於慧玲，楊 宇，龔 婉

(云南省德宏自治州氣象局，云南 芒市 678400)

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德宏一次持續(xù)強(qiáng)降水天氣過程分析

於慧玲，楊 宇，龔 婉

(云南省德宏自治州氣象局，云南 芒市 678400)

利用區(qū)域自動站氣象觀測資料、Micaps系統(tǒng)資料、雷達(dá)探測等資料，對2013年7月 7—11日德宏地區(qū)強(qiáng)降水過程的成因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：此次德宏強(qiáng)降水天氣過程主要產(chǎn)生在副熱帶高壓系統(tǒng)穩(wěn)定維持，高原上有東移短波槽、高低空均有急流區(qū)等天氣系統(tǒng)的適當(dāng)空間配置的有利天氣背景下。副熱帶高壓和高原短波槽的配置、高低空急流的耦合是此次過程的主要影響系統(tǒng)；物理量分析表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定和源源不斷的水汽輸送為此次過程提供了有利的動力條件；雷達(dá)資料分析可知暖平流加上風(fēng)向的輻合有利于降水的持續(xù)與加強(qiáng)。

連續(xù)暴雨；形勢分析；雷達(dá)回波

1 引言

德宏地處低緯高原，位于橫斷山脈西南部，高黎貢山以西，處于我國西南暖濕氣流通道口；夏季常受到西南季風(fēng)和東亞季風(fēng)及中高緯天氣系統(tǒng)的影響，兩個熱帶海洋熱源和水汽源的作用，加之德宏地勢東北高而陡峻，西南低而寬緩所形成的迎風(fēng)坡效應(yīng)，易產(chǎn)生大雨、暴雨，這是德宏夏季的一種主要災(zāi)害性天氣。

2013 年7月7—11日，德宏轄區(qū)內(nèi)發(fā)生了較大范圍的連續(xù)性大暴雨天氣過程，多個區(qū)域站點達(dá)大暴雨，造成了災(zāi)害性影響。德宏州氣象臺8—11日共發(fā)布暴雨黃色預(yù)警信號4次，暴雨藍(lán)色預(yù)警信號3次。雖然氣象臺發(fā)布了暴雨預(yù)警，但對降水強(qiáng)度和持續(xù)時間的預(yù)報還存在較大難度。本文通過對此次強(qiáng)降雨過程的天氣形勢特征分析，探討此類強(qiáng)降雨過程中的預(yù)報方法和手段，為將來建立該類天氣的客觀定量預(yù)報方法提供一定基礎(chǔ)。

2 降雨實況和特征

2013年7月7—11日云南省德宏州轄區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了連續(xù)暴雨天氣過程。這次強(qiáng)降水于7月7日11時前后開始，至11日18時后逐漸減弱。最強(qiáng)降水出現(xiàn)在盈江、隴川一帶，其中：7日全州暴雨3站次，均出現(xiàn)在盈江；由德宏州24 h降水量分布圖(圖略)可知，7—8日全州暴雨27站次，大暴雨8站次(盈江6站次，隴川2站次)；8日最大降水量出現(xiàn)在盈江蘇典，為183.7 mm；8—9日全州暴雨15站次，大暴雨7站次(盈江6站次，隴川1站次)，9日最大日降水量出現(xiàn)在盈江勐戛，為181.1 mm；10日全州暴雨17站次，大暴雨1站次，日最大降水量出現(xiàn)在盈江蘇典，為103.8 mm；11日全州暴雨3站次，日最大降水量出現(xiàn)在隴川測站，為65.5 mm。

此次強(qiáng)降水過程具有降水強(qiáng)度大、范圍廣、持續(xù)時間長的特征。全州5個縣市均有區(qū)域站的雨量達(dá)暴雨量級，其中盈江和隴川兩縣測站本站5 d的雨量合計值已接近歷年7月平均雨量值，盈江縣5 d雨量合計值達(dá)315.8 mm，超歷史平均值240 mm之多(表1)。這次強(qiáng)降水過程引發(fā)了洪澇、泥石流災(zāi)害，盈江、隴川兩縣城區(qū)內(nèi)澇，道路多處塌方，交通受阻，鄉(xiāng)村部分農(nóng)田受淹，農(nóng)作物受災(zāi)，多處房屋倒塌、損壞。全州受災(zāi)人口近8萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)19 119.43萬元。

