滇西北高原一次暴雨过程诊断分析

2014-03-27杨沛琼吴红秀赵娅琴

云南地理环境研究 2014年6期

杨沛琼，吴红秀，赵娅琴

(1.丽江市气象局，云南丽江 674100；2.江苏省气象服务中心，江苏南京 210000)

0 引言

暴雨是中国多发性重大灾害性天气之一。早在20世纪80年代，陶诗言就指出：暴雨常在有利的大尺度环流条件下产生，大尺度系统对暴雨有制约作用[1]。云南省丽江市(26～28°N，99.5～101.5°E)地处青藏高原东南缘，滇西北横断山纵谷地带东部，属低纬高原山地季风气候，干湿季分明，每年的6到9月，常出现持续性强降水，造成山洪暴发、江河水位陡涨、山体垮塌、城镇内涝等灾害。近年来，云南气象工作者[2-4]对低纬高原地区形成暴雨的天气进行了大量的诊断分析，得出了一些重要的预报指标。为揭示2014年云南省丽江市首次区域性暴雨成因，作者利用常规气象资料，采用天气学及诊断分析方法，对产生暴雨的水汽条件、动力热力特征，辐合条件以及卫星云图进行了分析。

1 天气过程概述与环流背景分析

1.1 天气过程

2014年6月28日中午至30日晨，云南省丽江市出现了2014年首场区域性暴雨过程，全市主要降水时段集中在28日晚至29日中午。28日20时至29日20时(图1a)，全市4个气象观测站，有3站出现暴雨，华坪站82.2mm为最大(图1b)，其次为丽江站56.4mm，永胜站53.4mm；全市136个区域自动站，52站累积降水量超过50mm，其中有5站出现100mm以上降水，最大为华坪县龙洞站136.7mm，小时最大雨强出现在永胜县东风站为36.4mm/h。

1.2 环流背景

暴雨一般出现在有利的高低空系统配置下，6月28日20时500hPa层亚洲中高纬地区为两槽一脊环流型(图2a)，四川至滇北一线处于高空槽槽尾，槽后偏北气流引导冷空气南下；西太平洋副热带高压(以下简称副高)西伸脊点在110°E，30°N附近；在滇缅之间存在一个586dagpm的高压单体(以下简称滇缅高压)。滇西北至滇中一线形成副高和滇缅高压间的辐合区。29日08时(图2b)高原槽缓慢东移，四川一带仍处于高原槽槽尾，副高维持少动，滇缅高压减弱西退，丽江地区仍处于两高间的辐合区。29日20时副高继续维持少动，滇缅高压明显西退南撤，两高间的辐合区只存在于滇南一线。700hPa上 28日20时(图2c)川滇切变压至滇北一线，丽江为西南风控制。29日08时(图2d)川滇切变位置仍偏北，位于滇东北一线，滇中以西地区为切变辐合区控制，在丽江地区转为东北风，沿哀牢山一线形成明显切变。29日20时川滇切变减弱消失，但滇中以西一线仍为切变辐合区控制，直至30日08时切变辐合区减弱消失。

图1 2014年6月28日20时-29日20时云南省丽江市累积降水量分布(a)，28日18时-29日13时华坪站和丽江站逐小时降水量变化(b)(单位：mm)Fig.1 Distribution of cumulative precipitation in Lijiang Yunnan Province from 20：00 on 28 June to 20：00 on 29 June 2014(a)and change of 1 h rainfall in Lijiang and Huaping from 18：00 on 28 June to 13：00 on 29 June 2014(b)(unit：mm)

图2 2014年6月28日20时500 hPa(a)、700 hPa(c)高度场和29日08时500 hPa(b)、700 hPa(d)高度场(单位：dagpm，双线为切变线)Fig.2 500 hPa(a)and 700 hPa(b)circulation at 20：00 on 28 and at 08：00 on 29(c，d) June 2014.Double-line means shear line.(unit：dagpm)

2 物理量诊断分析

2.1 水汽条件

水汽是强降水产生的必要条件之一，同时某地降水强度与该地上空整个大气柱的水汽含量和饱和程度关系密切[5]。从比湿场来看，700hPa上28日20时丽江处于12g/kg的高比湿中心，之后比湿中心西移，到29日08时，高湿区西移，丽江的比湿略有减小，为10～11g/kg。另外，对700hPa水汽通量和水汽通量散度的分析表明(图3)：此次过程水汽主要来自孟加拉湾北部，在孟加拉湾北部到滇西南为水汽通量大值区，达8～14hPa-1·cm-1·s-1，到29日08时，孟加拉湾北部的水汽输送维持，来自南海的水汽输送明显加大，但主要影响区域为滇东南一线。28日20时至29日08时，水汽通量散度大值中心从丽江的东侧逐渐向西南移动。28日20时，在暴雨中心的东侧，即西昌附近出现-20×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1的强水汽辐合中心，该中心到29日08时移至滇西南地区，丽江地区强降水产生的时段正好处于水汽辐合中心自滇北移至滇西南的时段，暴雨期间水汽辐合一直维持，来自孟加拉湾的水汽受到辐合抬升作用，为暴雨产生提供了有利条件。到29日20时至30日08时水汽辐合减弱，30日20时已无水汽辐合特征，丽江地区转为水汽辐散区。强水汽辐合中心的存在和移动过程经过丽江是此次丽江市区域性暴雨形成的主要水汽特征。

