摘要: 本文主要利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2卫星资料以及NCEP 1˚ × 1˚ 6 h再分析资料，从影响系统、环境场条件和水汽、热力、动力条件等方面，对2021年6月9日至10日贵州出现的一次两高切变型大范围暴雨天气过程总结分析。结果表明：此次由两高切变在缓慢东移南下过程与中低层切变及地面辐合线耦合造成的贵州大范围暴雨过程水汽充足，700 hPa比湿达到10~11 g∙kg−1，850 hPa比湿达到12~14 g∙kg−1；垂直速度从500 hPa到850 hPa贵州上空均为负值，最大垂直速度达到−0.3 Pa∙s−1，上升运动强；贵州从低层到高层均处于高能舌区，假相当位温随高度减小，大气层结不稳定；造成此次强降雨的对流云团其影响主要分为四个阶段，对流云团强烈发展、缓慢东移北抬，并形成MCS，云顶亮温(TBB)最低达到−80℃~−70℃之间；对流云团在发展过程中具有明显的“列车效应”，这也是造成此次强降雨的主要原因。
Abstract:
Based on conventional meteorological observation data, regional automatic station data, FY-2 satel-lite data, and NCEP 1˚ × 1˚ 6 h reanalysis data, this paper summarizes and analyzes a two-high shear-type widespread heavy rainfall process in Guizhou from June 9 to 10, 2021 from the aspects of influence system, environmental field conditions and water vapor, thermal and dynamic conditions, etc. The results show that: this large-scale rainstorm process in Guizhou, which is caused by the coupling of the two high shear, the middle low shear and the ground convergence line in the process of slowly moving eastward and pressing southward, has sufficient water vapor, and the specific hu-midity of 700 hPa reaches 10~11 g∙kg−1, 850 hPa reaches 12~14 g∙kg−1; The vertical velocity is negative over Guizhou from 500 hPa to 850 hPa, and the maximum vertical velocity reaches −0.3 Pa∙s−1, indicating strong upward movement; Guizhou is in the high energy tongue from the lower to the upper levels, and the pseudo local temperature decreases with height, the atmospheric stratification is unstable. The influence of convective cloud cluster that caused this heavy rainfall is mainly divided into four stages. The convective cloud cluster develops strongly, moves slowly eastward and moves northward, and forms MCS. The minimum cloud top bright temperature (TBB) is between −80˚C and −70˚C. The convective cloud cluster has obvious “train effect” in the development process, which is also the main reason for this heavy rainfall.
1. 引言
贵州地处青藏高原东南侧、云贵高原东斜坡上，为全国唯一一个没有平原的省份，属亚热带湿润季风气候，季风活动明显。贵州气候复杂多样，有“一山分四季，十里不同天”之说。另外，因气候不稳定，加之复杂的地形影响，贵州灾害性天气种类较多且频发，对人们的生产生活危害严重，暴雨为其中最常见的一种。
