玉溪市一次大范圍強(qiáng)降水天氣過程分析

郭瑞 尤紅 楊素雨 陳曉燕

摘要? ? 利用常規(guī)觀測(cè)、衛(wèi)星、雷達(dá)、自動(dòng)站等資料，對(duì)玉溪市2014年6月17日強(qiáng)降水天氣過程的成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，本次強(qiáng)降水過程是在孟加拉灣低壓外圍西南暖濕氣流引導(dǎo)水汽和不穩(wěn)定能量向云南省上空輸送，高原低槽東移、低渦切變線南下、冷鋒西進(jìn)到哀牢山，使得強(qiáng)冷、暖氣流在云南中部交匯的背景下發(fā)生的。切變前后的高度場(chǎng)北高南低形勢(shì)明顯，切變線南壓，高原低槽東移南壓后的偏北氣流加強(qiáng)了大氣的斜壓性，使得低層輻合加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。衛(wèi)星云圖上，孟加拉灣低壓外圍對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，雷達(dá)回波以積云層狀云混合型回波為主，并有回波不斷從普洱向玉溪發(fā)展東移，呈“列車效應(yīng)”，徑向速度上有逆風(fēng)區(qū)相對(duì)應(yīng)，最終造成2014年16日20：00至17日20：00玉溪大范圍強(qiáng)降水過程。數(shù)值模式預(yù)報(bào)天氣學(xué)檢驗(yàn)表明，模式對(duì)本次降水有很好的預(yù)報(bào)能力，但各模式之間存在顯著的預(yù)報(bào)差異。

關(guān)鍵詞? ? 強(qiáng)降水;環(huán)流背景;物理量場(chǎng);衛(wèi)星;雷達(dá);云南玉溪

中圖分類號(hào)? ? P426.65? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）22-0142-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

玉溪市位于云南省中部，屬中亞熱帶濕潤冷冬高原季風(fēng)氣候，立體氣候的特征十分明顯，極端天氣頻發(fā)。由于強(qiáng)降水容易形成洪水內(nèi)澇，影響作物生長(zhǎng)，影響人類正常的生活環(huán)境，甚至還會(huì)威脅到人類的生命。因此，對(duì)強(qiáng)降水天氣的分析與研究顯得尤其重要。

多年來，氣象工作者對(duì)強(qiáng)降水天氣過程的發(fā)生發(fā)展做了許多研究。例如，張文軍等[1]、楊 靜等[2]分別通過數(shù)值模擬的方法，研究了強(qiáng)對(duì)流天氣過程中的不同特征。許美玲等[3]對(duì)2001年10月25日發(fā)生在云南南部的一次暴雨過程機(jī)制進(jìn)行了分析，指出天氣尺度環(huán)境場(chǎng)為暴雨的發(fā)生提供了充沛的水汽來源，而中尺度系統(tǒng)則激發(fā)水汽的強(qiáng)烈輻合和向上輸送，在使對(duì)流層中下層不斷達(dá)到水汽準(zhǔn)飽和狀態(tài)的過程扮演了十分重要的角色。李? 英等[4]指出，水汽通量輻合是云南產(chǎn)生強(qiáng)降雨的必要條件，而川滇間的低渦切變是云南產(chǎn)生暴雨的重要天氣系統(tǒng)。李衛(wèi)英等[5-7]指出在多普勒雷達(dá)圖上，回波強(qiáng)度與速度場(chǎng)上的輻合帶有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)回波強(qiáng)度>36 dBZ時(shí)，就有閃電發(fā)生，強(qiáng)回波區(qū)與強(qiáng)閃電區(qū)一致。Williams指出地區(qū)、地理環(huán)境、天氣條件等不同，閃電活動(dòng)的特征也有很大的差別;對(duì)暴雨強(qiáng)對(duì)流天氣過程中的閃電特征和雷達(dá)回波進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)雷暴發(fā)生發(fā)展階段閃電活動(dòng)早于雷達(dá)回波10～30 min，有時(shí)達(dá)1 h以上，成熟階段與強(qiáng)回波區(qū)基本吻合。

