金沙縣兩次大暴雨過(guò)程對(duì)比分析

姚 浪，吳 姍，王麗媛，羅 淼，趙春霞

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700;2.貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)氣象局，貴州 畢節(jié) 551700)

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金沙縣兩次大暴雨過(guò)程對(duì)比分析

姚 浪1，吳 姍2，王麗媛1，羅 淼1，趙春霞1

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700;2.貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)氣象局，貴州 畢節(jié) 551700)

該文利用自動(dòng)站降水資料統(tǒng)計(jì)出金沙縣近10 a的兩次極端暴雨天氣過(guò)程(2007年7月30日和2015年8月18日)。利用常規(guī)實(shí)況觀測(cè)資料和NCEP/NCAR每6 h一次再分析全球格點(diǎn)資料(水平分辨率1°×1°)對(duì)金沙縣出現(xiàn)的兩次極端暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩次暴雨過(guò)程的區(qū)別如下：主要影響系統(tǒng)不同，水汽的主要源地不同，水汽輻合的集中抬升高度不同，物理量垂直分布特征不同。

暴雨；診斷分析；低渦型；急流型；金沙縣

1 引言

金沙縣位于貴州省西北部，雨熱同季，降水量充沛。常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣有干旱、暴雨、冰雹等，其中以冰雹和暴雨出現(xiàn)頻次最高，影響強(qiáng)度最強(qiáng)[1]。在李應(yīng)桃[2]等關(guān)于畢節(jié)市氣候變化特征的研究中提出，近些年畢節(jié)暴雨的出現(xiàn)頻次呈現(xiàn)增多趨勢(shì)。特別是極端暴雨天氣的頻發(fā)，常導(dǎo)致城市內(nèi)澇、房屋淹沒(méi)等次生災(zāi)害，造成經(jīng)濟(jì)損失巨大。近年來(lái)城市暴雨天氣連連致使城市發(fā)生積水，例如“7·21”北京暴雨災(zāi)害。暴雨天氣對(duì)城市的安全已經(jīng)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，那么對(duì)金沙極端暴雨天氣的研究變得尤為重要。在金沙縣暴雨的研究中，胡躍文[3]等在遵義一次特大暴雨的分析時(shí)曾指出過(guò)位于金沙縣的低渦繼續(xù)發(fā)展東移對(duì)下游地區(qū)造成嚴(yán)重的暴雨災(zāi)害天氣。本文對(duì)金沙縣城區(qū)歷史暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行篩選，查找出金沙縣近10 a來(lái)24 h降水量最大的兩次暴雨天氣過(guò)程，并針對(duì)金沙縣的這兩次暴雨天氣進(jìn)行研究，以求探索出金沙縣極端暴雨的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

2 資料和方法

利用自動(dòng)站降水資料查找出近10 a發(fā)生在金沙縣的24 h降水量最大的兩次極端大暴雨天氣過(guò)程，通過(guò)常規(guī)觀測(cè)資料、衛(wèi)星TBB資料和NCEP/NCAR每6 h一次再分析全球格點(diǎn)資料(水平分辨率1°×1°)對(duì)金沙縣出現(xiàn)的兩次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行天氣學(xué)分析，然后對(duì)比兩次天氣過(guò)程的物理量場(chǎng)和熱力條件以及垂直螺旋度差異，找出兩次暴雨天氣過(guò)程的發(fā)生發(fā)展機(jī)制和異同點(diǎn)。

3 兩次暴雨過(guò)程對(duì)比分析

3.1 降水特征

2007年7月30日(簡(jiǎn)稱730過(guò)程)，金沙縣測(cè)站降水達(dá)到149.7 mm；2015年8月18日(簡(jiǎn)稱818過(guò)程)，金沙縣測(cè)站降水達(dá)到152.5 mm，本站降水突破歷史極值。將730過(guò)程和818過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，兩次過(guò)程的小時(shí)雨強(qiáng)分布見(jiàn)圖1。730過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，強(qiáng)降水從29日夜間開(kāi)始，到14時(shí)出現(xiàn)過(guò)程雨量峰值54.8 mm。818過(guò)程強(qiáng)降水發(fā)生在18日凌晨，過(guò)程最大小時(shí)降水發(fā)生在18日01時(shí)，小時(shí)雨強(qiáng)44 mm。兩次大暴雨天氣過(guò)程降水性質(zhì)相似，都以短時(shí)強(qiáng)降水天氣為主，并伴有大風(fēng)、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣，并都對(duì)金沙縣造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 兩次過(guò)程小時(shí)雨強(qiáng)分布圖Fig.1 Hour rainfall intensity of two processes

