張艷梅 , 顧 欣 , 陳 楊 , 趙 杰 , 莫乙冬

（1. 貴州省氣象臺, 貴陽 550002；2. 貴州省黔南州氣象局, 都勻 558000；3. 貴州省山地氣候與資源重點實驗室, 貴陽 550002）

引言

貴州省地處云貴高原東部，地勢西高東低，西部海拔介于1200～2400 m，中部海拔介于800～1200 m，東部海拔在800 m以下。貴州南部向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬典型的低緯度高海拔山區(qū)，地勢北高南低，主要以褶皺斷裂地形，是暴雨頻發(fā)地區(qū)，梅雨鋒暴雨是造成貴州夏季暴雨的主要天氣類型之一[1]。多項研究[2?7]表明梅雨與高緯度阻塞形勢和西太平洋副熱帶高壓有關(guān)，不同尺度天氣系統(tǒng)共同作用下形成梅雨期暴雨，梅雨鋒結(jié)構(gòu)具有多樣性，不同時期和地區(qū)的梅雨鋒結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有可能存在差異，梅雨鋒東段和西段的降水在水汽源、物理量場、持續(xù)性時間、垂直環(huán)流特征及結(jié)構(gòu)等方面有所不同。我國夏季梅雨鋒暴雨存在三種類型，即梅雨鋒上β中尺度對流性暴雨、梅雨鋒東部（115°E 以東）初生氣旋暴雨和梅雨鋒西段深厚高空低壓槽前持續(xù)性暴雨，梅雨鋒西段主要出現(xiàn)在湖北、湖南、四川等地。杜小玲等[8?9]分析指出梅雨鋒西段暴雨是靜止鋒暴雨特殊形式，梅雨鋒西段是低渦或切變影響觸發(fā)暴雨。聶云等[10]、李勇等[11]、楊霞等[12]指出梅雨鋒西段暴雨低層850 hPa中尺度環(huán)流系統(tǒng)與水汽輻合帶相配合，水汽通量輻合帶、輻合中心與雨帶、暴雨中心相對比較吻合。張晶晶等[13]研究發(fā)現(xiàn)梅雨鋒云溪的分布與各層的垂直速度場、渦度場、散度場有很好的對應(yīng)關(guān)系。張研等[14]研究發(fā)現(xiàn)針對梅雨鋒暴雨，可以將梅雨濕度鋒與相當(dāng)濕位渦相結(jié)合作為強降水短時臨近預(yù)報的一個指標(biāo)。楊越奎等[15]發(fā)現(xiàn)螺旋度的演變對暴雨有一定的指示意義，螺旋度的波峰出現(xiàn)以后，24 h降水量也大都出現(xiàn)波峰。徐進明等[16]研究指出相對風(fēng)暴的水平螺旋度（SRH）值正負分布變化可以清晰地反映強對流天氣系統(tǒng)的移動 路徑和強度。綜上所述，在貴州暴雨研究方面已取得了一定進展，但貴州多元化地質(zhì)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜地形環(huán)境使得暴雨天氣發(fā)生規(guī)律和形成機制十分復(fù)雜，諸多關(guān)鍵性問題仍未解決，相關(guān)研究亟待加強。本文利用國家氣象站和區(qū)域自動站觀測數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料、FY-2G衛(wèi)星云圖及多普勒雷達資料，對2020年6月23～24日在貴州南部地區(qū)發(fā)生的梅雨鋒西段持續(xù)特大暴雨過程進行診斷分析，探討此類暴雨的成因，以期為提高暴雨預(yù)報水平和防災(zāi)減災(zāi)能力提供科技支撐。

1 資料說明

本文所用資料包括：貴州國家氣象站和區(qū)域自動站降水觀測資料、FY-2G衛(wèi)星云圖資料、多普勒天氣雷達資料及 NCEP逐6 h再分析資料（分辨率為1°×1°）。暴雨降水量指前一日20時～當(dāng)日20時24 h降水量（北京時，下同）。

