重庆一次远距离台风暴雨成因分析
重庆一次远距离台风暴雨成因分析
张焱1，杨春1，白莹莹2 ，何军1
（1重庆市气象台，重庆，401147；2重庆市气候中心，重庆，401147）
摘要 利用NCEP1°×1°逐日再分析资料、常规观测资料、自动站资料和雷达卫星资料，对2011年6月21日-23日重庆一次大暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：第4号热带风暴“海马”对暴雨的产生起到了重要作用。它通过大气环流调整促使鞍型场环流的稳定，使得中低层辐合切变长时间维持在重庆上空；其东侧的东南气流是这次大暴雨不可缺少的暖湿输送带；其西侧的下沉气流与暴雨区的上升气流构成的中尺度次级环流促使低层强辐合高层强辐散的垂直结构长时间维持，加强了对流云团的发展。多个对流云团反复活跃长时间滞留暴雨区引发了重庆东北部大暴雨天气，雷达回波上表现出明显的“列车效应”特征，在雷达平均径向速度图上有“逆风区”现象出现。
关键词 远距离台风暴雨；热带风暴“海马”；诊断分析
0 引言
台风 ( 泛指热带气旋，包括热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风和强台风 )是我国产生暴雨的重要天气系统，很多强烈持续性暴雨都与台风有关[1-2]。研究表明[3]，台风暴雨区大体可分两个区域，即台风
环流本身的暴雨区和台风远距离暴雨区。大量观察事实和研究结果[4-8]发现：台风在有利的大气环流背景下与中纬度系统(包括西风槽、东北冷涡、西南涡、弱冷空气和高低空急流 )相互作用可使得中纬度地区的暴雨突然增幅，且影响范围大、持续时间较长。丛春华等人[9]通过对1971年～2006年台风远距离暴雨事件的统计分析发现，这种现象具有明显的时空分布特征，环渤海地区和川陕交界处是台风远距离暴雨事件发生的高频区。
近年来，川渝地区多次极端性的暴雨天气都有台风的参与：2004年川渝“9·4”特大暴雨[10]，2009年重庆“8·3”特大暴雨[11]，2010年四川 “7·15”暴雨[12]。由于台风远在千里之外，在实际业务中难以判断其与西风带降水是否有必然物理联系，往往忽视对台风的分析而仅考虑中纬度系统影响，雨量容易报小，如2011年6月21日-23日发生在重庆的大暴雨天气过程。本次过程发生在热带气旋“海马”向粤西沿海靠近期间，台风的水汽输送与强降水密切相关。本文使用常规观测、地面逐时降水、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及FY-2E卫星云图、万州CIN⁃RAD/SB多普勒天气雷达等资料，分析本次强降水过程中台风的作用，对增强远距离台风对降水增幅的认识，提高预报员对此类暴雨的预报能力具有重要的指导意义。
1 降水实况
自动化专业就业前景2011年6月21日夜间至23日白天，重庆出现了大范围暴雨天气过程。重庆西北部、东北部以及中部11
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个区县的135个自动站累计雨量超过100mm，4站累计雨量超过250mm，最大雨量出现在云阳县路阳镇（277.5mm）（图1a）。此次暴雨天气过程以对流性降水为主，雨强大，过程阶段性明显（图1b）：（1）6月21日20时-22日06时，西南涡引发重庆西北部出现局地强降水，潼南县桂林镇21日23时-22日01时3小时累计雨量达145.5mm；（2）6月22日16时-23日15时，西南涡减弱消失，受缓慢东移的切变线影响，重庆东北部和中部地区出现大范围大暴雨天气，丰都县许明寺镇23日10-11时小时雨量92.2mm，石柱县马武镇23日01-12时12小时累计雨量270.4mm（图1b）。此次暴雨共造成重庆14个区（县）不同程度受灾。受灾人口127.1万人，其中死亡6人，失踪4人，受伤3人；
作者简介：张焱（1982—），男，湖北宜昌人，硕士，主要从事天气分析研究.
