貴州西南部一次大暴雨環(huán)流場(chǎng)風(fēng)矢量分析

　　摘要 利用高空環(huán)流背景、中層切邊線、地面冷鋒、高中低空風(fēng)量場(chǎng)對(duì)發(fā)生于2012年5月21日夜間到22日凌晨的貴州西南部大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行大尺度環(huán)流背景和中尺度對(duì)流特征分析，結(jié)果表明：此次貴州西南部大暴雨是發(fā)生在大尺度環(huán)流背景下油地面輻合線逐漸鋒生和高低空急流耦與大氣層結(jié)不穩(wěn)定形成的，具有典型中尺度強(qiáng)對(duì)流特征。各要素場(chǎng)從時(shí)間發(fā)展與空間演變上與此次大暴雨形成和發(fā)展有著密切聯(lián)系，能較好地反映此次大暴雨降水強(qiáng)度和降水落區(qū)變化，要素場(chǎng)時(shí)空演變對(duì)暴雨發(fā)生、發(fā)展、衰亡有一定指示意義。

　　本文源自農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2020年6期《農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究》雜志，于2011年經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:36-1317/S，本刊在國(guó)內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中主要欄目有：農(nóng)藥、動(dòng)物疫病、獸藥等。《農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究》雜志客觀、全面、準(zhǔn)確反映中國(guó)常見(jiàn)農(nóng)業(yè)災(zāi)害(尤其是植物病蟲(chóng)草害和動(dòng)物疫病)以及由農(nóng)業(yè)引起的次生災(zāi)害領(lǐng)域的研究水平和技術(shù)進(jìn)步狀況的學(xué)術(shù)刊物。

　　關(guān)鍵詞 大暴雨;環(huán)境場(chǎng);風(fēng)矢量

　　暴雨作為一種重要災(zāi)害性天氣，長(zhǎng)期以來(lái)，一直深受氣象部門(mén)及政府部門(mén)高度重視，并成為國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)，不少研究針對(duì)不同區(qū)域和季節(jié)的暴雨，無(wú)論是在形成機(jī)理上還是監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)上都進(jìn)行了較全面且有意義的探討，得到不少有意義的結(jié)論[1]。研究表明：貴州區(qū)域性暴雨發(fā)生的主要影響系統(tǒng)有高原槽、南支槽、東風(fēng)波、地面冷鋒等。2012年5月21日夜間在貴州西南部發(fā)生暴雨天氣過(guò)程，天氣學(xué)診斷分析暴雨天氣各要素場(chǎng)特征與暴雨發(fā)生的關(guān)系。

　　1 過(guò)程降水實(shí)況

　　2012年5月21日20∶00—22日08∶00貴州省西南部大暴雨天氣。降雨天氣涵蓋全省，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在貴州省西南部暴雨區(qū)(圖1)。全省共計(jì)85個(gè)縣站、1 690個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)降雨天氣，大暴雨主要區(qū)域在貴州西南部六盤(pán)水、安順、黔西南州大部、畢節(jié)東南部、黔南西北部和貴陽(yáng)西部等地區(qū)，北部邊緣和省中部以東降水量級(jí)較小，省東部和東南部個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨。此次強(qiáng)降水天氣過(guò)程降水時(shí)間短(集中在21日22∶00—22日04∶00)，降雨強(qiáng)度大(最大小時(shí)雨量在79.8 mm)，降水范圍廣(覆蓋全省)等特點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，此次暴雨造成西南部大部分公路與農(nóng)田被沖毀，農(nóng)作物受災(zāi)面積大，房屋損壞多并且嚴(yán)重[2]。

　　2 天氣形勢(shì)分析

　　2.1 500 hPa天氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演變

　　21日08∶00高空500 hPa，歐亞中高緯為“兩槽一脊”環(huán)流形勢(shì)，兩長(zhǎng)波槽位于中國(guó)巴湖以南和東亞沿海，高壓脊位于中國(guó)東北一線，低緯度呈平直西風(fēng)帶，低渦中心位于貝湖東南側(cè)，低槽延伸到中國(guó)境內(nèi)，四川東部到貴州西北部有一高空槽，貴州位于槽前西南氣流影響，高空槽后有強(qiáng)西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，高原上為平直西風(fēng)帶氣流[3](圖2a)。21日20∶00高原高空槽加強(qiáng)發(fā)展東移南壓到川東到貴州省西北部，貴州位于槽前西南氣流影響(圖2b)。22日02∶00，高空槽東移南壓，位于貴州東北部，貴州西北部為槽后偏西氣流，西南部強(qiáng)降水減弱[2]。

　　2.2 中、低層天氣系統(tǒng)分析

　　21日20∶00貴州為較強(qiáng)西南氣流，四川東部低渦，低渦切變沿川東南到貴州西北角延伸到滇東北角，未來(lái)向南壓(圖3a)。22日02∶00西南氣流發(fā)展為低空西南急流影響貴州(圖3b)。低渦位于川東，低渦切變南壓到川東南部至貴州中西部，此時(shí)低渦切變影響貴州全境。850 hPa上，21日20∶00貴州為偏南氣流，貴州西北角有低渦，該低渦位于500 hPa高空槽的前端，槽前正渦度平流有利于該低渦的發(fā)展，為此次強(qiáng)降水創(chuàng)造有利動(dòng)力條件。