2 降水實況及特點

2020年6月23～24日貴州南部出現(xiàn)了一次持續(xù)性暴雨天氣過程。22日20時～23日20時貴州省24 h累計降水量空間分布（圖1a）顯示，暴雨主要集中在黔南和黔東南，強降雨中心位于黔南中部，4站出現(xiàn)特大暴雨，28站出現(xiàn)大暴雨，40站出現(xiàn)暴雨，最大降水量在黔南州惠水縣崗度鎮(zhèn)（288.2 mm）。從代表站逐時降水分布（圖1b）來看，降水時段主要集中在夜間（22日23時～23日05時），最大雨強出現(xiàn)在黔南州都勻市（67 mm/h）。如圖1c所示，23日20時～24日20時暴雨主要集中在六盤水市、安順市南部、黔南州及黔東南州西部，強降雨中心仍然位于黔南州中部，有7站出現(xiàn)特大暴雨，24站出現(xiàn)大暴雨，46站出現(xiàn)暴雨，最大降水量在黔南州惠水縣好花紅鎮(zhèn)（285.9 mm）。代表站逐時降水分布(圖1d)顯示，強降水時段也主要集中在夜間（23日21時～24日06時），最大雨強出現(xiàn)在黔南州云霧鎮(zhèn)（112 mm/h）。此次降水過程持續(xù)性長，影響范圍大，降雨強度強，強降雨落區(qū)重疊，短時強降水持續(xù)時間長達5～6 h，具有明顯的中尺度特征。

圖1 2020年6月22日20時～23日20時（上）和23日20時～24日20時（下）貴州省24 h累計降水量分布（a、c，單位：mm）及代表站小時雨強演變（b、d，單位：mm/h）

3 天氣形勢分析

3.1 高空形勢

從6月22日08時～24日08時200 hPa環(huán)流形勢（圖略）可以看出，貴州上空一直受南亞高壓控制，南部地區(qū)位于呈準(zhǔn)東西向的南亞高壓脊線上（26°N附近），西風(fēng)急流位于35°～45°N，東北部有中心強度為18×10?5s?1的強輻散區(qū)，并不斷向南擴散。上述特征表明，貴州省東北部上空維持強輻散區(qū)，有利于持續(xù)特大暴雨過程的高空強“抽吸”作用。

22日08時～23日08時（圖2），500 hPa歐亞中高緯維持兩槽一脊型，烏拉爾山大槽維持少動，且不斷分裂小槽東傳，副高增強西伸北抬，其北界穩(wěn)定在華南北部。22日08時（圖2a），700 hPa低渦切變線位于西昌至重慶東北部一線，廣西北部到湖南大部為強西南急流控制；23日08時（圖2b），低渦切變維持西昌-宜賓至湖北北部，湖南中部已發(fā)展為一個急流核區(qū)（最大風(fēng)速為24 m/s）。22日08時（圖2a），850 hPa切變位于貴州北部至湖南北部，廣西北部到湖南東北部為西南低空急流（風(fēng)速為16～20 m/s），南部受急流北側(cè)的西南暖濕氣流控制；20時（圖略）切變西段南壓至貴州中部地區(qū)，廣西北部到湖南東北部的急流減弱（風(fēng)速為8～12 m/s）；23日08時（圖2b）貴州中部切變線略有北抬，廣西北部至湖南東北部的西南低空急流增強（風(fēng)速為12～16 m/s），貴州南部仍受急流北側(cè)的西南暖濕氣流控制；20時（圖略）切變西段南壓至黔南中部附近，西南急流減弱（風(fēng)速為8～12 m/s）；24日（圖略）切變南移到廣西北部，西南急流減弱，強降雨結(jié)束。

圖2 2020年6月22日08時（a）和23日08時（b）環(huán)流形勢

以上可以看出：高空強“抽吸”效應(yīng)持續(xù)作用，高層不斷分裂波動槽東傳，副高北界穩(wěn)定少動，低層切變線西段白天北抬，夜間南壓；特大暴雨區(qū)位于切變線與急流之間，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定；其中，低空急流“夜晚增強而白天減弱”的脈動是夜間特大暴雨的觸發(fā)機制。

