滇西短时强降水的时空分布特征

许宏波, 谢屹然, 谢银剑

(1.云南省保山市气象局，云南保山 678000；2.云南省气象台，云南昆明 650034；3.剑川县职业高等中学，云南剑川 671300)



滇西短时强降水的时空分布特征

许宏波1, 谢屹然2*, 谢银剑3

(1.云南省保山市气象局，云南保山 678000；2.云南省气象台，云南昆明 650034；3.剑川县职业高等中学，云南剑川 671300)

摘要利用2010～2013年滇西12个自动气象站逐时降水资料和高空观测资料，研究了滇西短时强降水的时空分布特征，并分析典型短时强降水过程的环境背景场特征。结果表明，滇西短时强降水的频次的空间变化总体趋势呈南北向分布，大值中心在龙陵站；滇西短时强降水频次有显著的年变化；短时强降水集中发生在5～9月；日变化呈多峰型，最强峰值出现在04：00～05：00；滇西短时强降水存在5种环流概念模型。

关键词短时强降水；时空分布；环境背景场；滇西

短时强降水是指短时间内降水强度较大，其降雨量达到或超过某一量值(一般定义≥20 mm/h)的天气现象，是一种强对流的重要形式。由于短时强降水历时短、降水强度大，其在短时间内形成的较大降水可形成暴洪，常诱发中小河流洪水、山洪、山体滑坡和泥石流等灾害，造成重大经济损失和人员伤亡[1-2]。由于短时强降水突发性强、成因复杂且预报难度大，因此，加强对其时空分布和影响天气系统的研究对预报预警具有非常重要的意义。

云南地处低纬高原，地形地貌复杂，同时受印度和东亚2支季风的共同影响，局地暴雨和短时强降水频发。云南气象工作者利用常规气象资料和多普勒天气雷达对短时暴雨个例进行了研究，结果表明，受特殊地形和地貌影响，云南短时强降水的发生发展局地性很强，各地差异明显[3-7]。云南西部(滇西)的保山、大理、德宏、临沧地区地处低纬高原，位于孟加拉湾西南暖湿气流进入我国的前沿地带，境内横断山脉延绵，怒江、澜沧江两江深切，地形地貌复杂，天气气候差异显著[8-9]。短时强降水一般是在一定的大尺度天气背景下，由中小尺度强对流风暴直接造成，因此，利用逐时降水资料对滇西地区短时强降水天气的时空变化及影响天气系统进行研究，建立短时强降水过程天气概念模型，对短时强降水天气预报准确率的提高和气象防灾减灾能力的提升具有重要的科学价值和现实意义。笔者利用滇西12个自动气象站逐时降水资料和高空观测资料，研究了滇西短时强降水的时空分布特征。

1资料与方法

该研究中所指的滇西地区是指德宏多普勒雷达探测范围内的区域(图1)，探测范围内的国家级自动气象站有12个，包括德宏州的5个县站和保山市的5个县站以及临沧市的永德和镇康2个县站(图2)。所用资料主要为2010～2013年常规气象地面和高空观测资料。其中地面资料主要是地面降水资料。

收集统计2010～2013年滇西短时强降水(≥20 mm/h)过程。短时强降水资料统计主要来源于国家级自动气象站逐小时观测资料。以 20:00为日界，在一天之内德宏多普勒雷达覆盖区内的国家级自动观测站只要有一个站降水量≥20 mm/h，就定义为一次短时强降水。在分析短时强降水的过程中，引入国家级测站周边的区域自动站的降水资料进行综合分析，并在其他常规气象资料分析统计的基础上，对短时强降水的主要影响天气系统和环流背景做分型统计，总结适合该区域的短时强降水天气概念模型。

注：红色方框为研究区域的站点。Note: Red box was the station in research region.图1　云南和滇西的地形Fig.1　Topography of Yunnan and west Yunnan Province

图2　德宏雷达和其探测范围内的国家级自动站分布情况Fig.2　Distribution of Dehong radar and the national automatic stations within detection zone

2滇西短时强降水的时空分布特征

2.1时间分布特征

2.1.1年变化。从图3可以看出，滇西短时强降水的频次每年均有显著差异。2010年滇西短时强降水共发生60次，但在2011和2012年分别仅有37和38次，2013年又恢复至64次。这种变化主要与2009～2012云南处于连续4 a干旱的气候背景有关[10]。在干旱气候背景条件下，孟加拉湾附近的印缅槽不活跃或偏弱，不利于水汽向云南输送。同时，云南局地的对流相对常年偏弱。因此，2011～2012年滇西短时强降水明显减少；2010年虽然云南大部分处于干旱，但滇西和滇西北降水偏多[10]，滇西短时强降水发生次数基本保持正常。说明滇西短时强降水发生次数的变化与该地区的