3.2 大尺度環(huán)流背景

圖2 兩次過(guò)程天氣系統(tǒng)配置圖，730過(guò)程(a)、818過(guò)程(b)Fig.2 Two weather systems configuration processes, process 730 (a), 818 process (b)

730過(guò)程，南亞高壓位于青藏高原，南亞高壓脊線從高原至四川東部一線，較818過(guò)程南亞高壓位置偏西，高空沒(méi)有強(qiáng)輻散區(qū)，500 hPa中高緯環(huán)流為兩槽一脊，高壓環(huán)流位于內(nèi)蒙古東部，從新疆北部、河套地區(qū)、貴州、云南東南部一線為階梯槽分布，副熱帶高壓588 hPa線覆蓋華南、江南一帶，其西脊點(diǎn)至110°E，北界點(diǎn)位于35°N。中低層切變線位于四川東部、貴州西部，切變線南部建立有12～16 m/s的偏西南風(fēng)急流，為暴雨區(qū)輸送水汽和不穩(wěn)定能量。對(duì)比818過(guò)程，730過(guò)程高空槽發(fā)展得更為深厚，發(fā)展高度達(dá)到200 hPa，中低層有急流建立，為暴雨區(qū)提供充足的水汽和能量輸送，此次過(guò)程為副熱帶高壓阻擋西風(fēng)帶系統(tǒng)東移南下并配合低空急流形成的一次暴雨天氣過(guò)程。818過(guò)程，高空為輻散區(qū)，中低層有西南低渦形成發(fā)展，屬于一次西南低渦型暴雨天氣過(guò)程。

3.3 水汽和抬升的異同

圖3 水汽通量(單位：g·cm-1·hPa·s-1)與水汽通量散度疊加圖(單位： 10-8g·cm-2·hPa·s-1)(a)2007年7月29日20時(shí)(700 hPa)；(b)2015年8月17日20時(shí)(850 hPa)Fig.3 vapor flux (unit:g·cm-1·hPa·s-1) and vapor flux divergence Overlay (Unit:10-8g·cm-2·hPa·s-1)(a) 20∶00 BT 29 july 2007(700 hPa); (b) 20∶00 BT 17 August 2015(850 hPa)

對(duì)比金沙縣兩次大暴雨天氣過(guò)程的水汽條件，發(fā)現(xiàn)兩次過(guò)程都有很好的水汽輸送通道建立，但水汽通道的源地不一樣。730過(guò)程的水汽通道主要建立在700 hPa，水汽來(lái)自孟加拉灣和南海。位于貴州西北部的水汽輻合區(qū)主要集中在700 hPa以上，水汽初始抬升高度較高。818過(guò)程，水汽通道在850 hPa建立，水汽來(lái)源主要是南海，貴州大部地區(qū)有很強(qiáng)的水汽輻合，在金沙發(fā)生強(qiáng)降水的時(shí)段內(nèi)，該區(qū)域水汽輻合持續(xù)增強(qiáng)。對(duì)比兩次過(guò)程，水汽強(qiáng)輻合區(qū)集中在高空槽前和低層切變線附近以及700 hPa急流出口區(qū)左側(cè)。兩次過(guò)程金沙縣上空附近的700 hPa比濕為11～13 g/kg，850 hPa比濕為14～16 g/kg，達(dá)到黔西北發(fā)生暴雨的標(biāo)準(zhǔn)。兩次過(guò)程的水汽條件充沛，不同點(diǎn)是兩次過(guò)程的水汽源地和水汽輻合高度不一樣。

圖4 沿27°N剖面風(fēng)矢量和垂直速度等值線圖(單位：Pa·s-1)(a)2007年7月29日20時(shí)；(b)2015年8月18日02時(shí)Fig.4 Contour Cross-section along 27°N of Wind vector and Vertical Speed(unit: Pa·s-1) (a) 20∶00 BT 29 july 2007; (b) 02∶00 BT 18 August 2015

