dagpm，結(jié)合渦度場（圖略），低渦強(qiáng)度增強(qiáng)，低渦切變分別位于四川綿陽—西昌、四川巴中—湖北宜昌一線；700 hPa上，川東有低渦影響，低渦中心位勢高度為304 dagpm，較08：00（305 dagpm）略有加強(qiáng)，低渦切變線西段位于川東南、東段位于四川遂寧—重慶酉陽—湖北宜昌一線，切變線北側(cè)由東南風(fēng)（08：00）轉(zhuǎn)為偏北或偏東風(fēng)，貴陽由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為20 m?s-1的強(qiáng)西南風(fēng)，并在貴州北部及東部形成明顯的風(fēng)速切變輻合區(qū)；850 hPa上，川東低渦中心位勢高度為140 dagpm，較08：00（141 dagpm）有所加強(qiáng)，低渦切變線分別位于四川瀘州—貴州遵義—湖南吉首、四川瀘州—貴州畢節(jié)一線，東段切變線北側(cè)東南風(fēng)（08：00）轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，其南側(cè)偏南風(fēng)分量增大，輻合增強(qiáng)，南風(fēng)急流建立，急流軸位于桂東至湖南懷化一帶，桂東北處于急流軸出口區(qū)左前側(cè)。11日08：00（圖略），500、700、850 hPa低渦中心位勢高度（分別為576、306、144 dagpm）增加，強(qiáng)度減弱，切變線東移（湖南懷化850 hPa仍為西南風(fēng)影響）。10日20：00地面輻合線位于貴州畢節(jié)—貴陽—凱里錦屏一線，較08：00略有南移，至11日02：00，輻合線穩(wěn)定少動。結(jié)合地面降水和天氣實況形勢可知，這是高原短波槽和低渦切變背景下在地面輻合線附近發(fā)生發(fā)展起來的暴雨過程。

圖2 2021年5月10日20：00 500 hPa位勢高度場（藍(lán)色等值線，單位：dagpm）、700 hPa風(fēng)場（風(fēng)向桿，單位：m?s-1）及850 hPa急流（綠色填充區(qū)）（a）和湖南懷化站訂正的探空廓線（b）（紅色線包圍區(qū)為貴州?。〧ig.2 The geopotential height field at 500 hPa（ blue isolines， Unit： dagpm）， wind field at 700 hPa（ wind shafts， Unit： m?s-1）and jet stream at 850 hPa（ green filled areas）（ a） and corrected radiosonde profile at Huaihua station of Hunan Province（ b） at 20：00 on10 May 2021（the area enclosed by the red line for the Guizhou Province）

5月10日20：00，懷化站訂正（抬升到逆溫層頂925 hPa）的探空廓線［圖2（b）］顯示，大氣濕層深厚，可伸展到對流層頂，近地層露點溫度達(dá)23 ℃，表明水汽含量高；850、700 hPa比濕分別為15、10 g?kg-1，超過貴州偏東部地區(qū)強(qiáng)降水的水汽閾值（杜小玲，2013）。從強(qiáng)對流參數(shù)（表略）可知，訂正后的對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）為1 576 J?kg-1，沙氏指數(shù)和抬升指數(shù)分別為-4.25、-15.1 ℃，具有一定的對流抑制能量，但由于500 hPa以下風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，500～400 hPa風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，即不穩(wěn)定性持續(xù)增強(qiáng)，具備強(qiáng)對流天氣發(fā)生的不穩(wěn)定潛勢條件。