3.2 地面形勢

從22日08時地面形勢場（圖3a）可以看出，貴州大部受熱低壓外圍控制，熱低壓中心位于云南德欽附近，中心值為995.0 hPa，地面準(zhǔn)靜止鋒（梅雨鋒）位于浙江南部、湖南中部到貴州中部一線，貴州南部受梅雨鋒西段影響；23日08時（圖3b），云南德欽附近熱低壓繼續(xù)維持，河套西部有冷高壓中心（1010.0 hPa），有弱冷空氣擴散南下，梅雨鋒略南壓。22～23日，由于受熱低壓發(fā)展影響，白天氣溫升溫較快，大部分地區(qū)最高氣溫超過30 ℃，積累了大量的不穩(wěn)定能量，夜間受500 hPa高原槽東傳引導(dǎo)弱冷空氣擴散南下，梅雨鋒西段得到強烈發(fā)展，造成了6月23～24日貴州南部地區(qū)持續(xù)性特大暴雨過程。

圖3 2020年6月22日08時（a）和23日08時 （b）地面形勢場和梅雨鋒位置

4 診斷分析

4.1 水汽輸送特征

周玉淑等[17]指出非輻散水汽流函數(shù)，即非輻散水汽通量，可反映水汽通量沿等壓線輸送的部分。分析此次特大暴雨過程的整層水汽流函數(shù)及無輻散分量分布（圖4）可知，水汽主要來源于孟加拉灣和南海，有兩支氣流在貴州到長江流域一帶匯集，一支為孟加拉灣東北部西南氣流水汽輸送，另一支為副高西側(cè)強偏南氣流輸送。22日08時（圖4a）和23日08時（圖4c），貴州大部水汽通量流函數(shù)值在0～100×106kg/s；22日20時（圖4b）和23日20時（圖4d），貴州水汽通量流函數(shù)值增大，超過100～200×106kg/s，表明夜間貴州地區(qū)匯集氣流有所增強，這也是持續(xù)降水出現(xiàn)在夜間的主要原因。

圖4 2020年6月整層水汽流函數(shù)（等值線，單位：l06 kg/s）和非輻散分量（箭頭）分布（a. 22日08時，b. 22日20時，c. 23日08時，d. 23日20時）

水汽通量勢函數(shù)及輻散分量對水汽輸送具有重要指示作用。從水汽通量勢函數(shù)及輻散分量分布（圖5）來看，孟加拉灣處于輻散狀態(tài)，華南地區(qū)到東亞沿岸海域附近處于水汽匯集區(qū)域，貴州南部地區(qū)處于水汽通量勢函數(shù)的低值區(qū)域，表明該地區(qū)有明顯的水汽輻合。22日08時（圖5a）和23日08時（圖5c）顯示，貴州大部的水汽通量勢函數(shù)矢量箭頭方向一致；22日20時（圖5b）和23日20時（圖5d）顯示，水汽通量勢函數(shù)的矢量箭頭出現(xiàn)輻合中心，表明夜間暴雨區(qū)有水汽通量勢函數(shù)和輻散分量的輻合中心。

圖5 同圖4，但為整層水汽勢函數(shù)（等值線，單位：l06 kg/s）及輻散分量（箭頭）

4.2 不穩(wěn)定條件

張景等[18]和陶麗等[19]指出假相當(dāng)位溫（θse）是綜合表征大氣溫度、壓力、濕度的物理量，能反映大氣能量分布。從850 hPaθse水平分布（圖略）可以看出，貴州南部處于θse等值線的密集帶，表明高溫高濕不穩(wěn)定能量在這里聚集。夜間θse值明顯增強，表明能量鋒區(qū)存在明顯的日變化，夜間θse梯度增大，降水也開始增強，冷暖氣流在貴州南部進行交匯輻合出現(xiàn)強降水。

