西南低涡背景下秦巴山区强降水特征

张小峰， 刘元珺， 徐娟娟， 何豫秦， 王云鹏， 彭菊蓉， 杨睿敏

(1.陕西省汉中市气象局，陕西汉中 723000；2.陕西省气象台，陕西西安 710015)

西南低涡背景下秦巴山区强降水特征

张小峰1， 刘元珺1， 徐娟娟2， 何豫秦1， 王云鹏1， 彭菊蓉1， 杨睿敏1

(1.陕西省汉中市气象局，陕西汉中 723000；2.陕西省气象台，陕西西安 710015)

根据2001—2015年秦巴山区由西南低涡导致的强降水个例，采用统计方法、天气学方法、数值模拟等，对影响秦巴山区西南低涡过程进行统计，找出西南低涡的移动、发展与汉中强降水之间的关系，通过数值模拟对2011年8月3—5日陕南区域性暴雨过程进行了分析。结果表明，西南低涡背景下秦巴山区的强降水主要出现在6—9月，占暴雨总发生次数的17%，陕南南部是西南低涡影响频次最高的区域；数值模拟表明，暴雨是在西南低涡及低空西南急流的直接作用下发生发展，低涡和急流的维持为降水中心的低层辐合及与之伴随的上升气流的发展提供了有利条件，低层辐合、高层辐散和正涡度的作用使西南低涡有增强作用。

西南低涡；强降水；变化特征；秦巴山区

西南低涡是青藏高原东侧背风坡地形、加热与大气环流相互作用下，在我国西南地区(100°～108°E、26°～33°N)形成的具有气旋式环流的α中尺度闭合低压涡旋系统[1]。研究表明，西南低涡发展东移时，往往引发下游地区大范围的暴雨、雷暴等高影响天气[2]。西南低涡被认为是我国最强烈的暴雨系统之一[2]，就它所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言，可以说其重要性是仅次于台风及残余低压而位居第二暴雨系统[3]。长期以来，我国气象工作者对西南低涡进行了研究，并取得了一定的成果[4-6]。张腾飞等[5]研究发现，西南低涡是一个具有斜压性的极其深厚的系统，随高度前倾，500 hPa西南低涡诱发了700 hPa西南低涡的产生，强降水主要出现在西南低涡的西南方。

秦巴山区位于四川盆地东北部的秦岭山区，是西南低涡的主要影响地区之一。西南低涡的发生发展和移动直接影响着秦巴山区的天气变化。秦岭山区地理地形条件独特，天气复杂，降水分布不均，强降水天气常造成该地区山洪、泥石流等灾害频发，给该地区的农业生产、人民生命财产等造成较大损失。笔者根据2001—2015年秦巴山区由西南低涡导致的强降水个例，采用统计方法、天气学方法、数值模拟等，对影响秦巴山区西南低涡过程进行统计，找出西南低涡的移动、发展与汉中强降水之间的关系，通过数值模拟对2011年8月3—5日陕南区域性暴雨过程进行了分析，以期为秦巴山区强降水的预报提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料选取与西南低涡背景下秦巴山区强降水过程识别标准 降水资料来源于2001—2015年历史天气图、陕南(汉中、安康、商洛)国家级自动站。西南低涡背景下强降水识别标准：①在100°～108°E、26°～33°N。②秦巴山区县区站出现暴雨，24 h降水量≥50 mm。③在700或850 hPa等压面上有闭合等高线的低压或有3个站风向呈气旋式环流的低涡；同一低涡连续出现在2个观测时次以上(08:00和20:00)作为一次西南低涡过程统计。同时满足以上3个条件时，认定为西南低涡背景下秦巴山区强降水过程。

1.2 西南低涡典型个例的数值模拟试验

1.2.1 个例选取。2011年8月3—5日秦巴山区出现的一次区域性暴雨过程，强降水集中在汉中、安康地区，3日20：00—6日08：00累积雨量超过100 mm的有64站，超过200 mm的有1站(汉中市镇巴最大213.7 mm)。西南低涡、台风低压、低涡切变共同构成了此次过程的环流背景场。台风外围强暖湿气流输送与西南低涡相配合，造成秦巴山区暴雨过程。

