刘书慧，刘 佳，李晓容，罗 勤

(1．四川省南充市气象台，四川南充 637000；2.四川省江油市气象局，四川江油 621700；3.解放军95437部队气象台，四川南充 637000)



一次西南低涡引发南充持续大暴雨的诊断分析

刘书慧1，刘 佳2，李晓容1，罗 勤3

(1．四川省南充市气象台，四川南充 637000；2.四川省江油市气象局，四川江油 621700；3.解放军95437部队气象台，四川南充 637000)

西南低涡是在青藏高原特殊地形和一定环流条件下的产物，它发生于我国西南地区700 hPa或850 hPa等压面上的气旋性环流或有闭合等高线的低涡，是一个尺度约为300～500 km的中尺度系统，属α中尺度涡旋。西南低涡是影响我国降水的主要天气系统之一，有学者分析指出西南低涡是我国最强烈的暴雨系统之一，就它所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言，可以说是仅次于台风及残余低压，重要性位居第二的暴雨系统[1-3]。西南低涡是全年各月都会出现的，陈忠明等[4]研究发现西南低涡最多出现在夏季，春秋季其次，冬季最少；7月份出现最多，2月份最少；低涡在夜间生成的几率比白天高1倍多。

夏季是四川地质灾害频发期，给国民经济和人民生命财产带来重大损失。四川的暴雨多与西南低涡密不可分。2015年8月16～19日，四川遭遇2015年入汛以来范围最广、强度最大的一次区域性暴雨过程。受强降雨影响，四川多地出现不同程度的洪涝灾情，6市16县(市)162个乡镇受灾。暴雨天气过程使得南充出现了较大范围的城市内涝、铁路交通受阻，有近200个乡镇26 450人受灾，农作物受灾面积1 878.14 hm2，直接经济损失4 806.52万元。此次南充高坪站(国家基本气象观测站)24 h降水量创有气象观测资料以来极值(192.7 mm)。在整个暴雨过程中无论是降水密集时间还是降水分布均为南多北少，全市一半以上自动观测站点累计降水量达100 mm，此次过程中发现有西南低涡生成。笔者利用NCEP 1°×1°再分析资料、风云卫星资料以及地面常规气象观测资料，对发生在南充的这次区域性大暴雨进行分析，探讨西南低涡如何作用于此次暴雨过程以及此次强降水发生发展的机制，以期在以后预报工作中更加准确地把握西南低涡引发暴雨的预报。

1天气实况

2015年8月16日16：00～18日16：00南充出现了一次区域大暴雨天气过程，其中最大过程累计降水量在顺庆区荆溪镇，为362.7 mm，最大小时雨强出现在顺庆区搬罾镇，为60.3 mm/h，高坪站16日20：00～17日20：00降水量为192.7 mm，刷新了该站有气象记录以来的历史极值。全市213个监测站点中，累计雨量≥300 mm的站点1个、≥200 mm的站点39个、≥100 mm的站点167个，≥50 mm的站点201个。从降水落区可以看出，此次降水过程大值区位于南充市南部地区(图1)，大值区降水分布较为集中，高坪站(106.1°N、30.8°E)刚好处在降水大值区内，16日16：00～18日16：00逐小时气象观测降水实况统计(图2)显示，强降水主要集中在16日16：00～21：00、17日16：00～20：00。

2环流形势

暴雨系统属于中小尺度系统，而它又处于大尺度环流背景中，大尺度环流背景为暴雨的产生提供了充足的水汽供应、层结不稳定等条件，两者通常有着密切的关系[5]。暴雨发生前，8月16日14：00 500 hPa亚欧大陆为两槽一脊环流形势，巴尔喀什湖冷槽东移至贝加尔湖以南，青藏高原中部到川西高原上空有一低涡切变，四川北部地区上空受贝加尔湖冷涡带来的下滑槽影响；同时在中低纬地区，西太平洋副热带高压受位于西太平洋15°N双台风持续挤压影响而发生变形，使副高的西脊点向孟加拉湾附近西伸，暖湿气流受副高西侧西南气流引导，流入四川盆地(图3)。16日20：00 500 hPa青藏高原短波槽东移影响盆地；700 hPa(图4a)，在川西高原有明显切变，在德阳—成都一线也有切变，南充西北侧有较强的风速辐合，受东南风控制；850 hPa(图4b)，南充处在风速辐合区，此时西南低涡还未明显生成影响该地区，强降水主要受切变线影响。

图3　2015年8月16日14：00亚欧500 hPa形势场及风场Fig.3　The situation field and wind field on the 500 hPa on 14：00 in August 16，2015

