贵州舟溪2012年6月10日泥石流灾害的气象成因

罗喜平，杨秀庄，杨 静，吴古会

(1.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002;2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州 贵阳 550002)

1 引言

贵州省地处青藏高原东侧下坡地带，由于复杂的地形地貌，暴雨在贵州时有发生，针对贵州的暴雨也有不少研究［1－6］，对贵州夏季降水的气候特征的研究表明［1－3］，夏季降水呈上升趋势，洪涝灾害明显增多。李登文等［4］的研究表明，强降水受河套冷空气快速南下影响并在贵州中部中尺度辐合线锋生，诱发中尺度对流云团发生、发展，强降水区与低层辐合带密切相关。杨静等［5］利用中尺度WRF模式对贵州南部的一次大暴雨过程进行了数值模拟，以期揭示复杂地形下，中尺度系统的生成、发展过程，并且试图寻找地形对贵州暴雨的影响。池再香等［6］对黔东南州1996—2005年夏季局地暴雨的主要影响系统、各种物理量场以及西太平洋副热带高压位置变化、地形等的综合分析表明，有9次局地暴雨与西太平洋副热带高压位置变化密切相关。然而对历时短、强度大的局地暴雨及其中尺度系统的发生发展和成因则研究得较少。短时强降水是泥石流灾害最重要的触发因子［7－8］，由于贵州对自然灾害的防御能力较低，短时强降水常诱发山洪、泥石流等次生灾害，造成的灾害损失巨大。因此，加强可诱发泥石流的局地暴雨的研究显得非常重要。

2012年6月9日夜间到10日凌晨，贵州省黔东南州舟溪镇遭受了一场特大暴雨袭击，10日01时(北京时，下同)左右，暴雨引发了泥石流、山体滑坡、塌方等地质灾害。这次暴雨局地性强、历时短、强度大，造成了人员伤亡和严重经济损失。本文利用加密地面自动气象站、常规MICAPS资料、每6 h一次的1°×1°NCEP再分析资料、FY－2E气象卫星云图、多普勒天气雷达回波等多源实测资料，对这次突发性大暴雨过程进行综合分析研究，以揭示此类泥石流灾害的气象成因，为今后做好暴雨灾害的防范和预警提供科学依据及技术保障。

2 泥石流降水特征和灾情

2012年6月9日20时—10日20时贵州出现了一次大暴雨天气过程，并伴随强雷电天气。据气象资料统计，全省七要素自动气象站共出现大雨13站、暴雨4站，两要素站共出现大雨170站、暴雨46站、大暴雨11站、特大暴雨2站。暴雨主要集中在铜仁市东南部、黔东南州、贵阳市南部、黔西南州北部等地，强降水呈带状分布，较为分散，局地特征明显。

此次过程中，日最大降水出现在灾情发生地—黔东南州凯里市的舟溪镇(26.5°N、107.9°E)，日降水量达286.3 mm。从舟溪镇逐小时降水量演变来看，强降水主要集中在9日23时—10日04时，雨强均超过了20 mm/h，均达到短时强降水标准［9］。其中23—01时最为集中，雨强超过50 mm./h，而00—01时达115.3 mm/h，强度之大实属罕见。10日01时左右，舟溪镇因短时强降水引发了泥石流、山体滑坡、塌方等地质灾害，造成3人死亡、7人受伤，19个村4 736户1.9万人受灾，多条道路、饮水管网、水渠等受损。

3 大尺度环流背景及影响系统

图1 2012年6月9日08时500 hPa高度场(单位:dagpm)及风场

本次强降水天气过程主要发生在9日20时－10日凌晨。在暴雨发生前(9日08时)500 hPa高空天气图上(图2)，欧亚地区中高纬为“两槽一脊”形势，在巴尔喀什湖北侧及贝加尔湖东南侧分别为低槽中心，两槽区之间在我国新疆地区为一脊区，中低纬西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)呈带状分布，588位势什米(dagpm)线在我国南海中北部，贵州受副高西北侧西南气流控制，584 dagpm线位于滇黔湘北部;到20时(图略)，在贝加尔湖东南侧的低涡向东南移到内蒙古呼伦湖，带动北支锋区南移到35°N附近，副高也随之南撤，584 dagpm线南压到昆明—贵阳—福州一线。

