云南文山一次低涡暴雨成因初探

2020-04-29董兴欣冯德花

云南地理环境研究 2020年1期

董兴欣，冯德花，黎霖

(文山州气象局，云南文山 663000)

0 引言

文山壮族苗族自治州地处云南省东南部，为典型的南亚热带和中亚热带气候，东南地区距南海和北部湾较近，地势西北高东南低，降水空间分布不均匀，呈现南多北少的特点，且局地性和突发性较强，夏季常受孟加拉湾风暴、西行台风、低涡、切变线等天气系统的影响，产生较大范围的暴雨天气，造成多地损失严重，因此，对暴雨的成因进行分析是十分必要的。

多年来气象工作者对暴雨进行了诸多分析研究，以期能够提高暴雨预报的准确率，降低暴雨洪涝灾害造成的人员伤亡和经济损失。林建等[1]对近30年中国暴雨的时空特征进行分析，结果表明21世纪以来南方地区暴雨过程明显增多，但以短持续性强降水过程为主；关于暴雨发生的机理和预报，气象工作者们通过对暴雨的研究和个例分析，在暴雨的成因及预报方法、易产生暴雨的天气系统和天气过程等方面取得了一定成果[2-7]。

云南的气象工作者们也对云南的暴雨进行了大量的研究，许美玲等[8]在云南省天气预报员手册中提出，影响云南的主要天气系统有切变线、南支槽、孟加拉湾风暴、西行台风、两高辐合、西南涡、昆明准静止锋等；刘彬等*通过对昆明主汛期两次大暴雨过程进行对比分析得出，局地性强降水的主要大尺度影响系统是青藏高压与西太平洋副热带高压之间的辐合区和低层切变线；许美玲等[9]通过对云南突发性特大暴雨过程进行成因分析，指出特大暴雨的水汽来源于孟加拉湾，水汽输送主要以低层西南风为主，临近暴雨发生时，低层强辐合、高层辐散的垂直结构加速了上升运动的发展；而对于暴雨的中尺度特征分析也是暴雨分析的一个重点，通过红外云图TBB及多普勒雷达回波资料，分析了不同暴雨过程下的中尺度系统特征[10-12]。

2018年6月22日～25日的低涡暴雨天气过程是文山州近年来持续时间较长、受灾范围较广、灾情较为严重的一次天气过程，据统计，造成各类经济损失约1.85亿元，因而研究此类暴雨天气成因及其可参考的预报着眼点对于文山防灾减灾是非常有意义的，然而关于文山州的低涡型暴雨天气过程方面的研究比较欠缺。本文利用卫星云图、雷达资料、自动雨量站等观测资料和NCEP/NCAR逐6 h 2.5°×2.5°再分析资料等对此次文山州暴雨天气过程进行分析，以探讨文山州暴雨成因及形成的物理机制，寻求有预报指示意义的物理量场，提高本地灾害性天气的预报能力。

1 降水实况

2018年6月22日20时至25日08时，文山州自北向南出现了一次暴雨局部大暴雨天气过程，此次过程中文山州麻栗坡县杨万降水量275.6 mm，为全省雨量最大值(图1a，“★”为杨万所在地)。文山最强降水时段出现在23日20时～24日20时，全州出现大范围的暴雨—大暴雨，24小时最大降水也是出现在麻栗坡杨万，为240.2 mm(图1b)；1h最大降水出现在麻栗坡猛硐，为50.5 mm。此次暴雨过程持续时间长，强降水面积广，给除东部的富宁县外的7个县(市)造成了不同程度的城市内涝、山洪、泥石流等灾害。

(a) (b)

2 环流形势

通过分析2018年6月22日20时(以下称酝酿阶段)和24日08时(以下称暴雨阶段)的500 hPa高度场，发现在酝酿阶段(图2a)，亚欧中高纬地区为两槽一脊环流形势，脊区位于贝加尔湖到内蒙古西部，中纬度西风带有短波槽活动，青藏高原东侧受地形影响形成一个高原槽，西太副高脊线位于25°N附近，阿拉伯半岛附近存在一个高压，云南处于两高之间的辐合区，同时孟加拉湾北侧至印度半岛一带存在两个闭合的低压系统，文山州受低压外围的西南气流、高原槽前西南气流、副高外围东南气流共同影响，水汽条件较好，高空槽前的系统性上升运动为暴雨提供了动力条件，22日夜间文山州北部丘北、广南等县开始出现强降雨天气，大部地区为暴雨局部大暴雨；暴雨阶段24日08时(图2b)，高原东侧短波槽不断发展加深并东移，云南大部位于深槽底部，形成一个相对低压区，文山州受低压前部的偏南气流控制，孟湾北部至印度半岛一带的两个低压系统合并加强，西太副高有所西伸加强，为持续强降水提供了非常有利的大尺度环流形势。

(a) (b)

从700 hPa风场(流线)和>10 g/kg比湿(阴影区)分布来看，强辐合区和水汽大值区位于高原涡附近，酝酿阶段(图3a)，昭通至曲靖一带存在一个低涡，并伴随有比湿>10 g/kg的分布，文山受低涡切变影响，而且文山州北部比湿比较大，22日夜间丘北、广南等地开始出现暴雨天气；暴雨阶段(图3b)，昭通至曲靖一带的低涡势力有所增强加深，切变维持并加强，偏南风分量明显加强；从流场来看，水汽的主要来源为孟加拉湾，比湿的大值区也不断向东南方向延伸，文山州大部比湿>12 g/kg，为较大范围暴雨时段。

