德宏一次持续强降水天气过程分析

2015-03-20於慧玲

中低纬山地气象 2015年6期

关键词：德宏急流低空

於慧玲，杨宇，龚婉

(云南省德宏自治州气象局，云南芒市 678400)

德宏一次持续强降水天气过程分析

於慧玲，杨宇，龚婉

(云南省德宏自治州气象局，云南芒市 678400)

利用区域自动站气象观测资料、Micaps系统资料、雷达探测等资料，对2013年7月 7—11日德宏地区强降水过程的成因进行分析。结果表明：此次德宏强降水天气过程主要产生在副热带高压系统稳定维持，高原上有东移短波槽、高低空均有急流区等天气系统的适当空间配置的有利天气背景下。副热带高压和高原短波槽的配置、高低空急流的耦合是此次过程的主要影响系统；物理量分析表明大气层结不稳定和源源不断的水汽输送为此次过程提供了有利的动力条件；雷达资料分析可知暖平流加上风向的辐合有利于降水的持续与加强。

连续暴雨；形势分析；雷达回波

1 引言

德宏地处低纬高原，位于横断山脉西南部，高黎贡山以西，处于我国西南暖湿气流通道口；夏季常受到西南季风和东亚季风及中高纬天气系统的影响，两个热带海洋热源和水汽源的作用，加之德宏地势东北高而陡峻，西南低而宽缓所形成的迎风坡效应，易产生大雨、暴雨，这是德宏夏季的一种主要灾害性天气。

2013 年7月7—11日，德宏辖区内发生了较大范围的连续性大暴雨天气过程，多个区域站点达大暴雨，造成了灾害性影响。德宏州气象台8—11日共发布暴雨黄色预警信号4次，暴雨蓝色预警信号3次。虽然气象台发布了暴雨预警，但对降水强度和持续时间的预报还存在较大难度。本文通过对此次强降雨过程的天气形势特征分析，探讨此类强降雨过程中的预报方法和手段，为将来建立该类天气的客观定量预报方法提供一定基础。

2 降雨实况和特征

2013年7月7—11日云南省德宏州辖区内出现了连续暴雨天气过程。这次强降水于7月7日11时前后开始，至11日18时后逐渐减弱。最强降水出现在盈江、陇川一带，其中：7日全州暴雨3站次，均出现在盈江；由德宏州24 h降水量分布图(图略)可知，7—8日全州暴雨27站次，大暴雨8站次(盈江6站次，陇川2站次)；8日最大降水量出现在盈江苏典，为183.7 mm；8—9日全州暴雨15站次，大暴雨7站次(盈江6站次，陇川1站次)，9日最大日降水量出现在盈江勐戛，为181.1 mm；10日全州暴雨17站次，大暴雨1站次，日最大降水量出现在盈江苏典，为103.8 mm；11日全州暴雨3站次，日最大降水量出现在陇川测站，为65.5 mm。

此次强降水过程具有降水强度大、范围广、持续时间长的特征。全州5个县市均有区域站的雨量达暴雨量级，其中盈江和陇川两县测站本站5 d的雨量合计值已接近历年7月平均雨量值，盈江县5 d雨量合计值达315.8 mm，超历史平均值240 mm之多(表1)。这次强降水过程引发了洪涝、泥石流灾害，盈江、陇川两县城区内涝，道路多处塌方，交通受阻，乡村部分农田受淹，农作物受灾，多处房屋倒塌、损坏。全州受灾人口近8万人，直接经济损失达19 119.43万元。

3 环流背景分析

2013年7月7—11日的高空图上，亚欧中高纬地区由一脊一槽型在8日转为两槽一脊型，低纬度地区在70～110°E之间为一宽广的两高(西太平洋副热带高压和伊朗高压)之间的辐合区；期间200 hPa高空上有高空急流通过， 700 hPa上风速达到12 m/s，存在低空急流区，同时副热带高压、东移高原槽和西南暖湿气流等天气系统的适当空间配置为德宏州持续性强降水的发生提供了有利的天气背景；副高系统较稳定与东移高原槽相持，则提供了稳定的天气背景。此期间台风“苏力”于 8日上午在西北太平洋洋面上生成， 9日的24 h内实现台风强度“四级跳”，从强热带风暴发展为2013年首个超强台风，直至7月13日逐步减弱为热带风暴。