700 hPa上，在暴雨发生前后(9日08时—10日08时，图略)贵州省均受切变线南侧的强西南气流控制，只是在暴雨发生后南风分量迅速减小，西南气流给贵州上空输送大量的水汽，可见本次暴雨过程水汽主要来自于中低层(500～700 hPa);9日08时850 hPa(图略)上，在两湖盆地—贵州省的东北部—贵州省的南部有一切变线，切变南侧的西南气流风速为6～8 m/s，20时(图略)切变线东段维持，西段南侧的西南气流减弱;北侧贵阳探空站从08时2 m/s的东南风转为6 m/s的东北风，表明此切变线由暖式转为冷式切变;同时08时在四川北部的冷中心20时南移到贵州省北部，表明低层有冷空气侵入;地面辐合线(图略)08时位于贵州省的北部，14时南移到黔东南州北部—黔南州北部—六盘水市北部，20时维持少动，强降水带与地面辐合线基本重合。

综上所述，西太副高西北侧的西南气流给这次暴雨过程提供了充足的水汽条件，近地层切变线及地面辐合线则是这次暴雨天气过程的主要影响系统。

4 中尺度天气系统分析

4.1 FY－2E卫星红外云图TBB特征

泥石流灾害点的具体位置与中尺度天气系统密切相关。利用FY－2E静止气象卫星1 h平均相当黑体亮温(TBB)和红外云图资料，相当黑体亮温资料的水平分辨率为0.1°，时间分辨率为1 h。如图2可见，6月10日00时，舟溪附近有弱的中β尺度(水平尺度约为50 km)对流云团生成，降水也出现，舟溪位于对流云团的西北侧边缘，小时降水量就达到61.2 mm;10日01时该对流云团迅速发展，水平尺度达110 km，面积增大，云顶亮温降低，云团边界光滑，最低云温为－60℃，舟溪处在对流云团的北部边缘，亮温梯度较大，此时舟溪小时降水量达到最大为115.3 mm;02时该对流云团进一步加强，范围扩大，并与其西侧的另一个中β尺度对流云团合并，云顶亮温低于 －52℃和 －60℃的云团面积扩大，边界仍然平滑，舟溪仍处在该对流云团的北部边缘，云顶亮温在－40℃左右，舟溪的小时降水量较前一时刻有所减弱，但仍达到42.6 mm;03时对流云团开始向东南方向移动，云团边界仍然保持光滑，舟溪仍处在对流云团的北部边缘，舟溪的小时降水量减小至23.4 mm;到04时，对流云团中心云顶亮温开始减弱，最低亮温仅为－55℃，云团范围缩小，呈西北—东南走向类似椭圆状，云边界光滑，舟溪位于云团的西北部边缘，云顶亮温有所下降，该时刻小时降水量有所增强，达36.5 mm;05时降水云团东移，舟溪降水量明显减弱，仅为3.4 mm，之后随着降水云团的进一步东移，舟溪上空不再有对流云团覆盖，降水过程基本结束。

分析灾害点(舟溪)的云顶亮温和小时降水量(图3)，发现降水量具有明显的短历时特征，强降水集中在5 h以内，小时降水量均超过20 mm/h，其中00时－02时小时雨量均超过40 mm/h。但舟溪云顶亮温并非很低，开始出现降水时，舟溪处在对流云团北部边缘，云团处在发展中，云顶亮温不断下降，02时降至最低为－43℃，最大雨强并非出现在云顶亮温最低时，而是发生在云顶亮温降低过程中，即对流云团发展过程中，03时云顶亮温有所上升，降水也即较02时减弱，而04时云顶亮温再次降低，降水量又有所增大。