3西南低涡北上及加强发展

3.1低涡发生及移动17日02：00 700 hPa有较强气旋性切变，但未见闭合环流(图5a)；而同一时刻在500 hPa切变线南侧下层的850 hPa出现西南低涡(图5b)，6 h后西南低涡才垂直发展到700 hPa高度，位于盆地南部乐山附近，南充位于低涡东北部，有明显的风速辐合。17日08：00 850 hPa流场上西南涡中心位于自贡内江地区，与700 hPa配合较为一致，低层较强的上升运动带来正涡度的垂直输送，在一定程度上有利于西南低涡向对流中层发展，也使得低涡中尺度系统维持影响时间较长。17日08：00南充在850 hPa同样有明显的风速辐合且受东南风控制，700、850 hPa存在明显的西南急流。从图6可以看出，700 hPa西南低涡中心在自贡内江附近稳定少动，至少持续维持18 h，恰在此时段暴雨出现了第2次强降水密集时段；随后，西南低涡中心向东向北移动，在18日08：00位于南充，之后低涡中心缓慢北移减弱，在18日20：00低涡中心移出南充境内，此次降水过程也随之结束。综上分析，此次西南低涡生成属于高原切变类，降水的持续与西南低涡少动密切相关。

图4　2015年8月16日20：00 700 hPa(a)和850 hPa(b)流线图Fig.4　The 700 hPa streamline and 850 hPa streamline on 20：00 in August 16，2015

图5　2015年8月17日02：00 700 hPa(a)和850 hPa(b)流线图Fig.5　The 700 hPa streamline and 850 hPa streamline on 02：00 in August 17，2015

图6　2015年8月17～18日700 hPa西南低涡生成后移动路径Fig.6　Moving path of 700 hPa southwest vortex

3.2中尺度云团分析风云Ⅱ卫星红外云图资料(图7)显示，西南低涡北上加强发展的过程伴随有中尺度对流系统(MSC)云团不断加强发展的过程。在此利用南充市各自动站逐小时降水资料，再结合风云Ⅱ卫星红外云图资料，对8月16～18日出现在南充上空的MCS云团进行分析。由表1可知，8月16～18日降水过程中绝大多数降水云团移动缓慢，有利于该区域内强降水的发生；MCS云团在南充境外生成并快速移动到南充，但在南充境内发展移动缓慢，同时合并到原有云团中，强降水过程得以持续；通过地理信息与云图的叠加，最大中心雨强的站点多位于对流云团旺盛区，雨强多为30～40 mm/h，具有明显的中尺度特征；从云团的覆盖面来看，南充市辖三区(顺庆区、嘉陵区、高坪区)受云团影响时间最长，也合理解释降水主要集中在南充南部地区；17日02：00前后西南低涡生成，在卫星云图上云团表现出移动缓慢，并有新云团生成合并使得降水再一次增强。

从卫星云图特质揭示出中尺度对流系统云团与此次暴雨天气过程密切相关，并多作用在南充市南部，使得降水出现南多北少的局面。在西南低涡出现后，MCS云团出现在低涡的东北部，恰好是低涡的上升运动区域，因此在西南低涡维持下的中尺度对流系统云团是此次区域性大暴雨产生的重要影响系统。

4西南低涡诱发暴雨的机制

4.1动力抬升作用从高坪站相对涡度的高度-时间剖面(图8a)可看出，涡度具有“上负下正”的结构，在此次暴雨过程中，对流层中低层(500 hPa及以下)均为正涡度、高层为负涡度，有利于低涡发展[6-7]。在16日14：00前后和17日08：00～18日02：00，正涡度中心延伸至400 hPa以上，呈自下而上的近垂直结构。16日14：00前后对应切变线带来降水，而后一时段恰好是西南低涡加强发展影响南充时段，正涡度柱明显加强，其中涡度中心位于850 hPa附近，正涡度值达10×10-4s-1。说明850 hPa附近气旋性涡旋环流最强，辐合上升运动最强，环境场辐合越强低涡的发展越快。2次对流层中低层正涡度柱伸展时段与高坪站强降水时段吻合，强烈的抬升运动有利于降水的发生[6-7]。

表1　 2015年8月16日16：00～17日19：00降水云团分布特征

图7　2015年8月16日16：00(a)和17日12：00(b)卫星云团Fig. 7　Satellite clouds on 16::00 in August 16 and 12:00 in August 17, 2015