图3　2010～2013年滇西短时强降水年变化Fig.3　Annual change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

图4　2010～2013年滇西短时强降水月变化Fig.4　Monthly change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

旱、涝气候背景密切相关。

2.1.2月变化。从图4可以看出，2010～2013年滇西短时强降水发生频次的月变化分布4 a基本均一致，总体呈单峰型分布，4～8月强降水频次逐步升高，8月达最强，9月开始降低，10月迅速降低，整体呈现缓慢升高、迅速降低的特点。11月～次年3月滇西地区无短时强降水过程发生。这与南亚夏季风活动的特点密切相关，南亚夏季风5月中旬前后建立，7月底达到鼎盛，9月迅速南撤[11]。

2.1.3日变化。陈炯等[12]研究表明我国总体平均的短时强降水的频率和最大强度的日变化有3个峰值，主峰在午后(16：00～17：00)，次峰在午夜后(01：00～02：00)和早晨(07：00～08：00)；中午前后(10：00～13：00)最不活跃。不同区域的短时强降水和中尺度对流系统日变化具有不同的活跃时段和传播特征，具有单峰型、双峰型、多峰型和持续活跃型等日变化类型，这不仅与较大尺度的天气系统环流相关，且与地势、海陆等地理分布密切相关。经统计(图5)，在2010～2013年滇西区域国家气象观测站共发生短时强降水199次，每年短时强降水的日变化均有差异，平均来看，滇西短时强降水的日变化呈多峰型；短时强降水在01：00～02：00有一峰值，发生频次最多集中在04：00～05：00，然后在07：00～08：00和09：00～10：00分别有小峰值，10：00～13：00是短时强降水最不活跃的时段，在14：00～15：00是短时强降水发生的另一个峰值。滇西短时强降水日变化的峰值出现在04：00～05：00，这与我国其他地区有明显差异[12]，主要原因与滇西地区特殊的地形有关，滇西地处横断山区，山脉大部分呈南北走向，是我国最长、最宽、最典型的南北向山系。在山脉东西侧降水日变化也存在明显差异[13]。受夜发性特征影响，我国短时强降水和中尺度对流系统的日变化特征基本一致，但午夜后时段二者存在较大差异[12]。

图5　2010～2013年滇西短时强降水日变化Fig.5　Daily change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

2.2空间分布特征从图6可以看出，每年短时强降水频次的空间分布趋势大体一致，大值中心在龙陵站，总体趋势呈南北向分布；4 a平均短时强降水频次的空间分布尤为突出这种特征。这种分布主要与滇西地形相关。滇西地处横断山区，山脉大部分呈南北走向山系，形成岭谷组合地形。这种大地形对水汽输送有显著的截留和阻隔作用[14]。

从短时强降水发生频次空间分布的月变化(图7)来看，5月份滇西西北的腾冲、盈江和东南的永德以及施甸4个测站没有发生短时强降水过程，其余测站均在0.5次/a以下，最高陇川0.48次/a，高值区位于西南至东北一线，发生频次逐渐降低。6月份短时强降水过程逐渐增多，短时强降水发生频率的高值区呈南北向分布，东部和西北为2个低值中心，其中最高龙陵1.67次/a。7月份短时强降水过程明显增多，高值区总体还是呈南北向分布，位于隆阳—龙陵—镇康一线，往东南和西北逐渐减少；强中心隆阳区为2.2次/a。8月份是一年中滇西短时强降水发生频率最高的月份，高值区呈西南向分布，高值区位于瑞丽—龙陵一线东南，高值中心镇康为2.44次/a;东部的隆阳—永德一线为相对低值区，值大部分在0.5次/a左右。9月份短时强降水发生频率开始回落，高值区的分布和其他月份差异明显，呈东西向分布，位于盈江—龙陵—永德一线，高值中心龙陵为2.39次/a。10月份短时强降水发生频率明显减少，高值区和低值区均呈南北向交替分布，高值区位于梁河—龙陵—镇康一线，最高镇康0.49次/a。

短时强降水发生频次空间分布的月变化与南亚夏季风的建立、加强和推进有关。陈艳等[15]分析认为5月份云南上空为一致的西南风水汽输送，主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成，而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支。5月下旬云南夏季风暴发期间，热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强，云南上空增湿明显，这为季风暴发提供了必要的水汽条件，而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制。

图7　2010～2013年滇西短时强降水发生频次空间分布的月变化(单位：次/a)Fig.7　Monthly change of spatial distribution of short-time heavy rainfall frequency in west Yunnan Province from 2010 to 2013