图2 6月10日01时－06时TBB 分布

图3 6月10日01时－08时舟溪小时降水量(柱状)与云顶亮温(折线)的演变

可见，造成舟溪强降水的对流云团是一个中β尺度对流云团，舟溪位于对流云团的北部边缘云顶亮温梯度较大处，但云顶亮温强度并非很低，最强小时降水出现在对流云团的发展过程中、TBB梯度的大值区内。

4.2 多普勒天气雷达回波特征

利用都匀多普勒天气雷达(其波长为5 cm，C波段)三维体扫基数据分析此次强降水开始前后的雷达回波特征，组合反射率和剖面产品根据体扫基数据计算而得。

由舟溪9日23时－10日04时降水时段雷达组合反射率分布图(图略)可以看出，9日23时03分，麻江东部有2个雷暴单体出现，其中舟溪附近的雷暴单体命名为雷暴单体A，其面积不大，属于中γ尺度系统，强度较强，最大回波强度为55 dBz，从剖面图上看，此时回波未接地，降水还未开始，自动站也未监测到降水;舟溪西面的雷暴单体称为雷暴单体B，也属于中γ尺度系统，强度比雷暴单体A稍弱，最大回波强度为52 dBz。9日23时38分，雷暴单体B东移迅速，而雷暴单体A移动缓慢，二者合并为一个单体，其面积明显增大，最大回波强度维持在50 dBz以上，此时合并的雷暴单体刚好在舟溪上空，舟溪开始出现强降水。到10日00时13分，合并后的雷暴单体移动缓慢，强度雷暴单体明显减弱，最大回波强度由50 dBz降到40 dBz，面积也明显减小，影响范围和强度都在减弱，同时在麻江南部又有新的雷暴单体出现，空间尺度为几十公里，属于中β尺度系统，定义为MCS1，其最大回波强度为55 dBz，40 dBz以上的回波面积较大，影响区域较广。MCS1受西南偏西气流影响，其移动为东北偏东方向，至10日00时33分达到最强，影响区域主要在舟溪附近及以西地区。之后MCS1开始减弱，到00时43分，MCS1 40 dBz以上的回波面积有所减小，同时可以看到在其西南偏西方向又有新的雷暴单体出现，强度和范围都与MCS1相当，空间尺度也达几十公里，定义为MCS2，MCS2最大回波强度为55 dBz，从MCS2的移动演变情况来看，MCS2也主要向东北方向移动，但移动很缓慢，至01时03分，MCS2移动到舟溪以西、麻江县城以东的位置，位于舟溪上空的MCS1继续减弱，最大回波强度已在40 dBz以下，空间尺度也缩小为几公里，受MCS1及MCS2的共同影响，舟溪镇小时降水量达115.3 mm/h。01时38分，MCS1减弱消亡，MCS2仍位于舟溪以西、麻江县城以东的位置。之后MCS2向东北方向移动明显，02时49分，MCS2移动到舟溪上空，其强度和范围维持，最强回波强度仍在50 dBz以上，由于MCS2移动缓慢，导致MCS2长时间停滞在舟溪上空，造成了舟溪02－04时的持续短时强降水，MCS2一直到04时才减弱消亡。至此，影响舟溪强降水的雷暴单体完全移出。从雷达反射率因子的演变过程来看，舟溪先后受到4个雷暴单体的影响，造成了一波又一波的强降水，类似“列车效应”［14］。

