沈 茜,裴 玥,何 娟

(云南省昭通市氣象局，云南 昭通 657000)

0 引言

昭通居于云貴高原與四川盆地的結(jié)合部，地勢西南高，東北低，屬于典型的山地構(gòu)造地形，山高谷深。同時(shí)昭通境內(nèi)群山林立，海拔差異較大，海拔從高到低有高原氣候、溫帶氣候、亞熱帶氣候之分。受昭通特殊的地形和氣候影響，在汛期時(shí)節(jié)，災(zāi)害性天氣頻發(fā)，而暴雨又屬于眾多災(zāi)害性天氣中最為普遍的一種，而輻合帶上的中小尺度系統(tǒng)往往是造成暴雨的重要影響系統(tǒng)。眾多氣象學(xué)者對對流性暴雨天氣過程進(jìn)行了多方面的研究，張騰飛[1]等發(fā)現(xiàn)云南大多數(shù)暴雨屬于強(qiáng)對流型暴雨，而且以負(fù)閃電為主，負(fù)閃電占總閃電的90%以上；朱莉[2]等發(fā)現(xiàn)颮線的維持和移動造成滇南的短時(shí)強(qiáng)降水，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在颮線前部的入流槽口處，云南中部的短時(shí)強(qiáng)降水與逆風(fēng)區(qū)的形成和維持有直接關(guān)系；許美玲[3]等發(fā)現(xiàn)云南省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(fēng)為主；張秀年[4]等發(fā)現(xiàn)云南省冷鋒切變型暴雨發(fā)生過程中，北部冷平流具有十分重要的作用，但南部暖平流的作用也不可忽視。但是這些暴雨過程大多都伴有明顯的低層或者高層冷空氣，而對沒有明顯冷空氣影響的暖區(qū)暴雨天氣過程分析較少。陳玥[5]等發(fā)現(xiàn)暖區(qū)暴雨中短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)大，暖切變型以低層暖切變線為主要天氣背景，地面常有弱靜止鋒，暖區(qū)對流活動與中尺度急流結(jié)構(gòu)、地形強(qiáng)迫等因素存在較高的相關(guān)性；周明飛[6]等發(fā)現(xiàn)暖區(qū)暴雨形成時(shí)，地面均為熱低壓控制，地面輻合線加強(qiáng)觸發(fā)暖區(qū)暴雨發(fā)生。張曉美[7]等發(fā)現(xiàn)華南暖區(qū)暴雨至少與3個(gè)連續(xù)生消的Mcss(中尺度對流系統(tǒng))的活動直接相關(guān)，不同暴雨落區(qū)中降水峰值出現(xiàn)的時(shí)間與相應(yīng)Mcss發(fā)展強(qiáng)盛期對應(yīng)關(guān)系良好。吳哲紅[8]等發(fā)現(xiàn)地面中尺度輻合區(qū)產(chǎn)生的輻合、垂直渦度激發(fā)次級環(huán)流產(chǎn)生，高低空急流耦合等作用是暴雨產(chǎn)生的動力條件。

為了能在之后的工作中更好的對發(fā)生在云南省的輻合帶暴雨過程進(jìn)行預(yù)報(bào)監(jiān)測，本文使用NCEP/NCAR 再分析資料、昭通多普勒雷達(dá)資料及自動站實(shí)時(shí)監(jiān)測資料，應(yīng)用天氣學(xué)原理和天氣學(xué)診斷分析等理論，診斷分析2018年8月2—5日出現(xiàn)在云南昭通的一次暖區(qū)暴雨過程，旨在尋找相應(yīng)的預(yù)報(bào)依據(jù)，為今后出現(xiàn)在昭通的暖區(qū)暴雨天氣過程提供技術(shù)理論支撐。