从散度高度-时间剖面(图8b)可以看出，散度场基本具有“上正下负”的结构，700 hPa以下基本为负值辐合，在低涡生成发展时(17日08：00左右)南充处在辐合大值区，低层的辐合中心值达-6×10-4s-1，此时高空200 hPa附近又为最大辐散中心，其值为4×10-4s-1。结合700、850 hPa风场矢量及散度场(图9)可以看出，700及850 hPa低层有辐合中心与之对应，高层辐散大于低层辐合。低层辐合高层辐散这种抽吸作用有利于上升运动的维持，为对流的发展提供了条件，是暴雨形成的重要动力因子。由高坪站垂直速度的高度-时间剖面(图8c)可见，17日02：00开始南充存在较强的上升气流，恰好与低涡在850 hPa生成时间相对应；并在17日08：00左右南充上空为深厚的上升气流(一直上升发展至200 hPa)。在暴雨过程中，上升运动的最大值出现在700 hPa。

综上所述，暴雨过程中，南充低层辐合高层辐散，加之低层辐合中心与西南低涡伴随的低空急流耦合发展，有利于上升运动的发展和维持，为暴雨提供了有利的动力作用。

图8　2015年8月16～18日高坪站相对涡度(a)、散度(b)、垂直速度(c)和比湿(d)的高度-时间剖面Fig.8　Altitude-time profile of relative vorticity(a)，divergence(b)，vertical speed(c)and specific humidity(d)in Gaoping Station from August 16 to August 18，2015

注：散度场单位为10-4s-1，阴影区为负散度。Note：Unit of divergency field was 10-4s-1；shadow region was negative divergence.图9　2015年8月17日08：00 700 hPa(a)和850 hPa(b)风场矢量及散度场Fig.9　Vector of wind field and divergency field on 700 hPa(a)and 850 hPa(b)on 08：00 in August 17，2015

4.2水汽条件在暴雨发生时，南充700和850 hPa相对湿度分别为80%和90%。从高坪站的比湿高度-时间垂直剖面(图8d)可以看出，在整个暴雨过程期间，700和850 hPa的比湿分别一直保持在12和14 g/kg以上，处于准饱和状态；中低层的比湿在过程中也存在峰值和低值，大值出现在16日20：00、17日20：00前后，恰好与此次暴雨的强降水时间段一致。

分析环流形势及水汽通量矢量和水汽通量散度(图10)表明，此次暴雨的主要水汽来源于孟加拉湾。16日16：00～18日16：00，南充700和850 hPa均为负水汽通量散度，同时在西南低涡出现后南充700及850 hPa水汽辐合区域一致，其中17日08：00南充西南部为辐合极大值区，达-40×10-6g/(cm2·hPa·s)。降水过程中，西太平洋副高受位于西太平洋15°N双台风西伸持续挤压影响，打通了孟加拉湾向盆地输送水汽的通道。南充受副高西侧持续的西南低空急流水汽输送，高湿的气流流入南充，且700和850 hPa南充一直处在水汽辐合上升区域，有利于水汽的垂直输送，是连续降水的重要条件。

4.3热力不稳定对比2015年8月16～18日达州探空站K指数、SI指数和CAPE值(表2)发现，16日08：00～17日20：00K指数不断增大，而SI指数是不断减小，大气处于不稳定状态[8-9]；到18日后K指数<35 ℃，SI指数为正，降水也趋于结束。16日08：00～20：00CAPE值是不断增大，特别在16日14：00暴雨发生前期数值突然增大，能量明显积聚，而在17日08：00以后CAPE减小，说明能量释放明显。在低涡生成后(17日08：00～20：00)，K指数维持为41 ℃，SI指数也均为负值，表明大气仍处在极不稳定状态[8-9]。

注：阴影区为负水汽通量散度。Note：Unit was 10-6g/(cm2·hPa·s)；shadow region was negative water-vapor flux.图10　2015年8月17日08：00 700 hPa(a)和850 hPa(b)水汽通量矢量和水汽通量散度叠加图Fig.10　Vector and divergence of water-vapor flux on 700 hPa(a)and 850 hPa(b)on 08：00 in August 17，2015

结合形势场分析，低涡发生前期的强对流天气得益于切变线及不稳定能量的释放；低涡发生后，大气仍处在不稳定状态，为动力抬升提供条件，有利于暴雨的发生。

表22015年8月16～18日达州探空站K指数、SI指数和CAPE值分布情况

Table 2Distribution situation ofKandSIindexes andCAPEvalue in Dazhou rawinsonde station from August 16 to August 18，2015

时间TimeK指数Kindex∥℃SI指数SIindex∥℃CAPEJ/kg16日08:00351.82166.116日14:00380.901088.016日20:0038-1.421202.717日08:0041-0.54100.217日20:0041-0.65018日08:00333.450