圖4給出兩次過(guò)程沿27°N的風(fēng)矢量和垂直速度等值線剖面圖(金沙位于107°E附近)，從圖a中可見(jiàn)730過(guò)程貴州西北部，從850～200 hPa均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，在800～600 hPa附近為較強(qiáng)的上升區(qū)，中心強(qiáng)度為-3～-4Pa·s-1。對(duì)比818過(guò)程，上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展的高度達(dá)到300 hPa附近，其對(duì)流發(fā)展高度不如730過(guò)程高，在中低層西部700 hPa附近有一個(gè)弱的次級(jí)環(huán)流生成，從風(fēng)矢量圖上看，東部地區(qū)從850 hPa以上有較大的向上風(fēng)矢量，這也表明818過(guò)程的對(duì)流發(fā)展起始高度低。但上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展高度不如730過(guò)程強(qiáng)，這也和兩次天氣過(guò)程的影響系統(tǒng)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.4 探空資料分析

兩次暴雨過(guò)程貴陽(yáng)站探空資料對(duì)比分析(圖略)：730過(guò)程，貴陽(yáng)站探空濕層深厚，有一定的不穩(wěn)定能量，其中si指數(shù)為-2.89，k指數(shù)為42，有利于雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。中層為強(qiáng)偏西南急流，為暴雨區(qū)提供水汽和熱力輸送。從垂直方向風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)低層為暖平流，高層為冷平流，這種高低空平流配置有利于中低層不穩(wěn)定能量的堆積，加劇強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展。818過(guò)程貴陽(yáng)站探空Si指數(shù)達(dá)到-3.23,K指數(shù)達(dá)到44，不穩(wěn)定能量達(dá)到1 000以上，相比730過(guò)程，818過(guò)程發(fā)生時(shí)大氣層結(jié)更加不穩(wěn)定，更有利于對(duì)流性降水天氣的發(fā)生。

3.5 螺旋度的差異

螺旋度(也稱螺旋性)是表征流體邊旋轉(zhuǎn)邊沿旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力特性的物理量，最早用來(lái)研究流體力學(xué)中的湍流問(wèn)題，在等熵流體中具有守恒性質(zhì)。[4]它反映了大氣的動(dòng)力場(chǎng)特征，能很好地描述大氣運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和特點(diǎn)，螺旋度表達(dá)式可寫(xiě)為風(fēng)速矢量和相對(duì)渦度點(diǎn)乘的體積分：

3.6 衛(wèi)星TBB分析

分析兩次天氣過(guò)程云圖TBB演變，730過(guò)程對(duì)流云團(tuán)在29日中午12時(shí)自貴州西部六盤水附近發(fā)展加強(qiáng)，對(duì)流云團(tuán)中心云頂亮溫達(dá)到-60 ℃，下午16—20時(shí)對(duì)流云團(tuán)緩慢東移北抬，金沙縣受對(duì)流云團(tuán)北部影響，開(kāi)始出現(xiàn)降水。30日凌晨對(duì)流云團(tuán)中心經(jīng)織金、黔西緩慢東移，金沙縣上空對(duì)流云團(tuán)云頂亮溫達(dá)到-40 ℃，截止到06時(shí)左右，第1次強(qiáng)降水天氣過(guò)程趨于結(jié)束。在30日12時(shí)，第2波對(duì)流云團(tuán)自貴州西北部發(fā)展加強(qiáng)，對(duì)流云團(tuán)中心亮溫達(dá)到-50 ℃，在14時(shí)左右對(duì)流云團(tuán)中心東移影響金沙縣，對(duì)應(yīng)金沙城區(qū)出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)54.8 mm。之后對(duì)流云團(tuán)東移出金沙縣，本次強(qiáng)降水天氣過(guò)程趨于結(jié)束。818過(guò)程，對(duì)流云團(tuán)自四川南部生成，東移南壓發(fā)展影響金沙縣，在8月17日20時(shí)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)開(kāi)始影響金沙縣，對(duì)流云團(tuán)影響持續(xù)到18日凌晨，對(duì)流云團(tuán)中心最低云頂亮溫接近-70 ℃，強(qiáng)度達(dá)到MCS。在后半夜強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)移出金沙縣。綜述，730過(guò)程，對(duì)流云團(tuán)呈帶狀分布，818過(guò)程對(duì)流云團(tuán)呈橢圓狀，這與兩次天氣過(guò)程的影響系統(tǒng)有關(guān)，818過(guò)程對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展更為旺盛，云團(tuán)中心云頂亮溫較730過(guò)程更低。