4.3 低空西南風(fēng)速脈動影響

從以上的水汽輸送和850 hPa假相當(dāng)位溫分析來看，暴雨區(qū)域夜間變化明顯。因此，進一步分析850 hPa風(fēng)場和水汽通量散度（圖6）。22日20時（圖6a）和23日20時（圖6c），貴州省中南部長時間維持一條準(zhǔn)東西向的切變線，22日和23日白天切變線南側(cè)偏南氣流風(fēng)速較小，水汽通量散度負值中心位于貴州西南部；23日02時（圖6b）和24日02時（圖6d），切變線南側(cè)西南氣流加強，華南沿海低空急流建立，切變線長時間維持和加強，形成低層強烈輻合，有利于維持對流不穩(wěn)定和低層垂直風(fēng)切變，為此次持續(xù)暴雨天氣發(fā)生發(fā)展提供了不穩(wěn)定條件；與此同時，貴州西南部水汽通量散度負值中心向東移至黔南地區(qū)南部或中部，為暴雨天氣提供了有利的動力和水汽條件。

圖6 2020年6月850 hPa風(fēng)場（風(fēng)向桿，單位：m/s）和水汽通量散度（實線，單位：g·s?1·cm?1·hPa?1）分布（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時）

4.4 渦度垂直剖面特征

從貴州南部強降雨上空的渦度垂直分布（圖7）來看，22日20時在105°～107°E近地面上空（500～900 hPa）為正渦度區(qū)（圖7a），中心強度為4×10?5s?1，對應(yīng)500 hPa以上為負渦度帶；23日02時（圖7b），貴州南部黔南州上空700hPa的負渦度帶（中心值為?2×10?5s?1）下移，近地層正渦度中心有所加強（中心值為6×10?5s?1），正渦度中心對應(yīng)惠水縣崗度鎮(zhèn)站開始出現(xiàn)40 mm/h以上強降水。23日20時，在102°～108°E，850～900 hPa為正渦度帶（圖7c），強度為4×10?5s?1，750 hPa以上為負渦度帶；24日02時，106°～107°E上空750 hPa負渦度帶加強上升（圖7d），正渦度中心上移至800 hPa附近，強度加強為6×10?5s?1，惠水縣戎甲站（106.6°E）和貴定縣云霧站（107.1°E）已分別出現(xiàn)強度為112 mm/h和102 mm/h降水。

圖7 2020年6月貴州南部沿26°N的渦度垂直剖面（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時，陰影表示地形，單位：10?5s?1）

上述分析表明最強降雨出現(xiàn)在邊界層動力輻合加強且趨于最強時段。此次持續(xù)性強降雨過程中，低層輻合有利于氣旋性渦度不斷加大，高層輻散抽吸作用使得輻合上升運動加強，同時氣流上升凝結(jié)潛熱不斷釋放，促使低層低渦系統(tǒng)發(fā)展，形成更強上升運動，進而維持強降雨所需的動力抬升條件。

4.5 垂直螺旋度剖面特征

汪小康等[20]指出螺旋度是表征對流系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)性和上升運動的重要物理量，能反映大氣在垂直方向旋轉(zhuǎn)特點和上升運動強弱。分析貴州中部垂直螺旋度垂直剖面（圖8）可知，22日20 時（圖8a）在400 hPa、106°E附近（惠水縣境內(nèi)）有一個垂直螺旋度正值中心，中心值為1×10?6hPa·s?2，貴州黔南地區(qū)開始出現(xiàn)20 mm/h降雨；23日02時（圖8b）垂直螺旋度正值中心值有所增大，中心強度增大至5×10?6hPa·s?2，且向下移至500 hPa附近，超過20 mm/h雨強的范圍擴大，惠水崗度鎮(zhèn)站維持40 mm/h以上強降雨；23日20時（圖8c），600 hPa、106°E附近有一個垂直螺旋度正值中心，中心強度為1.5×10?6hPa·s?2，對應(yīng)850 hPa切變線南側(cè)與低空急流北側(cè)觸發(fā)對流系統(tǒng)發(fā)展，出現(xiàn)短時強降水站點增多；24日02時（圖8d），隨著切變線南移和急流增強，強中心東移至108°E附近，中心值為1.5×10?6hPa·s?2，貴定縣云霧站出現(xiàn)112 mm/h強降水。上述特征表明夜間在暴雨區(qū)垂直螺旋度正值中心值顯著增大，使中低層氣旋式上升運動強盛，有利于中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，為強降水提供有利的動力條件。