表1 2013年7月7日20时-11日20时德宏州各县(市)24 h降水量实况统计表(单位：mm)

3.1 500 hPa环流形势分析

2013年7月6日20时500 hPa 高空图上，印度半岛有576的低压，青藏高原南侧云南东北面的缅北有一小的闭合588高压，西太平洋副热带高压588线西伸的脊点位于22°N、 111°E附近，德宏为偏北气流控制(指标站腾冲站为偏北风)；7日20时青藏高原南侧云南东北面的缅北闭合588高压减弱消失，西太平洋副热带高压588线脊点略减弱东退至 114°E附近，德宏仍为偏北气流控制(指标站腾冲站为偏北风)；8日20时德宏为滇缅之间维持的弱脊前西北气流控制，西太平洋副热带高压588线脊点略减弱东退北抬至25°N、 115°E附近；9日20时德宏仍为西北气流控制(指标站腾冲站为西北风)，西太平洋副热带高压588线脊点减弱东退北抬至30°N、 120°E附近；在四川盆地有一西南低涡形成；10日20时德宏转为东北气流控制(指标站腾冲站为东北风)，西太平洋副热带高压588线脊点维持在25°N 、118°E附近； 11日08时德宏转为偏东气流控制(指标站腾冲站为东风)，西太平洋副热带高压588线脊点又西伸至在26°N、 113°E附近。连续降水期间500 hPa高空图上副高西脊点均位于115°E附近，位置较为稳定，从青藏高原先后有2个短波槽经过四川盆地，其中8—9日东移短波槽较强。

3.2 700 hPa环流形势分析

2013年7月7—10日700 hPa在四川盆地西侧始终维持较为清楚的偏南急流，在德宏州西部，700 hPa风场上有一个大风速区存在(风速达12 m/s以上)和维持(与雷达速度图中的急流与辐合一致)，并在7月9日08时有所增强，德宏处于大风速区的左前侧有强烈的风速辐合和气旋性切变，此期间指标站腾冲站基本上维持为西北气流。在对以往的逐日常规天气图的普查分析中，发现当500 hPa滇缅间形成一中心位于达卡站上空的588闭合高压环流，且腾冲、思茅为高压东侧的NW气流，清迈为高压南侧的NE或ENE气流时，即使无低槽、切变线、辐合区等系统配合，德宏西部也会出现大雨，局部暴雨天气。而此次过程，6日20时500 hPa达卡附近形成高压，同时又有风速辐合和气旋性切变。所以加强了层结的不稳定度和低层扰动，触发不稳定能量的释放，为这次天气过程提供了有利的动力条件。

通过分析可知，在中高纬度环流形势的调整期，当500 hPa副热带高压系统稳定维持在115°E 附近，同时高原上有较强的短波槽东移时，副高外围的西南暖湿气流与东移短波槽天气系统的空间配置是德宏州发生持续性强降水的有利天气背景。即短波槽、低涡、气旋等天气尺度系统尽管移速较快，但在稳定的副高阻挡形势控制下，仍可以在同一地区造成一次又一次的暴雨过程接连出现，当天气尺度系统移动缓慢或停滞时，更容易形成时间集中的特大暴雨。此次过程主要受副热带高压及高原短波槽影响。

4 不稳定层结分析

由2013年7月7—9日T-lnP图(图1)可知，7月9日08时从近地层开始层结曲线和露点曲线非常接近，温度露点差较小，300 hPa以下的大气T-Td均小于5℃。从垂直风场上看，风随高度顺转有明显的暖平流(与雷达速度图中“s”型特征一致)，并且风随高度至500 hPa左右显著减小，而后显著增加，有较强的垂直风切变，容易产生深厚湿对流的大气层结。7月7日20时—10日20时整个降水过程T-lnP中湿层一直维持在400 hPa左右，风随高度顺转始终存在，说明暖湿平流在这期间维持，也说明大气层结不稳定。在700 hPa高度上一直存在的12 m/s偏西风，说明了低空急流的存在直至10日20时减弱，为此次过程提供有有利的动力条件。