罗亚丽等 [1] 总结了改革开放以来中国学者在暴雨科学与预报领域取得的重要研究进展和主要成果，指出改革开放以来，中国气象学者在暴雨的多尺度作用机理和预报方法与技术方面取得了循序渐进的研究进展，对产生暴雨的重要天气系统的认识也更深入和全面。当前对于贵州暴雨的分布特征、发生发展机理及数值预报分析等方面也取得了诸多研究成果 [2] [3] [4] [5] [6] 。李刚等 [7] 对数值预报产品在贵州西北部毕节地区出现的一次大暴雨过程中的业务释用性能进行评估分析，得出ECMWF形势预报展现了较好的配置和性能，ECMWF模式在降水落区预报及华南中尺度预报模式在降水量级上的预报在贵州西北部地区有较好的参考价值和业务实用性。杜小玲 [8] 归纳出2012年贵州出现的三类主要的暴雨过程：辐合线锋生型暴雨、辐合线锋生 + 冷锋型暴雨、梅雨锋西段暴雨，同时基于“配料”的思路从水汽条件、稳定度条件和触发抬升机制三个方面分别对三类暴雨展开了诊断分析，并归纳出三类暴雨的预报着眼点。唐红忠等 [9] 采用西伯利亚高压强度指数分析冷空气强度，结合贵州区域自动站降水观测资料，分析了2020年6月贵州连续性暴雨成因分析，得出贵州暴雨对西伯利亚高压强度指数具有较好的响应。《贵州省预报员手册第二稿》根据低层冷空气和中高空低涡、槽线、切变线配置情况，将贵州暴雨归纳为五种类型，即冷锋低槽型暴雨、两高切变及低涡切变型暴雨天气过程、长江横切变型暴雨、南支槽暴雨、台风倒槽型暴雨天气过程。同时根据其统计两高切变型暴雨在贵州发生频率较高，又以6~9月份居多。因此本文利用常规气象观测资料、区域自动站资料、强天气监测资料、FY-2卫星资料以及NCEP 1˚ × 1˚ 6 h再分析资料，从影响系统、环境场条件和水汽、热力、动力条件等方面，对2021年6月9日至10日贵州出现的一次两高切变型大范围暴雨天气过程总结分析，研究两高切变暴雨的形成机制，以期能够对贵州此类暴雨天气过程预报提供参考。
2. 暴雨天气过程概况
2.1. 24 h降水
2021年6月9日20时至10日20时，全省共出现93站大暴雨、742站暴雨，国家站最大降水出现在黔西南州普安(145.4 mm)，区域站最大降水出现在黔西南州晴隆碧痕(199.9 mm) (图1)。本次暴雨天气过程共监测到短时强降水510站次、闪电2037次，国家站1小时最大降雨量为贵阳市清镇53.7 mm，出现在10日1~2时，区域站1小时最大降雨量为黔西南州晴隆碧痕71.4 mm，出现在9日22~23时。此次暴雨过程对流性强，累积雨量大，影响范围广，全省9个市州均出现大暴雨。
Figure 1. Precipitation distribution of Guizhou from 20:00 on June 9 to 20:00 on June 10, 2021. (a) National stations, (b) Regional stations
图1. 2021年6月9日20时~10日20时贵州降水量分布图。(a) 国家站，(b) 区域站
2.2. 6 h降水
逐6 h降水分析显示(图2)，降水9日午后从贵州西北部开始，9日20时~10日2时降水在省中西部加强，10日2~8时雨带东移北抬影响省东北部地区，同时西南部强降水维持，10日8~14时雨带逐渐东移南压影响省东南部地区，10日午后降水逐渐减弱趋于结束，强降水主要集中在9日20时~10日14时之间。
Figure 2. Distribution map of precipitation in the whole province by 6 hours from June 9 to 10, 2021. (a) 14:00~ 20:00 on the 9th, (b) 20:00 on the 9th~02:00 on the 10th, (c) 2:00~08:00 on the 10th, (d) 8:00~14:00 on the 10th, (e) 14:00~20:00 on the 10th
图2. 2021年6月9日至10日全省逐6 h降水量分布图。(a) 9日14时~20时，(b) 9日20时~10日2时，(c) 10日2时~8时，(d) 10日8时~14时，(e) 10日14时~20时
3. 形势与中尺度环境场分析
500 hPa：6月9日8时亚洲中高纬呈两槽两脊形势，我国东部及贝加尔湖至青藏高原一带为高压脊控制，西太平洋副热带高压位于华东沿海一带，西脊点位于117˚E附近，脊线位于29˚N附近，在蒙古国东部至我国河套西北部、河套南部到川东南一带以及青藏高原东南部到孟加拉湾北部一带受两高压脊之间的切变槽影响，贵州受槽前西南气流控制(图3(a))；20时随着副高南落并东退，切变槽整体东移南压，河套南部到川东南一带的切变槽东移南压至江汉至重庆西南部一带，青藏高原东南部到孟加拉湾北部一带的切变槽东移南压至云南西部一带(图3(b))；到6月10日8时随着青藏高原上空的高压加强东扩和副高的加强北抬，江汉至重庆西南部一带的切变槽缓慢南压制湖南北部至贵州西北部，云南西部的切变槽填塞(图3(c))；10日白天到夜间随着高原上的高压环流减弱，副高加强西伸，贵州逐渐转为高压环流控制，切变槽对贵州的影响逐渐趋于结束。
