孟加拉湾低压与昆明准静止锋影响下云南极端暴雨过程分析

鲁亚斌 唐盛 闵颖 胡娟 李华宏 许迎杰 杨竹云

（1 云南省气象台，昆明 650034；2 云南省气象服务中心，昆明 650034）

0 引言

孟加拉湾热带低压及云贵准静止锋是影响低纬高原的重要天气系统。对孟加拉湾热带低压的研究多侧重于风暴量级，因为孟加拉湾风暴往往给云南造成暴雨天气。关于孟加拉湾风暴影响云南的活动规律和影响已有不少研究，李玉柱[1]和段旭等[2]研究指出孟加拉湾风暴活动集中在5月和9—10月呈双峰型分布特点，其中5月孟加拉湾风暴活动与云南雨季开始期关系密切，对云南初夏降水影响很大；李英等[3-4]分析了孟加拉湾对流云团影响云南的特征，得出高空槽与孟加拉湾云团配合是云南产生强降水的重要类型；王曼等[5]通过数值模拟分析了大地形对孟加拉湾风暴路径、结构变化和降水分布的作用和影响；吕爱民等[6]研究了孟加拉湾风暴影响下西南地区大到暴雨，指出低纬高原地形对孟加拉湾风暴偏南风的强迫抬升加剧了上升运动，有助于强降水的产生；索渺清等[7]研究了孟加拉湾风暴对滇西北暴雨雪天气的影响机制；以上研究多侧重于春季孟加拉湾风暴影响，对秋季孟加拉湾风暴的影响研究并不多，段旭等[8]研究表明，随着全球气候变暖，孟加拉湾风暴频数极端年份增加，强度加大，并向东北、偏北移动的次数显著增加，当东北路径孟加拉湾风暴与云贵高原地区冷空气相遇时，其降水量级比无冷空气配合时大两个量级。另外，对云贵准静止锋天气的研究往往侧重于冬春季，对秋季昆明准静止锋加强后引发的暴雨天气研究较少，而这类天气需要特别警惕并加强研究。

2015年10月9日，云南在秋季后汛期出现了大到暴雨局部大暴雨强降水天气过程，并伴随有强对流天气，过程雨量之大成为2015年度云南最强降雨过程，同时也是云南自1961年以来单日最强的暴雨过程[9]。为了揭示本次暴雨发生的物理原因，本文应用水平分辨率为1°×1°逐6小时FNL再分析资料、常规观测资料及FY-2E卫星资料等非常规观测资料，通过诊断分析，深入认识这次暴雨过程的形成原因，以期为该类灾害性天气的业务预报预警提供借鉴。

1 极端暴雨实况及灾情

受孟加拉湾低压和冷空气的共同作用，2015年10月8日20时至9日20时，云南出现了大范围的大到暴雨局部大暴雨（图1a），伴有强对流天气（图1b），经云南省乡镇自动雨量站统计，1130个乡镇站出现大雨，786个乡镇站出现暴雨，100个乡镇站出现大暴雨，1个乡镇站出现特大暴雨，最大降水出现在哀牢山东坡的玉溪市新平县的发启站（图1c），日雨量为264.5 mm。这次强降水过程暴雨区呈西北—东南向分布，哀牢山西侧的滇西南出现雷电活动，暴雨区内有成片短时强降水，降水持续时间长，因而累积雨量大。这次云南强降雨天气过程造成曲靖、玉溪、保山、普洱、临沧、楚雄、红河、怒江和德宏等9州市16个县发生洪涝和山体滑坡，共10.2万人受灾，因灾死亡9人、失踪5人、受伤5人，紧急转移安置88人，农作物受灾面积 3127.9 hm2、绝收面积 998.6 hm2，倒塌房屋49间、损坏房屋671间，损失严重。

图1 2015年10月8日20时至9日20时（a）云南省区域自动雨量站24小时降水量（单位：mm）；（b）西南对流天气24小时累计监测分布；（c）云南省玉溪市新平县发启站逐小时雨量（单位：mm） Fig. 1 (a) The rain chart from 20:00 BT Oct.8 to 20:00 BT Oct.9 (units: mm)； (b) the distribution of severe convection, and (c) the hourly rain graph at Faqi station (unit: mm)