3 中尺度對流系統(tǒng)演變特征

3.1 中尺度對流云團(tuán)活動

實況顯示，此次過程降水主要集中在10日18：00至11日02：00，且降水的階段性加強(qiáng)特征明顯。因此，中尺度對流云團(tuán)活動分兩個階段影響貴州。第一階段為10日16：00—20：00（圖略），16：00開始有對流云團(tuán)在地面輻合線附近生成，并迅速擴(kuò)展東移，18：00—20：00冷云面積擴(kuò)大，其中心云頂亮溫（Temperature Black Body，TBB）由-32 ℃降至-45 ℃，生成多個范圍幾公里至幾十公里、持續(xù)1～2 h時間尺度的雨團(tuán)，小時雨量多為10.0～30.0 mm，最強(qiáng)時段（18：00—19：00）小時雨量達(dá)51.4 mm（出現(xiàn)在錦屏縣銅鼓站），強(qiáng)降水主要分布在云團(tuán)西側(cè)TBB梯度大值區(qū)。第二階段為10日21：00至11日02：00，該階段在中-α尺度冷云區(qū)降水分布極不均勻，出現(xiàn)多個較小尺度的雨團(tuán)（圖3）。10日21：00［圖3（a）］，分別在遵義市東南部和黔東南州東北部附近有對流云團(tuán)A、B新生，中心TBB均在-32 ℃以下，且中心西側(cè)及南側(cè)有多個較小尺度的雨團(tuán)發(fā)展；22：00［圖3（b）］，云團(tuán)A向東北方向擴(kuò)展，且強(qiáng)度增強(qiáng)，中心TBB低于-40 ℃，而云團(tuán)B穩(wěn)定少動，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，同時貴州西北部有對流云團(tuán)C新生發(fā)展，其中心西側(cè)和南側(cè)TBB梯度大值區(qū)有較小尺度的雨團(tuán)形成，此時雨量比前一時次有所增大，云團(tuán)C西南側(cè)雨量最大為59.6 mm；23：00［圖3（c）］，云團(tuán)A、C東移，強(qiáng)度維持不變，而云團(tuán)B移出貴州，小時雨量以20.0～40.0 mm居多，云團(tuán)B西南側(cè)雨量最大為52.9 mm。11日00：00［圖3（d）］，云團(tuán)A、C在遵義市南部至黔東南州北部合并為東西向云帶，其云團(tuán)中心TBB均低于-44 ℃，且云帶西側(cè)有云團(tuán)D新生發(fā)展，此時云帶對應(yīng)的降水增強(qiáng)，小時雨量最大為55.0 mm，雨團(tuán)分布在云帶中心南側(cè)或西側(cè)TBB梯度大值區(qū)；01：00［圖3（e）］，云團(tuán)D東移并入東西向云帶，云帶中心繼續(xù)增強(qiáng)，其TBB低于-48 ℃，降水隨之進(jìn)一步增強(qiáng)，云帶南側(cè)最大雨量達(dá)67.4 mm；02：00［圖3（f）］，遵義市南部至黔東南州北部的云帶東移，強(qiáng)度維持不變，而降水有所增強(qiáng)，最大小時雨量達(dá)68.3 mm，雨帶位于云帶中心TBB梯度大值區(qū)一側(cè)；02：00以后雨帶隨云帶東移，強(qiáng)度減弱，至05：00云帶主體移出貴州，貴州降水過程趨于結(jié)束。第二階段對流云團(tuán)也是在地面輻合線附近生成發(fā)展，輻合線西段不斷有對流云團(tuán)生成東移，并與輻合線東段云團(tuán)合并，使得對流云團(tuán)維持加強(qiáng)合并成東西向云帶，相應(yīng)地不斷有雨團(tuán)沿著地面輻合線自西向東擴(kuò)展，造成東西向的帶狀暴雨區(qū)。

圖3 2021年5月10日21：00至11日02：00 FY-2G衛(wèi)星-32 ℃及以下TBB（紅色等值線，單位：℃）和觀測降水量（彩色填充區(qū)，單位：mm）逐時演變（a）10日21：00，（b）10日22：00，（c）10日23：00，（d）11日00：00，（e）11日01：00，（f）11日02：00Fig.3 The evolution of hourly TBB less than or equal to -32 ℃（ red isolines， Unit： ℃） from FY-2G satellite and observed precipitation（ color filled areas， Unit： mm） from 21：00 on 10 to 02：00 on 11 May 2021（a） 21：00 on 10 May，（ b） 22：00 on 10 May，（ c） 23：00 on 10 May，（ d） 00：00 on 11 May，（e） 01：00 on 11 May，（ f） 02：00 on 11 May，