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农作物受灾4.0万公顷；房屋损坏8188间，倒塌3298间；公路受损1433.7千米；直接经济损失9.1亿元。由于本次暴雨过程第二个降雨时段持续的时间更长，范围更广，造成的灾害也更为严重，故本文侧重于分析6月22日夜间-23日白天出现在重庆东部的强降水。
图1  2011年6月21日2丰都许明寺逐时雨量变化（b）
2 环流背景
青藏高压、副热带高压、热带气旋和北方低槽共同构成的鞍型场环流配置是本次暴雨天气的大尺度环流特征（图2a），热带气旋环流通过影响大尺度环流背景而对暴雨天气产生影响。500hPa 环流演变(图2b）显示，21日08时-22日08时低槽移入四川盆地；副高586线东退中出现断裂，在贵州广西一带形成闭合的大陆高压，21日20时-22日08时，该高压位置稳定，对盆地内的低槽起到阻塞作用，低槽移动缓慢，在盆地中部（包括重庆西部地区）引发了较强的降水。期间高原有短波槽东移，22日08时短波槽位于甘肃榆中到四川巴塘，20时移至110°E 附近，同北方低涡系统合并加深；第4号热带风暴“海马”于20日20时在南海北部生成，随后向西北方向移动，22日20时靠近粤西沿海；同时青藏高压逐渐东移；而副高586线则稳定维持在华东地区，形成了由青藏高压、副热带高压、“海马”环流和北方低槽共同构成的鞍型场环流形势。随着“海马”向西北方向推进，台风东侧的东南气流和副高外围东南气流相互作用促使鞍型场环流配置的稳定，而鞍型场环流的稳定又有利于中低层切变的维持发展（图略），致使22日20时-23日20时重庆东北部和中部地区出现稳定持续性的强降水。
图2 2011年6月21日-23日500hPa 环流演变图（a）、2011年6月21日20时-23日20时500hPa 平均
高度场和风场（b）
a b
3 大暴雨过程形成机制
3.1
远距离热带气旋作用下的水汽输送
图3  2011年6月21日20时-22日20时700hPa（a）、850hPa（b）平均风场（m/s）
和水汽通量散度（阴影，g/(s·cm 2·hPa)）
图3是21日20时-22日08时700hPa 和850风场和水汽通量散度。可以看到，700hPa 上“海马”东侧强劲的偏东气流经广东、广西在贵州转向，与来自孟加拉湾的西南气流合并向北输送，与绕过高原的西北气流在盆地北部形成强的水汽辐合中心。而在850hPa 上，水汽来自“海马”东侧的洋面上，盆地内有两个水汽辐合中心，一个位于盆地中部，一个位于重庆南部。700hPa 和850hPa 的水汽辐合中心并不重叠。22日20时-23日20时（图
4），随着“海马”的西进，700hPa 来自孟加拉湾的水汽输送被阻断,“海马”东侧的东南气流与副高外围的东南气流合并，在重庆的东北部形成水汽辐合中心，850hPa 上的东南
气流更为强劲，水汽辐合的中心位于重庆中部，中心值超过-5g/(s·cm 2·hPa)。上述分
析显示，热带风暴“海马”的存在保证了重庆上空充沛的水汽输送。过程第一阶段重庆西部降水的水汽来自孟加拉湾和南海地区，而第二阶段台风低压环流以副高外围的东南气流为载体，将南海的大量水汽向重庆上空输送，在重庆东部产生强烈的水汽辐合。正是这种源源不断的水汽输送，一方面使川渝地区维持高能的状态，具备了对流发展的必然条件，
另一方面提供了暴雨所需的水汽，对云团的形成和维持起着很重要的作用。
图4  2011年6月22日20时-23日20时700hPa（a）、850hPa（b）平均风场（m/s）
和水汽通量散度（阴影，g/(s·cm 2·hPa)）
3.2斜压锋区南压促使对流发展
图6给出了22日20时、23日08时沿109°E 的θse 经向剖面图。从中可见，随着低空东南暖湿气流在大巴山南侧堆积，使得暴雨区（图中横线标注处）中低层θse 有所增大，22日20时(图6a)近地面出现362K 的闭合高值区，高能舌伸展至
850hPa，27°N