700 hPa：6月9日8时~20时在高层切变槽的带动下川东南一带的切变缓慢东移南压，至20时切变南段开始影响我省西北部地区，切变南侧为明显的暖湿气流，切变后侧有明显的冷平流；至10日8时切变移至我省中北部地区；10日白天到夜间随着华南东部一带的高压环流发展加强，切变逐渐北抬移出我省。
850 hPa：6月9日8时~20时切变在省西北部地区稳定少动，20时~10日8时切变开始自西北向东南影响我省大部地区，切变后侧冷平流明显，9日20时省中南部地区850 hPa和500 hPa的温差达到25℃以上，大气层结处于不稳定状态，随着切变东移南压，在我省中南部地区造成强降水。
地面气压场：6月9日8时~10日8时地面辐合线自西北向东南移动，配合低层到高层的切变系统，触发降水回波，造成贵州大范围的强降水过程。
通过上述分析表明，此次暴雨过程的影响系统主要有：两高切变、中低层南压的切变线、地面辐合线(图3、图4)。此过程是由于西太平洋副热带高压与青藏高原上空的高压环流长时间对峙，在河套南部到川东南一带形成切变槽，切变槽在缓慢东移南下过程中与低层切变及地面辐合线耦合造成贵州大范围暴雨过程，属于两高切变型暴雨。
4. 卫星云图分析
陈晓红等 [10] 研究指出降水与云顶温度有很好的相关性，TBB温度越低，表明云顶越高，对流越旺盛；云与降水的关系比天气尺度环流形势或系统与降水的关系更密切，可以根据相当黑体亮度温度(Black Body Temperature，缩写为TBB)的演变推断天气系统强度、活动。在卫星云图上中尺度对流系统(MCS)定义为水平尺度在20~200 km之间、生命史3 h或以上、云顶亮温(TBB)小于或等于−32℃的云团 [11] 。分析6月9日14时~10日19时逐3时FY-2G卫星TBB演变(图5)发现此次对流云团影响主要分为四个阶段：第一阶段(9日14时~20时)在四川南部–贵州北部–湖南北部一带有较弱的降水云团影响，云团逐渐东移北抬，同时云南中部一带对流云团逐渐东移北抬并发展，18时~20时影响我省西部地区；第二阶段(9日21时~10日5时)：对流云团在我省中西部地区强烈发展、缓慢东移北抬，并形成MCS，10日2~5时，对流云团发展达到最强，云顶亮温(TBB) < −60℃的面积达到最大，最低达到−80℃~−70℃之间，主要影响我省中南部地区，对流云团在发展移动过程中伴有明显的“列车效应”；第三阶段(10日6时~10日10时)：对流云团继续东移北抬影响我省中东部地区，强度基本维持；第四阶段(10日11时~19时)：对流云团逐渐东移南压影响我省东南部地区，同时强度逐渐减弱，移出我省，结束对我省的影响。
Figure 5. Evolution of TBB at (a) 14:00, (b) 17:00, (c) 20:00, (d) 23:00 on June 9, and at (e) 2:00, (f) 5:00, (g) 8:00, (h) 11:00 and (i) 14:00 on June 10, 2021
图5. 2021年6月9日(a) 14时、(b) 17时、(c) 20时、(d) 23时、10日(e) 2时、(f) 5时、(g) 8时、(h) 11时、(i) 14时TBB演变图
5. 基于“配料”的基本物理量分析
5.1. 水汽条件
《贵州省预报员手册第二稿》指出当贵阳附近出现暴雨时的700 hPa比湿一般在8 g∙kg−1以上，850 hPa比湿一般在12 g∙kg−1以上，此次暴雨过程贵阳9日20时~10日8时500 hPa比湿达到5~6 g∙kg−1，700 hPa达到10~11 g∙kg−1，850 hPa达到12~14 g∙kg−1，说明此次暴雨过程水汽充足；另外分析700\850 hPa水汽通量和水汽通量散度(图6)发现在10日2~8时贵州850 hPa到700 hPa均处于水汽输送辐合区，省西南部辐合更强，导致10日2~8时贵州西南部局地出现大暴雨，说明强的水汽输送和水汽辐合更有利于大暴雨的发生。
5.2. 不稳定度条件
暴雨总是在层结不稳定的情况下发生的。分析9日20时贵阳、怀化的探空图(图略)发现贵阳站和怀化站有一定的不稳定能量(CAPE: 522.5~1283 J∙kg−1)，且CAPE分布为狭长形，属于出现强降水的特征。贵阳站和怀化站K指数达到30.6℃~40.4℃、SI指数−1.4℃~−0.89℃，说明大气层结极度不稳定。