3 環(huán)流背景分析

2013年7月7—11日的高空圖上，亞歐中高緯地區(qū)由一脊一槽型在8日轉(zhuǎn)為兩槽一脊型，低緯度地區(qū)在70～110°E之間為一寬廣的兩高(西太平洋副熱帶高壓和伊朗高壓)之間的輻合區(qū)；期間200 hPa高空上有高空急流通過， 700 hPa上風(fēng)速達(dá)到12 m/s，存在低空急流區(qū)，同時副熱帶高壓、東移高原槽和西南暖濕氣流等天氣系統(tǒng)的適當(dāng)空間配置為德宏州持續(xù)性強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的天氣背景；副高系統(tǒng)較穩(wěn)定與東移高原槽相持，則提供了穩(wěn)定的天氣背景。此期間臺風(fēng)“蘇力”于 8日上午在西北太平洋洋面上生成， 9日的24 h內(nèi)實現(xiàn)臺風(fēng)強(qiáng)度“四級跳”，從強(qiáng)熱帶風(fēng)暴發(fā)展為2013年首個超強(qiáng)臺風(fēng)，直至7月13日逐步減弱為熱帶風(fēng)暴。

表1 2013年7月7日20時-11日20時德宏州各縣(市)24 h降水量實況統(tǒng)計表(單位：mm)

3.1 500 hPa環(huán)流形勢分析

2013年7月6日20時500 hPa 高空圖上，印度半島有576的低壓，青藏高原南側(cè)云南東北面的緬北有一小的閉合588高壓，西太平洋副熱帶高壓588線西伸的脊點位于22°N、 111°E附近，德宏為偏北氣流控制(指標(biāo)站騰沖站為偏北風(fēng))；7日20時青藏高原南側(cè)云南東北面的緬北閉合588高壓減弱消失，西太平洋副熱帶高壓588線脊點略減弱東退至 114°E附近，德宏仍為偏北氣流控制(指標(biāo)站騰沖站為偏北風(fēng))；8日20時德宏為滇緬之間維持的弱脊前西北氣流控制，西太平洋副熱帶高壓588線脊點略減弱東退北抬至25°N、 115°E附近；9日20時德宏仍為西北氣流控制(指標(biāo)站騰沖站為西北風(fēng))，西太平洋副熱帶高壓588線脊點減弱東退北抬至30°N、 120°E附近；在四川盆地有一西南低渦形成；10日20時德宏轉(zhuǎn)為東北氣流控制(指標(biāo)站騰沖站為東北風(fēng))，西太平洋副熱帶高壓588線脊點維持在25°N 、118°E附近； 11日08時德宏轉(zhuǎn)為偏東氣流控制(指標(biāo)站騰沖站為東風(fēng))，西太平洋副熱帶高壓588線脊點又西伸至在26°N、 113°E附近。連續(xù)降水期間500 hPa高空圖上副高西脊點均位于115°E附近，位置較為穩(wěn)定，從青藏高原先后有2個短波槽經(jīng)過四川盆地，其中8—9日東移短波槽較強(qiáng)。