600hPa 上有一低值中心，低值区向北延伸到重庆上空，暴雨区上空（0p se >∂θ）处于对流不稳定状态；同时暴雨区北侧θse 锋区南压至32°-33°N 附近，冷空气翻越大巴山产生的垂直扰动激发了垂直上升运动的强烈发展，导致重庆东北部强降水的发生。到了23日08时(图6b)，θse 锋区在加强的同时坡度也在增大，由向北倾斜逐渐转竖，根据
倾斜涡度发展理论[13]，当θse 面变的陡立时，有利于垂直涡度的显著发展，而涡度的发展
造成的上升运动使得强降水在23日08以后得到了再度的加强。在本次暴雨天气过程中冷空气的南侵起到了关键的触发作用。
图6  2011年6月22日20时（a）、6月23日08时（b）沿109°E se θ（实线，单位：K）剖面演变图
3.3高低空合理配置加强低层辐合和高层辐散
低层强辐合高层强辐散的垂直结构，是重庆东部强降水得以持续的重要原因。22日-23日对流层中低层来自“海马”东侧的偏南气流与来自北方的偏北气流汇合，形成的切变线长时间维持在重庆东部上空，为暴雨发生提供了良好的动力抬升条件；200hPa 上重庆为反气旋控制，其北侧有急流存在，同时500hPa 青藏高压东移，增强了高层的辐散抽吸效
应，促使上升气流加强。研究表明[14]，台风系统西侧的下沉气流与暴雨区的上升气流构成
的中尺度次级环流，对远距离台风暴雨的发展和维持具有重要作用。本文采用25点平滑算子对风场资料进行滤波，提取中尺度流场信息。25点平滑算子能够较好的保留有限区
县的中尺度信息，能够较好的揭示系统中尺度特征[9、15]。 经过滤波后的22日20时沿109东北旅游
°E 经向环流（图5a）显示，25°N 附近为台风系统西侧的下沉气流，这支下沉气流向北的外流气流加强了暴雨区（图中横线标注处）的暖湿气流输送和低层辐合，并与暴雨区的上升气流构成了一对次级环流。此外在暴雨区的北侧，斜压锋区发展形成的锋面次级环流也有利于暴雨区上升运动的维持。特大暴雨区（石柱马武）附近格点108°E 、30°的时间-高度剖面（图5b）显示，23日02时，低层辐合高层辐散达到最强，850hPa 散度中心
计划生育个人工作总结值小于-40×10-5s -1，而300hPa 辐散中心值大于50×10-5s -1，强烈的抽吸作用使得从900hPa
到300hPa 一直维持着强的垂直上升运动，中心值小于-2 Pa/s，对流云团发展旺盛，降水达到最强。
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图5  25点平滑算子滤波后22日20时沿109°E 经向环流（流线为与的合成，扩大100倍）和垂直速度（阴影，单位：Pa/s）空间剖面（a）与22日02时-24日02时石柱马武附近（108°E ,30°N）散度（实线，单位：10-5s -1）、垂直速度（阴影，单位：Pa/s）、涡度（点线，单位：10-5s -1）时间-高度剖面
4 中尺度对流云团的形成和发展
团状的、密实的强中-β云团直接导致了强降水的产生，而多个对流云团的反复活跃长时间滞留暴雨区使得强降水得以持续。由图7可见，22日16时，东北部的梁平、云阳、巫溪交界处新生一对流云团H，18时H 云团向东移动并分裂成云团H （偏北）和J （偏南），其上游的梁平北部再次生成一新的对流云团I；两小时后J 和H 重新合并在一起（合并后依然称为H），I 云团有所发展并进入云阳北部；随后，H 和I 合并，云团面积明显增大。23日00时30分，H 移至巫溪减弱，云阳西部生成一对流云团K，在随后的一个小时内，K 云团向东北方向移动，并与H 一起逐渐消亡；23日03时，万州、云阳南部新生成对流单体L，两小时后，该地区再次生成对流云团M；23日10时，在主要云团快离开重庆东北部时，巫溪、城口交界区域新生成云团N，该云团向东移动，17时左右离开巫山，进入湖北。此后，重庆东北部再无新对流云团生成。东北部暴雨区先后有7个强对流云团生成，这些云团大多经过或影响到云阳、巫溪和奉节等大暴雨区，持续影响时间近24小时。
22日16时 H H
I J
I H H
H K
L
22日18时22日20时22日22时 23日00时30分23日03时

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