2 影响系统

2.1 孟加拉湾低压

2015年10月5日08时，孟加拉湾中部有一热带低压（16.1°N，90.5°E）生成，随后以15～20 km·h-1的速度向偏北方向移动，8日08时（图2a）受副高外围西南气流引导转为东北向，之前强度变化不大，随着孟加拉湾低压向北移过20°N进入孟加拉湾北部后明显加强；8日20时（图2b）在孟加拉国吉大港附近登陆，登陆后继续向东北方向缓慢移动，低压云系随之影响云南，降水开始。低压云系中持续出现的中尺度对流云带（图2c～e）是造成短时强降水的重要原因，9日20时（图2f）孟加拉湾低压云系有所减弱。从图3也可看出，孟加拉湾低压登陆后维持时间长达24 h，低压东部伴随深厚的西南低空急流。而孟加拉湾低压登陆后平均维持时间不超过12 h[2]，可见孟加拉湾低压登陆后维持时间长是造成这次极端暴雨的重要原因之一。

图2 FY-2E红外云图 （a）8日08时；（b）8日20时；（c）9日00时；（d）9日08时；（e）9日14时；（f）9日20时 Fig. 2 Infrared images of FY-2E satellite at (a) 08:00 BT Oct. 8, (b) 20:00 BT Oct. 8, (c) 00:00 BT Oct. 9, (d) 08:00 BT Oct. 9, (e) 14:00 BT Oct. 9, and (f) 20:00 BT Oct. 9

2.2 昆明准静止锋

在孟加拉湾低压北上登陆的同时，500 hPa西风带经历了一次低槽东移过程，槽后西北气流引导中低层冷空气南下（图3a）。700 hPa在四川以北的316 dagpm冷高压前沿东北气流与来自孟加拉湾低压的西南气流在云南东北部生成一条西北—东南向的切变线 （图3b）。在800 hPa云南近地面也有切变线位于哀牢山东坡（图3c）。由于切变线后部冷高压势力强，有利于切变线南压并越过哀牢山，9日20时切变线位于滇西南。地面昆明准静止锋8日20时位于哀牢山东部，之后向西翻越哀牢山，9日20时影响滇西南（图3d）。

在500 hPa低槽后部西北气流引导下，700 hPa和800 hPa切变线及昆明准静止锋影响云南，正好和登陆的孟加拉湾低压相遇，强冷空气和强暖湿气流相互作用并长时间对峙造成此次云南极端暴雨天气过程，强降水落区与700 hPa切变线及昆明准静止锋走向基本一致。

3 水汽条件

孟加拉湾低压活动过程中虽未达到风暴标准，但8日20时登陆时其东部800 hPa到500 hPa层次出现了西南风急流，使得云南大部整层可降水量达25～40 mm，整层可降水量大于35 mm范围覆盖了滇中及以西以南广大地区，具备强降水的必要水汽条件。分析700 hPa水汽通量散度演变过程，8日20时暴雨开始酝酿时，水汽通量散度达-20×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，8日20时后700 hPa切变线加强南压，同时孟加拉湾低压东部的西南急流移近云南，水汽辐合不断增强，9日02时（图4a）水汽通量散度增强至-80×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，实况显示这期间出现了大范围暴雨，到9日20时（图4b～4d）在暴雨区持续强水汽辐合。可见，伴随着孟加拉湾低压西南低空急流影响，700 hPa切变线加强了水汽辐合，中低层水汽长时间强烈辐合为强降水发展提供了有利条件。

4 垂直上升运动

4.1 高、低空急流作用

图3 8日20时高空形势图 （a）500 hPa；（b）700 hPa；（c）800 hPa；（d）昆明准静止锋动态图 Fig. 3 The situation chart at 20:00 BT Oct. 8 at (a) 500 hPa, (b) 700 hPa, and (c) 800 hPa, and (d) the developing graph of Kunming quasi-stationary front