3.2 700 hPa環(huán)流形勢分析

2013年7月7—10日700 hPa在四川盆地西側(cè)始終維持較為清楚的偏南急流，在德宏州西部，700 hPa風(fēng)場上有一個大風(fēng)速區(qū)存在(風(fēng)速達(dá)12 m/s以上)和維持(與雷達(dá)速度圖中的急流與輻合一致)，并在7月9日08時有所增強(qiáng)，德宏處于大風(fēng)速區(qū)的左前側(cè)有強(qiáng)烈的風(fēng)速輻合和氣旋性切變，此期間指標(biāo)站騰沖站基本上維持為西北氣流。在對以往的逐日常規(guī)天氣圖的普查分析中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)500 hPa滇緬間形成一中心位于達(dá)卡站上空的588閉合高壓環(huán)流，且騰沖、思茅為高壓東側(cè)的NW氣流，清邁為高壓南側(cè)的NE或ENE氣流時，即使無低槽、切變線、輻合區(qū)等系統(tǒng)配合，德宏西部也會出現(xiàn)大雨，局部暴雨天氣。而此次過程，6日20時500 hPa達(dá)卡附近形成高壓，同時又有風(fēng)速輻合和氣旋性切變。所以加強(qiáng)了層結(jié)的不穩(wěn)定度和低層擾動，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，為這次天氣過程提供了有利的動力條件。

通過分析可知，在中高緯度環(huán)流形勢的調(diào)整期，當(dāng)500 hPa副熱帶高壓系統(tǒng)穩(wěn)定維持在115°E 附近，同時高原上有較強(qiáng)的短波槽東移時，副高外圍的西南暖濕氣流與東移短波槽天氣系統(tǒng)的空間配置是德宏州發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)降水的有利天氣背景。即短波槽、低渦、氣旋等天氣尺度系統(tǒng)盡管移速較快，但在穩(wěn)定的副高阻擋形勢控制下，仍可以在同一地區(qū)造成一次又一次的暴雨過程接連出現(xiàn)，當(dāng)天氣尺度系統(tǒng)移動緩慢或停滯時，更容易形成時間集中的特大暴雨。此次過程主要受副熱帶高壓及高原短波槽影響。

4 不穩(wěn)定層結(jié)分析

由2013年7月7—9日T-lnP圖(圖1)可知，7月9日08時從近地層開始層結(jié)曲線和露點曲線非常接近，溫度露點差較小，300 hPa以下的大氣T-Td均小于5℃。從垂直風(fēng)場上看，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有明顯的暖平流(與雷達(dá)速度圖中“s”型特征一致)，并且風(fēng)隨高度至500 hPa左右顯著減小，而后顯著增加，有較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，容易產(chǎn)生深厚濕對流的大氣層結(jié)。7月7日20時—10日20時整個降水過程T-lnP中濕層一直維持在400 hPa左右，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)始終存在，說明暖濕平流在這期間維持，也說明大氣層結(jié)不穩(wěn)定。在700 hPa高度上一直存在的12 m/s偏西風(fēng)，說明了低空急流的存在直至10日20時減弱，為此次過程提供有有利的動力條件。

圖1 2013年7月9-10日T-lnP圖

5 物理量場分析

通過物理量實況場進(jìn)行綜合分析，診斷其對災(zāi)害性天氣的發(fā)生、落區(qū)預(yù)報的參考。

5.1 能量條件

大氣層結(jié)是否穩(wěn)定是對流發(fā)展的首要條件，在天氣學(xué)中，大氣是否穩(wěn)定可以用SI指數(shù)和K指數(shù)來判別，有關(guān)文獻(xiàn)研究表明：K指數(shù)在反應(yīng)氣層不穩(wěn)定程度的同時考慮了中低層的水汽條件，它是穩(wěn)定度和溫度條件的綜合指標(biāo)。K指數(shù)越大(≥35℃)越容易產(chǎn)生強(qiáng)降水和強(qiáng)雷暴天氣。K指數(shù)是反應(yīng)穩(wěn)定度和濕度條件的綜合指標(biāo)，由K指數(shù)分布圖可知(圖略)德宏在7月8日08時處于36～40℃的高溫高濕區(qū)，至9日20時達(dá)40℃以上。當(dāng)K指數(shù)在30～40℃，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，大風(fēng)速區(qū)左前側(cè)輻合區(qū)相配合， 易發(fā)生強(qiáng)降水和強(qiáng)雷暴天氣。