綜上可知，10日21：00至11日02：00為對流云團(tuán)生成發(fā)展、合并加強(qiáng)主要階段，也是貴州強(qiáng)降水主要形成和加強(qiáng)階段，伴隨云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)，小時雨量相應(yīng)增大，且在對流云團(tuán)合并后降水繼續(xù)增強(qiáng)，對流云帶形成后雨團(tuán)也隨之合并成雨帶，降水達(dá)到最強(qiáng)。

3.2 雷達(dá)回波演變

為進(jìn)一步揭示中尺度對流云團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析本次過程強(qiáng)降水中心雨強(qiáng)最強(qiáng)的兩個階段雷達(dá)回波特征（圖4）。第一階段，10日18：02［圖4（a）］，沿地面輻合線在黔東南州北部至東部有分散的回波單體，錦屏附近存在混合型降水回波，其范圍較小、結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低于40 dBZ；18：29［圖4（b）］，上述混合型降水回波范圍擴(kuò)大，呈東西向帶狀分布，其上有多個對流單體迅速發(fā)展，在中心回波強(qiáng)度超過55 dBZ的單體影響下18：50—19：00銅鼓站（109.31°E，26.57°N）雨量達(dá)28.4 mm；隨后，混合型降水回波沿著地面輻合線向東移動，持續(xù)影響銅鼓地區(qū)2 h左右，給該地區(qū)帶來87.3 mm的降水。第二階段，10日23：02［圖4（c）］，沿地面輻合線在黔東南州中北部、銅仁市南部、遵義市東南部受多單體回波影響，單體回波中心強(qiáng)度均超過50 dBZ，相應(yīng)10 min降水量超過10.0 mm，而銅鼓附近回波較弱，但其西側(cè)有多個強(qiáng)單體發(fā)展并向東移動，持續(xù)影響銅鼓地區(qū)；10日23：30（圖略），黔東南州中北部及銅仁市南部的多單體回波已形成東西向回波帶，中心強(qiáng)度超過50 dBZ，受其影響，10 min雨量超過20.0 mm，最強(qiáng)為47.1 mm（11日00：50—01：00）；11日01：27［圖4（d）］，上述多單體回波帶略有減弱，逐10 min雨量最強(qiáng)仍超過10.0 mm，而銅鼓附近的多單體回波帶持續(xù)增強(qiáng)，中心強(qiáng)度超過60 dBZ，10 min雨量最大達(dá)36.2 mm（01：50—02：00），受東移的強(qiáng)回波持續(xù)影響，銅鼓站該時段的小時雨量達(dá)最大（68.3 mm）。此階段受多單體強(qiáng)回波自西向東持續(xù)影響，貴州東部和北部形成東西向暴雨區(qū)，最強(qiáng)降水中心3 h累積雨量達(dá)132.1 mm，暴雨區(qū)走向與地面輻合線基本一致。

圖4 2021年5月10日18：02（a）、18：29（b、e）、23：02（c）和11日01：27（d、f）三穗雷達(dá)站1.5°仰角反射率因子演變（a、b、c、d）以及過最強(qiáng)單體中心沿雷達(dá)徑向（黑色直線）的反射率因子垂直剖面（e、f）（單位：dBZ）（黑色曲線表示地面輻合線）Fig.4 The evolution of reflectivity factor on 1.5° elevation（ a， b， c， d） and the vertical section of reflectivity factor along radar radial direction（ black straight line） across the center of the strongest cell（ e， f） at Sansui Doppler radar station at 18：02（ a），18：29（ b， e）， 23：02（ c） on 10 and 01：27（ d， f） on 11 May 2021（ Unit： dBZ）（The black curve indicates the ground convergence line）

