張 焱，白瑩瑩，唐曉萍

(1.重慶市氣象臺，重慶 401147;2.重慶市氣候中心，重慶 401147;3.重慶市沙坪壩氣象局，重慶 400030)

1 引言

重慶地處青藏高原東側(cè)、四川盆地東部，由于其特殊的地理位置而多暴雨。重慶暴雨多集中在相對多雨的4—10月，隨著夏季風的爆發(fā)，5月暴雨次數(shù)有明顯的增加，7月達到峰值。高原槽(渦)、西南渦、低空急流和地面冷鋒是重慶暴雨的主要影響系統(tǒng)［1］，其中以西南低渦暴雨最為典型［2－3］。近年來，不少學者對四川盆地以及重慶暴雨的大尺度環(huán)流特征作了很多研究。李躍清等［4］研究了1998年長江上游持續(xù)暴雨的環(huán)流背景，指出長江上游暴雨的水汽主要來源于孟加拉灣、南海和西太平洋，也存在由阿拉伯海北部經(jīng)印度半島北部再經(jīng)青藏高原東南部進入長江上游的水汽路徑。陳忠明［5］指出1998年長江上游暴雨偏多與西南低渦活動偏強有關(guān)。蔣興文等［6］在研究了近20 a 四川盆地大暴雨發(fā)生的大尺度環(huán)流背景后指出，盆東型暴雨發(fā)生時，中高緯主要為較平直的西風氣流，西太平洋副熱帶高壓偏北、偏東，印度季風低壓較強。重慶市的氣象工作者按照環(huán)流分型關(guān)鍵區(qū)將影響重慶區(qū)域性暴雨前12 h 500 hPa 環(huán)流劃分為兩脊一槽、兩槽一脊和一脊一槽3 種基本類型［7］。上述研究多反映了某一種環(huán)流特征對暴雨的影響，對暴雨的多尺度條件分析略顯不足。本文使用重慶地區(qū)34 站逐日降水觀測資料和NCEP/NCAR 2.5° ×2.5°逐日再分析資料，分析2009年6月重慶暴雨的多尺度環(huán)流特征，以探尋重慶暴雨的中短期預(yù)報途徑。

2009年6月重慶地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)陰雨天氣，一個月內(nèi)連續(xù)發(fā)生3 次區(qū)域性暴雨天氣過程(全市出現(xiàn)8 站以上暴雨為一次區(qū)域性暴雨，參照劉德等《重慶市天氣預(yù)報技術(shù)手冊》［7］)，分別為6月8日、20日和29日(圖1a);全月雨量分布不均，中部大部地區(qū)及東北部偏西地區(qū)累計雨量超過200 mm，長壽累計雨量最大達328.2 mm(圖1b)。從1960—2010年重慶逐年6月區(qū)域暴雨次數(shù)(圖1c)來看，近51 a中有29 a 重慶地區(qū)在6月出現(xiàn)了區(qū)域性的暴雨天氣過程，過程數(shù)多為1～2 次，僅1975年和2009年出現(xiàn)了3 次區(qū)域暴雨。2009年連續(xù)的3 次暴雨過程共造成172.6 萬人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積64.6 hm2，絕收面積3.5 hm2，直接經(jīng)濟損失6.22 億元。

2 高空急流

研究表明［8］，副熱帶急流類似一條波導(dǎo)，使Rossby 波沿急流傳播，在這種急流波導(dǎo)中有天氣尺度的波包自西向東傳播(群速度)，存在波的“下游效應(yīng)”。當歐亞急流入口區(qū)中有高壓脊或低壓槽強烈發(fā)展后，幾天以后會在急流出口區(qū)中也有高壓脊或低壓槽發(fā)展。近年來聯(lián)合國世界氣象組織的全球大氣研究計劃中的THORPEX 計劃［9］，強調(diào)了Rossby 波列的下游發(fā)展效應(yīng)是高影響天氣的制造者。陶詩言等［10］研究指出歐亞高空急流中Rossby波能量頻散而產(chǎn)生的下游發(fā)展效應(yīng)，對東亞高空槽的形成與發(fā)展、登陸臺風的路徑與長生命史有重要的影響。

2009年6月高空急流位于歐亞大陸35～45°N地區(qū)，急流帶中存在穩(wěn)定的長波波列(圖略)。從6月1—30日沿27.5～32.5°N 平均的200 hPa 經(jīng)向風時間—經(jīng)度剖面(圖2)可見，歐亞大陸高空急流中的Rossby 波擾動活躍，有3 次Rossby 波下游傳播過程，6月3—13日東北半球的Rossby 波自西向東發(fā)生了1 次位相調(diào)整，波數(shù)由3 調(diào)整為2。在這次位相調(diào)整過程中明顯存在Rossby 波列的能量頻散，其能量傳播的速度約1 d 10 經(jīng)度。調(diào)整后形成了穩(wěn)定的準靜止波列。波列經(jīng)過重慶上空的時間與3 次暴雨發(fā)生的時間基本一致，說明這3 次暴雨過程的發(fā)生可能是穩(wěn)定大背景下Rossby 波的下游效應(yīng)造成的。

