副高一次局地大暴雨天气过程

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摘 要：利用常规气象观测资料、客观物理量分析资料及乡镇自动站雨量资料、FY-2E卫星实时云图和T639模式数值预报产品等非常规气象资料,对2013年6月20～22日发生在泸定县南部4个乡镇的持续性大暴雨过程进行了诊断分析.结果表明：副高584线在长江中上游地区东西摆动是此次局地大暴雨过程的天气尺度和大尺度环流背景；副高持续的较强南风气流对这次持续性大暴雨天气的水汽和不稳定能量输送起到了决定性作用,为中小尺度系统形成创造了有利的环境条件；6月20日、21日的强降雨所需的强上升运动主要由冷空气触发对流有效位能的释放提供,22日的上升运动主要由副高西部大尺度的强迫抬升等引起；卫星云图资料能较好地监测中小尺度系统的生成和发展,同时中小尺度系统的发展及移向与雨团的移动和自动雨量站的雨量有很好的对应关系.

关 键 词：副热带高压；局地大暴雨；气象

中图分类号：P458文献标识码：A

引言

暴雨预报一直是我国天气预报业务工作的重点,也是难点之一.随着气象业务现代化和大气探测手段的不断改进,气象研究人员及业务工作者对暴雨的发生机理在以往相关成果的基础上进行了大量新的探索性研究,使得对暴雨的预报能力有了较大提高.尤其是对区域性暴雨,就其过程而言,基本上能做到提前24h或48h作出较为准确的预报.然而,对于发生在地形复杂山区的小范围局地大暴雨,目前还难以对其作出准确的预报.泸定县位于四川省西部二郎山西麓、甘孜藏族自治州东南部,界于邛崃山脉与大雪山脉之间,处于青藏高原与四川盆地的过渡地带,气候既具有高原气候特点,同时也具有部分四川盆地气候特点,这里地质环境条件复杂,山高坡陡,是我国有名的地质灾害高易发区.暴雨天气受四川盆地暴雨天气系统在合适的引导气流下翻越二郎山影响泸定,同时也受高原东移天气系统影响.目前,对于高原暴雨天气研究仅限于对一些区域性暴雨天气进行分析研究,而对于发生在川西高原东部、地形复杂山区的小范围局地大暴雨天气过程研究尚处于空白,但往往这种局地的强降水天气因其时间短、强度大,极易造成山洪、泥石流灾害,给当地工农业生产和人民群众生命财产带来惨重损失.因此,选择一些典型局地大暴雨天气过程进行天气动力学综合分析对提高预报预警能力尤为必要.

近年来,随着乡镇自动气象站和乡村单雨量站的建成及正式投入业务使用,使对较小尺度暴雨的监测预警能力有了明显提高,因此,本文使用常规气象观测资料、客观物理量分析资料及乡镇自动站雨量资料、FY-2E卫星实时云图和对本地预报能力较好的部份T639模式数值预报产品等非常规气象资料,着重对2013年6月20～22日发生在泸定县南部4个乡镇的大暴雨的系统特征进行了诊断分析,以便为今后类似局地暴雨的预报预警提供参考依据.

1降雨实况分析

2013年6月20日03：00～22日07：00,泸定县出现1次中到大雨、南部部分乡镇暴雨、大暴雨天气过程,过程降雨量28.2～155.4mm（见图1）,强降水区主要分布在该县南部得妥乡、磨西镇、新兴乡、德威乡4个乡镇,当地乡镇自动雨量站和单雨量站资料显示,此次强降水天气过程主要有3个集中降雨时段：第1个时段为6月20日03：00～05：00,泸定南部得妥乡、磨西镇、新兴乡、德威乡4个乡镇出现第1次大暴雨天气；第2个时段是6月20日晚上,暴雨区位于磨西镇、得妥乡、田坝乡,大暴雨出现在新兴乡；第3个时段在6月22日01：00～07：00,得妥乡再次出现大暴雨天气.

