成都地區(qū)2015年8月16日暴雨過程分析

摘 要：文章利用常規(guī)氣象資料、NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料，對(duì)2015年8月16日成都地區(qū)一次區(qū)域性暴雨過程的環(huán)流形勢(shì)和物流量場(chǎng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：副高穩(wěn)定少動(dòng)，高原低渦東移進(jìn)入盆地，與西南渦耦合作用，誘發(fā)了此次暴雨；副高外圍的西南低空急流向暴雨區(qū)輸送了大量的水汽和不穩(wěn)定能量，而侵入盆地的冷空氣使不穩(wěn)定能量得到釋放；中高層輻散、中低層輻合的垂直結(jié)構(gòu)和等θse線分布對(duì)暴雨的時(shí)間和落區(qū)有指示意義。

關(guān)鍵詞：暴雨；副熱帶高壓；高原低渦；西南渦；低空急流；物理量場(chǎng)

引言

暴雨是我國(guó)一種危害性極大的災(zāi)害性天氣，每次暴雨過程都會(huì)給人民群眾的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響和損失。引起暴雨的天氣系統(tǒng)很多，陶詩(shī)言等[1]曾指出青藏高原移來(lái)的低渦系統(tǒng)是引起我國(guó)暴雨天氣的主要系統(tǒng)之一。而成都地區(qū)位于北緯30°～31.5°、東經(jīng)103°～105°之間，地處青藏高原東部，經(jīng)常受到東移出高原的低渦系統(tǒng)影響，同時(shí)在對(duì)流層中低層來(lái)自盆地東部和南部的暖濕空氣在此受到地形強(qiáng)迫作用抬升，使得成都地區(qū)暴雨天氣頻發(fā)。繆強(qiáng)[2]進(jìn)一步指出，高原低渦東移入川后與西南渦耦合作用可使西南渦發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)生暴雨天氣。另外，肖洪郁等[3]指出副熱帶高壓的阻塞作用，也能引起四川暴雨。但由于平時(shí)預(yù)報(bào)工作中暴雨天氣出現(xiàn)的復(fù)雜性，對(duì)暴雨落區(qū)、量級(jí)、持續(xù)時(shí)間等方面的預(yù)報(bào)均有一定的困難，因此對(duì)暴雨天氣的研究還需進(jìn)一步深入。

文章選取了2015年8月16日成都地區(qū)出現(xiàn)了一次持續(xù)性區(qū)域暴雨過程，并通過地面自動(dòng)站降水實(shí)況資料、NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料、常規(guī)氣象資料等，對(duì)此次暴雨過程的環(huán)流形勢(shì)、天氣系統(tǒng)和各方面的物理量特征進(jìn)行了分析。希望能在以后工作中預(yù)報(bào)暴雨天氣，特別是對(duì)成都地區(qū)暴雨天氣的預(yù)報(bào)提供一些參考與幫助。

1 過程概況

此次暴雨過程從8月16日開始，至8月18日結(jié)束，主要降水時(shí)段在8月16日20時(shí)～8月17日20時(shí)。根據(jù)降水統(tǒng)計(jì)資料，8月16日20時(shí)～8月17日20時(shí)，成都地區(qū)288個(gè)測(cè)站中，有43個(gè)測(cè)站24小時(shí)累計(jì)降水量達(dá)到大暴雨，另外有112個(gè)測(cè)站24小時(shí)累計(jì)降水量在50～99.9mm之間，達(dá)到暴雨。圖1為8月17日20時(shí)的過去24小時(shí)累計(jì)降水量分布圖，可見此次暴雨過程的降水中心區(qū)域位于成都中東部地區(qū)，降水中心測(cè)站為郫縣友愛，其24小時(shí)累計(jì)降水量達(dá)到182.1mm。根據(jù)成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)氣象資料，此次暴雨過程中雖然沒有伴隨雷暴天氣現(xiàn)象，但降水強(qiáng)度較大，嚴(yán)重影響航班正常運(yùn)行，機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)于17日13時(shí)30分發(fā)布暴雨橙色預(yù)警，預(yù)計(jì)過程降水量達(dá)到100mm。

2 大尺度環(huán)流形勢(shì)