从舟溪逐小时雨量分布最大雨强达115.3 mm/h，远远超出短时强降水标准，实属罕见，因此很有必要对雷暴单体降水性质做进一步分析。分析雷暴单体A和雷暴单体B合并后的新雷暴单体最强时刻回波剖面图，MCS1、MCS2最强时刻回波剖面图，可知(图略)最强回波强度都在50 dBz以上，40 dBz以上的回波截面积也较大，但是40 dBz以上的回波伸展高度都不高，9日23时38分的回波伸展高度为5 km，10日00时43分的回波伸展高度仅为4 km，10日02时49分的回波伸展高度为7 km，而9日20时0度层高度为5.5 km，－20度层高度为9 km，说明以上时刻雷暴单体降水粒子相态主要为水滴，特别是在01时以前降水粒子相态都是水滴，之后小部分为过冷水滴和冰晶的混合物。可见，此次强降水性质为暖云降水，即常说的“热带性降水”或“暖区降水”，而暖云降水的主要特点为雨强大，降水效率高。

5 暴雨形成的物理条件

5.1 水汽输送

强降水的形成必须要有源源不断的水汽输送(近年来国外称之为大气河，Atmospheric River)，并在强降水区辐合。分析暴雨发生前各层的水汽通量，低层850 hPa以下水汽输送偏东偏南，来自孟加拉湾的水汽主要向华南及江南一带输送。贵州的水汽输送主要通过500 hPa、700 hPa西太平洋副热带高压西北侧的西南气流从孟加拉湾向贵州输送(图略)。9日08时，500 hPa水汽通量高值区在川南及贵州省西北部，中心值为7 g·(cm·hPa·s)－1，20时水汽通量大值区南移东扩，从贵州北部延伸到湖南北部;9日08时，700 hPa水汽通量在云南东部及贵州省中部偏北偏东地区均大于8 g·(cm·hPa·s)－1，高值中心位于贵州北部，中心值为13 g·(cm·hPa·s)－1，20时水汽通量大值区南移，暴雨中心的水汽通量也迅速增大。

水汽通量散度的计算分析表明，在低层有明显的水汽辐合，850 hPa水汽辐合中心08时在贵州省的西北部黔西一带，暴雨发生期间10日02时，全省水汽通量散度均为负值，辐合中心东移到贵阳北部的开阳附近，中心极小值达到－84 g·cm－2·hPa－1·s－1，灾害点(舟溪)的水汽通量散度也明显减小。

5.2 动力抬升

垂直运动不仅与降雨相联系，而且其分布和变化对天气系统的发展也有重要的影响。由图4可知，08—20时，贵州区域从地面到300 hPa并没有明显的整层抬升，还处于发展阶段;但到10日02时105～108°E范围处于整层抬升区，产生了很强的气流“抽吸”作用，有利于形成强降水，灾害点的西侧(26.5°N、106.3°E)上升运动达到最强，中心值为 －65 ×10－2·hPa·s－1，强中心位于 600 hPa，较白肇烨［11］、陈添宇［12］研究西北暴雨的最大上升速度层在500 hPa以上明显偏低。

图5为上升运动最强处(即灾害点)西侧(26.5°N、106.3°E)的时间—垂直速度垂直剖面图。可见，随着降水的开始，上升速度的伸展高度逐步升高，到10日02时(最强降水出现前后)达到最高，最强中心也同时出现;之后，上升速度的伸展高度逐渐降低，降水也逐步减弱。上升速度的伸展高度走势及强度与小时降水的强弱演变一致，对短时强降水出现时间的预报有很好的指示意义。因此，强烈而深厚的上升运动给强降水提供了有利的动力条件。

图4 沿26.5°N的经向－垂直速度垂直剖面图9日08时(a)、20时(b)及10日02时(c)

图5 6月09日08时—10日20时灾害点左侧(26.5°N、106.3°E)的时间—垂直速度垂直剖面图

5.3 大气不稳定性

利用自动气象站逐小时资料可分析2012年6月9日06—16时地面空气温度的变化。从水平分布(图略)来看，贵州东南部测站的地面气温在10 h的增温幅度达到10°C以上。舟溪地面气温的时间演变图(图6)上，07－11时气温迅速升温，11－13时升温略有停息，13－16时继续增温，到16时气温达到最高(34°C)，06 －16 时舟溪 10 h 增温幅度达到 12°C;另一方面，9日08时，500 hPa在陕南到四川盆地北部有一明显的西风槽，槽后有温度槽配合，高空受到西风槽影响，9日20时贵州大部有－1°C的24 h降温。这种近地层增温、高层降温的配置增强了大气的条件不稳定性，有利于对流天气的产生。