1.2.2 资料选取和模式设计。采用WRFModelVersion3.6ARW中尺度模式。设计采用单层网格，格距为9 km，使用30°地形数据。模式中心点为35°N、108°E，格点数为181×181，垂直坐标是地形跟随的σ坐标，分为35层。采用Lin微物理方案、Betts-Miller-Janjic积云参数化方案、YSU行星边界层参数化方案、RRTM长波方案、Dudhia短波方案。初值资料选用1°×1°的FNL再分析资料。模式每6 h提供1次边界条件，1 h输出1次结果。模拟过程1以20日14：00作为初始场，积分30 h；过程2以3日14：00作为初始场，积分30 h；过程3以17日14：00作为初始场，积分42 h。

2 结果与分析

2.1 西南低涡影响下秦巴山区强降水的时空分布特征

2.1.1 年际变化。按年内某日只要有1站出现暴雨即算1个暴雨日，2001—2015年秦巴山区共出现暴雨日181 d，年均暴雨日12 d。由图1可见，2001—2015年秦巴山区西南低涡背景下强降水过程基本每年均有影响，2002、2006年未出现。

图1 2001—2015年秦巴山区逐年暴雨及西南低涡暴雨频数分布Fig.1 Frequency distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

2.1.2 月际变化。秦巴山区是陕西省暴雨中心多发地，一年中2—11月均有暴雨出现，最早暴雨出现在2004年2月20日,最晚出现在1980年11月19日。秦巴山区暴雨多发生在6—9月，2001—2015年6—9月发生暴雨共165次，占暴雨发生次数的91%；西南低涡背景下秦巴山区强降水过程30次，最早出现于2004年2月20日，最晚出现于2015年9月17日，占暴雨总发生次数的17%，6—9月发生25次，占西南低涡背景下暴雨总次数的83%(图2)。

2.1.3 空间分布。2001—2015年共发生西南低涡北上影响陕南的强降水过程30次，统计各站暴雨日数(图3)发现，陕南南部是西南低涡影响频次最高的区域，镇巴站15次，镇坪12次，均处于巴山沿线，影响秦巴山区的西南低涡主要生成于四川东部，东移影响陕南南部，当西南低涡向东北移动，可影响陕南偏北地区。

图2 2001—2015年秦巴山区暴雨和西南低涡暴雨月分布Fig.2 Monthly distribution of rainstorm and southwest vortex rainstorm in Qinba mountainou area from 2001 to 2015

图3 2001—2015年西南低涡影响下秦巴山区暴雨日数空间分布Fig.3 Spatial distribution of rainstorm days in Qinba mountain area under the influence of southwest vortex during 2001-2015

2.2 数值模拟结果

2.2.1 模式输出及500 hPa环流背景。总的来说，控制试验较为准确地模拟出了暴雨过程，但中心雨量模拟不够理想，位置略有偏差(图4)；较为准确地再现了造成暴雨的系统特征。模拟的中低层流场和实况对比发现，其基本特征与实况吻合，能较为真实地反映大气的实际情况及变化趋势。

图4 2011年8月3日20:00—4日20:00数值模拟(a)和实况(b)降水量分布Fig.4 Numerical simulation (a) and actual (b) precipitation distribution from 20:00 August 3 to 20:00 August 4 in 2011

2.2.2 环流背景对西南低涡的影响。此次过程西南低涡的发生发展为高原低涡在东移过程中诱发生成的。西南低涡从初生到成熟阶段正涡度发展强，与500 hPa低涡形成了垂直耦合形势。500 hPa有南支槽东移，低槽前的正涡度平流所造成的低压减压，也是西南低涡形成的一个重要因素。

