云南文山一次低渦暴雨成因初探

董興欣，馮德花，黎 霖

(文山州氣象局，云南 文山 663000)

0 引言

文山壯族苗族自治州地處云南省東南部，為典型的南亞熱帶和中亞熱帶氣候，東南地區(qū)距南海和北部灣較近，地勢西北高東南低，降水空間分布不均勻，呈現(xiàn)南多北少的特點，且局地性和突發(fā)性較強，夏季常受孟加拉灣風暴、西行臺風、低渦、切變線等天氣系統(tǒng)的影響，產(chǎn)生較大范圍的暴雨天氣，造成多地損失嚴重，因此，對暴雨的成因進行分析是十分必要的。

多年來氣象工作者對暴雨進行了諸多分析研究，以期能夠提高暴雨預報的準確率，降低暴雨洪澇災害造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失。林建等[1]對近30年中國暴雨的時空特征進行分析，結(jié)果表明21世紀以來南方地區(qū)暴雨過程明顯增多，但以短持續(xù)性強降水過程為主；關(guān)于暴雨發(fā)生的機理和預報，氣象工作者們通過對暴雨的研究和個例分析，在暴雨的成因及預報方法、易產(chǎn)生暴雨的天氣系統(tǒng)和天氣過程等方面取得了一定成果[2-7]。

云南的氣象工作者們也對云南的暴雨進行了大量的研究，許美玲等[8]在云南省天氣預報員手冊中提出，影響云南的主要天氣系統(tǒng)有切變線、南支槽、孟加拉灣風暴、西行臺風、兩高輻合、西南渦、昆明準靜止鋒等；劉彬等*通過對昆明主汛期兩次大暴雨過程進行對比分析得出，局地性強降水的主要大尺度影響系統(tǒng)是青藏高壓與西太平洋副熱帶高壓之間的輻合區(qū)和低層切變線；許美玲等[9]通過對云南突發(fā)性特大暴雨過程進行成因分析，指出特大暴雨的水汽來源于孟加拉灣，水汽輸送主要以低層西南風為主，臨近暴雨發(fā)生時，低層強輻合、高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)加速了上升運動的發(fā)展；而對于暴雨的中尺度特征分析也是暴雨分析的一個重點，通過紅外云圖TBB及多普勒雷達回波資料，分析了不同暴雨過程下的中尺度系統(tǒng)特征[10-12]。

2018年6月22日～25日的低渦暴雨天氣過程是文山州近年來持續(xù)時間較長、受災范圍較廣、災情較為嚴重的一次天氣過程，據(jù)統(tǒng)計，造成各類經(jīng)濟損失約1.85億元，因而研究此類暴雨天氣成因及其可參考的預報著眼點對于文山防災減災是非常有意義的，然而關(guān)于文山州的低渦型暴雨天氣過程方面的研究比較欠缺。本文利用衛(wèi)星云圖、雷達資料、自動雨量站等觀測資料和NCEP/NCAR逐6 h 2.5°×2.5°再分析資料等對此次文山州暴雨天氣過程進行分析，以探討文山州暴雨成因及形成的物理機制，尋求有預報指示意義的物理量場，提高本地災害性天氣的預報能力。

1 降水實況

2018年6月22日20時至25日08時，文山州自北向南出現(xiàn)了一次暴雨局部大暴雨天氣過程，此次過程中文山州麻栗坡縣楊萬降水量275.6 mm，為全省雨量最大值(圖1a，“★”為楊萬所在地)。文山最強降水時段出現(xiàn)在23日20時～24日20時，全州出現(xiàn)大范圍的暴雨—大暴雨，24小時最大降水也是出現(xiàn)在麻栗坡楊萬，為240.2 mm(圖1b)；1h最大降水出現(xiàn)在麻栗坡猛硐，為50.5 mm。此次暴雨過程持續(xù)時間長，強降水面積廣，給除東部的富寧縣外的7個縣(市)造成了不同程度的城市內(nèi)澇、山洪、泥石流等災害。

(a) (b)