8日20时200 hPa高空西风急流位于34°N附近，同时700 hPa孟加拉湾低压东部出现低空急流。整个暴雨期间，高低空急流都在加强，高空急流入口区右侧高层辐散区下方正好是低空急流前方的低层辐合区，使高空急流的次级环流得到加强。9日08时，200 hPa（图5a）高空急流超过60 m·s-1，高层辐散达50×10-6s-1，700 hPa（图5b）西南低空急流增强至24 m·s-1，低层辐合加强，云南境内辐合强度达-40×10-6s-1，高层辐散低层辐合有利于暴雨区上升运动的发展加强。

从暴雨区的纬向流场剖面可见，暖湿气流倾斜上升到300 hPa附近下沉，形成一个横越高空急流的次级环流圈，暴雨区位于急流次级环流上升支中，垂直运动得到强烈发展（图5c）。

4.2 锋面抬升作用

暴雨发生前昆明准静止锋维持在云贵交界处，由于近地层冷高压势力加强，使得其前沿贵州、广西一带东北风加强，静止锋向西越过哀牢山。8日20时近地层800 hPa假相当位温密集区沿哀牢山呈西北—东南向，9日02时锋后东北风加强（图6a），锋面坡度抬高有利于强对流发展。8日20时到9日02时随着昆明准静止锋加强，孟加拉湾低压外围的中尺度对流云团被组织成一条沿锋面分布的α中尺度对流云带（图2c），短时强降水频繁出现。9日08—20时（图6b～6d），随着锋后东北风进一步加强，锋面向西推进越过哀牢山，滇西南中尺度对流云带迅速发展起来（图2e），强降水持续出现。

另外，从暴雨区假相当位温和垂直环流剖面可以看出，锋区附近假相当位温线密集，锋区伸展到700 hPa附近，受锋面抬升，暴雨区上空出现强盛的上升气流，垂直速度高达-250×10-3hPa·s-1，而且上升气流范围大。可见，锋面抬升有利于上升运动强烈发展，为暴雨提供了必要的动力条件（图6e）。

5 条件性对称不稳定

分析云南区域的对流有效位能（CAPE）发现，由于孟加拉湾低压东北移，低压东部的西南气流向云南哀牢山西侧的滇西南输送了大量不稳定能量，8日20时（图7a）位于昆明准静止锋前的滇西南CAPE值为200～1100 J·㎏-1，到9日14时（图7b）滇西南CAPE值仍高达200～1200 J·㎏-1，另外从图7c～7d可见，哀牢山东侧为对流稳定区（θse500-θse800＞0），哀牢山西侧为对流不稳定区（θse500-θse800＜0），滇西南受西移越过哀牢山的昆明准静止锋触发，对流不稳定能量先后释放出现强对流天气，这是滇西南出现了雷暴天气和短时强降水较多的重要原因。

图4 700 hPa水汽通量矢量（箭矢）和水汽通量散度（单位：10-8g·hPa-1·cm-2·s-1）及全风速（单位：m·s-1，阴影≥12 m·s-1） （a）9日02时；（b） 9日08时；（c） 9日14时；（d）9日20时 Fig. 4 The water vapor flux vector (arrow), moisture flux divergence (units: 10-8g·hPa-1·cm-2·s-1) and whole wind (units: m·s-1，shadow≥12 m·s-1) at (a) 02:00 BT Oct. 9, (b) 08:00 BT Oct. 9, (c) 14:00 BT Oct. 9, and (d) 20:00 BT Oct. 9