图12013年6月20日03：00～22日07：00泸定县降雨量

此次过程得妥乡连续3d出现暴雨、大暴雨天气,最大日降雨量71.2mm（四川甘孜州暴雨标准：R24≥25.0mm；大暴雨标准：R24≥50.0mm）,最大过程降雨量155.4mm,20日03：00～05：00最大1h、2h降雨量分别为32.3、58.4mm.过程降雨量和2h降雨量均创泸定县有气象记录以来极值,最大日降雨量接近历史极值（最大日降雨量极值为1989年7月18日72.3mm）.受强降雨影响,泸定县南部乡镇20日、22日多处出现泥石流灾害,耕地、经济林木、水渠、公路受损严重,得妥乡湾东河骆家河坝电站22日凌晨被冲毁,直接经济2128.43余万元.

2大尺度环流背景及影响系统

暴雨的研究和分析预报实践表明,暴雨天气过程总是出现在一定的大尺度环流形势下.这次大暴雨天气过程,也有其特定的天气形势及其演变过程.

17～22日,对流层500hPa亚欧中高纬地区维持两槽一脊形势,青藏高原中东部多短波槽活动,西北区亦有短波槽东移,副热带高压呈东西向带状分布,强度较常年同期偏强,脊线位置偏北,位于N28°,588线西脊点21日之前位于E128°的东海海面上,位置稳定少动.21日08：00明显西伸北抬,西脊点位于E110°附近.副高584线在长江中上游地区东西摆动,17日西伸至西藏,四川以偏南气流为主,17～18日08：00东退减弱,西北区低槽东移至永昌-曲麻莱一线,槽前伴有负变温；19日08：00的584线又加强西进至重庆、贵州一带,20日西进至川东―川南―云贵高原一带,21日08：00继续西伸至西藏东部,四川盆地西部至川西高原东部始终处于副高偏南气流控制中.与此同时,西北区弱冷空气在高空低槽的引导下缓慢东移南压.19日08：00的500hPa西北区低槽移至张掖-兴海一线,槽前有-6℃的变温配合,昭觉-会东有一切变生成；地面弱冷空气移至河套地区,北方冷空气在张掖-兴海低槽东移的过程中引导南下,昭觉-会东切变在副高偏南气流的引导下北上,在四川盆地西部和川西高原东部地区造成暴雨至大暴雨天气.20日08：00张掖低槽移至兰州―甘德一线,昭觉切变北上过程中演变为红原―温江―西昌低槽,西北区负变温区已移至四川盆地的西北部、东北部,地面冷空气进入盆地,在兰州―甘德低槽东移和盆地冷空气回流的作用下泸定南部形成第2次暴雨天气.21日08：00的500hPa副高西伸北抬,四川受副高西侧的偏南气流控制,攀西地区中低层均有一切变线,四川大部为负变温区,攀西地区切变线在副高偏南气流的引导下再次北上造成泸定得妥乡出现大暴雨天气.图22013年6月19～21日08：00中低层形势场演变图

3持续性暴雨的低层湿度场及风场特征

对流层低层的丰沛水汽是大暴雨产生的必要条件之一.在这场持续性大暴雨过程中,其前期和暴雨发生时段中低层水汽条件相当充分.在暴雨开始前的18日08：00,700hPa上整个四川盆地为θse>80℃的长椭圆形高值区,北界已抵达甘肃南部,并且在青藏高原东北部有一个θse<58℃向南开口的舌状低值区,在湖北一带有一<68℃的次低值区,随后四川盆地θse值进一步增大,19日08：00（见图3a）高θse向四川盆地西部集中,强度已增强至>84℃,北界稳定,轴线为准S-N向.与此同时,位于青藏高原东北部的θse低值区向南移动已抵达川西高原东部,强度<62℃,轴线同为准S-N向,同上述长椭圆形θse高值区在四川盆地西部形成较强的θse梯度区（能量锋区）,表明位于南海与孟湾的高温高湿暖空气源源不断的向四川盆地聚集,并与干冷空气在川西高原东部至四川盆地西部地区交汇,为这次大暴雨过程提供了充沛的水汽和不稳定能量.同时,在θse强梯度区附近,正是中尺度对流系统形成和发展的有利地区；20日08：00>80℃θse高值区控制川西高原东部以东的西南地区（见图3b）,近似于准圆形,但川西高原向南开口的舌状低值区减弱；21日08：00四川地区能量场减弱,但在西藏东南部地区有>80℃的高中心区（见图3c）.