图1 2013年7月9-10日T-lnP图

5 物理量场分析

通过物理量实况场进行综合分析，诊断其对灾害性天气的发生、落区预报的参考。

5.1 能量条件

大气层结是否稳定是对流发展的首要条件，在天气学中，大气是否稳定可以用SI指数和K指数来判别，有关文献研究表明：K指数在反应气层不稳定程度的同时考虑了中低层的水汽条件，它是稳定度和温度条件的综合指标。K指数越大(≥35℃)越容易产生强降水和强雷暴天气。K指数是反应稳定度和湿度条件的综合指标，由K指数分布图可知(图略)德宏在7月8日08时处于36～40℃的高温高湿区，至9日20时达40℃以上。当K指数在30～40℃，大气层结不稳定，大风速区左前侧辐合区相配合，易发生强降水和强雷暴天气。

SI指数表示气层的不稳定程度，负值越大，大气层结越不稳定，发生强对流天气的可能性越大。SI指数是日常预报业务中判别大气稳定度的重要指标，德宏在7月8日20时SI<-2℃，7月9日20时SI<-4℃，表明此次过程存在极大不稳定能量的环境中。当SI<0℃时，由于上升气块具有的温度比环境温度高，气块获得维持上升的浮力，因而大气层结是不稳定的；当-6℃

沿24°N过暴雨天气发生的区域做θse垂直剖面(图2)可以看到9日08时对流区上空θse随高度减小并存在一个小值区，为近地层暖湿700 hPa层有一定的干冷空气，对流层中上层为暖湿，有一定的对流性不稳定。

图2 2013年7月9日08时假相当位温θse

5.2 水汽条件

从沿24.7°N做水汽通量剖面图(图3)可以清楚的看出在24.7°N、 97.5°E附近低层水汽单位时间内有较强的水汽通过，在700 hPa上有到14 kg·hPa-1·m-1·s-1的大值中心，说明在对流层低层水汽通道已打开，有源源不断的水汽从孟加拉湾向德宏输送。在水汽通量散度场上不难看出在850 hPa附近的近地层有水汽的辐合中心，水汽在低层辐合上升，增厚产生凝结，有利于大雨、暴雨的产生。

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

根据前述分析，8日20时后和9月20时后产生暴雨或短时强降水天气的可能性极大，各项物理量指标特征表现与此次过程的短时雨强时段稳合。

5.3 高、低空急流及上升运动

从2013年7月9日08时uv图来看(图4)，700 hPa有一股西风急流穿过德宏西部，德宏位于低空急流出口区，低空急流不仅把来自孟加拉湾暖湿气流源源不断的输送到暴雨落区附近，并在暴雨落区上空形成长时间的水汽辐合，使得降水得以持续；在西风急流的出口区还有明显的风速辐合，提供扰动作用，从而促使对流的产生，进而增强大气的上升运动，使得低空急流携带来的暖湿水汽辐合上升而形成持续的降水。低空西风急流是暴雨区对流不稳定层结的建立者和维持者。

图4 2013年7月9日08时NCEPuv再分析资料图(单位m·s-1)

200hPa上，南亚高压东南侧有明显的东北风急流，自云南东北侧至西南侧穿过云南，德宏位于急流轴的右侧，与低空700 hPa西风急流及出口区上升气流形成次级环流。而从24°N散度场剖面(图略)上看，在700 hPa以下98°E附近的低层有一辐合中心，而在300～200 hPa附近有一个对应的辐散场相对应，这样低层辐合高层辐散的高低空配置，抬升力更强，有利于上升运动。高空急流的加强下传通过高低空的耦合作用引起低空急流的向下传递及其加强，低空急流的上传和加强在暴雨过程中起着重要作用，可以引起雨强的大幅增大；而单纯的高空急流的向下传递和加强如果没有低空急流的上传加强相配合，引起的雨强增大幅度相对较小。

分析表明：高空急流和低空急流同时出现时，当它们的垂直环流圈(主要是上升运动区)相互耦合时，对暴雨会产生重要的影响。这次暴雨过程具有不稳定的大气层结，充足的水汽条件，在暴雨区有持久的上升气流和水汽的辐合。高低空急流的耦合下对这次暴雨过程有增强大气不稳定层结，触发不稳定能量的作用。

