周明飛，萬(wàn)雪麗，杜小玲

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

“凡亞比”臺(tái)風(fēng)與冷鋒共同造成湘黔暴雨成因分析

周明飛，萬(wàn)雪麗，杜小玲

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP資料、衛(wèi)星資料等，對(duì)2010年9月21—22日湘黔北部一次臺(tái)風(fēng)倒槽暴雨過(guò)程進(jìn)行天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析。結(jié)果表明：暴雨出現(xiàn)在冷鋒和倒槽共同影響區(qū)的主要原因是：冷鋒前，暴雨區(qū)處于暖性不穩(wěn)定區(qū)，臺(tái)風(fēng)倒槽帶來(lái)充沛水汽。冷空氣侵入臺(tái)風(fēng)倒槽后，使倒槽附近的水汽輻合加大，濕斜壓鋒區(qū)加強(qiáng)，垂直速度增大，冷空氣與低層強(qiáng)的暖濕平流相互作用，激發(fā)出中尺度暴雨系統(tǒng)，不穩(wěn)定能量釋放，且對(duì)流云團(tuán)的維持少動(dòng)，造成了降水的持續(xù)，并形成暴雨。

暴雨;倒槽;冷鋒

1 引言

暴雨是西南地區(qū)重要的災(zāi)害性天氣。一般由中緯度西風(fēng)帶系統(tǒng)造成的暴雨天氣過(guò)程分析個(gè)例較多，而對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的分析較少。貴州處于西南內(nèi)陸地區(qū)，直接受臺(tái)風(fēng)的影響較小，但經(jīng)由華南登陸減弱的臺(tái)風(fēng)低壓西移(或南海低壓北上)對(duì)貴州的降水天氣影響卻是不可忽視的。臺(tái)風(fēng)是影響我國(guó)南方地區(qū)主要的天氣系統(tǒng)，因此對(duì)臺(tái)風(fēng)的研究也很多，胡婭敏［1］等利用1949—2006年登陸我國(guó)熱帶氣旋(TC)資料，采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)比分析了近58 a登陸我國(guó)TC的頻數(shù)、強(qiáng)度、初(終)旋日、臺(tái)風(fēng)季長(zhǎng)度等氣候特征參數(shù)的總體和區(qū)域分布及其時(shí)間演變特征。賀春江［2］等對(duì)比分析0604號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴與0606號(hào)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度變化、環(huán)流背景、云系結(jié)構(gòu)以及物理量的分布特點(diǎn)，探討兩個(gè)臺(tái)風(fēng)暴雨降水的成因。姚才［3］等利用每6 h一次的NCEP/NCAR再分析格點(diǎn)資料對(duì)9615號(hào)和0103號(hào)兩個(gè)典型臺(tái)風(fēng)的大尺度環(huán)境場(chǎng)特征進(jìn)行對(duì)比分析。韋丹宜［4］等試析“碧利斯”造成廣西大暴雨的原因。目前的研究對(duì)臺(tái)風(fēng)的氣候統(tǒng)計(jì)特征和對(duì)東南沿海臺(tái)風(fēng)登陸省的降水研究較多，對(duì)臺(tái)風(fēng)登陸后進(jìn)入內(nèi)陸省份的研究較少。9月不僅有臺(tái)風(fēng)登陸的影響同時(shí)中緯度西風(fēng)帶系統(tǒng)的影響也開(kāi)始加強(qiáng)并向南擴(kuò)，尤其是當(dāng)兩者結(jié)合時(shí)造成的天氣較復(fù)雜。2010年9月21-22日湘黔之間的暴雨天氣過(guò)程即受臺(tái)風(fēng)倒槽和冷鋒共同影響，本文利用常規(guī)氣象資料、NCEP資料、衛(wèi)星、地面加密等資料，對(duì)此次過(guò)程的天氣背景、動(dòng)力場(chǎng)、熱力場(chǎng)結(jié)構(gòu)及衛(wèi)星云圖等特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，以探討此次暴雨過(guò)程的天氣成因。

2 資料和處理

本文對(duì)天氣形勢(shì)的分析采用常規(guī)資料、探空站點(diǎn)資料和地面每3 h觀測(cè)資料，對(duì)物理量場(chǎng)的分析采用6 h一次的NCEP/NCAR再分析的全球格點(diǎn)資料，該資料的水平分辨率為1°×1°。文中所提及的時(shí)間均為北京時(shí)。為表述簡(jiǎn)潔，臺(tái)風(fēng)登陸后減弱為低壓，圖示中仍用臺(tái)風(fēng)符號(hào)表示。

3 降水實(shí)況和特點(diǎn)