如圖2所示，2015年8月16日08時(shí)，500hPa我國(guó)中高緯度地區(qū)為兩槽兩脊型。中亞巴爾喀什湖地區(qū)至我國(guó)新疆西部為高壓脊，低渦中心位于蒙古西部，槽線控制影響甘肅西部和青海北部，同時(shí)在貝加爾湖以東至蒙古東部也有一高壓脊，東亞大槽控制影響我國(guó)東北至渤海地區(qū)，其北部形成低渦中心位于黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古三省交界處。副高588線位于貴州、廣西交界至廣東中部一線。青藏高原上有閉合的低渦環(huán)流不斷分裂短波槽東移影響四川盆地。臺(tái)風(fēng)中心距離我國(guó)大陸較遠(yuǎn)，15號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鵝”中心位于14.7°N、144.7°E，16號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾莎尼”中心位于14.7°N、160.9°E。700hPa冷式切變線在甘肅、陜西交界處，西南急流位于中南半島北部至廣西廣東地區(qū)，最大風(fēng)速達(dá)14m/s，四川盆地主要受偏南氣流控制。850hPa切變?cè)阢y川附近，說(shuō)明冷空氣距離成都較遠(yuǎn)，盆地內(nèi)為偏南氣流，另外西南急流在850hPa進(jìn)一步加強(qiáng)，最大風(fēng)速達(dá)到20m/s。對(duì)流層中低層西南急流的存在，為來(lái)自孟加拉灣和南海的水汽不斷向四川盆地輸送提供有利條件。

到8月17日08時(shí)，500hPa低渦中心東移到蒙古中部，蒙古東部的弱脊減弱，東亞大槽東移至日本海至朝鮮半島地區(qū)，其北部的低渦中心位置幾乎沒有變化。高原低渦東移，控制影響至四川盆地。而副高588線位置較前一天穩(wěn)定少動(dòng)，阻礙進(jìn)入盆地的低值系統(tǒng)繼續(xù)東移?！疤禊Z”和“艾莎尼”的臺(tái)風(fēng)中心都有所西移北進(jìn)，但距離我國(guó)大陸仍然較遠(yuǎn)。700hPa切變線東移南壓至陜西南部及陜西和山西交界一線，盆地內(nèi)成都地區(qū)受西南渦控制影響。850hPa輻合中心位于成都地區(qū)附近，輻合東北部偏東偏北氣流達(dá)到12m/s，其南側(cè)偏南氣流較弱，說(shuō)明冷空氣已侵入盆地，到達(dá)成都地區(qū)。700hPa和850hPa上西南急流維持。

綜上所述，此次暴雨過程是在十分有利的環(huán)流形勢(shì)下產(chǎn)生的。副高位置穩(wěn)定少動(dòng)，使得高原低渦進(jìn)入盆地后東移受阻，長(zhǎng)時(shí)間影響盆地地區(qū)，并在對(duì)流層中低層誘生西南渦，高原低渦與西南渦的耦合作用誘發(fā)了此次暴雨過程。而副高外圍的西南急流將自孟加拉灣和南海的水汽源源不斷地向盆地輸送，為暴雨的產(chǎn)生和維持提供了必要的水汽條件。另外，對(duì)流層中低層切變南壓，冷空氣從四川東北侵入盆地，在成都地區(qū)與暖濕氣流匯合，為此次暴雨過程提供了動(dòng)力抬升條件。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 水汽條件分析

暴雨天氣的產(chǎn)生和維持必須要有充沛的水汽供應(yīng)。水汽主要集中在對(duì)流層中低層，700hPa和850hPa的低空急流是向暴雨區(qū)提供水汽的重要機(jī)制。水汽通量可以表征水汽輸送的強(qiáng)度與方向，它指的是單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于運(yùn)動(dòng)方向上單位橫截面積的空氣中含有的水汽質(zhì)量[4]，通常單位為g·cm-1·hPa-1·s-1。