3滇西短时强降水的影响系统分析

统计分析2010～2013年118次(2010年36次、2011年25次、2012年21次和2013年36次)典型的短时强降水过程的环流背景发现，可将滇西地区的短时强降水分为西行台风低压型(占38.1%)、两高辐合型(占23.7%)、南支槽型(20.4%)、西北气流型(占12.7%)和孟加拉湾低压型(占5.1%)5种类型(图8b)。同时从图8a可以看出，影响滇西短时强降水的系统次数每年均有明显的变化。

3.1西行台风低压型西行台风是指西行台风并非直接会对云南造成影响，而是在福建、广东登陆后，偏西移动，逐渐演变为低压辐合带, 低压辐合带及其外围偏东气流影响云南，造成强降水天气过程(图9a)。

500 hPa亚洲中高纬以经向环流为主，为两槽一脊型，新疆到青海北部为高压脊，东部低槽槽底位于湖南北部，云南东北部为槽后的偏北气流控制，高层有冷平流入侵。北部湾有台风活跃，云南大部为台风北侧的东南暖湿气流控制，为短时强降水提供有利的水汽条件。低层云南西北部到云南南部为西北—东南向切变线，为短时强降水提供了动力抬升条件。此类型的短时强降水范围广且影响时间长。强降水落区位于冷暖气流交汇区及700 hPa切变附近。

图8　2010～2013年滇西短时强降水主要影响系统年变化(a)和各系统所占比例(b)Fig.8　System annual change (a) and system percentage (b) of short-time heavy rainfall frequency in west Yunnan Province from 2010 to 2013

3.2两高辐合型两高辐合是指夏季在500 hPa云南境内出现2个反气旋环流之间的辐合区(简称两高辐合区)，是产生云南强降水天气的又一常见天气系统(图9b)。两高辐合区主要有2种形式，一种是西太平洋副热带高压与青藏高压之间的两高辐合区；另一种是滇缅高压与西太平洋副热带高压之间的两高辐合区。由于辐合区两侧的高压多为东西分布，它们之间的辐合区也大多呈准南北向，一般将两高辐合区主要位置位于101.5°E以东的定为偏东两高辐合，101.5°E以西的定为偏西两高辐合。对于滇西地区来说，偏西两高辐合才是造成短时强降水的天气系统。

注：a.西行台风低压型;b.两高辐合型;c.南支槽型;d.西北气流型;e.孟加拉湾低压型。Note: a.Westward typhoon low pressure; b.Convergence between two hights; c.South trough; d.Northwest airflow; e.Bengal low pressure. 图9　短时强降水不同影响系统的中尺度概念模型Fig.9　The mesoscale conceptual models of short-time heavy rainfall in different impact systems

3.3南支槽型500 hPa欧亚中高纬以纬向环流为主，青藏高原东部为弱高压脊，有弱冷平流南下影响云南；南支槽东移至90°E附近，受东部稳定少动的西太平洋副热带高压阻挡，形成西北—东南向的低槽，槽前西南气流和副热带高压外围的西南气流共同作用为云南输送暖湿气流，为短时强降水提供有利的水汽条件和能量条件(图9c)。低层700 hPa云南西部地区西北—东南向切变线提供了有利的动力抬升条件。云南东部有低空急流存在，短时强降水就发生在切变线附近、大风速带的左侧。南支槽对云南降水的影响从滇西开始，自西向东逐步影响云南其他区域。

3.4西北气流型500 hPa天气图上青藏高原东部到滇缅之间出现西北或偏北气流，有明显的冷(干)平流受偏北气流引导南下，伴有大范围的24 h负变温。700 hPa通常为偏西气流或西南气流，具有强的垂直风切变和强的垂直温度梯度，表现出强位势不稳定(图9d)。地面一般有冷锋南下，锋前在强对流天气发生前2～3 h常有中尺度辐合线，强对流易发生在辐合线附近，从而引发短时强降水。2004年7月5日德宏西部出现的突发性大暴雨过程也属于此类型[2]。

3.5孟加拉湾低压型孟加拉湾低压是造成云南春秋两季强降水的重要系统之一(图9e)。孟加拉湾低压形成以后，其外围西南气流就会对滇西地区造成影响，影响和范围及大小还与孟加拉湾低压的移动路径有关[16]。孟加拉湾低压影响云南时，云的降水效率具有较强的区域分布特点，滇西及滇西南的降水效率最高，滇东北的降水效率最低[17]。

4结论

该研究利用2010～2013年滇西12个自动气象站逐时降水资料和高空观测资料，通过分析2010～2013年滇西短时强降水过程的时空变化和环流背景，得到以下主要结论：

(1)滇西短时强降水的频次每年均有差异，特别是旱年和涝年差异显著，滇西短时强降水发生次数的变化与该地区的旱、涝气候背景密切相关。滇西短时强降水频次的月变化与南亚夏季风的建立密切相关。月变化总体呈单峰型分布，4～8月强降水频次逐步升高，8月达最强，9月开始降低，10月迅速降低。滇西短时强降水的日变化呈多峰型，最强峰值出现在04：00～05：00，这与我国其他地区有明显差异，主要原因与滇西地区特殊的地形有关。