本文利用常規(guī)觀測(cè)、衛(wèi)星、雷達(dá)、自動(dòng)站等資料，對(duì)玉溪市2014年6月17日強(qiáng)降水天氣過程的成因進(jìn)行了分析，以期為此類天氣系統(tǒng)的預(yù)報(bào)提供參考。

1? ? 天氣過程概述

2014年6月17日受高原低槽、低渦切變和冷空氣的共同影響，云南省玉溪市出現(xiàn)一次強(qiáng)降水天氣過程。6月16日20：00至17日20：00全省出現(xiàn)19站大雨、5站暴雨、38站中雨，玉溪市的元江、新平和通海出現(xiàn)暴雨，降水量分別為77.5、65.5、61.4 mm，其中，元江為本次過程觀測(cè)站最大降水量。此次高原低槽、低渦切變引發(fā)的滇中的強(qiáng)降水災(zāi)害天氣過程具有影響范圍廣、降水強(qiáng)度強(qiáng)、有強(qiáng)雷暴伴隨和局地洪澇重等特點(diǎn)。

由6月16日20：00至17日20：00玉溪強(qiáng)降水空間分布圖（圖1）可知，全市除澄江東南部降小雨，峨山中北部、澄江大部、江川東北部降中雨外，其余地區(qū)普降大到暴雨局地大暴雨，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。全市降水站點(diǎn)共有215個(gè)，過程降水量>25.0 mm的站點(diǎn)共有139站，其中25.0～49.9 mm的站點(diǎn)有72站，50.0～99.9 mm的站點(diǎn)有63站，100.0～199.9 mm的站點(diǎn)有4站。過程中區(qū)域自動(dòng)站峨山縣的丫則起站16日23：00至17日0：00出現(xiàn)了1 h最大降水量達(dá)51.9 mm，縣區(qū)地面觀測(cè)站1 h最大降水為元江27.9 mm（17日3：00—4：00），大部分縣（區(qū)）的強(qiáng)降水時(shí)段位于16日21：00至17日8：00。

2? ? 環(huán)流背景分析

6月16—17日受高原低槽、低渦切變和冷空氣共同影響，全市大部分地區(qū)出現(xiàn)大雨，局地暴雨天氣，南部最高氣溫下降5～9 ℃。強(qiáng)降水過程開始前，500 hPa上阿爾泰山的北部—蒙古國西北部—新疆中北部為一支比較強(qiáng)盛的西北氣流，16日8：00 500 hPa上（圖2）云南省大部為西偏南氣流控制，高原低槽位于西安—重慶—西昌—麗江一線，低槽前后高度場(chǎng)相當(dāng)，貝加爾湖有一560 dagpm低渦切變，中心為-21 ℃的冷平流中心，遼寧東部有一556 dagpm低渦，未來與貝加爾湖的低渦相對(duì)峙，致使貝加爾湖西側(cè)的冷平流南下，有利于北方冷平流南下，孟加拉灣中北部上空有低壓少動(dòng)。16日8：00 700 hPa上川滇切變線在貴、滇北部和川南部上空，切變前后的高度場(chǎng)呈現(xiàn)北高南低形勢(shì)。16日20：00 700 hPa上切變前后的高度場(chǎng)北高南低形勢(shì)明顯，切變線已南壓至云南省中部，未來繼續(xù)南壓，其兩側(cè)溫差加大，切變線與南壓冷鋒高低層配合，造成16日20：00至17日8：00玉溪市強(qiáng)降水過程。

相應(yīng)地面圖上6月16日14：00地面冷鋒呈現(xiàn)西北—東南向，影響滇西北和滇東北，鋒后有負(fù)變溫和正變壓對(duì)應(yīng)，之后冷鋒向西南方向移動(dòng)，影響到滇中、滇東地區(qū)。20：00鋒面影響到了昆明和玉溪東部。因此，過程高原低槽、低渦切變和地面冷空氣南下共同觸發(fā)了這次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程。