1 天氣實(shí)況

2018年8月2日08時(shí)—5日08時(shí)昭通市大部出現(xiàn)暴雨，局部出現(xiàn)大暴雨。全市鄉(xiāng)鎮(zhèn)過程累積雨量<50 mm的有90站，104站50～100 mm，28站100～200 mm，最大累積雨量出現(xiàn)在鹽津中和站，達(dá)到213.7 mm，分析鹽津中和站，降雨時(shí)段集中在2日午后，3日凌晨和上午，4日的中午前后；最大小時(shí)降雨量出現(xiàn)在3日08—09時(shí)，達(dá)到了49.8 mm/h。

2 形勢分析

這是入汛以來昭通市最大的一次區(qū)域性暴雨天氣過程，具有范圍廣、強(qiáng)度強(qiáng)、小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)，以對流性降水為主，強(qiáng)降水區(qū)域分布不均的特征。從500 hPa環(huán)流形勢來看，2日20時(shí)(圖1a)，副高發(fā)展較強(qiáng)，中心位于華北一帶，西伸脊點(diǎn)達(dá)到40°N，昭通位于副高西南側(cè)的南北向輻合區(qū)中，臺風(fēng)“云雀”位于華東東側(cè)；到3日20時(shí)(圖1b)，副高穩(wěn)定維持，并且略有加強(qiáng)，588線控制范圍有所擴(kuò)大，位于云南東部上空呈南北向的輻合帶發(fā)展加強(qiáng)為低渦，并且略有南壓，臺風(fēng)“云雀”從華東一帶登陸，昭通上空轉(zhuǎn)為一致的偏東氣流控制；4日20時(shí)(圖略)，副高繼續(xù)加強(qiáng)，導(dǎo)致低渦持續(xù)南壓，中心已經(jīng)移出云南，昭通轉(zhuǎn)為副高外圍的偏東氣流控制，降雨趨于結(jié)束。從700 hPa圖上看，2日20時(shí)(圖1c)，從滇東南到滇西北為一條輻合帶控制，而昭通的東部、北部受倒槽影響，槽前的正渦度平流有利于產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動；到3日20時(shí)(圖1d)，輻合加強(qiáng)為低渦切變，略有南壓，昭通轉(zhuǎn)為低渦北側(cè)的偏東氣流控制，同時(shí)隨著臺風(fēng)“云雀”登陸并且向西移動，偏東風(fēng)加強(qiáng)，有明顯的風(fēng)速輻合，有利于產(chǎn)生垂直上升運(yùn)動和產(chǎn)生降水；4日20時(shí)(圖略)，昭通上空的偏東風(fēng)減弱，降水也趨于結(jié)束。從地面圖(圖略)來看，2—3日，從高原到云南都為低壓帶控制，也有利于垂直上升運(yùn)動的發(fā)生和維持。

分析此次過程的溫度平流場(圖2)看出，2—3日下午，500 hPa上沒有明顯的溫度平流；而在700 hPa上，2日20時(shí)—3日14時(shí)，昭通市有暖平流影響，到3日20時(shí)(圖略)，昭通的南部有冷空氣入侵，北部、東部依然維持有弱的暖平流，此時(shí)，降雨趨于結(jié)束。所以，判斷在此次降雨過程中沒有明顯的冷空氣影響。同時(shí)從垂直速度場(圖略)上來看，在整個(gè)過程中，從低層到高層都為明顯的垂直上升運(yùn)動區(qū)。

這次過程是發(fā)生在整層都是垂直上升運(yùn)動的有利的天氣尺度背景下的暴雨天氣過程，并且在降雨過程中的主要時(shí)段，沒有明顯的冷空氣影響。由于此次降水過程有明顯的時(shí)段性，并且小時(shí)雨強(qiáng)較強(qiáng)，所以與局地中小尺度對流系統(tǒng)密切相關(guān)。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

