云南2013年和2014年的首場強降雨過程對比分析

張 超，孫績華，牛法寶

(1.云南省氣象服務中心，云南 昆明 650034；2.成都信息工程大學，四川 成都 610225；3.云南省氣象臺，云南 昆明 650034)

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云南2013年和2014年的首場強降雨過程對比分析

張 超1,2，孫績華3，牛法寶3

(1.云南省氣象服務中心，云南 昆明 650034；2.成都信息工程大學，四川 成都 610225；3.云南省氣象臺，云南 昆明 650034)

選取云南125個縣氣象觀測站降水觀測資料和NCEP(1°×1°)再分析資料，利用物理量診斷方法，對2013年和2014年云南首場強降雨過程的異同進行對比分析。結果表明：2013年首場強降雨過程具有時間短、范圍小、強度弱的特點，而2014年首場強降雨過程具有時間長、范圍廣、強度強的特點。在環(huán)流形勢上，2013年影響系統(tǒng)偏弱，2014年影響系統(tǒng)相對較復雜。在水汽通量和水汽輻合上，2013年的水汽比2014年的偏少。在垂直速度上，2013年首場強降雨過程中，上升區(qū)最大上升速度比2014年的偏大，但強對流上升區(qū)比2014年的淺薄。

強降雨；環(huán)流形勢；水汽條件；垂直速度

1 引言

近年來，氣象工作者針對西南地區(qū)的強降雨天氣特征做了許多研究工作，從尤紅等[1]對滇中單點短時強降雨的成因分析，到龍美希等[2]對四川盆地持續(xù)性強降雨的成因分析，都肯定了從降雨結果反推預報著眼點的研究思路，對于分析和預報云南的首場強降雨過程提供了有益的借鑒[3-7]。一般地，定義云南首場強降雨的標準是云南125個縣級觀測站中，當年第1次出現(xiàn)有≥22個站點出現(xiàn)大雨或大雨以上量級的降雨過程，則稱為云南當年的首場強降雨過程。

每年的5—10月是云南的雨季，而首場全省性強降雨過程往往和云南雨季的開始期緊密聯(lián)系在一起。因此，首場強降雨過程的分析預報一直是云南氣象研究的重要課題。牛法寶等[8]從環(huán)流形勢、水汽條件、垂直速度等方面分析研究云南2010年的首場強降雨天氣過程(5月25—26日)，得出孟加拉灣風暴與南支槽的相互作用是導致首場強降雨的主要原因；分析云南2013年首場強降雨過程(5月22—23日)，結果顯示700 hPa川滇切變線和南支槽云系是此次過程發(fā)生的重要因子，其中700 hPa切變線起主要作用，西南暖濕氣流提供了水汽條件[9]。而2014年首場強降雨過程，不論是發(fā)生時間、降水強度，還是雨區(qū)范圍，均與2013年有了明顯的區(qū)別。因此，選取2013年、2014年的兩次首場強降雨過程進行對比分析，以便能站在新的角度，得到一些之前沒有發(fā)現(xiàn)的、有益的預報思路。

2 資料及方法

選取云南125個縣氣象觀測站的降水觀測資料，時段為2013年5月22日08時—23日08時以及2014年6月5日08時—7日08時；NCEP(1°×1°)逐6 h再分析資料，時段為2013年5月22—23日以及2014年6月5—7日的。利用對比分析方法，從降水實況、環(huán)流形勢、水汽條件以及垂直速度等方面進行對比，尋找云南2013年和2014年兩次首場強降雨過程的異同。

3 降雨實況對比

2013年的首場強降雨過程發(fā)生在5月22日08時—23日08時(圖1)，降雨主要集中在滇中及其以東地區(qū)。22日20時—23日08時期間，如果按12 h的雨量計算，出現(xiàn)暴雨19站、大雨16站。過程最大降雨量出現(xiàn)在曲靖市，達到75.5 mm[9]。