3? ? 物理量場(chǎng)診斷分析

分析實(shí)時(shí)觀測(cè)資料的相關(guān)物理量場(chǎng)，總體上強(qiáng)降水區(qū)域上空低層有強(qiáng)水汽輻合對(duì)應(yīng)。從水汽通量散度場(chǎng)來看，6月16日8：00 850 hPa上強(qiáng)水汽輻合中心位于孟加拉灣，有強(qiáng)閉合中心。云南除西北外，850 hPa上有水汽輻合，此時(shí)該區(qū)域700 hPa為水汽輻散;20：00 850 hPa昆明、楚雄東南部、玉溪北部對(duì)應(yīng)閉合強(qiáng)中心，700 hPa上云南除西北、東北角為水汽輻散外其他地區(qū)為水汽輻合。說明強(qiáng)降水開始前云南低層有強(qiáng)水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)，中低層從孟加拉灣上來西南暖濕氣流的水汽條件、動(dòng)力條件較好，如此云南省就有了水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)的支撐，保障了從水汽源地孟加拉灣輸送的水汽能在暴雨上空輻合抬升，以滿足強(qiáng)降水所需的水汽條件。

過程前期玉溪市持續(xù)晴熱高溫天氣積累了較高能量，6月16日14：00—20：00期間云南省除西北部和東北部K指數(shù)<32 ℃外，其余地區(qū)指數(shù)均>32 ℃，云南中部—南部K指數(shù)>40 ℃;16日20：00沙氏指數(shù)SI云南中部—南部為負(fù)，北部為正值;16日20：00云南中部對(duì)流有效位能CAPE在200～2 000 J/kg之間，玉溪上空值在-8～-3 ℃的負(fù)值區(qū)中，即在此12 h時(shí)段內(nèi)滇中上空的位勢(shì)不穩(wěn)定能量是一個(gè)積累和增強(qiáng)的過程;隨后12 h期間，假相當(dāng)位溫川南到滇中轉(zhuǎn)為0～5 ℃的正值區(qū)，相應(yīng)玉溪上空值在0～2 ℃的負(fù)值區(qū)中，12 h內(nèi)低渦切變線自北向南影響滇中。從地面資料變化上看，通海站、新平站和元江站強(qiáng)降水開始前氣壓迅速上升、氣溫迅速下降、濕度增大，強(qiáng)降水時(shí)段內(nèi)氣壓和濕度維持較高值，氣溫持續(xù)較低。

4? ? 衛(wèi)星云圖分析

分析6月16日20：00至17日8：00的衛(wèi)星云圖（圖3）發(fā)現(xiàn)，造成云南中部、南部的強(qiáng)降水天氣，是由于高原低槽、低渦切變與孟加拉灣低壓外圍小對(duì)流云團(tuán)激發(fā)的MCS強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)引發(fā)的。

16日22：30大理東部與楚雄西部交界處、玉溪北部有2個(gè)MCS對(duì)流云團(tuán)發(fā)展南壓，文山中東部與廣西西南部的塊狀云團(tuán)逐漸南壓;17日1：30—4：30臨滄中部有1個(gè)小MCS云團(tuán)東北移動(dòng)發(fā)展，與普洱北部、玉溪北部的MCS合并發(fā)展影響普洱東北部、玉溪北部，期間白亮、密實(shí)度最強(qiáng)的云團(tuán)維持少動(dòng);7：30紅河西北—文山南部連成對(duì)流云帶，相應(yīng)地區(qū)短時(shí)降水明顯，MCS在新平、元江維持直至減弱后，于12：30東南移出玉溪市，至此此次玉溪市強(qiáng)降水過程完全結(jié)束。相應(yīng)的水汽云圖上可以看到，對(duì)流層中高層上孟加拉灣、中南半島到云南上空為成片的白亮區(qū)，表明過程中水汽輸送條件是有充分保障的，滇中上空MCS最強(qiáng)時(shí)也是其最白亮和密實(shí)時(shí)。