分析700 hPa比濕場可以看出，8月2日08時(shí)，昭通市的比濕達(dá)到11 g/kg(圖略)，局地水汽條件較好。從水汽通量場(圖3a)來看，水汽主要來自于孟灣、南海和西太平洋，水汽通量達(dá)到4 g·s-1·cm-1·hPa-1，局地達(dá)到6 g·s-1·cm-1·hPa-1，同時(shí)在昭通的中部以南地區(qū)有水汽通量散度(圖略)輻合。從2日08時(shí)—3日08時(shí)的累積降雨量圖(圖略)上也可以看出，全市出現(xiàn)了中到大雨，局部暴雨，強(qiáng)降水的區(qū)域較為分散，以單點(diǎn)性的暴雨為主。8月3日08時(shí)(圖3b)，昭通市的比濕依然維持在11 g/kg，昭通市全部轉(zhuǎn)為低渦北側(cè)的偏東氣流控制，水汽主要來自于南海和西太平洋，并且由于臺風(fēng)“云雀”的西移，偏東氣流的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，導(dǎo)致水汽通量>6 g·s-1·cm-1·hPa-1的范圍明顯增大(圖3b)，水汽通量散度(圖略)輻合區(qū)的范圍和量級也隨之增大，輻合大值區(qū)位于昭通的南部一帶，說明水汽輸送變好。3日14時(shí)(圖3c)，高比濕依舊維持，但水汽通量強(qiáng)度減小，同時(shí)水汽通量散度(圖略)輻合區(qū)的范圍和強(qiáng)度減小，輻合區(qū)依然位于昭通南部一帶。從3日08時(shí)—4日08時(shí)的累積降雨量圖(圖略)上看，全市的強(qiáng)降雨落區(qū)變大，發(fā)展成了區(qū)域性的強(qiáng)降雨，并且出現(xiàn)了局地性的大暴雨。這主要是由于3日的水汽輸送比2日好，導(dǎo)致3日的降雨強(qiáng)度比2日的強(qiáng)。由此得出，持續(xù)性的水汽輸送和局地的高比濕是產(chǎn)生此次連續(xù)性降雨過程的重要原因，水汽輸送的強(qiáng)度決定了降雨的量級，水汽輸送越強(qiáng)，降雨強(qiáng)度越強(qiáng)。

圖2 溫度平流(單位：10-5℃/s)(500 hPa： a、b、c；700 hPa ：d、e、f)Fig.2 Temperature advection(unit: 10-5℃/s) (500 hPa： a、b、c；700 hPa ：d、e、f)

圖3 過程中階段性累積降雨量圖(單位：mm)和水汽通量(單位：g·s-1·cm-1·hPa-1)Fig.3 Phased cumulative rainfall in the process(unit:mm) and water vapor flux(unit: g·s-1·cm-1·hPa-1)

3.2 不穩(wěn)定條件

由于此次過程伴隨著大范圍的雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水，所以以對流性降水為主。分析CAPE值疊加T500-700，可以看出，從2日08時(shí)(圖4a)到3日14時(shí)(圖4d)全市大部區(qū)域的T500-700維持在-14 ℃左右，上冷下暖的形勢明顯。從CAPE值來看，由于昭通的地形原因，東部和北部海拔較低，為河谷地帶，有高溫高濕的特征，所以CAPE值相對于南部高海拔地區(qū)來說要高；從2日08時(shí)(圖5a)—2日14時(shí)(圖4b)，全市的CAPE值明顯升高，達(dá)到了500 J/kg以上，東部和北部地區(qū)的CAPE值達(dá)到了1 500 J/kg以上，強(qiáng)降水從2日的午后開始，說明高的CAPE值有利于強(qiáng)降水的發(fā)生；3日08時(shí)(圖4c)，全市CAPE值都降到了500 J/kg以下，而此時(shí)降水趨于減弱，說明低CAPE值對應(yīng)弱降水；3日14時(shí)(圖4d)，全市的CAPE值又有所升高，東部和北部達(dá)到1 000 J/kg以上，從而導(dǎo)致4日的凌晨又出現(xiàn)了明顯的降水。K指數(shù)反映對流層中下層(700～850 hPa)的濕度廓線，濕度越大，K值越大，越不穩(wěn)定[9]；此次過程中，昭通市的K指數(shù)(圖略)連續(xù)兩天都達(dá)到40 ℃以上，表明對流層低層濕層深厚，水汽條件充沛，有利于對流性短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。同時(shí)SI指數(shù)(圖略)維持在-1～-4 ℃之間，有利于雷暴天氣的發(fā)生。