(2)滇西短时强降水发生频次的空间变化总体趋势呈南北向分布，大值中心在龙陵站。短时强降水发生频次空间分布的月变化与南亚夏季风的建立、加强和推进有关。

(3)影响滇西短时强降水的大尺度环流背景可分为5种类型，按影响次数多少依次分别是西行台风低压型、两高辐合型、南支槽型、西北气流型和孟加拉湾低压型。滇西短时强降水的影响系统和次数每年均有明显的变化。

参考文献

[1] 许宏波，谢屹然.滇西冰雹与短时强降水的多普勒雷达产品的对比分析[J].保山学院学报，2015(5)：26-29.

[2] 寸灿琼,鲁亚斌，李娟，等.云南德宏“7.5”特大洪涝与滇缅高压[J].气象，2006，32(1)：84-88.

[3] 何华，孙绩华．云南冷锋切变大暴雨过程的环流及水汽输送特征[J].气象，2003(4)：48-52.

[4] 尹丽云，普贵明，张腾飞，等．滇东一次局地特大暴雨的中尺度特征和地闪特征分析[J]．云南大学学报(自然科学版)，2012，34(4)：425-431.

[5] 马红,曾厅余,刘少荣,等.滇东北2010年7月三次局地暴雨过程诊断分析[J].暴雨灾害，2011,30(1):51-56.

[6] 段鹤,夏文梅,苏晓力,等.短时强降水特征统计及临近预警[J].气象,2014,40(10):1194-1206.

[7] 张崇莉，向明堃，赖云华，等.滇西北高原冰雹、短时强降水的多普勒雷达回波特征比较[J].暴雨灾害,2011，30(1):64-69.

[8] 肖潺，宇如聪，原韦华，等．横断山脉中西部降水的季节演变特征[J]．气象学报，2013,71(4):643-651.

[9] 许美玲，段旭，杞明辉，等．云南省天气预报员手册[M]．北京：气象出版社，2011：3.

[10] 陶云,张万诚,段长春,等.云南2009-2012年4年连旱的气候成因研究[J].云南大学学报(自然科学版), 2014，34(6): 866-874.

[11] 黄荣辉，张振洲，黄刚，等．夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别[J].大气科学，1998，22(4)：460-469.

[12] 陈炯，郑永光，张小玲，等．中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析[J]．气象学报，2013，71(3)：367-382.

[13] 苏锦兰，李建，杨桂荣，等．横断山系云岭余脉点苍山东西侧小时降水特性对比分析[J]．气象，2015,41(1)：17-24.

[14] 郝成元, 许传阳, 吴绍洪.岭谷组合地形区雨季开始期及成因分析[J].水土保持研究,2010,17(5)：180-186.

[15] 陈艳,丁一汇,肖子牛,等.水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响[J].大气科学, 2006.30(1):25-37.

[16] 段旭，王曼，林志强，等.孟加拉湾风暴对高原地区的影响[M].北京：气象出版社,2014：2.

[17] 何华，许美玲，孙绩华．孟加拉湾低压造成云南强降水的中尺度分析[J].气象，2000,26(2)：29-32.

基金项目2014 中国气象局预报员专项项目(CMAYBY2014-065)；国家自然科学基金项目(41305002)。

作者简介许宏波(1977- )，男，云南腾冲人，工程师，从事天气预报及管理工作。*通讯作者,高级工程师，硕士,从事大气电学和灾害性天气监测和预警工作。

收稿日期2016-05-09

中图分类号S 161.6

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)16-190-06

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Short-time Heavy Rainfall in West Yunnan Province

XU Hong-bo1, XIE Yi-ran2*, Xie Yin-jian3

(1.Baoshan Meteorological Bureau, Baoshan, Yunnan 678000; 2.Meteorological Observatory of Yunnan Province, Kunming, Yunnan 650034; 3.Jianchuan Vocational Senior High School, Jianchuan, Yunnan 671300)

AbstractHourly precipitation data at 12 stations and radiosonde data in west Yunnan province from 2010 to 2013 were used to statistically compute the spatial and temporal distributions of short time heavy rainfall (hereafter STHR).Then, the environmental background characteristics of typical STRH were analyzed.The results showed that the general trend of spatial variation of STRH frequency in west Yunnan province exhibited south-north distribution, the maximum was in Longling station.The frequency of STRH in west Yunnan Province showed significant yearly variations.The STRH mainly occurred from May to September.The diurnal variation of STRH showed a maximum around 4:00-05:00.There were five kinds of circulation conceptual models during STHR.

Key wordsShort-time heavy rainfall; Spatial and temporal distribution; Environmental background field; West Yunnan Province