孟加拉灣中北部低壓少動(dòng)，對(duì)流層中低層穩(wěn)定的西南或西偏南暖濕氣流，利于孟加拉灣低壓外圍對(duì)流云團(tuán)和水汽向云南上空輸送。 另外，此次強(qiáng)降水過程是在考慮地形抬升作用的基礎(chǔ)上，行星尺度、大尺度和中小尺度相互作用的結(jié)果。綜合分析各類系統(tǒng)中影響因子的變化、各類尺度系統(tǒng)間的相互作用是做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。

5? ? 雷達(dá)回波分析

從昆明雷達(dá)站組合反射率上來看，16日20：23左右，易門西北部、澄江中部、通海南部、江川東部、江川南部與通海北部交界處、華寧西部、峨山中部開始有40.0 dBZ以上強(qiáng)回波發(fā)展，最強(qiáng)中心位于易門西北部，達(dá)46.4 dBZ，此后回波主體向西北移動(dòng)。21：00開始不斷有強(qiáng)回波從普洱鎮(zhèn)沅東部進(jìn)入新平境內(nèi)，紅河州石屏東北部也有強(qiáng)回波生成并向東北進(jìn)入玉溪通海境內(nèi)，期間不斷有強(qiáng)回波從楚雄主體東移北上進(jìn)入玉溪，影響易門、紅塔區(qū)北部、昆明南部、澄江中北部。23：04易門境內(nèi)強(qiáng)回波南壓進(jìn)入峨山北部繼續(xù)向南、向東擴(kuò)展，新平西部強(qiáng)回波發(fā)展。17日00：23峨山北部的強(qiáng)回波南壓，新平中部的回波發(fā)展起來，維持在35 dBZ以上;00：49新平中部有大片>40 dBZ的強(qiáng)回波區(qū)，最強(qiáng)時(shí)達(dá)43 dBZ，以積云層狀云混合回波為主;1：20開始不斷有強(qiáng)回波從普洱元江境內(nèi)墨江進(jìn)入元江，1：00—7：00期間從普洱東北移的強(qiáng)回波列車效應(yīng)般在經(jīng)過新平、元江，維持在35 dBZ以上，造成新平、元江的強(qiáng)降水。在昆明雷達(dá)站徑向速度圖上（圖4），滇中地區(qū)低層一直維持偏東風(fēng)，高層為西南方，說明暖濕氣流持續(xù)在底層冷空氣上爬升。且16日20：52華寧北部出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，21：28華寧、易門出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，強(qiáng)回波頂高維持在5.5 km以下。強(qiáng)回波進(jìn)入玉溪后向東擴(kuò)展，不斷有強(qiáng)回波從普洱列車效應(yīng)般向進(jìn)入新平、元江，5：00后玉溪中北部強(qiáng)回波減弱，地面降水減弱;新平、元江境內(nèi)強(qiáng)回波受哀牢山地形影響移速減慢在原地減弱，8：00后玉溪南部強(qiáng)回波減弱南移，地面降水減弱。

6? ? 結(jié)論

（1）高原低槽、低渦切變、冷空氣共同影響，冷暖氣流交匯造成了此次強(qiáng)降水天氣過程。

（2）孟加拉灣帶來的充沛水汽條件為強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

（3）衛(wèi)星云圖上孟加拉灣熱帶低壓外圍對(duì)流小云團(tuán)不斷向云南上空發(fā)展，地面圖上冷鋒南下影響到滇中北部一線，冷鋒附近小對(duì)流云團(tuán)進(jìn)一步發(fā)展對(duì)強(qiáng)降水的產(chǎn)生具有一定的預(yù)報(bào)指示意義。

（4）衛(wèi)星云圖能夠較直觀、連續(xù)地監(jiān)測(cè)到對(duì)流云團(tuán)的生成、發(fā)展與移動(dòng)。因此，可運(yùn)用云圖分析積雨云范圍擴(kuò)大、亮溫、色調(diào)是否更低、亮白等特征來判斷積雨云的強(qiáng)度變化。

（5）雷達(dá)回波以積云層狀云混合型回波為主，并呈“列車效應(yīng)”，徑向速度上有逆風(fēng)區(qū)相對(duì)應(yīng)，最終造成此次大范圍強(qiáng)降水過程。

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