圖5 沿27°N剖面螺旋度等值線圖 (單位：10-5hPa·s-2)(a)2007年7月29日20時(shí)；(b)2015年8月18日02時(shí)Fig.5 Contour Cross-section along 27°N of Helicity (Unit: 10-5hPa·s-2) (a) 20∶00 BT 29 july 2007; (b) 02∶00 BT 18 August 2015

圖6 兩次過(guò)程TBB分析(單位：℃) (a)2007年7月29日20時(shí)；(b)2015年8月18日00時(shí)Fig.6 TBB analysis of two process (Unit: ℃) (a) 20∶00 BT 29 july 2007; (b) 00∶00 BT 18 August 2015

4 結(jié)論與討論

本文對(duì)比分析金沙縣兩次大暴雨天氣過(guò)程，對(duì)其降水強(qiáng)度、天氣形勢(shì)、影響系統(tǒng)、動(dòng)力熱力條件進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：

①金沙縣兩次大暴雨天氣過(guò)程的主要影響系統(tǒng)不同，730為急流型暴雨，818為低渦型暴雨。

②兩次過(guò)程的發(fā)生，金沙縣附近的絕對(duì)水汽含量充足，但兩次暴雨過(guò)程的主要水汽源地不同，水汽的主要抬升高度不同。

③探空資料分析得出，兩次過(guò)程金沙附近大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，有不穩(wěn)定能量積聚。

④兩次暴雨過(guò)程的垂直物理特征分布不同，730過(guò)程金沙附近整層抬升運(yùn)動(dòng)分布比較均勻，抬升高度達(dá)到300 hPa附近，而818過(guò)程整層抬升高度低于730過(guò)程，但輻合強(qiáng)度更強(qiáng)。

⑤從垂直螺旋度分析，發(fā)現(xiàn)因主要影響系統(tǒng)不同，兩次過(guò)程的垂直螺旋度分布不同，在衛(wèi)星TBB分析中也體現(xiàn)出，730過(guò)程對(duì)流云團(tuán)呈帶狀分布，而818過(guò)程以橢圓形對(duì)流云團(tuán)為主，這也反映了急流型暴雨和低渦型暴雨的本質(zhì)區(qū)別。

通過(guò)對(duì)金沙縣近10 a出現(xiàn)的這兩次極端暴雨的分析，了解了兩次極端暴雨天氣的發(fā)展機(jī)制和異同點(diǎn)，對(duì)今后從事金沙縣暴雨天氣預(yù)報(bào)有一定的意義，但本文主要利用天氣尺度分析，接下來(lái)仍將從短臨和中小尺度繼續(xù)研究金沙縣的極端暴雨的形成機(jī)制和預(yù)報(bào)方法。

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[3] 胡躍文, 王紅麗. “95.6.24”特大暴雨分析[J]. 貴州氣象, 1995(5):27-31.

[4] 岳彩軍. Q矢量、螺旋度、位渦及位渦反演在臺(tái)風(fēng)暴雨研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 暴雨災(zāi)害, 2014(3):193-201. DOI:doi:10.3969/j.issn.1004-9045.2014.03.001.

[5] 楊越奎, 吳寶俊. “91.7”梅雨鋒暴雨的螺旋度分析[J]. 氣象學(xué)報(bào), 1994(3):379-384.

The comparative analysis of two major rainstorms in Jinsha County

YAO Lang1,WU Shan2,WANG Liyuan1,LUO Miao1,ZHAO Chunxia1

(1.Bijie Meteorological Bureau, Bijie 551700, China; 2.Qixingguan Meteorological Bureau of Bijie City, Bijie 551700, China)

The precipitation statistics data was used to study the two extreme rainstorms of Jinsha County in recent ten years-730 and 818, and conventional observational data and NCEP/NCAR 6 h reanalysis data(horizontal resolution of 1°×1°) were used to make a comparative analysis of two major rainstorms in Jinsha County. It is found that two procedures have different major storm affecting system, the main source of water vapor is different, the focus lifting height of moisture convergence is different, the Vertical distribution of physical quantities is different.

rainstorm; diagnostic analysis; vortex type; jet type; Jinsha County

1003-6598(2016)06-0054-05

2015-12-29

姚浪(1989—)，男，助工，主要從事短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)工作，E-mail:452334633@qq.com。

P458.1+21

B