選取威寧站8月2日08時(shí)(圖4e)和3日08時(shí)(圖4f)的探空圖，并用同一天14時(shí)的溫度來進(jìn)行拖動訂正，得出以下結(jié)論，8月2日08時(shí)(圖4e)威寧站的CAPE值從516 J/kg上升到了1 995 J/kg,700 hPa比濕達(dá)到了11 g/kg，同時(shí)可以觀察到其濕層深厚，有利于短時(shí)強(qiáng)降水天氣的發(fā)生，從垂直風(fēng)場來看，威寧站的低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，高層風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，說明上層為冷平流，下層為暖平流，為上冷下暖層結(jié)，有利于對流性天氣的發(fā)生；8月3日08時(shí)(圖4f)威寧站的CAPE值經(jīng)過訂正之后也升至了1 600 J/kg，700 hPa比濕達(dá)到了11 g/kg，同時(shí)中層有干層存在，為上干下濕層結(jié)，同樣也有利于強(qiáng)對流性天氣的發(fā)生。

綜合上述條件，在此次過程中，上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，較高的CAPE值和低層比濕，K指數(shù)維持在40 ℃以上，SI指數(shù)維持在-1～-4 ℃之間，導(dǎo)致昭通市產(chǎn)生了持續(xù)性的雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。同時(shí)得出CAPE值的大小和降水強(qiáng)度有較好的對應(yīng)關(guān)系，高的CAPE值對應(yīng)強(qiáng)降水，低的CAPE值對應(yīng)弱降水。

圖4 CAPE(單位：J/kg)和T(500-700)(單位：℃)疊加場(a、b、c、d)、威寧站探空圖(e、f)Fig.4 CAPE(unit: J/kg) and t(500-700)(unit: ℃) superimposed field(a,b,c,d),T-lnp of Weining station)

3.3 動力條件

從垂直上升運(yùn)動(圖略)來看，2日20時(shí)的垂直上升速度在500 hPa和700 hPa上全市都小于-0.4×10-1Pa·s-1，中心強(qiáng)度達(dá)到了-0.6×10-1Pa·s-1，說明整層都為垂直上升運(yùn)動場，并且垂直運(yùn)動較強(qiáng)。從3日20時(shí)的垂直上升速度場可以看出，500 hPa和700 hPa全市的垂直上升速度也都小于-0.1×10-1Pa·s-1，中心強(qiáng)度為-0.2×10-1Pa·s-1。在2日和3日都出現(xiàn)了大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水，對比兩天的垂直速度量級，2日是3日的3～4倍的量級，但3日出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水站次較2日多，強(qiáng)度較2日更強(qiáng)，說明一定強(qiáng)度的垂直上升速度更有利于產(chǎn)生大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水。從垂直上升速度場和累積降雨量的對應(yīng)情況來看，2日的降雨落區(qū)和700 hPa的垂直上升運(yùn)動區(qū)對應(yīng)較好，而3日的降雨落區(qū)和500 hPa垂直上升運(yùn)動區(qū)對應(yīng)較好。所以垂直速度場對于降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)有一定的參考意義，但是還需結(jié)合其他物理量場來一起分析。