6 云图特征

由2013年7月9—10日红外云图可知(图略)，7日7时30分降水初期的卫星红外云图上，印度半岛中东部为低压云系，西藏东南部为分散的中低云。在德宏州的西部境外缅甸有一灰暗色的云团生成，此后该云团加强西北方向移到德宏州北部盈江县辖区至16时最强，造成7日盈江县辖区区域站出现暴雨3站次。8—9日随着东移短波槽的增强，不断有一条带状的对流云系自西南向东北扩展，云系边界整齐，此云带与副高外围暖湿气流位置吻合，14时在23～25°N，95～99°E区域的德宏与滇缅间形成南北长约225 km，东西宽约450 km的强中α尺度降水云带。该云带横跨了整个德宏辖区，中心区表现为红色，表示云层很厚，有很强的对流现象出现，造成8日德宏州降雨强度最大，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。受低层急流西南暖湿气流北上的影响，10日、11日均不停有强对流云团在德宏州空域生成，造成强降水出现。随着台风“苏力”的西行，强降水云团主体逐渐减弱西南移出德宏，至11日降水才随之趋于减弱。

7 多普勒径向速度回波产品特征分析

在此次强降水过程中，多普勒径向速度回波风场辐合特征明显。由2013年7月7—9日的多普勒径向速度图(图5)可知，7日在多普勒径向速度回波中可以看出其中包含的速度辐合信息，主要特征为速度场正速度面积大于负速度的面积，为大尺度的风场的辐合。13时34分VCPPI的第1仰角层速度回波中(图5a)在30 km距离圈内，225°径向上有一个多普勒径向速度为-12.0 m/s的负速度中心，而对应的正速度最大区域却在90°径向上，正速度中心风速约在9 m/s，负速度中心风速大于正速度中心风速表现出来风速不对称特征，负速度中心区域大于正速度中心区域有风速性辐合特征，而正、负强速度中心呈不对称即为大尺度不对称辐合特征。到14时01分(图5b)是大尺度天气辐合特征发展到最明显时候，在VCPPI的第1仰角层速度回波中60 km距离圈内，负速度中心区域大于正速度中心区，负速度中心风速强于正速度中心风速。此类型风场结构有利于强降水的维持，在低层风场结构没有转辐散时能形成较长时间强降水天气。

图5 雷达速度回波图

8日在多普勒径向速度回波中可以看出其中包含的速度辐合信息，特征为在负速度场中有两个强速度中心，形成辐合合并加强趋势。06时01分VCPPI的第1仰角层速度回波中(图5c)在方位270° 90 km距离圈、方位325° 60 km距离圈，有2个中心速度约在12 m/s的强速度中心。06时46分(图5d)2个强中心的整体移动呈合并趋势，有利于强降水的形成，强回波合并位置位于陇川、盈江，所以对两县将形成较强降水并能稳定持续。

9日在多普勒径向速度回波中零速度线从低层随高度升高先顺转再逆转，表明低层有暖平流，中高层有冷平流，说明低层不稳定，且低层风场由西风转为西北风，中层仍为西风，结合速度场辐合特征，利于降水的加强和持续。07时33分VCPPI的第3仰角层在负速度区域(图5e)可以看到负速度强值中心位置方位在250°～330°从第1距离圈延续到第3距离圈内，强中心速度值约在-12 m/s左右，最强值约在-17.5 m/s，风速性辐合、风向性辐合同时存在；08时06分(图5f)VCPPI的第2仰角层在2个强值中心有一条弱速度线，表明强值中心有2个，从零速度线上看，2负速度中心呈合并趋势，且为大尺度辐合天气。此类风场结构由于整体移动速度缓慢，辐合强，往往能形成持续时间较长的强降水天气，由于强降水天气稳定，所以会造成比较大的降水量。在低层风场结构没有转辐散时能形成较长时间强降水天气。

10日在多普勒径向速度回波中可以看出其中包含的速度辐合信息，特征为强辐合天气，辐合高度发展到5 km高度，较7月9日辐合有所减弱，由于整体移速缓慢形成累计降水量较大。07时39分VCPPI的第2仰角层在负速度区域(图5g)可以看到明显的风速性辐合、风向性辐合同时存在，负速度中心风速约-12 m/s；09时02分(图5h)VCPPI的第1仰角层可以看到零线呈锋面型，证明有从西南和西北2个降水系统正在合并控制本地降水天气，由于西北向气流推着西南向气流呈逆时针旋转也呈辐合，合并后将形成大尺度辐合降水天气，且在低层和高层系统均呈辐合趋势，有利于降水的维持，并造成比较大的降水量。在低层风场结构没有转辐散时能形成较长时间强降水天气。

分析表明：此次过程雷达图上也充分表现出低层有急流存在，是典型的暖平流加风场辐合利于降水的加强和维持的天气过程。