圖3是根據(jù)NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料計(jì)算的700hPa和850hPa的水汽通量圖。2015年8月16日08時(shí)，700hPa孟加拉灣至云南貴州和南海至廣西廣東以及湖南的水汽通量大值區(qū)已經(jīng)連成一片，說(shuō)明水汽輸送通道已經(jīng)建立，來(lái)自孟加拉灣和南海的水汽經(jīng)副高外圍西南低空急流源源不斷地向四川盆地輸送。在四川東北與重慶交界處有一弱的水汽通量大值中心，中心值為6～8g·cm-1·hPa-1·s-1。850hPa水汽輸送通道的位置較700hPa的位置偏南，主要在孟加拉灣-南海-廣西-廣東一線，但水汽輸送更為強(qiáng)烈，中心值超過30g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽經(jīng)貴州湖南向四川重慶地區(qū)輸送。另外，850hPa在四川盆地地區(qū)也有一個(gè)水汽通量大值中心，位置較700hPa偏西，中心值在12g·cm-1·hPa-1·s-1以上?？梢?，在暴雨過程出現(xiàn)前，對(duì)流層中低層的水汽輸送通道已經(jīng)建立。到了8月17日08時(shí)，700hPa水汽輸送通道維持，但四川東北重慶地區(qū)的水汽通量大值中心位置明顯西移，位于成都及其東北地區(qū)，中心值增大到16～18g·cm-1·hPa-1·s-1。850hPa四川盆地處的水汽通量大值中心的范圍和強(qiáng)度均較前一天明顯增大，中心值達(dá)到27g·cm-1·hPa-1·s-1。

水汽通量散度對(duì)暴雨落區(qū)以及暴雨區(qū)降水量的預(yù)報(bào)有重要意義，它指的是某地區(qū)單位時(shí)間、單位體積中水汽的凈流出量[5]。當(dāng)水汽通量散度為正時(shí)，表示水汽是輻散的；反之，當(dāng)水汽通量散度為負(fù)時(shí)，表示水汽是輻合的。通常它的單位是g·cm-2·hPa-1·s-1。

圖4是根據(jù)NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料計(jì)算的水汽通量散度沿104°E分布的垂直剖面圖。2015年8月16日08時(shí)，成都地區(qū)對(duì)應(yīng)的31°N并沒有明顯的水汽通量散度負(fù)值區(qū)存在，相反在700hPa水汽通量散度為1×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，說(shuō)明暴雨過程開始前該層水汽是輻散的。到了8月17日08時(shí)，31°N在850hPa到600hPa均為負(fù)的水汽通量散度，說(shuō)明暴雨過程期間在成都地區(qū)的對(duì)流層中低層有明顯的水汽輻合。其中，850hPa水汽通量散度負(fù)值區(qū)位于25°N～31°N之間，負(fù)值中心在30°N附近，水汽通量散度達(dá)-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，成都地區(qū)位于該負(fù)值中心北側(cè)。整個(gè)負(fù)值區(qū)隨高度向北傾斜，在700hPa水汽通量散度負(fù)值中心在31°N附近，中心值達(dá)到-5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。

通過上述分析可知，此次暴雨過程中副高外圍的西南低空氣流向四川盆地輸送了十分充沛的低層水汽。同時(shí)這些來(lái)自孟加拉灣和南海的暖濕水汽與從盆地東側(cè)和東北侵入盆地的冷空氣在成都地區(qū)交匯后輻合抬升，又為暴雨的形成和維持提供了有利的動(dòng)力抬升條件。

3.2 動(dòng)力條件分析

暴雨過程中，整層大氣在垂直方向上基本都呈上升運(yùn)動(dòng)[6]。當(dāng)垂直速度為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明該處大氣存在上升運(yùn)動(dòng)；當(dāng)垂直速度為正值時(shí)，說(shuō)明該處大氣存在下沉運(yùn)動(dòng)。散度一般指的是水平速度場(chǎng)的輻合輻散，負(fù)值表示輻合，正值表示輻散。

由于此次暴雨過程降水中心位于點(diǎn)31°N、104°E附近，故圖5是點(diǎn)31°N、104°E處NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料的垂直速度和散度的時(shí)間剖面圖，橫坐標(biāo)采用世界時(shí)。此次暴雨過程中，降水最強(qiáng)時(shí)段的8月16日20時(shí)～8月17日20時(shí)，在垂直速度圖上可見500hPa以下有明顯的上升運(yùn)動(dòng)，其中最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在8月17日02時(shí)750hPa左右，達(dá)到27×10-3hPa·s-1。而在散度圖上，可見此次暴雨過程中整層大氣垂直結(jié)構(gòu)上輻合輻散的轉(zhuǎn)換位于600hPa。8月16日20時(shí)開始，在600hPa以下的對(duì)流程中低層表現(xiàn)為輻合并逐漸加強(qiáng)，在8月17日14時(shí)達(dá)到最強(qiáng)-80×10-6s-1。而在400hPa～600hPa的對(duì)流層中高層，從8月16日20時(shí)開始表現(xiàn)為輻散，且輻散迅速增強(qiáng)，在8月17日02時(shí)達(dá)到最大為100×10-6s-1，隨后于08時(shí)短暫轉(zhuǎn)為輻合后，又迅速轉(zhuǎn)為輻散，在14時(shí)左右達(dá)到70×10-6s-1。這種中低層輻合、中高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)一直持續(xù)到8月17日20時(shí)，它可產(chǎn)生強(qiáng)烈的抽吸作用，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。