　　2.3 地面天氣系統(tǒng)分析

　　21日14∶00貴州西南部受位于云南東部熱地壓影響，為未來(lái)強(qiáng)降水提供了強(qiáng)大能量條件[4]。從圖中可以看出北部有兩股冷空氣分別從西北路徑和東北路徑南下影響貴州，在低壓中心北部有地面輻合線，南北兩側(cè)溫度梯度逐漸加大，地面輻合線逐漸鋒生(圖4a)。在17∶00，貴州省西北部威寧、畢節(jié)開(kāi)始出現(xiàn)雷陣雨天氣。21日20∶00貴州除西南邊緣外全省受冷空氣入侵影響，地面熱低壓南退到云南省西南部邊緣，冷鋒位于四川南部到貴州云南交界(圖4b)。此時(shí)貴州全境出現(xiàn)雷雨天氣，貴州中西部個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨。

　　3 高低空風(fēng)場(chǎng)演變

　　首先從高層200 hPa風(fēng)速演變上分析，在21日20∶00，200 hPa上在四川東北角與甘肅東南邊緣明顯存在強(qiáng)急流中心，在滇東也存在一個(gè)弱急流中心，貴州處于強(qiáng)風(fēng)速帶，西部邊緣處于滇東弱急流中心邊緣(圖5a)。6 h之后的22日02∶00，在200 hPa上風(fēng)速圖上，位于四川東北角急流中心南壓到貴州省境內(nèi)，貴州省處于急流中心地帶，滇中弱急流中心仍維持在滇中部(圖5b)。高空急流帶來(lái)充足水汽條件影響著強(qiáng)降水發(fā)生[5]。此時(shí)，貴州省西南部短時(shí)降水強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，急流中心位于貴州中西部，與強(qiáng)降水中心對(duì)應(yīng)比較一致。

　　沿(26°N)作21日20∶00風(fēng)矢量場(chǎng)與全風(fēng)速垂直剖面圖中可以看出：暴雨開(kāi)始前，在暴雨區(qū)附近上空中高層300 hPa和中低層800 hPa都有較強(qiáng)風(fēng)速帶，高層強(qiáng)勁下沉氣流與中低層強(qiáng)烈上升氣流在500 hPa附近交匯，此時(shí)整個(gè)暴雨區(qū)上空500 hPa轉(zhuǎn)為較強(qiáng)的西風(fēng)氣流(圖6a)。暴雨發(fā)生時(shí)(22日02∶00)風(fēng)矢量場(chǎng)與全風(fēng)速垂直剖面圖可以看出：上升氣流明顯加強(qiáng)，中低層極大風(fēng)速帶加強(qiáng)為低空急流，下沉氣流也明顯加強(qiáng)，高空極大風(fēng)速帶加強(qiáng)為高空急流，由于中低層風(fēng)速帶加強(qiáng)為低空急流，使得中低層水汽向上輸送迅速增強(qiáng)，高層極大風(fēng)速加強(qiáng)為高空急流，從而使得高層輻散抽吸作用也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，底層水汽向上輸送和高層抽吸作用都得到明顯加強(qiáng)，水汽得到不斷抬升凝結(jié)并降落地面，地面的降量也將越來(lái)越大，和暴雨過(guò)后暴雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相一致(暴雨最強(qiáng)出現(xiàn)在22日02∶00—03∶00)(圖6b)。

　　沿(107°E)作850 hPa全風(fēng)速時(shí)間—緯度剖面圖，從位于(107°E，26°N)暴雨區(qū)上空850 hPa的風(fēng)場(chǎng)上隨時(shí)間剖面圖看，21日20∶00強(qiáng)降水天氣過(guò)程逐漸開(kāi)始，隨時(shí)間(107°E，26°N)850 hPa風(fēng)速也逐漸開(kāi)始加強(qiáng)。在22日02∶00達(dá)到峰值，此時(shí)地面強(qiáng)降水也逐漸增大，底層風(fēng)速增強(qiáng)顯示地面降水加強(qiáng)。因?yàn)榈蛯语L(fēng)速的加大伴隨底層水汽輸送增加，所以當(dāng)?shù)讓语L(fēng)速增強(qiáng)對(duì)降水產(chǎn)生和加強(qiáng)有很好的指示作用。再?gòu)某掷m(xù)時(shí)間上看，21日20∶00到22日02∶00再到08∶00是底層風(fēng)速逐漸加強(qiáng)再減弱的階段，此時(shí)也是降水增強(qiáng)和逐漸減弱時(shí)段。較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生如此大面積強(qiáng)降水是因?yàn)榈讓语L(fēng)速帶的快速加強(qiáng)為強(qiáng)降水提供源源不斷的水汽條件[6-8]。低層風(fēng)速迅速增大在這次暴雨過(guò)程中起至關(guān)重要的作用，它源源不斷為暴雨區(qū)輸送大量能量和水汽條件(圖7)。

　　4 結(jié)論

　　利用高空環(huán)流背景、中層切邊線、地面冷鋒對(duì)此次大暴雨進(jìn)行大尺度環(huán)流背景和中尺度對(duì)流特征分析：得到以下結(jié)論：

　　(1)此次貴州西南部大暴雨天氣過(guò)程是發(fā)生在大尺度環(huán)流背景下，高空槽后偏北干冷氣流南下，在暴雨發(fā)生地上空與高空槽前西南暖濕氣流交匯。中、低層低渦，外加地面輻合線生成。這種高低空和地面配合暖濕氣流產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)。

　　(2)西南急流源源不斷帶來(lái)孟加拉灣水汽和東南氣流帶來(lái)南海水汽在暴雨區(qū)匯聚，西南急流提供充足水汽條件。高層輻散、低層輻合抽吸為暴雨發(fā)生提供強(qiáng)動(dòng)力條件。

　　(3)此次大暴雨是在對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)下發(fā)生的，整層強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)使得中低層水汽更好向上輸送，為此次暴雨發(fā)生提供了很好的水汽條件和動(dòng)力條件。