結(jié)合上述兩個最強(qiáng)時刻，過最強(qiáng)單體中心沿雷達(dá)徑向（與地面輻合線方向基本一致）做反射率因子垂直剖面［圖4（e）、（f）］?？梢钥闯觯谝浑A段10日18：29，雷達(dá)回波呈傾斜結(jié)構(gòu)，50 dBZ以上強(qiáng)回波伸展高度至5.0 km左右，懷化站探空資料顯示，0 ℃層高度為4.7 km，-20 ℃層高度為7.9 km，50 dBZ以上強(qiáng)回波位于0 ℃層以下，表明此處強(qiáng)降水以暖云降水為主；第二階段11日01：27，50 dBZ以上強(qiáng)回波伸展到8.0 km高度以上，且表現(xiàn)為回波傾斜和懸垂結(jié)構(gòu)，降水明顯增強(qiáng)，同時還伴有冰雹出現(xiàn)。

綜上可知，本次暴雨過程強(qiáng)對流特征明顯，位于地面輻合線附近的對流單體自西向東移動，且在輻合線西段有對流單體不斷新生，在東移過程中不斷與其東側(cè)的對流單體合并加強(qiáng)，持續(xù)影響輻合線沿線地區(qū)，形成準(zhǔn)東西向強(qiáng)雨帶，回波加強(qiáng)合并過程中伴隨著降水的顯著增強(qiáng)。

3.3 地面要素演變

5月10日，位于滇東北的熱低壓發(fā)展，低壓槽從滇東北延伸至貴州中部偏北一帶，呈準(zhǔn)東西向。強(qiáng)降水開始前10日16：00，畢節(jié)東部、貴陽北部到黔東南州北部邊緣一線為準(zhǔn)東西向的相對冷區(qū)，2 m氣溫為23～25 ℃，其北側(cè)、南側(cè)氣溫分別為27～30 ℃和30～33 ℃，存在明顯的溫度梯度，尤其黔東南州北部地區(qū)更明顯［圖5（a）］。16：00露點溫度（Td）分布［圖5（b）］顯示，貴州總體呈“西干東濕”分布，露點溫度超過20 ℃的區(qū)域集中在貴州東部和北部，而中部東西向相對冷區(qū)及其周圍為Td大值區(qū)，其值在22 ℃以上，具有良好的對流和降水發(fā)生的低層濕度條件。結(jié)合本地預(yù)報經(jīng)驗（無明顯冷空氣影響，地面風(fēng)場的輻合區(qū)呈線狀分布時稱之為地面輻合線），地面風(fēng)場上，降水前16：00貴州中部存在清晰的準(zhǔn)東西向地面輻合線［圖5（c）］。隨著降水和對流范圍、強(qiáng)度增大，溫度梯度的變化使得地面輻合線形狀發(fā)生改變，甚至斷裂成更小尺度的輻合中心（圖略），從而造成強(qiáng)降水分布不均。至20：00，地面輻合線向西南方向移到貴州畢節(jié)—修文—黎平一線，這一階段較明顯的降水主要發(fā)生在輻合線東段（黔東南州中北部）。結(jié)合20：00的3 h變壓［圖5（d）］發(fā)現(xiàn)，黔東南州中北部強(qiáng)降水區(qū)為3～4 hPa正變壓中心，說明第一階段（10日16：00—20：00）地面降水導(dǎo)致降溫、升壓。

圖5 2021年5月10日16：00貴州地面加密自動站2 m氣溫（a，單位：℃）、露點溫度（b，單位：℃）及地面風(fēng)場（c，單位：m?s-1）與20：00地面3 h變壓（d，單位：hPa）分布（黑色曲線表示地面輻合線）Fig.5 The distribution of 2 m temperature （a， Unit： ℃）， dew-point temperature （b， Unit： ℃）， surface wind field（c， Unit： m?s-1） at 16：00 and 3 hours surface variable pressure at 20：00 （d， Unit： hPa） on 10 May 2021 at ground intensive automatic weather stations of Guizhou Province（The black curves represent the ground convergence line）