3.3 熱力條件分析

假相當(dāng)位溫θse是綜合表征大氣溫度、濕度和壓力特征的物理量，假相當(dāng)位溫值的大小和分布可以反映大氣中濕靜力能量的分布，而其垂直分布可以反映大氣層結(jié)的穩(wěn)定狀況[7]。當(dāng)時(shí)表示假相當(dāng)位溫值隨氣壓增大，對(duì)流不穩(wěn)定；反之，當(dāng)時(shí)表示對(duì)流穩(wěn)定；當(dāng)則表示對(duì)流中性。

圖6是根據(jù)NCEP1°×1°6小時(shí)再分析資料計(jì)算的假相當(dāng)位溫θse沿104°E分布的垂直剖面圖。2015年8月16日08時(shí)，有兩個(gè)假相當(dāng)位溫大值中心分別位于27N和33°N，其中33°N的θse中心值達(dá)到376K，而成都正位于此高能區(qū)的南側(cè)邊緣。同時(shí)，在35°N附近600hPa以下等θse線密集而陡峭且隨高度向南傾斜，其南側(cè)為對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，θse隨氣壓而增大，其北側(cè)為對(duì)流穩(wěn)定層結(jié)，θse隨氣壓而減小?？梢?5°N附近有鋒區(qū)存在，且整個(gè)鋒區(qū)隨高度向南傾斜。到了8月17日08時(shí)，27°N的高能中心幾乎沒有變化，在29°N以北，等θse線隨高度向北傾斜，整層大氣基本上都呈對(duì)流穩(wěn)定層結(jié)，僅33°N附近在對(duì)流層低層還表現(xiàn)為對(duì)流不穩(wěn)定，但不穩(wěn)定層結(jié)也只存在于700hPa以下，中心θse值較前一日已減小到356K，可見不穩(wěn)定層結(jié)的強(qiáng)度和厚度已經(jīng)明顯減小，說(shuō)明不穩(wěn)定能量已經(jīng)得到釋放，同時(shí)在近地面冷空氣已經(jīng)侵入到29°N。

4 結(jié)束語(yǔ)

副高對(duì)此次成都地區(qū)區(qū)域性暴雨過程有重要作用。副高穩(wěn)定少動(dòng)，高原低渦進(jìn)入盆地后，繼續(xù)東移受阻而長(zhǎng)時(shí)間影響四川盆地，并誘使對(duì)流層中低層西南渦形成發(fā)展，兩者耦合作用誘發(fā)了此次暴雨天氣過程。另外，副高外圍的西南低空急流將源源不斷的水汽從孟加拉灣和南海向盆地區(qū)域輸送，為此次暴雨過程提供了有利的低層水汽條件。

侵入盆地的冷空氣與低層暖濕空氣在成都地區(qū)交匯，使低層水汽輻合向上輸送，為此次暴雨過程提供了良好的動(dòng)力抬升條件。另外中高層輻散，中低層輻合的垂直結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的時(shí)段與暴雨過程中強(qiáng)降水的時(shí)段有較好的相關(guān)性，這對(duì)以后暴雨過程的預(yù)報(bào)具有一定的參考意義。

在能量場(chǎng)上，此次暴雨過程中成都地區(qū)并沒有出現(xiàn)雷暴等強(qiáng)對(duì)流天氣活動(dòng)也在假相當(dāng)位溫θse的分布和垂直結(jié)構(gòu)上有較好的反映：暴雨過程前不穩(wěn)定能量已經(jīng)聚積，但成都位于不穩(wěn)定區(qū)南側(cè)，表現(xiàn)為弱的不穩(wěn)定層結(jié)。另外，等θse線密集而陡峭的區(qū)域是濕斜壓不穩(wěn)定能量集中釋放區(qū)域，對(duì)暴雨的時(shí)間和落區(qū)有較好的指示作用。

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