（a）19日08：00的700hPaθse场

（b）19日08：00的700hPaθse场

（c）19日08：00的700hPaθse场

图32013年6月19～21日08：00的700hPaθse场

为了进一步揭示影响泸定县的低层水汽场和风场特征,图4绘制了6月18～21日成都、西昌、巴塘700hPa的风速、位势高度、露点温度、水汽通量散度时间剖面图.

图42013年6月19～21日巴塘、成都、西昌700hPa的温度（℃）、风速（ms-1）、位势高度、温度露点差（T-Td,℃）、水汽通量散度（10-5gcm-2hPa-1s-1）（图中测站左、右下侧值分别为温度露点差、水汽通量散度）

图中清楚地展示了以下事实：低层大气非常潮湿,19日08：00～21日08：00成都站T-Td大部时间在2℃以下,接近于饱和；偏南风风速较强且较稳定,西昌站各时次南风风速在10m/s左右,成都为东南风,风速在4～12m/s,自孟加拉湾和南海至四川盆地的水汽输送通道畅通,表明川西高原东部至四川盆地西部始终处于东南风和南风两支风向的辐合区中,并有来自孟加拉湾和南海的水汽源源不断地向四川盆地、川西高原东部地区输送,700hPa成都东南风是20日晨位于四川盆地西部的雨云团尾部能够翻越海拔超过3200m的二郎山影响泸定的重要原因；从各时次700水汽通量散度分布图可以看出：从19日20：00开始至21日20：00川西高原东部至四川盆地始终处于低层水汽辐合区中,19日20：00在四川盆地中部有一个<-40×10-5g?cm-2?hPa-1?s-1的中心区域,以后水汽通量散度辐合中心区逐步东南移,强度有所减弱,但都保持在-20×10-5g?cm-2?hPa-1?s-1以上,泸定从19日20：00开始水汽通量散度均在-14×10-5g?cm-2?hPa-1?s-1以上,表明泸定低层水汽辐合明显,为泸定出现持续性暴雨提供了充沛的水汽.

4层结条件分析

此次持续性暴雨过程主要受3个来自不同方向的系统影响,20日晨出现的暴雨为四川盆地西部的中尺度暴雨云团尾部越过海拔超过3200m的二郎山影响,20日晚上影响系统为高原短波槽东移,22日晨为攀西地区切变线北上影响.由于泸定站无探空资料,该站日常气象业务工作中常以成都、西昌、巴塘站资料来代替进行综合分析.因此,可以用19～21日成都、西昌、巴塘探空资料来分析过程能量和层结条件.图5和表1分别为19日20：00成都tlogp图和成都19日08：00～21日08：00表征对流条件的物理量（西昌、巴塘图略）,可以看出成都不稳定能量较高,19日20：00成都850hPa的θse为89℃,500hPa与850hPa的θse差值达到-19℃,西昌、巴塘400hPa与700hPa的θse差值分别为-11℃、-36℃,均<0,反映大气高能且为对流不稳定,成都SI（沙氏指数）、LI（抬升指数）均<-1,19日20：00巴塘站SI（沙氏指数）为-3.96,有利于当晚四川盆地西部至川西高原东部强对流发展.20日20：00巴塘站400hPa与700hPa的θse差值为-7℃,当晚短波槽东移,造成泸定县暴雨.21日08：00,三站层结转为弱的稳定状态,对流有效位能（CAPE）也非常小,但巴塘、成都LI（抬升指数）均<0,成都SI（沙氏指数）<0,这就表明6月20日、21日的强降雨所需的强上升运动主要由冷空气触发对流有效位能的释放提供,22日的强降雨所需的上升运动主要由副高西部大尺度的强迫抬升等引起.