2010年9月21日20時(shí)-22日20時(shí)，受南下冷鋒和西移臺(tái)風(fēng)倒槽共同影響，貴州東北部和湖南西北部出現(xiàn)暴雨天氣，降水主要集中在21日20時(shí)-22日08時(shí)，貴州東北部出現(xiàn)5縣站暴雨，湖南西北部出現(xiàn)9縣站暴雨，貴州鄉(xiāng)鎮(zhèn)83站暴雨，暴雨落區(qū)主要在貴州東北部和湖南西北部地區(qū)，即為冷鋒和倒槽共同影響的區(qū)域，且分析發(fā)現(xiàn)在此次過(guò)程中僅受冷鋒影響的重慶和僅受倒槽影響的江西都沒(méi)有出現(xiàn)暴雨天氣時(shí)，因此初步判斷此次單一的冷鋒和倒槽系統(tǒng)，也都沒(méi)有造成區(qū)域暴雨天氣過(guò)程。

圖1 (a)9月21日20時(shí)-22日20時(shí)貴州省24 h降水量圖(單位：mm，其中淺灰色為≥25 mm，深灰色為≥50 mm);(b)9月21日08時(shí)-22日08時(shí)湘黔地區(qū)24 h降水量圖(單位：mm，其中＜25 mm未顯示)

4 天氣背景分析

4.1 臺(tái)風(fēng)路徑

1011號(hào)“凡亞比”臺(tái)風(fēng)為西太平洋臺(tái)風(fēng)，于2010年9月15日20時(shí)生成，16日23時(shí)形成臺(tái)風(fēng)，17日18時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，18日16時(shí)加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。19日08時(shí)減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，09時(shí)前后在臺(tái)灣花蓮豐濱鄉(xiāng)附近沿海登陸。下午14時(shí)在臺(tái)灣臺(tái)南楠西鄉(xiāng)境內(nèi)減弱為臺(tái)風(fēng)。20日07時(shí)在福建漳浦縣沿海再次登陸，一路西移，臺(tái)風(fēng)中心20日20時(shí)位于廣東西部地區(qū)，21日08時(shí)位于兩廣交界北部地區(qū)，21日20時(shí)臺(tái)風(fēng)中心進(jìn)入廣西東部，倒槽位于湖南省西部，貴州受倒槽前東北氣流影響，副高呈帶狀，自華東至青海，588線西伸至87°E左右。隨后冷鋒侵入，造成湘黔區(qū)域暴雨。22日08時(shí)臺(tái)風(fēng)中心略西移，仍位于廣西東部，22日20時(shí)進(jìn)入廣西西部，23日08時(shí)臺(tái)風(fēng)低壓強(qiáng)度明顯減弱，低壓環(huán)流不完整，貴州轉(zhuǎn)偏南氣流影響(圖2)。

圖2 臺(tái)風(fēng)路徑圖

4.2 地面鋒面路徑

鋒面路徑(圖略)：15日08時(shí)，冷鋒位于蒙古至新疆北部，16日東移南壓至我國(guó)東北華北一帶，17-18日冷鋒在黃淮至秦嶺以北緩慢移動(dòng)，19日20時(shí)-21日08時(shí)，受臺(tái)風(fēng)登陸影響，冷鋒停滯在江淮地區(qū)，21日08時(shí)，翻越秦嶺的新冷鋒在川北，并與江淮地區(qū)的冷鋒結(jié)合，帶動(dòng)其南下，21日20時(shí)，冷鋒位于湖北南部、重慶中部一線，22日20時(shí)，冷鋒南壓至華南地區(qū)。其中在21日20時(shí)至22日08時(shí)期間，冷鋒由湖北南部一線逐步南下侵入湘黔之間的倒槽，造成了暴雨天氣。

4.3 天氣形勢(shì)

如圖3a所示，9月21日20時(shí)，500 hPa臺(tái)風(fēng)中心位于廣西東部，倒槽位于湘黔之間，我國(guó)東北至華北有一條西風(fēng)帶槽，西風(fēng)槽的東移有利于冷空氣的南下。地面冷鋒位于湖北南部一線(圖略)，未來(lái)南下影響貴州。850 hPa上有一條明顯的暖舌自貴州西南部伸向東北部(圖略)。暴雨落區(qū)處于高能量區(qū)、鋒前和倒槽附近，有上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展。圖3b顯示9月21日20時(shí)衛(wèi)星云圖和地面流線疊加，可以清楚看到鋒面云系尾段和倒槽北部云系在湖南北部結(jié)合在一起，并在結(jié)合區(qū)有對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展。至22日02時(shí)，鋒面進(jìn)一步南下與地面倒槽結(jié)合，促進(jìn)了垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)，不穩(wěn)定能量開(kāi)始釋放，降水也最強(qiáng)。至22日08時(shí)，冷鋒南壓，850 hPa上有冷舌侵入，不穩(wěn)定能量釋放，暴雨天氣結(jié)束。