圖2 2009年6月沿35～45°N 平均的200 hPa經(jīng)向風時間—經(jīng)度剖面(單位:m·s －1，箭頭表明Rossby 波列的傳播方向)

3 東北冷渦

2009年6月月平均500 hPa 位勢高度及距平上，亞洲中高緯呈現(xiàn)兩槽兩脊的環(huán)流形勢(圖略)，低壓槽分別位于巴爾喀什湖地區(qū)和東亞沿岸，高壓脊分別位于烏拉爾山和貝加爾湖地區(qū)，是典型的重慶地區(qū)夏季連陰雨的環(huán)流型。在距平場上看東北冷渦異常偏強，這有利于低渦后部的冷空氣擴散南下。

3.1 東北冷渦的活動

2009年6月東北冷渦活動頻繁，孫建華等統(tǒng)計了2009年6月東北冷渦的活動情況［11］(表1)，可以看出整個6月有4 次冷渦活動過程，重慶3 次區(qū)域暴雨天氣均出現(xiàn)在6月后3 次東北冷渦活動的天氣背景下。王麗娟等的研究表明［12］，東北冷渦東移南壓會與西伸的副熱帶高壓之間相互作用，使對流層中上層的氣壓梯度力加強，氣壓梯度力做功使得動能增大，隨后動能向下輸送，導(dǎo)致西南低空急流形成;低空急流引導(dǎo)的北上暖濕氣流與東北冷渦引導(dǎo)的南下干冷空氣相互作用。

表1 2009年6月東北冷渦活動情況

3.2 中緯度冷空氣的傳輸

統(tǒng)計表明［7］，近80%的重慶區(qū)域性暴雨與冷空氣活動有關(guān)，冷空氣主要起到觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放作用。從105～110°E 平均850 hPa 經(jīng)向風和假相當位溫的時間—緯度剖面圖(圖3)上可以看到，2009年6月中高緯度冷空氣活動頻繁，共出現(xiàn)3 次冷空氣南下過程，分別為6月6 —10日、6月17—22日和6月26—30日，對應(yīng)了6月的3 次強降水。而3 次冷空氣的南下與東北冷渦的異常活動有著直接的關(guān)系。

圖3 105～110°E 平均風速小于0 m·s －1 850 hPa 經(jīng)向風(陰影，單位:m·s －1)和＜340K的假相當位溫(實線，單位:K)時間—緯度剖面。

4 西太平洋副熱帶高壓

500 hPa 上的西太平洋副熱帶高壓雖然不是直接造成重慶區(qū)域性暴雨的天氣系統(tǒng)，但它決定和制約著大范圍雨帶的位置，對高原低渦、西南低渦、切變線等天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展、移動方向等都有重要影響。90%以上的重慶區(qū)域性暴雨都與西太平洋副熱帶高壓的進退有關(guān)［7］。

從3 次暴雨過程副高588 線的逐日位置來看(圖4):6月6日588 線開始西伸，8日到達125°E附近;18－19日副高西伸脊點位于140°E，20日迅速西伸到達115°E 附近，并且副高呈帶狀狹長分布，一天時間588 線跳躍了25 個經(jīng)度;29 號副高西伸脊點也在115°N，與第2 次過程不同，此次過程副高整體跳躍，脊線位置也偏北。總的來看，3 次暴雨過程都與副熱帶高壓西進有關(guān)，降雨過程對應(yīng)的副熱帶高壓西界大多偏西，此時四川盆地內(nèi)已經(jīng)有低值系統(tǒng)，副熱帶高壓西進建立有利的水汽通道，同時對低值系統(tǒng)東移起到阻擋作用，產(chǎn)生強降水。

5 季風涌

圖4 6月6—8日(a)、18—20日(b)、27—29日副高588 線的逐日位置

圖5 105～110°E 平均850 hPa 風場(箭矢，大于3 m·s －1)和水汽通量(陰影部分大于4g·s －1·hPa －1·cm －1)的時間—緯度剖面

2009年6月重慶的3 次區(qū)域暴雨天氣與季風涌的3 次活躍有關(guān)，從105～110°E 平均850 hPa 風場和水汽通量的時間—緯度剖面(圖5)上可以看到，5月下旬南海出現(xiàn)季風涌，6月第2 候季風涌向北推進到28°N 一帶，季風涌把大量的水汽輸送到了重慶地區(qū)，造成重慶的第1 次區(qū)域暴雨。6月上旬南海再次出現(xiàn)季風涌，6月第4 侯季風涌到達重慶一帶，重慶出現(xiàn)第2 次區(qū)域暴雨。6月中旬南海季風涌再次活躍，6月底輸送到長江以南地區(qū)，與前2 次季風涌相比，這次季風涌持續(xù)時間長，除重慶外我國長江中下游地區(qū)也出現(xiàn)了強降雨過程。季風涌的這3 次振蕩與西太平洋副熱帶高壓的向西伸展有關(guān)。當西太平洋副熱帶高壓向西伸展時，副熱帶高壓南側(cè)的東風與來自孟加拉灣的西南季風在南海北部附近匯合加強了副熱帶高壓西側(cè)的南風急流。低空急流把來自海洋的暖濕空氣向北輸送，與北方擴散南下的冷空氣結(jié)合，引起了重慶地區(qū)的強降水。