2014年首場強降雨天氣過程在6月5日08時—7日08時(圖2)。其中5日08時—6日08時的強降雨中心在滇中，昆明和安寧5日22時分別出現(xiàn)了40.8 mm和50.3 mm的小時雨強。6日08時—7日08時的強降雨范圍發(fā)展到了整個哀牢山以東地區(qū)，其中，易門縣3 h累計雨量高達91 mm，強降雨引發(fā)了旱澇急轉，部分房屋被毀，農田被淹。

兩次首場強降雨過程對比，均是自東向西、自北向南先后出現(xiàn)大到暴雨的天氣，并且均是發(fā)生在云南干濕季節(jié)轉換之際，緩解前期高溫少雨的局面，并對云南雨季的開始具有重要的指示意義。但2013年的首場強降雨過程具有時間短、范圍小、強度弱的特點。

圖1 2013年5月22日08時—23日08時降雨實況(單位：mm)Fig.1 Rainfall of live at 08∶00 from May 22, 2013 to May 23(unit: mm)

圖2 2014年6月5日08時—6日08時降雨(a)、6日08時—7日08時降雨(b)實況(單位：mm)Fig.2 Rainfall of live at 08:00 from June 5, 2014 to June 6 (a)、from June 6, 2014 to June 7 (b)(unit: mm)

4 環(huán)流形勢對比

2013年首場強降雨過程發(fā)生時，5月21日，500 hPa中高緯西風槽東南移，其后偏北風向南入侵到四川南部和云南東北部，孟加拉灣北部一直為一低壓區(qū)。隨著時間的推移，在90°E附近，發(fā)展形成了南支槽。22日20時(圖3a)，500 hPa上的西風短波槽后的偏北風分量迅速加大，攜帶冷空氣侵入云南東部地區(qū)；700 hPa上(圖3b)，冷暖氣流在滇中及以東地區(qū)交匯,風向的輻合在云南中北部形成切變線；在850 hPa上(圖略)，滇中及以東地區(qū)出現(xiàn)了閉合的低壓系統(tǒng)，氣流輻合導致對流抬升運動。23日08時，隨著副熱帶高壓向西增強，西風槽東移北抬，強降雨區(qū)域內轉為副熱帶高壓外圍的偏南氣流控制，強降雨過程隨之結束。

2014年首場強降雨過程發(fā)生時，6月5日20時500 hPa(圖4a)上，云南為西風槽后的西北氣流控制；700 hPa上(圖4b)，在副熱帶高壓的北側有低空急流帶(風速≥12 m/s)，強降雨區(qū)位于低空急流帶的左側，且麗江—曲靖為切變線控制；850 hPa(圖略)，回流的偏東風與偏西風在滇中以北地區(qū)交匯，形成閉合低壓區(qū)。6日20時(圖5a)，500 hPa中緯度西風槽加強變深，槽后的偏北風分量明顯加大，即20 m/s左右；700 hPa上(圖5b)，在四川盆地堆積的冷空氣隨著加強的偏北風侵入云南，推動700 hPa切變線自北向南、自東向西橫掃整個哀牢山以東地區(qū)。孟加拉灣—中南半島—南海北部為低空急流帶。850 hPa(圖略)，偏東風控制整個哀牢山以東地區(qū)，與偏西風在大理、普洱一線形成閉合交匯區(qū)。

兩次首場強降雨過程相同點是：在環(huán)流形勢上，均表現(xiàn)為700 hPa切變線起主要作用，強降雨的觸發(fā)機制均是地面冷空氣自云南東北部進入滇中，在700 hPa切變線附近形成強烈的輻合上升運動，使降雨區(qū)域自東向西、自北向南發(fā)展，降雨增強并維持。兩次首場強降雨過程不同點：2013年的過程發(fā)生時，在環(huán)流形勢上表現(xiàn)為西風短波槽(淺薄)快速東移，導致降雨具有時間短、范圍小、強度弱的特點；2014年的過程發(fā)生時，在環(huán)流形勢上表現(xiàn)為西風槽(深厚)緩慢東移，導致降雨具有時間長、范圍廣、強度強的特點。

圖3 2013年5月22日20時高度場和流場形勢(a：500 hPa，b：700 hPa)Fig.3 Height field and flow field at 20∶00 May 22, 2013(a：500 hPa，b：700 hPa)