5 物理量場(chǎng)分析

5.1 水汽條件

圖3 (a)9月21日20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)(黑色線：等高線，棕色線：槽線);(b)9月21日20時(shí)衛(wèi)星云圖與地面流線圖(黑色箭頭線：地面流線，黑色線圈：地面流線結(jié)合區(qū))

從圖4a上可以看出持續(xù)有水汽從東南方向來(lái)，即倒槽的方向，從華東地區(qū)到貴州都處于高比濕區(qū)，尤其在貴州東部和湖南西部達(dá)到15 g·kg-1。9月22日02時(shí)在貴州東部和湖南西北部形成兩個(gè)強(qiáng)的水汽輻合中心，暴雨均出現(xiàn)在水汽輻合區(qū)，水汽條件有利于暴雨的產(chǎn)生。強(qiáng)降水結(jié)束以后落區(qū)的水汽輻合明顯減弱(圖略)。從圖4b上可以看出，21日20時(shí)-22日08時(shí)水汽在109°E 上，27～30°N之間有明顯的輻合，之后水汽輻合向南發(fā)展。而在21日20時(shí)之前109°E上的較高緯度上沒(méi)有明顯水汽的輻合，說(shuō)明在冷鋒移動(dòng)過(guò)程中，未碰到倒槽之前，鋒面附近水汽條件不是很充沛，而是臺(tái)風(fēng)倒槽帶來(lái)了暖濕空氣。從圖4c上可以看到，21日20時(shí)-22日08時(shí)水汽在26°N 上，106～112°E之間(即貴州東北部和湖南西北部)有明顯的輻合，而在21日20時(shí)之前倒槽經(jīng)過(guò)的湖南以東的地區(qū)，沒(méi)有受到冷鋒的加入，沒(méi)有很強(qiáng)的水汽輻合，說(shuō)明冷鋒的加入有利于暖濕空氣的爬升，形成強(qiáng)的水汽輻合。通過(guò)圖4 b和圖4 c的結(jié)合分析，發(fā)現(xiàn)只有在臺(tái)風(fēng)倒槽和冷鋒共同影響的區(qū)域(區(qū)域范圍，用經(jīng)緯度區(qū)間表示)出現(xiàn)了強(qiáng)的水汽輻合，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)倒槽帶來(lái)了充沛的水汽，冷鋒的侵入加強(qiáng)了暖濕空氣爬升，水汽輻合，兩者的結(jié)合給暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件。

圖4 (a)9月22日02時(shí)850 hPa風(fēng)場(chǎng)、比濕及水汽通量散度圖(箭頭：風(fēng)場(chǎng)，單位：m·s-1;陰影：比濕≥10 g·kg-1;線條：水汽通量散度，單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(b)9 月22 日02 時(shí)通過(guò) 109°E，24 ～35°N，850 hPa水汽通量散度時(shí)間緯度圖(單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1);(c)9 月22 日02 時(shí)通過(guò)26°N，110 ～120°E，850 hPa水汽通量散度時(shí)間經(jīng)度圖(單位：10-7·g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2 垂直速度

對(duì)比分析圖5a與圖5b以及圖5c與圖5d，即21日20時(shí)與22日02時(shí)的垂直速度發(fā)現(xiàn)：在冷鋒侵入前，如圖5a和圖5c所示在暴雨落區(qū)106～113°E和27～30°N附近僅有弱的上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度最大值均為-0.6 pa·s-1。而在冷鋒侵入時(shí)，如圖5b和圖5d所示，在暴雨落區(qū)的垂直上升運(yùn)動(dòng)有明顯的加強(qiáng)。從圖5b上看出，從106～113°E之間都是上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最強(qiáng)的中心在109°E，從對(duì)流層低層到中層都有上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)在低層800 hPa左右，中心值達(dá) -2.1 pa·s-1。圖5d上，從27～30°N之間都是上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最強(qiáng)的中心在28°N，從對(duì)流層低層到中上層400 hPa都有上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)在低層800 hPa左右，中心值達(dá)-2.1 pa·s-1。上升運(yùn)動(dòng)位于鋒面前部，鋒后有弱的下沉氣流，在鋒面附近形成一個(gè)南北向的次級(jí)環(huán)流。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在冷鋒侵入前，低壓倒槽從低層到高層位置一致(圖略)，保持正壓結(jié)構(gòu)，低層冷鋒侵入后，高層倒槽比低層向西偏，說(shuō)明冷空氣的侵入造成斜壓增強(qiáng)，位勢(shì)不穩(wěn)定增長(zhǎng)。