6 西南低渦

西南低渦的活動與3 次暴雨關(guān)系密切。圖6 給出了3 次暴雨過程中，850 hPa 西南低渦的活動情況。7日20 時(圖6a)，來自孟灣和南海的偏南氣流在貴州分成兩支，一支在貴州西北部形成氣旋性的倒槽結(jié)構(gòu)，一支向重慶東北部輸送，重慶東北部開始出現(xiàn)降水;到了8日02 時(圖6b)隨著偏南氣流的加強，在四川東南部出現(xiàn)一個低渦，重慶西部與四川交界的地區(qū)從00 時起出現(xiàn)降水，隨著低渦向東北方向移動，整個中西部降水逐漸增大;8日08時(圖6c)，低渦中心移到重慶西部，700 hPa 上出現(xiàn)304的閉合中心(圖略)，低渦發(fā)展到最強，同時偏南氣流減弱，中西部降水減小，位于低渦東部暖切附近地區(qū)降水增大。

19日20 時(圖6d)，偏北氣流經(jīng)秦嶺、大巴山進入四川盆地，與來自南海的偏南氣流在四川東南部形成輻合;20日02 時(圖6e)，偏南氣流加強，重慶西部出現(xiàn)完整的低渦，中心位于29°N、116°E 附近;到了20日08 時(圖6f)，低渦中心北抬至30°N，來自南海的偏南氣流減弱，廣西到湖南一帶轉(zhuǎn)為西南氣流控制。與8日的過程相比，20日的過程，低渦生成后沒有明顯東移，有一個向北發(fā)展的過程，中心位置較前1 次要偏北1 個緯度左右，海南以東洋面上發(fā)展的熱帶低壓可能起到了一定的阻擋作用。從降水的落區(qū)來看，主要的降水還是集中在低渦東側(cè)的暖切附近，梁平正好處于這個位置上，出現(xiàn)了大暴雨。

在29日的過程中:28日20 時(圖6g)來自孟灣和南海的偏南氣流在四川東南部形成倒槽;29日02時(圖6h)倒槽發(fā)展成為低渦，低渦中心位于29°N、115°E，此后低渦東移，偏南氣流有所減弱;到了29日14 時(圖6i)，中心位于30°N、116°E 附近，與29日08 時(圖略)相比，向重慶東北部輸送暖濕氣流的偏南氣流增強，這一地區(qū)的降水加大。

西南低渦是造成3 次區(qū)域性暴雨的直接影響系統(tǒng)。低渦移動發(fā)展導(dǎo)致低渦東部氣流輻合加強，較強降水主要出現(xiàn)在低渦東側(cè)的切變附近。低空偏南氣流的強弱變化，對低渦生成發(fā)展消亡起到重要作用，當?shù)蜏u東側(cè)的偏南氣流明顯減弱后，降水也開始趨于結(jié)束。

7 小結(jié)

重慶地區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害頻發(fā)，對于暴雨的中短期預(yù)報關(guān)注大尺度環(huán)流系統(tǒng)的演變是關(guān)鍵，其次分析多尺度系統(tǒng)的相互作用也不可或缺。通過對2009年6月重慶暴雨的成因分析發(fā)現(xiàn):

①2009年6月歐亞大陸高空急流中的Rossby波擾動活躍，重慶3 次暴雨過程的發(fā)生與高空急流區(qū)Rossby 波能量傳播的下游效應(yīng)有關(guān)。

圖6 850 hPa 風場(矢量線，單位:m/s －1)(a)7日20 時，(b)8日02 時，(c)8日08 時，(d)19日20 時，(e)20日02 時，(f)20日08 時，(g)28日20 時，(h)29日02 時，(i)29日14 時(圖中“c”為低渦中心位置)

②西太平洋副熱帶高壓的3 次西伸加強了副熱帶高壓西側(cè)的南風急流，使得季風涌北上為重慶地區(qū)提供了充沛的水汽和能量;而東北冷渦的異常活躍，使得低渦后部的冷空氣頻繁南下。冷暖空氣交匯導(dǎo)致了重慶地區(qū)連續(xù)3 次區(qū)域暴雨的產(chǎn)生。

③西南低渦是造成3 次區(qū)域性暴雨的直接影響系統(tǒng)。低渦移動發(fā)展導(dǎo)致低渦東部氣流輻合加強，較強降水主要出現(xiàn)在低渦東側(cè)的切變附近。低空偏南氣流的強弱變化，對低渦生成發(fā)展消亡起到重要作用，當?shù)蜏u東側(cè)的偏南氣流明顯減弱后，降水也開始趨于結(jié)束。

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