图3 2014年6月28日20时(a)、29日08时(b)700 hPa水汽通量(单位：g·hPa-1·cm-1·s-1)和水汽通量散度(色斑，阴影区量值小于0，单位：10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1)Fig.3 700 hPa water vapor flux(unit：g·hPa-1·cm-1·s-1)and vapor flux divergence(splash，shadow area value less than 0，unit：10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1)at 20：00(a)on 28 and at 08：00 on 29(b)June 2014

2.2 动力抬升条件

充足的水汽、较长时间的维持和强烈的上升运动是促发暴雨产生的条件[6]。图4给出了沿101°E经暴雨中心的垂直速度的经向剖面图，28日20时(图4a)丽江地区上空(26～28°N)有深厚的强上升运动，23～31°N从700～200hPa为倾斜上升区，最强上升中心在600到300hPa，最大值为-24×10-4hPa·s-1，由于高空槽在高层引导冷空气，低层又具有暖湿空气，两者相互作用，导致斜压能量在中层积累，这种斜升区带来的斜压不稳定，为不稳定能量的释放提供了强大的动力机制。同时从散度场来看，强降水发生时段，400hPa以下有明显的辐合，高层有明显的辐散，低层辐合高层辐散的配置有利于垂直运动的发生发展。29日08时上升运动中心南移并加强，在25°N出现上升中心，同时丽江北部出现强下沉运动中心。30日08时丽江600hPa以下出现了下沉运动，600hPa以上为上升运动。暴雨区随上升运动中心而移动，丽江的降水也随之减弱。

图4 2014年6月28日20时(a)和29日08时(b)垂直速度沿101°E的垂直剖面(单位：10-4hPa·s-1)Fig.4 The vertical circulation along 101°E of vertical velocity at 20：00(a)on 28and at 08：00 on 29(b)June 2014.(unit：10-4hPa·s-1)

2.3 热力条件分析

2.3.1θse特征分析假相当位温(θse)是表征大气温湿特征的物理量，对流层中θse高值区代表高温高湿区即高能区[7]。在暴雨发生前24～27日，丽江市持续高温，其中华坪县持续多日35℃以上高温，前期高温导致近地层高能存在。沿101°E暴雨中心的θse经向剖面图可见28日20时(图5a)低纬地区22°N有一高能暖中心，随纬度向北θse减小，但在27°N即丽江上空，θse高能舌自地面向上伸展到约600hPa，在700hPa附近有82℃的暖中心，为对流不稳定能量高值区。到29日08时(图5b)丽江上空高能区消失。

图5 28日20时(a)和29日08时(b)假相当位温沿101°E的垂直剖面(单位：℃)

2.3.2 探空图分析

暴雨一般产生在高温高湿并具有位势不稳定的区域[8]。暴雨发生前28日14时丽江探空站资料表明(图6a)，700～500hPa丽江上空暖平流，500～400hPa转为弱的冷平流，中高层有冷平流侵入，对流不稳定能为1 027.4J/kg。到20时(图6b)整层湿度条件好，抬升凝结高度较低，500hPa以下为暖平流，500hPa以上为一致的偏北气流，对流不稳定能为760.7J/kg，沙氏指数达到-2.23℃，此时对流不稳定能量正在逐渐释放，实况中出现局地性短时强降水。29日08时，整层湿度条件仍然较好，但不稳定能量已明显减弱。

图6 2014年6月28日14时(a)和28日20时(b)丽江站探空图

Fig.6SoundingdataofLijiangat14：00(a)and20：00(b)onJune28 2014.

图7 2014年6月28日18时至29日08时FY-2E TBB演变图(单位：K)Fig.7 Change of FY-2E TBB from 18：00 on 28 June to 08：00 on June 29 2014.

3 卫星云图特征分析

卫星云图TBB场能较直观地反映暴雨过程降水的分布和强度，云团TBB值降低，表明降水强度的加大[9]。此次暴雨过程由一尺度约250km左右的椭圆形的MCS云团产生。从FY-2E卫星云图上可以看出(图7，28日18时，在四川西南部有一中-β尺度的云团A，且云顶亮温为200K～220K，该云团发展南移。同时在滇中以北地区有一接近圆形的中-β尺度对流系统B，云团B的北部边缘TBB等值线密集，对流云图B发展加强并西北移动。这与石定朴[10]等在分析中尺度对流系统红外云图云顶黑体温度时得出的云团向TBB等值线密集方向移动结论一致。20时云团A和B合并加强成MCS，呈长条状，中心TBB出现<200K，此时永胜东风站1h出现36.4mm降水，为降水峰值。这与于希里等[11]得出的暴雨的产生和加强与云团的合并及加强有密切关系这一结论吻合。22时至29日0时，云团逐渐呈椭圆形状，中心TBB≤ 220K，该时段丽江多个站点出现20mm～35mm降水。20时～22时丽江上空TBB<220K的云团面积达到最大，中心还出现了TBB<200K的区域，该MCS发展强盛到成熟阶段，该时段也正好对应强降水时段。之后MCS减弱，云顶<220K的强冷云顶区逐渐消失。