圖8 2020年6月貴州中部沿26°N垂直螺旋度垂直剖面（a. 22日20時，b. 23日02時，c. 23日20時，d. 24日02時，陰影表示地形，單位：10?6 hPa·s?2）

5 中尺度特征分析

5.1 對流云團合并發(fā)展

圖9給出了2020年6月22～24日貴州FY-2G云頂亮溫TBB演變。如圖所示，22日16時（圖9a）貴州中南部至湖南西部有4個較小β中尺度對流云團A、B、C、D生成發(fā)展；22日20時（圖9b）云團B和云團D面積增強，TBB值分別為191 K和187 K；22日22時（圖9c）云團A向云團B合并，云團D向云團C合并, 云團B云頂TBB值減小到180 K，南部出現(xiàn)幾個雨強超過20 mm/h的站點；23日00時（圖9d）云團C向云團B合并加強為α中尺度對流云團E，TBB值為193 K，崗度鎮(zhèn)開始出現(xiàn)34.2 mm/h強降水；23日02時（圖9e）云團E面積逐漸減小，TBB值為191 K，超過20 mm/h雨強范圍擴大，崗度鎮(zhèn)站雨強一直維持40 mm/h以上；23日03～05時（圖略）云團E面積逐步減小，雨強減弱。

圖9 2020年6月22～24日貴州不同時次云圖TBB演變（a. 22日16時，b. 22日20時，c. 22日22時，d. 23日00時，e. 23日02時，f. 23日23時，g. 24日01時，h. 24日03時，i. 24日05時，A～H表示不同對流云團，單位：K）

23日23時（圖9f）貴州南部有4個較小β中尺度對流云團F、G、H、J生成發(fā)展，云頂TBB值分別為196 K、189 K、197 K、196 K，隨后云團G和云團H發(fā)展，好花紅站雨強為42.7 mm/h，惠水蘆山站雨強達101 mm/h；24日01時（圖9g）云團F、J、G減弱消散，云團H仍繼續(xù)發(fā)展，上沖云頂呈橢圓型，TBB值為190 K，多站點雨強超過20 mm/h，云霧站高達112 mm/h；03時（圖9h）云團H發(fā)展為橢圓狀α中尺度對流云團，雨強超過20 mm/h范圍進一步擴大；05時（圖9i）云團H面積減小，強度減弱。上述特征表明，梅雨鋒西段在午后至傍晚上開始新生成若干γ、β中尺度云團的對流性系統(tǒng)，γ、β中尺度云團增強、發(fā)展、移動、合并、停滯與降雨增強過程基本一致。