2 環(huán)流形勢

通過分析2018年6月22日20時(以下稱醞釀階段)和24日08時(以下稱暴雨階段)的500 hPa高度場，發(fā)現(xiàn)在醞釀階段(圖2a)，亞歐中高緯地區(qū)為兩槽一脊環(huán)流形勢，脊區(qū)位于貝加爾湖到內(nèi)蒙古西部，中緯度西風帶有短波槽活動，青藏高原東側(cè)受地形影響形成一個高原槽，西太副高脊線位于25°N附近，阿拉伯半島附近存在一個高壓，云南處于兩高之間的輻合區(qū)，同時孟加拉灣北側(cè)至印度半島一帶存在兩個閉合的低壓系統(tǒng)，文山州受低壓外圍的西南氣流、高原槽前西南氣流、副高外圍東南氣流共同影響，水汽條件較好，高空槽前的系統(tǒng)性上升運動為暴雨提供了動力條件，22日夜間文山州北部丘北、廣南等縣開始出現(xiàn)強降雨天氣，大部地區(qū)為暴雨局部大暴雨；暴雨階段24日08時(圖2b)，高原東側(cè)短波槽不斷發(fā)展加深并東移，云南大部位于深槽底部，形成一個相對低壓區(qū)，文山州受低壓前部的偏南氣流控制，孟灣北部至印度半島一帶的兩個低壓系統(tǒng)合并加強，西太副高有所西伸加強，為持續(xù)強降水提供了非常有利的大尺度環(huán)流形勢。

(a) (b)

從700 hPa風場(流線)和>10 g/kg比濕(陰影區(qū))分布來看，強輻合區(qū)和水汽大值區(qū)位于高原渦附近，醞釀階段(圖3a)，昭通至曲靖一帶存在一個低渦，并伴隨有比濕>10 g/kg的分布，文山受低渦切變影響，而且文山州北部比濕比較大，22日夜間丘北、廣南等地開始出現(xiàn)暴雨天氣；暴雨階段(圖3b)，昭通至曲靖一帶的低渦勢力有所增強加深，切變維持并加強，偏南風分量明顯加強；從流場來看，水汽的主要來源為孟加拉灣，比濕的大值區(qū)也不斷向東南方向延伸，文山州大部比濕>12 g/kg，為較大范圍暴雨時段。

(a) (b)

3 診斷分析

3.1 水汽條件

水汽是形成暴雨的基本條件之一。水汽通量表明，此次暴雨局部大暴雨天氣的水汽主要來源于孟加拉灣(圖略)，從700 hPa水汽通量散度上看，在暴雨開始時(圖4a)，文山州為水汽通量散度的輻合區(qū)，但輻合的大值中心位于紅河、玉溪至昆明一帶，為>6×10-6(g·s-1·cm-2·hPa-1)的區(qū)域，文山州大部均>4 ×10-6( g·s-1·cm-2·hPa-1)，表明有較強的水汽輻合，到大范圍強降水時(圖4b)，水汽通量散度輻合大值區(qū)向東移動至文山州，控制除州東部富寧縣外的大部地區(qū)，強度達10 ×10-6(g·s-1·cm-2·hPa-1)，與降水實況對應較好。

(a) (b)

圖4 700 hPa水汽通量散度(單位：10-6g·s-1·cm-2·hPa-1)的(a)醞釀階段和(b)暴雨階段

Fig.4 The water vapor flux divergence of 700 hPa(unit：10-6g/s.cm2.hPa)forthe embryonic stage(a) and the rainstorm stage(b)

3.2 不穩(wěn)定層結(jié)和觸發(fā)機制

通過對毗鄰文山州西部的蒙自站探空圖進行分析，可以看到，在暴雨開始時22日20時(封三圖版Ⅱ圖5a)，中低層大氣存在濕層，在降水開始前期不穩(wěn)定能量較大，cape值為1211.2 J/kg，K指數(shù)為42.5 ℃，SI指數(shù)為-2.18 ℃，容易產(chǎn)生強對流天氣，而低層850～700 hPa有明顯垂直風切變，擾動產(chǎn)生上升運動觸發(fā)了此次暴雨天氣過程，高層250 hPa以上為偏東氣流，性質(zhì)干冷，與中高層形成風切變，整層大氣“上干冷、下暖濕”，層結(jié)不穩(wěn)定，有利于加強上升運動，引起暴雨的發(fā)生和發(fā)展；在大范圍強降水時(封三圖版Ⅱ圖5b)，抬升凝結(jié)高度降低，濕度增大，濕層變厚，低層仍然存在弱垂直風切變，中低層風向隨高度順時針轉(zhuǎn)動，有暖平流，存在上干下濕的“喇叭口”形狀，高層無明顯垂直風切變，cape值為678.8 J/kg，K指數(shù)為41.3 ℃，SI指數(shù)為-1.99 ℃，午后增溫，不穩(wěn)定能量會有所加強，以持續(xù)性強降水為主。

3.3 動力條件

對流層低層輻合、高層輻散是暴雨垂直結(jié)構(gòu)的重要特征之一。從高低層散度場來看，在暴雨階段，文山州附近存在明顯的低層輻合、高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)特征，且輻合輻散中心均在文山州附近(圖6a、圖6b)，非常有利于上升運動的發(fā)展。

(a) (b)