圖5 2014年6月6日20時高度場和流場形勢(a：500 hPa，b：700 hPa)Fig.5 Height field and flow field at 20∶00 on June 6, 2014(a：500 hPa，b：700 hPa)

5 物理量診斷

5.1 水汽條件對比

2013年的過程中，由圖6a看出，滇中處于低層水汽通量大值區(qū)，即水汽通量為4～8 g·cm-1·hPa-1·s-1，且水汽源地為孟加拉灣。從散度圖來看(圖6b)，水汽輻合的范圍主要在滇中以東以北地區(qū)，輻合區(qū)范圍較小，中心最大輻合量為-5 g·cm-2·hPa-1·s-1。

2014年的過程中，中南半島—華南沿海存在較強的水汽輸送，6月5日20時(圖7a)，滇中及滇西南均處于低層水汽通量大值區(qū)，即水汽通量為6～9 g·cm-1·hPa-1·s-1。從散度圖來看(圖7b)，水汽輻合的范圍在滇中以北地區(qū)，中心最大輻合量為-4 g·cm-2·hPa-1·s-1。6月7日02時(圖8a)，滇中以東處于低層水汽通量大值區(qū)，即水汽通量為6～9 g·cm-1·hPa-1·s-1。從散度圖來看(圖8b)，水汽輻合的范圍也在滇中及以東地區(qū)，輻合區(qū)范圍較大，且最大輻合量為-7 g·cm-2·hPa-1·s-1。

對比2013和2014年這兩場強降雨過程，相同點：強降雨區(qū)均對應著水汽通量大值區(qū)及水汽輻合區(qū)。不同點：2013年過程的水汽通量小、水汽輻合弱；2014年過程的水汽通量大、水汽輻合強。

圖6 2013年5月22日20時水汽通量(a)流線(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(b)分布(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.6 Streamline of water vapor flux at 20∶00 May 22, 2013 (a) (unit：g·cm-1·hPa-1·s-1) and Water vapor flux divergence distribution (b) (unit：g·cm-2·hPa-1·s-1)

圖7 2014年6月5日20時水汽通量(a)流線(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(b)分布(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.7 Streamline of water vapor flux at 22∶00 June 5, 2014 (a) (unit：g·cm-1·hPa-1·s-1) and Water vapor flux divergence distribution (b) (unit：g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2 垂直速度對比

2013年過程中，由圖9a看出，曲靖—昆明—普洱為垂直速度大值區(qū)，即強上升區(qū)，垂直速度為0.6～0.8 hPa·s-1。從垂直剖面圖來看(圖9b)，整層垂直速度大值區(qū)的高度為800～400 hPa，強上升區(qū)較淺薄。在600 hPa高度上有最大垂直速度為1.4 hPa·s-1。

2014年過程中，從垂直速度分布來看(圖10a)，玉溪—紅河—文山為垂直速度大值區(qū)，即強上升區(qū)，垂直速度為0.6～0.8 hPa·s-1。由圖10b看出，整層垂直速度大值區(qū)的高度為800 hPa～200 hPa，強上升區(qū)較深厚。在600 hPa高度上有最大垂直速度為0.8 hPa·s-1。

圖8 2014年6月7日02時水汽通量(a)流線(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(b)分布(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.8 Streamline of water vapor flux at 02∶00 June 7, 2014 (a) (unit：g·cm-1·hPa-1·s-1) and Water vapor flux divergence distribution (b) (unit：g·cm-2·hPa-1·s-1)

圖9 2013年5月22日20時700 hPa垂直速度分布(a) 、25°N垂直速度(b)剖面圖(單位：hPa·s-1)Fig.9 700 hPa vertical velocity distribution (a) and 25°N vertical velocity profile (b) at 20∶00 May 22, 2013(unit：hPa·s-1)

圖10 2014年6月7日02時700 hPa垂直速度分布(a)、25°N垂直速度(b)剖面圖(單位：hPa·s-1)Fig.10 700 hPa vertical velocity distribution (a) and 25°N vertical velocity profile (b) at 02∶00 June 7, 2014(unit：hPa·s-1)