SI指數(shù)表示氣層的不穩(wěn)定程度，負(fù)值越大，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，發(fā)生強(qiáng)對流天氣的可能性越大。SI指數(shù)是日常預(yù)報業(yè)務(wù)中判別大氣穩(wěn)定度的重要指標(biāo)，德宏在7月8日20時SI<-2℃，7月9日20時SI<-4℃，表明此次過程存在極大不穩(wěn)定能量的環(huán)境中。 當(dāng)SI<0℃時，由于上升氣塊具有的溫度比環(huán)境溫度高，氣塊獲得維持上升的浮力，因而大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的；當(dāng)-6℃

沿24°N過暴雨天氣發(fā)生的區(qū)域做θse垂直剖面(圖2)可以看到9日08時對流區(qū)上空θse隨高度減小并存在一個小值區(qū)，為近地層暖濕700 hPa層有一定的干冷空氣，對流層中上層為暖濕，有一定的對流性不穩(wěn)定。

圖2 2013年7月9日08時假相當(dāng)位溫θse

5.2 水汽條件

從沿24.7°N做水汽通量剖面圖(圖3)可以清楚的看出在24.7°N、 97.5°E附近低層水汽單位時間內(nèi)有較強(qiáng)的水汽通過，在700 hPa上有到14 kg·hPa-1·m-1·s-1的大值中心，說明在對流層低層水汽通道已打開，有源源不斷的水汽從孟加拉灣向德宏輸送。在水汽通量散度場上不難看出在850 hPa附近的近地層有水汽的輻合中心，水汽在低層輻合上升，增厚產(chǎn)生凝結(jié)，有利于大雨、暴雨的產(chǎn)生。

圖3 2013年7月9日08時水汽通量(單位：kg·hPa-1·m-1·s-1)和水汽通量散度(單位：kg·hPa-1·m-2·s-1))

根據(jù)前述分析，8日20時后和9月20時后產(chǎn)生暴雨或短時強(qiáng)降水天氣的可能性極大，各項物理量指標(biāo)特征表現(xiàn)與此次過程的短時雨強(qiáng)時段穩(wěn)合。

5.3 高、低空急流及上升運動

從2013年7月9日08時uv圖來看(圖4)，700 hPa有一股西風(fēng)急流穿過德宏西部，德宏位于低空急流出口區(qū)，低空急流不僅把來自孟加拉灣暖濕氣流源源不斷的輸送到暴雨落區(qū)附近，并在暴雨落區(qū)上空形成長時間的水汽輻合，使得降水得以持續(xù)；在西風(fēng)急流的出口區(qū)還有明顯的風(fēng)速輻合，提供擾動作用，從而促使對流的產(chǎn)生，進(jìn)而增強(qiáng)大氣的上升運動，使得低空急流攜帶來的暖濕水汽輻合上升而形成持續(xù)的降水。低空西風(fēng)急流是暴雨區(qū)對流不穩(wěn)定層結(jié)的建立者和維持者。

圖4 2013年7月9日08時NCEPuv再分析資料圖(單位m·s-1)

200hPa上，南亞高壓東南側(cè)有明顯的東北風(fēng)急流，自云南東北側(cè)至西南側(cè)穿過云南，德宏位于急流軸的右側(cè)，與低空700 hPa西風(fēng)急流及出口區(qū)上升氣流形成次級環(huán)流。而從24°N散度場剖面(圖略)上看，在700 hPa以下98°E附近的低層有一輻合中心，而在300～200 hPa附近有一個對應(yīng)的輻散場相對應(yīng)，這樣低層輻合高層輻散的高低空配置，抬升力更強(qiáng)，有利于上升運動。高空急流的加強(qiáng)下傳通過高低空的耦合作用引起低空急流的向下傳遞及其加強(qiáng)，低空急流的上傳和加強(qiáng)在暴雨過程中起著重要作用，可以引起雨強(qiáng)的大幅增大；而單純的高空急流的向下傳遞和加強(qiáng)如果沒有低空急流的上傳加強(qiáng)相配合，引起的雨強(qiáng)增大幅度相對較小。