图519日20：00成都tlogp图

表1成都19日08：00～21日08：00物理量

5暴雨过程的云图特征

近年来的研究和试验表明,暴雨的直接产生者是中、小尺度系统,这一事实正逐渐被预报员在实践中所验证.毫无疑问,暴雨尤其是较大范围的暴雨或特大暴雨的出现,必须具备有利的天气尺度乃至行星尺度形势.然而,暴雨的强度和出现时间、地点等至关重要的问题,却决定于嵌入在天气尺度系统中的中小尺度系统的发生发展和移动.在日常业务中对暴雨的分析和预报,高时空分辨率的卫星云图对中小尺度系统的监测和短时预报是一种十分有效的工具.

泸定县这场持续性大暴雨天气主要出现在20日03：00～22日07：00的52h中.短时间间隔的云图分析表明,20日03：00～05：00的大暴雨过程由产生自四川盆地西部的中尺度对流复合体（MCC）直接造成.20日晚的暴雨和22日凌晨的大暴雨则是由小尺度系统造成.引起20日03：00～05：00的大暴雨云团最先从19日22：00（见图6a）开始有对流云团在自贡荣县附近开始生成,雅安汉源附近和甘孜州南部至凉山州北部也有对流云团活动,青海东南部有冷锋云系东南移,同时广元附近也有对流云团发展并向南移动,之后荣县附近云团迅速发展面积扩大并向西北方向移动,对流发展十分旺盛,汉源云团与甘孜州南部云团逐渐合并向东移动；至20日0：00,荣县云团已发展成中-β尺度对流系统,面积已控制整个川东南地区并继续向西、向北扩展；20日1：00（见图6b）,汉源云团与上述荣县中-β尺度对流系统合并,云团一举越过二郎山覆盖泸定南部,青海冷锋云系逐步靠近广元附近云团,促使该云团发展；20日2：00（见图6c）,广元云团与主云团合并

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图62013年6月19日22：00～20日05：00FY2E卫星实时云图（图中黑圈代表泸定位置）

20日晚上的暴雨过程则是由高原短波槽云系在东移过程中与位于川西南地区由副高偏南气流引导北上的云团在高原地区相遇合并发展,维持时间较短,降雨强度总体较弱（图略）.

随着副高的西伸北抬,从21日22：00开始,有一条灰白色云带从南海到达四川攀西地区,在南风气流的引导下继续向北移动,这种从南海移来的系统云系携带有丰沛的水汽,01：00开始影响泸定县南部地区,因前期能量消耗较大,在北上移至泸定县得妥乡附近后强度逐渐减弱（图略）,1：00～7：00在得妥乡附近出现6h降雨量达50.7mm的大暴雨,4：00～6：00小时降雨量分别达到16.1mm、14.1mm、7.1mm,致使得妥乡湾东村发生泥石流灾害,湾东河骆家河坝电站被完全冲毁,所幸预警较早,人员撤离及时,没有人员伤亡.

6结语

本研究从天气背景、中尺度系统形成的环境条件、触发条件等,对2013年6月20～22日发生在泸定县南部地区的一次持续性大暴雨天气过程进行了分析,得出以下结论：

6.1这次泸定县南部地区出现的持续性大暴雨过程是在比较有利的天气背景下发生的,500hPa高原短波槽、攀西地区的切变线、青海东南部地区缓慢东南移的地面冷空气、副热带高压西南暖湿气流的持续维持是主要的天气影响系统.暴雨发生前,四川盆地西部至川西高原东部就已经形成的能量锋区,低层高能高湿、△θse<0、LI指数、SI指数<0,CAPE较高,有利于四川盆地中尺度对流复合体（MCC）的形成,成都700hPa东南风对四川盆地暴雨云团尾部能够越过二郎山影响泸定县南部地区有直接作用.

6.2西昌700hPa持续3d的较强南风气流和成都的东南风对这次持续性大暴雨天气的水汽和不稳定能量输送起到了决定性作用.

6.36月20日、21日的强降雨所需的强上升运动主要由冷空气触发对流有效位能的释放提供,22日的强降雨所需上升运动主要由副高西部大尺度的强迫抬升等引起.

6.4卫星云图资料能较好地监测中小尺度系统的生成和发展,同时中小尺度系统的发展及移向与雨团的移动和自动雨量站的雨量有很好的对应关系.