4 衛(wèi)星云圖特征

對此次大暴雨過程的主要強降水時段23日20時～24日20時的衛(wèi)星云圖進行分析：23日19時30分，文山境內(nèi)開始出現(xiàn)較大范圍的中低云系，文山州東部富寧縣至廣西西部、及其以北的廣西和貴州交界處分別有兩個小對流云團在發(fā)展合并，廣西中南部至越南一帶存在一個較大的對流云團(封三圖版Ⅱ圖7a)；21時30分，上述兩個小對流云團合并加強，與廣西中南部的對流云團連通，整個云團結(jié)構(gòu)有所松散(封三圖版Ⅱ圖7b)；24日04時30分，合并后的對流云團向西南方向移動移至文山州南部并發(fā)展加強，結(jié)構(gòu)密實，其以東的廣西中部和南部存在兩個較大對流云團，文山州以北又有一小對流云團形成(封三圖版Ⅱ圖7c)；07時30分，文山以北的對流云團與南部的大對流云團打通，又與廣西南部的對流云團相連，合并后的對流云團在影響范圍擴大，強度明顯加強，文山州中部及其以北和以南大部區(qū)域受對流云團影響，產(chǎn)生大范圍較強降水(封三圖版Ⅱ圖7d)；11時00分，打通后的對流云塊緩慢發(fā)展西移，控制除文山州東部的大部地區(qū)，文山州大部地區(qū)降水持續(xù)(封三圖版Ⅱ圖7e)；20時30分，對流云團移過文山州并逐漸減弱消散，文山降水趨于減弱(封三圖版Ⅱ圖7f)。

分析發(fā)現(xiàn)，不斷有對流單體生成發(fā)展且合并到大的對流云團中，持續(xù)有較大范圍的對流云團影響文山州是此次大暴雨的主要云圖特征。

5 雷達回波特征

從此次過程的雷達基本反射率來看，22日午后至傍晚開始州內(nèi)開始出現(xiàn)多個局地小對流回波發(fā)展并移動，回波反射率在最強達55 dBz左右，到傍晚已經(jīng)發(fā)展為比較成片的回波，文山州對應出現(xiàn)了大范圍的降雨和雷暴天氣；從23日夜間開始，開始轉(zhuǎn)為以片狀大范圍層狀降水回波為主，回波反射率大多在20～35 dBz，之后不斷有新的回波生成并移動到文山附近，形成“列車效應”，且維持時間較長，造成長時間持續(xù)穩(wěn)定的降水，特別產(chǎn)生強降水的麻栗坡，“列車效應”最為明顯，一直持續(xù)到24日晚，“列車效應”趨于消失，全州降水開始分散、有間歇性，過程降水開始趨于減弱結(jié)束(圖略)。

從徑向速度來看，23日14時開始，存在清晰明了的“S”型徑向速度圖，在雷達半徑90 km以下低空風隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流存在(封三圖版Ⅱ圖8a)；一直到25日凌晨，都可陸續(xù)分析出“S”型速度圖，說明低層持續(xù)有暖平流為較強降水的持續(xù)提供水汽和不穩(wěn)定能量(封三圖版Ⅱ圖8b)。

6 結(jié)論與討論

此次過程發(fā)生的大尺度環(huán)流背景為兩高之間的輻合區(qū)，由于高原槽不斷東移加深、孟灣低壓合并加強、西太副高西伸加強，文山受3支強大的偏南氣流影響，水汽產(chǎn)生強烈輻合，配合低層的低渦切變影響，切變附近產(chǎn)生對流單體，不斷合并加強成中尺度對流云團，而后由于低渦及切變的維持及偏南氣流持續(xù)輸送水汽，造成持續(xù)強降水。

暴雨的水汽主要來源于孟加拉灣，水汽輸送主要以中低層偏南風為主，文山州處于低層700 hPa水汽通量輻合的大值區(qū)，有源源不斷的水汽輸送，為持續(xù)強降水提供有利條件。

由于不穩(wěn)定層結(jié)的建立及加強，低層輻合、高層輻散的垂直結(jié)構(gòu)特征明顯，非常有利于上升運動的發(fā)展加強，降水是一個增強的過程。

衛(wèi)星云圖顯示，不斷有對流云團發(fā)展合并到對流云團中，且伸展高度較高，持續(xù)有較大范圍的對流云團影響是此次大暴雨的主要云圖特征。

雷達資料表明，此次強降水雷達回波特征首先是由午后的局地對流單體不斷發(fā)展合并形成影響范圍較大的層狀云降水回波，而后持續(xù)強降水的主要原因是“列車效應”，持續(xù)的“S”型徑向速度圖表明低層持續(xù)有暖平流為暴雨提供水汽和不穩(wěn)定能量。