分析表明：高空急流和低空急流同時出現(xiàn)時，當(dāng)它們的垂直環(huán)流圈(主要是上升運動區(qū))相互耦合時，對暴雨會產(chǎn)生重要的影響。這次暴雨過程具有不穩(wěn)定的大氣層結(jié)，充足的水汽條件，在暴雨區(qū)有持久的上升氣流和水汽的輻合。高低空急流的耦合下對這次暴雨過程有增強(qiáng)大氣不穩(wěn)定層結(jié)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的作用。

6 云圖特征

由2013年7月9—10日紅外云圖可知(圖略)，7日7時30分降水初期的衛(wèi)星紅外云圖上，印度半島中東部為低壓云系，西藏東南部為分散的中低云。在德宏州的西部境外緬甸有一灰暗色的云團(tuán)生成，此后該云團(tuán)加強(qiáng)西北方向移到德宏州北部盈江縣轄區(qū)至16時最強(qiáng)，造成7日盈江縣轄區(qū)區(qū)域站出現(xiàn)暴雨3站次。8—9日隨著東移短波槽的增強(qiáng)，不斷有一條帶狀的對流云系自西南向東北擴(kuò)展，云系邊界整齊，此云帶與副高外圍暖濕氣流位置吻合，14時在23～25°N，95～99°E區(qū)域的德宏與滇緬間形成南北長約225 km，東西寬約450 km的強(qiáng)中α尺度降水云帶。該云帶橫跨了整個德宏轄區(qū)，中心區(qū)表現(xiàn)為紅色，表示云層很厚，有很強(qiáng)的對流現(xiàn)象出現(xiàn)，造成8日德宏州降雨強(qiáng)度最大，全州暴雨27站次，其中大暴雨8站次；9日全州暴雨15站次，大暴雨7站次。受低層急流西南暖濕氣流北上的影響，10日、11日均不停有強(qiáng)對流云團(tuán)在德宏州空域生成，造成強(qiáng)降水出現(xiàn)。隨著臺風(fēng)“蘇力”的西行，強(qiáng)降水云團(tuán)主體逐漸減弱西南移出德宏，至11日降水才隨之趨于減弱。

7 多普勒徑向速度回波產(chǎn)品特征分析

在此次強(qiáng)降水過程中，多普勒徑向速度回波風(fēng)場輻合特征明顯。由2013年7月7—9日的多普勒徑向速度圖(圖5)可知，7日在多普勒徑向速度回波中可以看出其中包含的速度輻合信息，主要特征為速度場正速度面積大于負(fù)速度的面積，為大尺度的風(fēng)場的輻合。13時34分VCPPI的第1仰角層速度回波中(圖5a)在30 km距離圈內(nèi)，225°徑向上有一個多普勒徑向速度為-12.0 m/s的負(fù)速度中心，而對應(yīng)的正速度最大區(qū)域卻在90°徑向上，正速度中心風(fēng)速約在9 m/s，負(fù)速度中心風(fēng)速大于正速度中心風(fēng)速表現(xiàn)出來風(fēng)速不對稱特征，負(fù)速度中心區(qū)域大于正速度中心區(qū)域有風(fēng)速性輻合特征，而正、負(fù)強(qiáng)速度中心呈不對稱即為大尺度不對稱輻合特征。到14時01分(圖5b)是大尺度天氣輻合特征發(fā)展到最明顯時候，在VCPPI的第1仰角層速度回波中60 km距離圈內(nèi)，負(fù)速度中心區(qū)域大于正速度中心區(qū)，負(fù)速度中心風(fēng)速強(qiáng)于正速度中心風(fēng)速。此類型風(fēng)場結(jié)構(gòu)有利于強(qiáng)降水的維持，在低層風(fēng)場結(jié)構(gòu)沒有轉(zhuǎn)輻散時能形成較長時間強(qiáng)降水天氣。