Figure 6. Horizontal distribution of water vapor flux (unit: 10 kg∙m−1∙s−1) and its dispersion (unit: kg∙m−2∙s−1) at 700 hPa (a) 2:00 and (b) 8:00, 850 hPa (c) 2:00 and (d) 8:00 on June 10, 2021
图6. 2021年6月10日700 hPa (a) 2时、(b) 8时，850 hPa (c) 2时、(d) 8时水汽通量(单位：10 kg∙m−1∙s−1)及其散度(单位：kg∙m−2∙s−1)的水平分布图
假相当位温(θse)是集温度、气压、湿度于一体的表征大气中能量的保守物理量，能够综合表征大气中能量与水汽条件，通过研究其水平和垂直分布可以定性判断能量分布和大气稳定度状态，是暴雨诊断和预报的常用物理量 [12] [13] 。分析9日20时~10日8时850 hPa到500 hPa的假相当位温分布(图7)发现假相当位温随高度减小，说明大气层结不稳定，贵州从低层到高层均处于高能舌区，9日20时850 hPa上贵州中西部地区假相当位温水平梯度大，说明存在能量锋区，有利于强降水的发生和发展。
5.3. 抬升条件
分析500 hPa、700 hPa、850 hPa垂直速度演变(图8)可知，在9日14时至10日8时从500 hPa到850 hPa贵州上空均为负值，意味着从低层到高层均为上升运动，非常有利于强降雨的发生，在9日20时至10日8时垂直速度明显加强，同时上升速度大值区位于贵州西南地区，最大垂直速度达到−0.3 Pa∙s−1，此时间段也正对应强降水时段，强降水中心与垂直速度大值区基本一致。
Figure 7. Horizontal distribution map of false equivalent potential temperature (θse) at 20:00 on June 9, 2021 (a) 500 hPa, (c) 700 hPa, (e) 850 hPa; at 8:00 on June 10, 2021 (b) 500 hPa, (d) 700 hPa, (f) 850 hPa (Unit: ˚C)
图7. 2021年6月9日20时(a) 500 hPa、(c) 700 hPa、(e) 850 hPa、10日8时(b) 500 hPa、(d) 700 hPa、(f) 850 hPa假相当位温(θse)水平分布图(单位：℃)
Figure 8. Horizontal distribution of vertical velocity of (a) 500 hPa, (d) 700 hPa, (g) 850 hPa at 14:00 on June 9, 2021, (b) 500 hPa, (e) 700 hPa, (h) 850 hPa at 20:00, (c) 500 hPa, (f) 700 hPa, (i) 850 hPa at 8:00 on June 10 (unit: Pa∙s−1) )
图8. 2021年6月9日14时(a) 500 hPa、(d) 700 hPa、(g) 850 hPa、20时(b) 500 hPa、(e) 700 hPa、(h) 850 hPa、10日8时(c) 500 hPa、(f) 700 hPa、(i) 850 hPa垂直速度水平分布图(单位：Pa∙s−1)
6. 总结
本文利用常规气象观测资料、区域自动站资料、强天气监测资料、FY-2卫星资料以及NCEP 1˚ × 1˚ 6 h再分析资料，对2021年6月9日至10日贵州出现的一次两高切变型大范围暴雨天气过程的影响系统、环境场条件和水汽、热力、动力条件进行总结分析，得到如下结论：
1) 此次暴雨过程是由于西太平洋副热带高压与青藏高原上空的高压环流长时间对峙，在河套南部到川东南一带形成切变槽，切变槽在缓慢东移南下过程中与低层切变及地面辐合线耦合造成贵州大范围暴雨过程，属于两高切变型暴雨。
2) 此次暴雨过程水汽充足，强降雨发生期间贵州处于水汽输送辐合区，700 hPa比湿达到10~11 g∙kg−1，850 hPa比湿达到12~14 g∙kg−1；垂直速度从500 hPa到850 hPa贵州上空均为负值，最大垂直速度达到−0.3 Pa∙s−1，上升运动强；贵州从低层到高层均处于高能舌区，假相当位温随高度减小，大气层结不稳定。
3) 造成此次强降雨的对流云团其影响主要分为四个阶段，对流云团在我省中西部地区强烈发展、缓慢东移北抬，并形成MCS，云顶亮温(TBB)最低达到−80℃~−70℃之间；对流云团在发展过程中具有明显的“列车效应”，这也是造成此次强降雨的主要原因。
基金项目
黔东南州科技计划项目“基于区域自动站的黔东南‘两山’地区致灾暴雨研究”(黔东南科合基础[2022]09号)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。