第二階段10日21：00至11日02：00（圖略），隨著南風(fēng)加強(qiáng)，地面輻合線略有北抬至貴州金沙—開陽—錦屏一線，輻合線附近的變壓、露點溫度等要素的差異沒有第一階段明顯，但風(fēng)場和溫度場上仍能清晰地反映輻合線的存在，強(qiáng)降水集中在輻合線沿線，雨區(qū)呈準(zhǔn)東西向帶狀分布。11日02：00以后，貴州大部地區(qū)轉(zhuǎn)為弱北風(fēng)，降水過程趨于結(jié)束（圖略）。

綜上所述，此次暴雨過程與地面輻合線有直接關(guān)系，主要降水區(qū)沿地面輻合線呈準(zhǔn)東西向帶狀分布，局地強(qiáng)降水造成的降溫使得變壓更明顯。

4 中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展的環(huán)境條件及觸發(fā)機(jī)制

由環(huán)流形勢分析可知，此次強(qiáng)降水天氣過程是在高空低渦切變背景下產(chǎn)生，低渦切變線與地面中尺度輻合線耦合是對流發(fā)展主要動力（楊秀莊等，2016）。下文利用ERA5再分析資料，從水汽、能量、觸發(fā)條件等方面做進(jìn)一步分析。

4.1 水汽和能量條件

5月10日貴陽和懷化探空廓線顯示，大氣濕層主要集中在850 hPa以下低層，08：00貴陽和懷化比濕分別為14、10 g·kg-1，20：00貴陽比濕略有減小，懷化比濕明顯增大，分別為13、15 g·kg-1，即隨著地面輻合線南側(cè)南風(fēng)增強(qiáng)，靠近急流軸的貴州東部地區(qū)水汽含量明顯增加。降水加強(qiáng)前10日17：00［圖6（a）］，貴州中部地面輻合線南側(cè)形成與溫度密集帶相對應(yīng)的濕度和能量鋒區(qū)；18：00［圖6（b）］，降水開始加強(qiáng)，暴雨中心附近比濕增至20 g·kg-1，對流有效位能由2 800 J·kg-1增至3 400 J·kg-1，局地不穩(wěn)定能量增加可能與低層輻合造成的濕度增加有關(guān)（Rozoff et al.，2003）。結(jié)合10—11日水汽通量及其散度分布可知，10日白天來自南海的水汽輸送逐漸增強(qiáng)（圖略），至18：00［圖6（c）］，貴州東部水汽通量中心值達(dá)0.3 g?hPa-1?cm-1?s-1，貴州東部和北部處于水汽通量輻合區(qū)，降水加強(qiáng)前水汽輻合造成濕度增加、濕層增厚，高濕區(qū)伸展到600 hPa高度（圖略），有利于強(qiáng)降水發(fā)生。23：00［圖6（d）］，隨著切變線南側(cè)南風(fēng)逐漸增強(qiáng)，急流建立，地面輻合線南側(cè)維持較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量，且水汽輻合加強(qiáng)，中心值達(dá)-6.0×10-7g?hPa-1?cm-2?s-1，強(qiáng)輻合中心逐步向東擴(kuò)展，造成第二階段（10日21：00至11日02：00）自西向東發(fā)展的強(qiáng)降水帶。從兩個強(qiáng)降水階段的水汽條件演變看出，強(qiáng)南風(fēng)和低空急流的水汽和能量輸送是對流性降水持續(xù)的重要原因，暴雨區(qū)與水汽輻合區(qū)及高比濕區(qū)高度重合。