2.2.3 低空急流对西南低涡的影响。对比平均涡度、西南风速和水汽通量散度随时间演变趋势(图5)发现，平均涡度、水汽通量散度随时间呈现出相同的形态，随着西南气流不断加强，对应于平均涡度的增强和水汽辐合的加强。西南气流增强促进了西南低涡强度增强，利于低层水汽输送，为暴雨的形成提供了充足的水汽条件和动力抬升条件。大量的暖湿气流通过低空急流输送，强的水汽辐合和上升运动造成了区域性暴雨天气的发生。

2.2.4 西南低涡动力场分布特征。西南低涡在垂直方向高层辐散、低层辐合动力配置下(图6)，有利于形成抽吸作用，维持较强的上升运动，利于低涡的稳定、维持。垂直方向低层辐合、高层辐散的垂直结构，促进了气流的抽吸作用，上升运动增强，西南低涡的正涡度发展，进一步促进了西南低涡的稳定、维持和发展。

3 小结

(1)西南低涡背景下秦巴山区强降水过程每年均有出现，基本均发生在6—9月，占暴雨总发生次数的17%，陕南南部是西南低涡影响频次最高的区域；影响秦巴山区的西南低涡主要生成于四川东部，东移影响陕南南部，当西南低涡向东北移动，可影响陕南偏北地区。

(2)通过西南低涡典型个例的数值模拟试验，发现秦巴山区暴雨过程的西南低涡的发生发展过程相似，为高原生成的高原低涡东移诱发生成。低层辐合和正涡度、高层辐散使西南低涡有增强作用。

图5 2011年8月3—4日平均涡度(a)、西南风速(b)和水汽通量散度(c)随时间演变Fig.5 Mean vorticity (a), southwest wind speed (b) and water vapor flux divergence (c) with time during August 3-4,2011

[1] 赵大军，江玉华，李莹．一次西南低涡暴雨过程的诊断分析与数值模拟[J]．高原气象，2011，30(5)：1158-1169．

[2] 何光碧．西南低涡研究综述[J]．气象，2012，38(2):155-163．

[3] 陈忠明，缪强，闵文彬．一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析[J]．应用气象学报，1998，9(3)：273-282．

[4] 陶诗言.中国之暴雨[M]. 北京:科学出版社, 1980：225.

[5] 张腾飞,张杰,马联翔. 一次西南涡影响云南强降水过程分析[J]. 气象科学, 2006, 26(4)：376-383.

[6] 李国平．青藏高原动力气象学[M]．2版.北京: 气象出版社，2007: 24-26．

Characteristics of Heavy Rainfall in Qinba Mountain Area in the Background of Southwest Vortex

HANG Xiao-feng1,LIU Yuan-jun1,XU Juan-juan2et al

(1.Hanzhong Meteorological Bureau of Shaanxi Province,Hanzhong,Shaanxi 723000; 2.Shaanxi Meteorological Observatory, Xi'an,Shaanxi 710015)

According to the heavy rainfall caused by southwestern vortex in Qinba mountainou area from 2001 to 2015,the statistical methods, the synoptic method and the numerical simulation were used to statistically analyze the process of the southwest vortex in the Qinba mountainou area,and found the relationship between the movement and development of the southwest vortex and the heavy rainfall in Hanzhong.The regional storm process in southern Shaanxi from August 3 to August 5 in 2011 was analyzed by numerical simulation.The results showed that the heavy rainfall in the Qinba mountain area in the background of southwest vortex mainly occurred in June-September, accounting for 17% of the total number of rainstorm, and the southern part of southern Shaanxi was the highest frequency region of southwest vortex.The numerical simulation showed that the rainstorm was developed under the direct action of southwester vortex and low-level southwestern jet.The maintenance of low vortex and jet provided favorable conditions for the low-level convergence of the precipitation center and the development of the ascending airflow.The low-level convergence,high-level divergence and positive vorticity had enhanced the southwestern vortex.

Southwest vortex;Heavy rainfall;Variation characteristics; Qinba mountainou area

中国气象局关键技术集成与应用重点项目(CMAGJ2015M59)。

张小峰(1976-)，男，陕西周至人，副研级高级工程师，从事天气预报和人工影响天气研究。

2016-09-21

S 161.6

A

0517-6611(2016)34-0191-03