5.2 “列車效應(yīng)”分析

分析貴陽多普勒雷達站基本反射率和1.5°仰角資料（圖略）可知，22日19:10，降雨回波位于貴州南部一帶，范圍較小，中心強度為30～40 dBZ；19:48，黔南州都勻、惠水站附近分別新生成強對流回波，惠水站附近回波強度達50 dBZ以上；20:30，對流回波進一步發(fā)展并向西移動，在安順附近新生發(fā)展多個分散強回波單體；21:00，整個對流回波帶呈準(zhǔn)東-西分布，回波西段較強，東段較弱，隨著回波帶上不斷新生回波單體強烈發(fā)展并結(jié)合，出現(xiàn)多個波狀強中心單體，強回波中心超過50 dBZ，回波帶移動緩慢，雨帶維持少動，新生回波單體不斷向黔南惠水移動，形成了“列車效應(yīng)”。23日07時以后，回波帶明顯減弱，中心強度快速減小，回波結(jié)構(gòu)松散，并逐步向東南方向移動，降水減弱；19:48，回波位于黔南西部的長順至惠水一帶，范圍較小，中心強度為30～40 dBZ；20:30，對流回波進一步向東發(fā)展，在安順南部新生發(fā)展多個分散強回波單體；21:42，安順南部至黔南地區(qū)西段回波帶強度較強，東段較弱，回波帶上不斷新生回波單體合并發(fā)展加強，中心強度達50 dBZ以上，并長時間維持，新生回波單體均向黔南惠水和貴定南部東移形成“列車效應(yīng)”。24日04時以后，回波帶西段開始減弱，新生對流單體減少，回波明顯減弱。

中小尺度輻合區(qū)的穩(wěn)定維持是引起強降水回波穩(wěn)定少動的主要原因。此次過程中，22日21時～23日04時和23日21時～24日03時是對流回波帶快速發(fā)展階段，回波單體向后傳播并向東移動，降雨效率較高，為多個對流單體結(jié)合的強中心，具備積雨云降水，強度大且時間集中等特征。沿“列車效應(yīng)”方向做垂直剖面（圖10）來看，回波降水低質(zhì)心相對較低，誘發(fā)強降水效應(yīng)。

圖10 貴陽雷達組合反射率因子空間分布（a. 22日20:49，b. 22日22:50，c. 22日23:50，d. 23日01:50，e. 23日02:51，f. 23日19:48，g. 23日21:48，h. 23日23:49，i. 24日00:50，j. 24日01:51）和垂直剖面（k. 23日02:29，l. 24日00:44）（單位：dBZ）

6 結(jié)論

本文利用國家氣象站和區(qū)域自動站觀測數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料、FY-2G衛(wèi)星云圖及多普勒雷達資料，對發(fā)生在梅雨鋒西段的“6.23”貴州大暴雨成因進行分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）此次持續(xù)性特大暴雨發(fā)生時，貴州南部地區(qū)受南亞高壓控制，副高北界穩(wěn)定維持在華南北部，500 hPa不斷分裂短波槽引導(dǎo)弱冷空氣南下與副高西側(cè)偏南暖濕氣流在貴州南部交匯，使梅雨鋒鋒生增強，并配合低層切變系統(tǒng)和低空急流的動力抬升作用，造成持續(xù)性強降水，強降水主要出現(xiàn)在夜間。

（2）來自孟加拉灣的西南暖濕氣流與副高西側(cè)的偏南氣流在貴州中東部到長江流域一帶交匯，促使低空急流建立，并且在夜間明顯增強，形成水汽通量勢函數(shù)和輻散分量輻合中心，為持續(xù)性暴雨天氣提供充足的水汽輸送。能量鋒區(qū)存在明顯日變化特征，夜間假相當(dāng)位溫梯度增大，降水開始增強。

（3）高空輻散、中低層切變線南側(cè)與低空急流北側(cè)的正垂直螺旋度為中尺度渦旋迅速發(fā)展和水汽輻合抬升凝結(jié)提供了動力條件，夜間垂直螺旋度正值中心值顯著增大，促使中低層氣旋式上升運動強盛，有利于中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，為強降水提供有利的動力條件。貴州南部暴雨或特大暴雨落區(qū)具有重疊性。

（4）高原槽引導(dǎo)弱冷空氣南下有利于梅雨鋒鋒生，午后至傍晚生成中尺度對流系統(tǒng)，合并發(fā)展增強并緩慢移動，導(dǎo)致了此次降水過程的發(fā)生。暴雨過程中存在明顯“列車效應(yīng)”，貴州南部地區(qū)受對流系統(tǒng)疊加影響形成持續(xù)性強降水。