圖5 垂直速度、風(fēng)場(chǎng)剖面圖(單位：pa·s-1)(a)9月21日20時(shí)沿28°N、(b)9月22日02時(shí)沿28°N、(c)9月21日20時(shí)沿109°E、(d)9月22日02時(shí)沿109°E

5.3 渦度散度

分析圖6可知，9月22日02時(shí)散度場(chǎng)呈低層強(qiáng)輻合高層輻散分布，109°E和112°E低層輻合中心的強(qiáng)度分別達(dá)到-6×10-5s-1和-8×10-5s-1，在輻合輻散的中間，有正的渦度區(qū)，尤其在112°E，中間的正渦度中心值達(dá)21×10-5s-1，這種散度場(chǎng)與渦度場(chǎng)的配置非常有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

圖6 9月22日02時(shí)散度(單位：10-5s-1，等值線，間隔1個(gè)單位)、渦度(單位：10-5s-1，陰影，間隔3個(gè)單位)垂直剖面圖(沿28°N)

5.4 假相當(dāng)位溫

6 衛(wèi)星云圖分析

從衛(wèi)星紅外云圖來(lái)看，9月21日20時(shí)，在冷鋒云系尾部和臺(tái)風(fēng)倒槽云系的北端交匯處即湘黔北部交界處有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，在湖南西北部和貴州東北部各有一個(gè)TBB中心，云頂亮溫最低值分別為-35℃和-40℃。一直到9月22日03時(shí)，對(duì)流云團(tuán)有所減弱，云區(qū)擴(kuò)散，但位置少動(dòng)。在此次暴雨過(guò)程中，對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展并不是很旺盛，但其位置的維持使得降水的持續(xù)，并造成了暴雨天氣。

圖7 沿109°E假相當(dāng)位溫垂直剖面圖(單位：K)(a)9月21日14時(shí)、(b)9月21日20時(shí)、(c)9月22日02時(shí)、(d)9月22日08時(shí)

圖8 紅外衛(wèi)星云圖與TBB(等值線，單位：K)，(a)09月21日20時(shí)、(b)9月21日23時(shí)、(c)9月22日04時(shí)

7 小結(jié)

①受“凡亞比”臺(tái)風(fēng)和冷鋒共同影響在湘黔之間產(chǎn)生了暴雨天氣過(guò)程。在此次過(guò)程中單一的冷鋒或倒槽影響區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)暴雨，說(shuō)明此次過(guò)程中冷鋒和倒槽缺一不可。倒槽提供充沛的水汽，冷鋒的作用加強(qiáng)了水汽的輻合。

②由于冷鋒南下，使低層輻合、正渦度區(qū)和上升運(yùn)動(dòng)區(qū)加強(qiáng)。強(qiáng)輻合上升氣流為對(duì)流性暴雨提供有利的動(dòng)力條件;且此次對(duì)流云團(tuán)位置持續(xù)少動(dòng)，造成了暴雨的發(fā)生。

③此次天氣過(guò)程雖造成了一定范圍的暴雨天氣，但在強(qiáng)度上沒(méi)有出現(xiàn)很強(qiáng)的天氣，也沒(méi)有在冷鋒南下和倒槽西伸的地方出現(xiàn)暴雨天氣。主要原因在于：一是臺(tái)風(fēng)倒槽進(jìn)入內(nèi)陸地區(qū)，其強(qiáng)度已經(jīng)有所減弱;二是9月冷空氣的強(qiáng)度也偏弱;三是兩個(gè)性質(zhì)相反的天氣系統(tǒng)，在相互作用釋放能量以后各自減弱明顯。

［1］ 胡婭敏，宋麗莉，劉愛(ài)君，等.近58年登陸我國(guó)熱帶氣旋的氣候特征分析［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，47(5)：115-121.

［2］ 賀春江，韋春霞.“碧利斯”與“派比安”影響廣西的對(duì)比分析［J］. 氣象研究與應(yīng)用，2007，28(6)：2-5.

［3］ 姚才，賀海晏，黃明策.華南西部登陸臺(tái)風(fēng)的大尺度條件對(duì)比分析［J］. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，44(6)：110-122.

［4］ 韋丹宜.試析“碧利斯”造成廣西大暴雨的原因［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28(增刊 2)：103-105.

［5］ 丁一匯.1991年長(zhǎng)江流域持續(xù)性大暴雨研究［M］.北京：氣象出版社，1993.

P458

B

1003-6598(2011)03-0013-05

2010-11-29

周明飛(1984-)，女(侗族)，助工，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金(40965004)“云貴高原東段初夏暴雨的發(fā)展維持”。