圖5 雷達(dá)速度回波圖

8日在多普勒徑向速度回波中可以看出其中包含的速度輻合信息，特征為在負(fù)速度場中有兩個強(qiáng)速度中心，形成輻合合并加強(qiáng)趨勢。06時01分VCPPI的第1仰角層速度回波中(圖5c)在方位270° 90 km距離圈、方位325° 60 km距離圈，有2個中心速度約在12 m/s的強(qiáng)速度中心。06時46分(圖5d)2個強(qiáng)中心的整體移動呈合并趨勢，有利于強(qiáng)降水的形成，強(qiáng)回波合并位置位于隴川、盈江，所以對兩縣將形成較強(qiáng)降水并能穩(wěn)定持續(xù)。

9日在多普勒徑向速度回波中零速度線從低層隨高度升高先順轉(zhuǎn)再逆轉(zhuǎn)，表明低層有暖平流，中高層有冷平流，說明低層不穩(wěn)定，且低層風(fēng)場由西風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，中層仍為西風(fēng)，結(jié)合速度場輻合特征，利于降水的加強(qiáng)和持續(xù)。07時33分VCPPI的第3仰角層在負(fù)速度區(qū)域(圖5e)可以看到負(fù)速度強(qiáng)值中心位置方位在250°～330°從第1距離圈延續(xù)到第3距離圈內(nèi)，強(qiáng)中心速度值約在-12 m/s左右，最強(qiáng)值約在-17.5 m/s，風(fēng)速性輻合、風(fēng)向性輻合同時存在；08時06分(圖5f)VCPPI的第2仰角層在2個強(qiáng)值中心有一條弱速度線，表明強(qiáng)值中心有2個，從零速度線上看，2負(fù)速度中心呈合并趨勢，且為大尺度輻合天氣。此類風(fēng)場結(jié)構(gòu)由于整體移動速度緩慢，輻合強(qiáng)，往往能形成持續(xù)時間較長的強(qiáng)降水天氣，由于強(qiáng)降水天氣穩(wěn)定，所以會造成比較大的降水量。在低層風(fēng)場結(jié)構(gòu)沒有轉(zhuǎn)輻散時能形成較長時間強(qiáng)降水天氣。

10日在多普勒徑向速度回波中可以看出其中包含的速度輻合信息，特征為強(qiáng)輻合天氣，輻合高度發(fā)展到5 km高度，較7月9日輻合有所減弱，由于整體移速緩慢形成累計降水量較大。07時39分VCPPI的第2仰角層在負(fù)速度區(qū)域(圖5g)可以看到明顯的風(fēng)速性輻合、風(fēng)向性輻合同時存在，負(fù)速度中心風(fēng)速約-12 m/s；09時02分(圖5h)VCPPI的第1仰角層可以看到零線呈鋒面型，證明有從西南和西北2個降水系統(tǒng)正在合并控制本地降水天氣，由于西北向氣流推著西南向氣流呈逆時針旋轉(zhuǎn)也呈輻合，合并后將形成大尺度輻合降水天氣，且在低層和高層系統(tǒng)均呈輻合趨勢，有利于降水的維持，并造成比較大的降水量。在低層風(fēng)場結(jié)構(gòu)沒有轉(zhuǎn)輻散時能形成較長時間強(qiáng)降水天氣。

分析表明：此次過程雷達(dá)圖上也充分表現(xiàn)出低層有急流存在，是典型的暖平流加風(fēng)場輻合利于降水的加強(qiáng)和維持的天氣過程。

8 總結(jié)

①此次強(qiáng)降水天氣過程主要受副熱帶高壓及高原短波槽影響。

②高低空急流的耦合不僅為這次暴雨過程提供了源源不斷的水汽條件，也對增強(qiáng)大氣不穩(wěn)定層結(jié)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量起著一定的作用。高低空急流耦合是暴雨形成的一個重要因子。

③大氣層結(jié)不穩(wěn)定是暴雨形成的另一個原因，多項物理指標(biāo)表明利于大雨、暴雨天氣產(chǎn)生。

④衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等資料能準(zhǔn)確地預(yù)示強(qiáng)降水集中時段和落區(qū)。

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2014-07-30

於慧玲(1972—)，女，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報服務(wù)工作。

1003-6598(2015)06-0063-06

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