3.4 觸發(fā)機(jī)制

此次降雨過程中，由于沒有明顯冷空氣的配合，所以觸發(fā)機(jī)制較為重要。2日14時(shí)(圖5a)，昭通市為地面熱低壓控制，在昭通境內(nèi)有兩條明顯的地面輻合線，一條位于永善的北部，輻合較弱，對應(yīng)的雷達(dá)回波k1(圖5b，由于昭通雷達(dá)東部地區(qū)回波有所遮擋，所以不能正常反應(yīng)東部地區(qū)雷達(dá)回波情況)以積云回波為主，回波中心強(qiáng)度維持在35～40 dBz之間；另一條k2位于昭通的南部，在輻合線的兩側(cè)東北風(fēng)和西南風(fēng)的輻合較強(qiáng)，在輻合線及輻合線的兩側(cè)都有一些對流單體發(fā)展，回波中心強(qiáng)度在35 dBz以上，局地還達(dá)到了50 dBz以上。3日02時(shí)(圖5c)，低壓中心西移，昭通仍然位于低壓內(nèi)部，在昭通的東部和南部地區(qū)有兩條輻合線，在輻合線的附近有兩片明顯的降水回波k3和k4(圖5d)，范圍擴(kuò)大；由于此時(shí)降水已經(jīng)開始了一段時(shí)間，所以對應(yīng)的回波全部為層—積混合回波，回波中心強(qiáng)度在30～45 dBz之間。3日08時(shí)(圖5e)，低壓中心繼續(xù)南壓到滇中一帶，有一條明顯的地面輻合線維持在昭通的中部，在鹽津到永善北部區(qū)域，有明顯的偏北風(fēng)輻合，產(chǎn)生了明顯的降水回波k5(圖5f)，回波中心強(qiáng)度在30～40 dBz之間。3日20時(shí)(圖5g)，昭通轉(zhuǎn)為一致的偏北氣流控制，地面輻合線消失，對應(yīng)的雷達(dá)回波圖上(圖5h)，降水回波的范圍減小，強(qiáng)度減弱；此時(shí)，降雨強(qiáng)度明顯減弱，降雨趨于結(jié)束。由此見，長期存在的地面輻合線和地面熱低壓為此次強(qiáng)降水起到了觸發(fā)輻合抬升作用，并且降水回波產(chǎn)生于地面輻合線上及其兩側(cè)；降水剛開始時(shí)，以積云降水回波為主，降水開始以后，地面輻合線雖然依然存在，但是回波轉(zhuǎn)為層—積混合性降水回波。

圖5 此次過程的地面天氣圖(a、c、e、g)和昭通市多普勒雷達(dá)強(qiáng)度圖(b、d、f、h)Fig.5 Ground weather map(a、c、e、g) and Zhaotong Doppler radar intensity map(b、d、f、h)

4 雷達(dá)分析

此次降水過程伴隨著大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水天氣，2日出現(xiàn)了34站次、3日出現(xiàn)了46站次。選取8月3日08—09時(shí)的雷達(dá)圖(圖6b和圖6e)進(jìn)行分析。連續(xù)的2 h即08—09時(shí)(圖6a)、09—10時(shí)(圖6d)，在鹽津的西部地區(qū)均出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水天氣，為中尺度雨團(tuán)；從雷達(dá)回波圖上看，強(qiáng)度圖上為層積混合的帶狀回波，最大回波強(qiáng)度在35～40 dBz之間，并且維持時(shí)間較長，達(dá)到2 h左右。對鹽津左側(cè)的回波做垂直剖面圖(圖略)，看出，兩個(gè)小時(shí)的回波質(zhì)心都較低，在4 km以下，以暖云降水為主，降水效率較高。大部分的回波中心強(qiáng)度也維持在35～40 dBz之間，保證了一定的降水強(qiáng)度，為低質(zhì)心型短時(shí)強(qiáng)降水回波[10]?！澳骘L(fēng)區(qū)”是判識短時(shí)強(qiáng)降水的一個(gè)重要指標(biāo)[11]，從速度回波(圖6c和圖6f)上看，在鹽津的西部地區(qū)出現(xiàn)了大片的逆風(fēng)區(qū)，并且維持時(shí)間較長，較有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。以上條件造成了鹽津西部地區(qū)產(chǎn)生了長時(shí)間的短時(shí)強(qiáng)降水。