4.2 觸發(fā)條件

本次暴雨過程地面無明顯冷空氣影響，降水主要沿地面輻合線附近發(fā)生，受垂直次級環(huán)流強(qiáng)迫影響，地面有弱冷鋒。鋒生是引發(fā)次級環(huán)流的一個重要因素。因此，引入鋒生函數(shù)分析本次暴雨過程的可能觸發(fā)機(jī)制。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)（Hoskins and Bretherton，1972；Kato，1989），鋒生函數(shù)由非絕熱加熱項、水平輻散項、水平變形項和與垂直運動有關(guān)的傾斜項4部分組成，其中非絕熱加熱項難以準(zhǔn)確計算，傾斜項在輻合線鋒生區(qū)較弱且為鋒消，討論鋒生主要考慮水平項（楊秀莊等，2016）。本文采用的鋒生函數(shù)公式（Bluestein，1993）如下：

式中：F（K?m-1?s-1）為水平鋒生函數(shù)，F(xiàn)＞0表示為鋒生作用，F(xiàn)＜0表示為鋒消作用；θ（K）為位溫；D（s-1）為新坐標(biāo)下總變形項，形變分量分別表示為Dx=為等溫線與旋轉(zhuǎn)軸的夾角；δ（s-1）為散度。

過程第一階段降水加強(qiáng)前10日19：00［圖7（a）］，在地面輻合線附近有明顯的鋒生效應(yīng)，中心值達(dá)7×10-10K?m-1?s-1，與輻合線西段的對流云單體區(qū)相對應(yīng)；21：00—23：00（圖略），黔東南州中北部為另一個鋒生中心區(qū)，其強(qiáng)度由1×10-10K?m-1?s-1增至6×10-10K?m-1?s-1，對流云團(tuán)、回波單體也相應(yīng)發(fā)展增強(qiáng)。受強(qiáng)降水導(dǎo)致的降溫增壓和夜間增強(qiáng)的偏南暖濕氣流共同影響，11日02：00地面輻合線附近仍維持明顯的鋒生（圖略）。由鋒生函數(shù)的經(jīng)向垂直分布［圖7（b）］看出，10日19：00暴雨中心銅鼓附近鋒生主要集中在850 hPa以下近地層，這與杜小玲（2013）和楊秀莊等（2016）的研究結(jié)論“在無冷鋒影響的暴雨過程中地面輻合線及其附近的鋒生作用是其重要觸發(fā)機(jī)制”一致。

圖7 2021年5月10日19：00（a、b、c、d）和23：00（e、f）850 hPa鋒生函數(shù)（a，單位：10-10 K?m-1?s-1）、沿109°E的鋒生函數(shù)經(jīng)向垂直剖面（b，單位：10-10 K?m-1?s-1）以及沿26.5°N的緯向風(fēng)（風(fēng)矢，w擴(kuò)大10倍，單位：m?s-1）和溫度（等值線，單位：℃）垂直剖面（c、e）、109°E的經(jīng)向風(fēng)（風(fēng)矢，w擴(kuò)大10倍，單位：m?s-1）和溫度（等值線，單位：℃）垂直剖面（d、f）（黑色陰影表示地形高度）Fig.7 The 850 hPa frontogenesis function（ a， Unit： 10-10 K?m-1?s-1） and meridional vertical section of frontogenesis function along 109°E（ b， Unit： 10-10 K?m-1?s-1）， and the vertical sections of zonal wind（ wind vectors， w amplified by 10 times， Unit： m?s-1） and temperature（ isolines， Unit： ℃） along 26.5°N（ c， e） and meridional wind（ wind vectors， w amplified by 10 times， Unit： m?s-1） and temperature（ isolines， Unit： ℃） along 109°E（ d， f） at 19：00（ a， b， c， d） and 23：00（ e， f） on 10 May 2021（the black shadow for the terrain elevation）