由以上分析可知，哀牢山西侧的暴雨为对流性降水，东侧为稳定性降水，20时以后哀牢山东侧静止锋后部存在近饱和的对流稳定层结（图7c～7d），并且风向由低层偏东风向中高层偏西风顺转，垂直风切变明显。对称不稳定是大气在垂直方向上对流稳定和水平方向惯性稳定的情况下，气流作倾斜上升运动仍然可能发生的一种不稳定，潮湿大气中的对称不稳定称为条件性对称不稳定（CSI）。由湿位涡理论[10]可知，湿位涡MPV＜0是大气发生CSI的充要条件，MPV在等压面上的水平分布状况可以反映出CSI的区域和强弱，湿位涡已被应用于低纬高原地区[11]。8日20时后，暖湿气流受地形及锋面抬升作倾斜上升运动，条件性对称不稳定能量释放，强降水发展，哀牢山东侧暴雨区上空存在一带状MPV负值区（图8a），9日02时，MPV负值区分布在昆明准静止锋及700 hPa切变线附近（图8b）。可见，孟加拉湾低压东部的西南低空急流受地形和锋面抬升作倾斜上升运动，CSI不稳定能量得到释放，促使垂直涡度和强降水发展。因此，CSI是此次极端暴雨的重要形成机制。

图5 9日08时（a）200 hPa高空急流(阴影，单位：m·s-1）与散度（实线，单位：10-6s-1）；（b）700 hPa低空急流（阴影，单位：m·s-1）和散度（虚线，单位：10-6s-1）及流场（风矢）；（c)暴雨区（24°—27°N）沿102°E纬向流场（流线）剖面和相对湿度（实线条）垂直剖面合成图 Fig. 5 (a) The upper level jet (shadow, unit: m·s-1) and divergence (solid line,unit:10-6s-1) at 200 hPa, (b) low level jet (shadow, unit: m·s-1), divergence (dashed line,unit:10-6s-1) and flow field (wind arrow) at 700 hPa, and (c) the vertical section synthesis of flow field (streamline) and relative humidity (solid line) along 102°E at 08:00 BST Oct. 9

6 结 论

1）在孟加拉湾低压和昆明准静止锋共同作用下，强冷空气和强暖湿气流长期对峙造成云南极端暴雨，暴雨落区沿昆明准静止锋和700 hPa切变线分布，强度大、范围广。

2）孟加拉湾低压为暴雨过程提供了源源不断的水汽输送，在700 hPa切变线和昆明准静止锋作用下水汽辐合明显加强。

3）高低空急流的有利配置促进高空急流次级环流上升支发展，同时在锋面抬升作用下，暴雨区上升运动得到大大增强。

4）西南暖湿气流受地形和锋面抬升作倾斜上升运动，有利于条件性对称不稳定能量释放。

图6 800 hPa假相当位温（实线，单位：K）、流场（风矢）、全风速（阴影，单位：m·s-1）分布图 （a. 9日02时，b. 9日08时，c. 9日14时，d. 9日20时）和暴雨区（98°—102°E）沿24°N经向垂直流场（流线）及假相当位温（单位：K）剖面合成图（e. 9日08时) Fig. 6 The potential pseudo-equivalent temperature (solid line, units: K), flow field (wind arrow) and whole wind (shadow, units: m·s-1) at 800 hPa at (a) 02:00 BT Oct. 9, (b) 08:00 BT Oct. 9, (c) 14:00 BT Oct. 9, and (d) 20:00 BT Oct. 9, and (e) the vertical section synthesis of flow field (streamline) and potential pseudo-equivalent temperature (unit: K) along 24°N at 08:00 BT Oct. 9

图7 CAPE（单位：J·kg-1）分布图（a. 8日20时，b. 9日14时）和 θse500-θse800（单位：K）分布图（c. 8日20时，d. 9日02时） Fig. 7 The distribution of CAPE (unit: J·㎏-1) at (a) 20:00 BT Oct. 8 and (b) 14:00 BT Oct. 9 and the distribution of θse500-θse800 (units: K) at (c) 20:00 BT Oct. 8 and (d) 02:00 BT Oct. 9

图8 （a）8日20时500 hPa上MPV水平分布图；（b）9日02时沿24°N过暴雨区（100°-102°E）MPV经向垂直剖面图 （单位：1 PVU=10-8 m2·s-1·K·kg） Fig. 8 (a) The horizontal distribution of MPV on 500 hPa at 20:00 BST Oct. 8； (b) The vertical section synthesis of MPV along 24°N (unit: 1PVU=10-8m2·s-1·K·kg) at 02:00 BT Oct. 9