图6 舟溪地面气温的时间演变

θse是温度、气压、水汽含量的函数，是一个表示温度、气压和湿度的综合物理量，θse越大表示空气越暖湿。分析9日08时、20时暴雨发生前850 hPa假相当位温分布(图略)。08时贵州中部以南地区处于高能、高湿区，假相当位温在76～80°C之间。到20时，高能、高湿区进一步发展，贵州大部假相当位温增加到80°C以上，灾害点(舟溪)的接近82°C;沿灾害点所处纬度(26.5°N)制作9日20时经向—假相当位温垂直剖面(图略)，发现假相当位温随高度呈现明显的递减，表明大气层结极其不稳定。

6 结论

本研究利用多源气象观测资料，综合分析了2012年6月10日凌晨引发贵州舟溪泥石流灾害的强降雨特征，特别是与灾害点关系密切的中尺度系统的特征以及暴雨形成的物理条件等，得到以下几点认识:

①本次强降水过程具有突发性和局地性，强度之大实属历史罕见，强降水集中，主要出现在5 h之内。

②西北太平洋副高西北侧的西南气流给这次暴雨过程提供了充足的水汽条件，低空切变线及地面辐合线是暴雨天气的主要影响系统。

③直接造成舟溪强降水的是一个中β尺度对流云团，灾害点位于对流云团北部边缘云顶亮温梯度较大处，最大雨强出现在对流云团发展阶段及云顶量温梯度的大值区内。

④舟溪先后受到4个雷暴单体的影响，造成了类似“列车效应”的一波又一波强降水，且降水性质为暖云降水;

⑤丰富的水汽输送及强烈的辐合有利于对流云团及降水的发展，大气不稳定是对流产生的关键，气层抬升的伸展高度趋势及强度与雨强的演变一致，对预报短时强降水的出现时间具有指示意义。

［1］陈静，潘徐燕.贵州近49 a来气候变化研究［J］.贵州气象，2000，24(5):12－14.

［2］伍红雨，王谦谦.近49 a贵州降水异常的气候特征分析［J］. 高原气象，2003，2(22):65－70.

［3］张艳梅，江志红，王冀，等.贵州夏季暴雨的气候特征［J］.气候变化研究进展，2008，4(3):182 －186.

［4］李登文，杨静，乔琪.2006－06－13贵州省望谟县大暴雨的诊断分析［J］.南京气象学院学报，2008，31(4):511 －519.

［5］杨静，罗宇翔，杨利群，等.贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟［J］.气象科学，2011，31(3):298－304.

［6］池再香，白慧，黄红，等.夏季黔东南州局地暴雨与西太副高环流的关系［J］. 高原气象，2008，27(1):176－183.

［7］杨月巧，胡俊锋，郗蒙浩.基于灰色关联法的舟曲泥石流灾害影响因素分析［J］.自然灾害学报，2011，20(3):139－144.

［8］程尊兰，朱平一，刘雷激.泥石流活动与雨强的关系［J］.自然灾害学报，1998，7(1):118－120.

［9］彭芳，吴古会，杜小玲.贵州省汛期短时降水时空特征分析［J］. 气象，2012，38(3):308－313.

［10］俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用［M］.北京:气象出版社，2006:173.

［11］白肇烨.黄河中游暴雨的三维气流结构//暴雨文集［C］.长春:吉林人民出版社，1978:16－21.

［12］陈添宇，陈乾，付双喜，等.西北地区东部一次持续性暴雨的成因分析［J］.气象科学，2009，29(1):115－120.