10日不同時刻地面風(fēng)場、溫度場顯示，午后開始貴州中部受準(zhǔn)東西向地面輻合線影響，19：00垂直方向上在暴雨中心銅鼓附近西側(cè)有一支下沉氣流，850 hPa以下等溫線向低層伸展，其東側(cè)為一支上升氣流，可伸展到700 hPa高度附近［圖7（c）］，雖然氣流上升高度不高，但由于自由對流高度較低，這支上升氣流足以為暴雨發(fā)生提供有利的觸發(fā)和抬升條件；在南北方向上形成了閉合環(huán)流，下沉支位于26°N以北，上升支則位于其南側(cè)（即暴雨中心附近）［圖7（d）］。降水加強(qiáng)第二階段，同樣在暴雨中心附近形成東西［圖7（e）］和南北［圖7（f）］向的垂直環(huán)流，上升支可伸展到400 hPa以上，這可能與南風(fēng)急流建立引起的急流軸左前側(cè)輻合增強(qiáng)有關(guān)，由于上升運動伸展較高，對流活動更加強(qiáng)烈，雨強(qiáng)達(dá)到最強(qiáng)，且伴有冰雹發(fā)生。

5 結(jié)論和討論

本文利用多源觀測資料和ERA5再分析資料，對2021年5月10日貴州北部和東部極端暴雨過程的中尺度演變特征及其成因進(jìn)行診斷分析，發(fā)現(xiàn)地面中尺度輻合線及其鋒生作用在此次過程中扮演重要角色。主要結(jié)論如下：

（1）此次暴雨是一次發(fā)生在低渦切變背景下沿地面輻合線發(fā)生發(fā)展的天氣過程。強(qiáng)盛的南風(fēng)氣流為中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展提供了充足的水汽與能量條件，并與地面輻合線及其鋒生、局地降水造成的降溫增壓相結(jié)合，使得輻合抬升加強(qiáng)，造成貴州東部和北部暴雨天氣。

（2）強(qiáng)降水主要發(fā)生在對流云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)階段，對流云團(tuán)合并階段降水最強(qiáng)，這對降水增強(qiáng)有指示作用，暴雨區(qū)主要位于TBB低值中心西側(cè)或南側(cè)梯度大值區(qū)域。輻合線鋒生引發(fā)的對流單體在其西側(cè)頻繁新生，并沿地面輻合線東移發(fā)展，在強(qiáng)鋒生區(qū)對流最旺盛，造成準(zhǔn)東西向帶狀暴雨區(qū)。在降水最強(qiáng)的兩個階段，雷達(dá)回波暖云和懸垂結(jié)構(gòu)特征明顯。

（3）強(qiáng)盛的水汽輸送及輻合使得強(qiáng)降水區(qū)上空比濕增加、濕層增厚且伴有不穩(wěn)定能量維持或增強(qiáng)，輻合線鋒生引起暴雨區(qū)南北及東西向次級環(huán)流加強(qiáng)，上升氣流的發(fā)展有助于不穩(wěn)定能量釋放，進(jìn)而使中尺度對流系統(tǒng)維持和加強(qiáng)，導(dǎo)致降水增強(qiáng)。

需要指出的是，對于此類地面無冷鋒影響的初夏輻合線鋒生暴雨預(yù)報，在把握大尺度環(huán)流背景及主要影響系統(tǒng)前提下，應(yīng)重點關(guān)注地面中尺度輻合線及其附近要素場變化，而南風(fēng)強(qiáng)度變化及其帶來的水汽和能量演變也至關(guān)重要。目前地面加密自動站提供了高時空精度信息，但由于高空觀測資料時空精度的限制，加之貴州特殊的地理位置和復(fù)雜的地形地貌，不易判斷垂直方向的環(huán)流和要素演變情況，從而難以把握強(qiáng)天氣的發(fā)生發(fā)展細(xì)節(jié)和精確落區(qū)，還有待進(jìn)行更細(xì)致深入的研究。