對比2013和2014年這兩場強降雨過程，相同點：強降雨區(qū)均對應著垂直速度大值區(qū)，即強上升區(qū)。不同點：2013年過程中，垂直速度快，但垂直速度大值區(qū)較淺??；2014年過程中，垂直速度慢，但垂直速度大值區(qū)較深厚。

6 結論

通過上述分析，得出以下結論：

①2013年過程具有時間短、范圍小、強度弱的特點，2014年過程具有時間長、范圍廣、強度強的特點。

②兩次強降雨過程在環(huán)流形勢上均表現(xiàn)為700 hPa上有切變、地面冷空氣自云南東北部進入滇中。不同點：2013年過程的影響系統(tǒng)偏弱，而2014年過程西風槽強度較強，且有低空急流配合。

③兩次強降雨區(qū)均對應水汽通量大值區(qū)和水汽輻合區(qū)。但2013年過程的水汽通量小、水汽輻合弱，故2013年過程的降雨強度沒有2014年的強。

④兩次強降雨區(qū)均對應垂直速度大值區(qū)。不同點：2013年過程中，強降雨區(qū)的垂直速度快，但垂直速度大值區(qū)較淺??；2014年過程中，垂直速度慢，但垂直速度大值區(qū)較深厚。

[1] 尤紅,肖子牛,王曼,等.2008年“7.02”滇中大暴雨的成因診斷與數(shù)值模擬[J].氣象,2010,36(1):7-16.

[2] 龍美希,胡欣,肖天貴,等.綿陽“9.22～27”持續(xù)暴雨過程特征及成因分析[J].成都信息工程學院學報,2010,25(1):69-77.

[3] 張豐啟,崔晶,周淑玲,等.一次中緯度特大暴雨過程的中尺度分析[J],南京氣象學院學報,2001,24(1):113-118.

[4] 江虹.2003年淮河暴雨期大氣水汽輸送特征及成因分析[J].暴雨災害,2007,26(2):118-124.

[5] 東高紅,解以揚,于莉莉.一次局地大暴雨的落區(qū)分析與預報[J].氣象,2010,36(6):50-58.

[6] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文.天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000.

[7] 許美玲,段旭,張騰飛,等.低緯高原地區(qū)一次罕見大暴雨的中尺度數(shù)值模擬[J].高原氣象,2006,25(2):268-276.

[8] 牛法寶,馬聯(lián)翔,閔穎.“10.05.25”云南全省性強降水過程成因分析[J].云南氣象,2010,30(2).

[9] 張超,牛法寶.云南2013年首場全省性強降水過程的成因分析[J].云南氣象,2013,33(4):22-27.

The comparative analysis of the first province-wide heavy rainfall processes of Yunnan in 2013 and 2014

ZHANG Chao1，2,SUN Jihua3,NIU Fabao3

(1.The Meteorological Service Center of Yunnan Province, Kunming 650034,China;2.Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China;3.Yunnan Provincial Meteorological Observatory, Kunming 650034,China)

Based on 125 Yunnan county-level station observed precipitation data as well as NCEP (1°×1°)re-analysis data, the methods of physical quantities diagnostics was used to contrastively analyze the similarities and differences between the first province-wide heavy rainfall processes in 2013—2014.The results show that, the first heavy rainfall process in 2013 lasted for a shorter duration with a weaker rain intensity and small rainfall areas. In the circulation situation, influence system of 2013 weaker, and the influence system of the 2014 were more complex. On the water vapor flux and water vapor convergence rate, 2013 less than in 2014. From the point of vertical velocity, although the first heavy rainfall processes in 2013, the strong rainfall was faster than in 2014, but the largest strong rise in height less than in 2014.

first heavy rainfall; atmospheric circulation; water vapor condition;vertical velocity

1003-6598(2016)06-0048-06

2016-06-17

張超(1989—)，男，助工，主要從事氣象服務與應用氣象工作，E-mail:582219968@qq.com。

由國家自然科學基金重點項目(青藏高原東南緣復雜山地地氣相互作用特征及其對區(qū)域水熱過程的影響機制)資助(項目號：91537212)。

P458.1+21

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