(a) (b)

3 诊断分析

3.1 水汽条件

水汽是形成暴雨的基本条件之一。水汽通量表明，此次暴雨局部大暴雨天气的水汽主要来源于孟加拉湾(图略)，从700 hPa水汽通量散度上看，在暴雨开始时(图4a)，文山州为水汽通量散度的辐合区，但辐合的大值中心位于红河、玉溪至昆明一带，为>6×10-6(g·s-1·cm-2·hPa-1)的区域，文山州大部均>4 ×10-6( g·s-1·cm-2·hPa-1)，表明有较强的水汽辐合，到大范围强降水时(图4b)，水汽通量散度辐合大值区向东移动至文山州，控制除州东部富宁县外的大部地区，强度达10 ×10-6(g·s-1·cm-2·hPa-1)，与降水实况对应较好。

(a) (b)

图4 700 hPa水汽通量散度(单位：10-6g·s-1·cm-2·hPa-1)的(a)酝酿阶段和(b)暴雨阶段

Fig.4 The water vapor flux divergence of 700 hPa(unit：10-6g/s.cm2.hPa)forthe embryonic stage(a) and the rainstorm stage(b)

3.2 不稳定层结和触发机制

通过对毗邻文山州西部的蒙自站探空图进行分析，可以看到，在暴雨开始时22日20时(封三图版Ⅱ图5a)，中低层大气存在湿层，在降水开始前期不稳定能量较大，cape值为1211.2 J/kg，K指数为42.5 ℃，SI指数为-2.18 ℃，容易产生强对流天气，而低层850～700 hPa有明显垂直风切变，扰动产生上升运动触发了此次暴雨天气过程，高层250 hPa以上为偏东气流，性质干冷，与中高层形成风切变，整层大气“上干冷、下暖湿”，层结不稳定，有利于加强上升运动，引起暴雨的发生和发展；在大范围强降水时(封三图版Ⅱ图5b)，抬升凝结高度降低，湿度增大，湿层变厚，低层仍然存在弱垂直风切变，中低层风向随高度顺时针转动，有暖平流，存在上干下湿的“喇叭口”形状，高层无明显垂直风切变，cape值为678.8 J/kg，K指数为41.3 ℃，SI指数为-1.99 ℃，午后增温，不稳定能量会有所加强，以持续性强降水为主。

3.3 动力条件

对流层低层辐合、高层辐散是暴雨垂直结构的重要特征之一。从高低层散度场来看，在暴雨阶段，文山州附近存在明显的低层辐合、高层辐散的垂直结构特征，且辐合辐散中心均在文山州附近(图6a、图6b)，非常有利于上升运动的发展。

(a) (b)

4 卫星云图特征

对此次大暴雨过程的主要强降水时段23日20时～24日20时的卫星云图进行分析：23日19时30分，文山境内开始出现较大范围的中低云系，文山州东部富宁县至广西西部、及其以北的广西和贵州交界处分别有两个小对流云团在发展合并，广西中南部至越南一带存在一个较大的对流云团(封三图版Ⅱ图7a)；21时30分，上述两个小对流云团合并加强，与广西中南部的对流云团连通，整个云团结构有所松散(封三图版Ⅱ图7b)；24日04时30分，合并后的对流云团向西南方向移动移至文山州南部并发展加强，结构密实，其以东的广西中部和南部存在两个较大对流云团，文山州以北又有一小对流云团形成(封三图版Ⅱ图7c)；07时30分，文山以北的对流云团与南部的大对流云团打通，又与广西南部的对流云团相连，合并后的对流云团在影响范围扩大，强度明显加强，文山州中部及其以北和以南大部区域受对流云团影响，产生大范围较强降水(封三图版Ⅱ图7d)；11时00分，打通后的对流云块缓慢发展西移，控制除文山州东部的大部地区，文山州大部地区降水持续(封三图版Ⅱ图7e)；20时30分，对流云团移过文山州并逐渐减弱消散，文山降水趋于减弱(封三图版Ⅱ图7f)。

分析发现，不断有对流单体生成发展且合并到大的对流云团中，持续有较大范围的对流云团影响文山州是此次大暴雨的主要云图特征。

5 雷达回波特征

从此次过程的雷达基本反射率来看，22日午后至傍晚开始州内开始出现多个局地小对流回波发展并移动，回波反射率在最强达55 dBz左右，到傍晚已经发展为比较成片的回波，文山州对应出现了大范围的降雨和雷暴天气；从23日夜间开始，开始转为以片状大范围层状降水回波为主，回波反射率大多在20～35 dBz，之后不断有新的回波生成并移动到文山附近，形成“列车效应”，且维持时间较长，造成长时间持续稳定的降水，特别产生强降水的麻栗坡，“列车效应”最为明显，一直持续到24日晚，“列车效应”趋于消失，全州降水开始分散、有间歇性，过程降水开始趋于减弱结束(图略)。

从径向速度来看，23日14时开始，存在清晰明了的“S”型径向速度图，在雷达半径90 km以下低空风随高度顺转，有暖平流存在(封三图版Ⅱ图8a)；一直到25日凌晨，都可陆续分析出“S”型速度图，说明低层持续有暖平流为较强降水的持续提供水汽和不稳定能量(封三图版Ⅱ图8b)。