5结论

利用常规观测资料及NCEP资料，对2015年8月16～18日西南低涡引发的南充一次区域性大暴雨过程进行诊断分析，得到以下几点结论：

(1)此次暴雨过程受高原低值系统东移、台风挤压副高及西南暖湿气流的共同作用，使得南充处于东高西低的阻塞形势，致使短波槽移动缓慢长期停留在盆地东部；但降水主要分为2个阶段，第1阶段为中低层切变线及前期不稳定能量释放引发强对流天气；第2阶段为西南低涡在盆地南部稳定少动并长时间维持(18 h)，南充处在低涡辐合上升区，是引发连续暴雨主要原因之一。

(2)此次西南低涡生成属于高原切变类，低涡首先出现在500 hPa切变线南侧下层的850 hPa出现(8月17日02：00)，6 h后垂直发展至700 hPa，之后西南低涡气旋式环流主要位于700 hPa以下的对流层，深厚阶段正涡度柱伸展至400 hPa，呈自下而上的近垂直结构。

(3)中尺度对流系统云团多作用在南充市南部，使得降水出现南多北少的局面。在西南低涡出现后，MCS云团出现区域恰好为低涡的上升运动区域，因此在西南低涡维持下的中尺度对流系统云团是此次暴雨产生的直接影响系统。

(4)南充低层辐合高层辐散，加之低层辐合中心与西南低涡伴随的低空急流耦合发展，有利于上升运动的发展和维持，为暴雨提供了有利的动力作用。

(5)南充受西太平洋副高西侧持续的西南低空急流水汽影响，副高受位于西太平洋15°N双台风西伸持续挤压影响，使得孟加拉湾水汽源源不断向盆地供应；且中低层南充一直处在水汽辐合上升区域，有利于水汽的垂直输送，是连续暴雨的主要原因。

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摘要利用NCEP 1°×1°再分析资料、风云卫星资料以及地面常规气象观测资料，对2015年8月16～18日发生在南充的一次区域性大暴雨进行分析，探讨强降水发生发展的机制。结果表明，此次暴雨过程主要分为2个阶段：第1阶段为低空切变线及前期不稳定能量释放引发强对流天气；第2阶段为西南低涡影响，影响时间较长。此次西南低涡生成属于高原切变类，低涡首先出现在500 hPa切变线南侧下层的850 hPa，后垂直发展到700 hPa，深厚阶段正涡度柱伸展至400 hPa，呈自下而上的近垂直结构。在西南低涡维持下的中尺度对流系统云团是这次暴雨产生的重要系统。南充低层辐合高层辐散，加之低层辐合中心与西南低涡伴随的低空急流耦合发展，有利于上升运动的发展和维持，为暴雨提供了有利的动力作用。南充受西太平洋副高西侧持续的西南低空急流带来孟加拉湾的充沛水汽，且中低层南充一直处在水汽辐合上升区域，有利于水汽的垂直输送。

关键词西南低涡；暴雨；诊断分析

Diagnostic Analysis of a Heavy Rainfall in Nanchong City Caused by Southwest Vortex

LIU Shu-hui1, LIU Jia2, LI Xiao-rong1et al(1.Nanchong Meteorogical Observatory，Nanchong, Sichuan 637000; 2. Jiangyou Meteorogical Bureau, Jiangyou, Sichuan 621700)

AbstractA heavy rainfall in Nanchong City was analyzed from August 16 to August 18, 2015 by using NCEP 1° × 1° reanalysis data, FY satellite data and ground conventional meteorological observation data. The mechanism of heavy rainfall was discussed. Research results showed that this heavy rainfall could be divided into two stages: the first stage was severe convection weather caused by previous unstable energy release and low level shear line; the second stage was the influence of southwest vortex in a long period of time. This southwest vortex belonged to the plateau shear. Low vortex firstly generated on the 850 hPa under the south site of 500 hPa shear line. Then, the southwest vortex developed to 700 hPa vertically. The deep stage of positive vorticity stretched to 400 hPa, showing nearly vertical bottom-up structure. The mesoscale cloud cluster maintained by southwest vortex was an important system for this rainfall. There were low level convergence and high level divergence in Nanchong City, coupled with low-level convergence center and the low-level jet of southwest vortex. The dynamic condition was helpful to the development and maintenance of the vertical motion. Low-level convergence in convection and relatively strong upward motion provided favorable dynamics for rainstorm. Abundant water vapor from the Bay of Bengal was brought to Nanchong City by southwest low-level jet in the west site of the western pacific subtropical high. The middle and lower atmosphere on Nanchong was in the region of water vapor convergence, which was conducive to the vertical transport of water vapor.

Key wordsSouthwest vortex; Rainstorm; Diagnostic analysis

收稿日期2015-11-30

作者简介刘书慧(1992-)，女，四川仪陇人，助理工程师，从事短期短临天气预报研究。

基金项目南充市气象局重大气象灾害预警与评估协同创新团队研究项目(2016002)。

中图分类号S 165

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-275-06