5 地形影響

昭通為山區(qū)地帶，地形復(fù)雜，地形性降水明顯，在預(yù)報(bào)時(shí)，地形的作用不可忽視。昭通的地形為西高東低的形勢，而鹽津的西部為暴雨中心，并且局部還出現(xiàn)了大暴雨，但是水汽的輻合中心并不在鹽津一帶，所以在此次過程中地形的作用不可忽略。3日昭通市從低層到高層都轉(zhuǎn)為臺風(fēng)北部的偏東氣流控制，而在鹽津的西部為迎風(fēng)坡，有利于地形的輻合抬升作用，從而加強(qiáng)垂直上升運(yùn)動、加大降水效率，因此加大了降水量級[12]。

6 小結(jié)

①這是一次發(fā)生在有利的天氣尺度背景下，由輻合帶上的中小尺度系統(tǒng)造成的對流性暴雨天氣過程。高層低渦控制，配合低層偏東風(fēng)風(fēng)速加強(qiáng)輻合，同時(shí)在地面熱低壓和輻合線的觸發(fā)抬升的作用下，產(chǎn)生了持續(xù)性的對流性降水天氣。

②此次過程的水汽主要來源于孟灣、南海和西太平洋，700 hPa的水汽輸送與降水的量級密切相關(guān)，水汽輸送好的區(qū)域降水量級大；低層持續(xù)性的高比濕提供了有利的水汽條件，上干冷下暖濕的層結(jié)，較高的CAPE值，K指數(shù)維持40 ℃以上，SI指數(shù)在-1～-4 ℃之間，有利于昭通市連續(xù)性的對流性降水的發(fā)生。

③CAPE值的大小和降水強(qiáng)度有較好的對應(yīng)關(guān)系，高的CAPE值對應(yīng)強(qiáng)降水，低的CAPE值對應(yīng)弱降水。

④一定強(qiáng)度的垂直上升運(yùn)動較有利于產(chǎn)生大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水；垂直上升速度場和降雨落區(qū)并不是一一對應(yīng)關(guān)系，不能直接使用來確定降雨落區(qū)和量級，還需結(jié)合其它物理量場和形勢場來進(jìn)行訂正。

圖6 小時(shí)雨強(qiáng)(a、d)(單位：mm)、昭通市多普勒雷達(dá)強(qiáng)度圖(b、e；單位：dBz)、昭通市多普勒雷達(dá)徑向速度圖(c、f；單位：m/s)Fig.6 Hour rain intensity (a, d) (unit: mm)，Zhaotong Doppler radar intensity map (b, e; unit: dBz), Zhaotong Doppler radar radial velocity map (c, f; unit: m/s)

⑤長期維持的地面輻合線是此次持續(xù)性強(qiáng)對流天氣的主要觸發(fā)機(jī)制，在地面輻合線上及其兩側(cè)較易產(chǎn)生降水回波；降水剛開始時(shí)，以積云回波為主，隨著降水的發(fā)展，回波轉(zhuǎn)變?yōu)閷印e混合回波，并且范圍逐漸擴(kuò)大，在降雨趨于結(jié)束時(shí)，回波強(qiáng)度和范圍都逐漸減小。

⑥持續(xù)存在的“逆風(fēng)區(qū)”導(dǎo)致鹽津西部地區(qū)產(chǎn)生連續(xù)的中尺度雨團(tuán)，當(dāng)回波強(qiáng)度維持在35～40 dBz，同時(shí)質(zhì)心在4 km以下時(shí)，能夠產(chǎn)生小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)40 mm以上的強(qiáng)降雨。

⑦在此次過程中，低層偏東風(fēng)的輻合起到了重要的作用，同時(shí)結(jié)合昭通西高東低的地形條件，地形的輻合抬升對于這次強(qiáng)降雨過程起著不可忽視的作用。