昭通市一次辐合带系统暴雨过程分析

沈 茜,裴 玥,何 娟

(云南省昭通市气象局，云南 昭通 657000)

0 引言

昭通居于云贵高原与四川盆地的结合部，地势西南高，东北低，属于典型的山地构造地形，山高谷深。同时昭通境内群山林立，海拔差异较大，海拔从高到低有高原气候、温带气候、亚热带气候之分。受昭通特殊的地形和气候影响，在汛期时节，灾害性天气频发，而暴雨又属于众多灾害性天气中最为普遍的一种，而辐合带上的中小尺度系统往往是造成暴雨的重要影响系统。众多气象学者对对流性暴雨天气过程进行了多方面的研究，张腾飞[1]等发现云南大多数暴雨属于强对流型暴雨，而且以负闪电为主，负闪电占总闪电的90%以上；朱莉[2]等发现飑线的维持和移动造成滇南的短时强降水，短时强降水发生在飑线前部的入流槽口处，云南中部的短时强降水与逆风区的形成和维持有直接关系；许美玲[3]等发现云南省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；张秀年[4]等发现云南省冷锋切变型暴雨发生过程中，北部冷平流具有十分重要的作用，但南部暖平流的作用也不可忽视。但是这些暴雨过程大多都伴有明显的低层或者高层冷空气，而对没有明显冷空气影响的暖区暴雨天气过程分析较少。陈玥[5]等发现暖区暴雨中短时强降水贡献大，暖切变型以低层暖切变线为主要天气背景，地面常有弱静止锋，暖区对流活动与中尺度急流结构、地形强迫等因素存在较高的相关性；周明飞[6]等发现暖区暴雨形成时，地面均为热低压控制，地面辐合线加强触发暖区暴雨发生。张晓美[7]等发现华南暖区暴雨至少与3个连续生消的Mcss(中尺度对流系统)的活动直接相关，不同暴雨落区中降水峰值出现的时间与相应Mcss发展强盛期对应关系良好。吴哲红[8]等发现地面中尺度辐合区产生的辐合、垂直涡度激发次级环流产生，高低空急流耦合等作用是暴雨产生的动力条件。

为了能在之后的工作中更好的对发生在云南省的辐合带暴雨过程进行预报监测，本文使用NCEP/NCAR 再分析资料、昭通多普勒雷达资料及自动站实时监测资料，应用天气学原理和天气学诊断分析等理论，诊断分析2018年8月2—5日出现在云南昭通的一次暖区暴雨过程，旨在寻找相应的预报依据，为今后出现在昭通的暖区暴雨天气过程提供技术理论支撑。

1 天气实况

2018年8月2日08时—5日08时昭通市大部出现暴雨，局部出现大暴雨。全市乡镇过程累积雨量<50 mm的有90站，104站50～100 mm，28站100～200 mm，最大累积雨量出现在盐津中和站，达到213.7 mm，分析盐津中和站，降雨时段集中在2日午后，3日凌晨和上午，4日的中午前后；最大小时降雨量出现在3日08—09时，达到了49.8 mm/h。

2 形势分析

这是入汛以来昭通市最大的一次区域性暴雨天气过程，具有范围广、强度强、小时雨强强，以对流性降水为主，强降水区域分布不均的特征。从500 hPa环流形势来看，2日20时(图1a)，副高发展较强，中心位于华北一带，西伸脊点达到40°N，昭通位于副高西南侧的南北向辐合区中，台风“云雀”位于华东东侧；到3日20时(图1b)，副高稳定维持，并且略有加强，588线控制范围有所扩大，位于云南东部上空呈南北向的辐合带发展加强为低涡，并且略有南压，台风“云雀”从华东一带登陆，昭通上空转为一致的偏东气流控制；4日20时(图略)，副高继续加强，导致低涡持续南压，中心已经移出云南，昭通转为副高外围的偏东气流控制，降雨趋于结束。从700 hPa图上看，2日20时(图1c)，从滇东南到滇西北为一条辐合带控制，而昭通的东部、北部受倒槽影响，槽前的正涡度平流有利于产生辐合上升运动；到3日20时(图1d)，辐合加强为低涡切变，略有南压，昭通转为低涡北侧的偏东气流控制，同时随着台风“云雀”登陆并且向西移动，偏东风加强，有明显的风速辐合，有利于产生垂直上升运动和产生降水；4日20时(图略)，昭通上空的偏东风减弱，降水也趋于结束。从地面图(图略)来看，2—3日，从高原到云南都为低压带控制，也有利于垂直上升运动的发生和维持。

分析此次过程的温度平流场(图2)看出，2—3日下午，500 hPa上没有明显的温度平流；而在700 hPa上，2日20时—3日14时，昭通市有暖平流影响，到3日20时(图略)，昭通的南部有冷空气入侵，北部、东部依然维持有弱的暖平流，此时，降雨趋于结束。所以，判断在此次降雨过程中没有明显的冷空气影响。同时从垂直速度场(图略)上来看，在整个过程中，从低层到高层都为明显的垂直上升运动区。

这次过程是发生在整层都是垂直上升运动的有利的天气尺度背景下的暴雨天气过程，并且在降雨过程中的主要时段，没有明显的冷空气影响。由于此次降水过程有明显的时段性，并且小时雨强较强，所以与局地中小尺度对流系统密切相关。

3 物理量诊断分析

3.1 水汽条件

分析700 hPa比湿场可以看出，8月2日08时，昭通市的比湿达到11 g/kg(图略)，局地水汽条件较好。从水汽通量场(图3a)来看，水汽主要来自于孟湾、南海和西太平洋，水汽通量达到4 g·s-1·cm-1·hPa-1，局地达到6 g·s-1·cm-1·hPa-1，同时在昭通的中部以南地区有水汽通量散度(图略)辐合。从2日08时—3日08时的累积降雨量图(图略)上也可以看出，全市出现了中到大雨，局部暴雨，强降水的区域较为分散，以单点性的暴雨为主。8月3日08时(图3b)，昭通市的比湿依然维持在11 g/kg，昭通市全部转为低涡北侧的偏东气流控制，水汽主要来自于南海和西太平洋，并且由于台风“云雀”的西移，偏东气流的强度明显增强，导致水汽通量>6 g·s-1·cm-1·hPa-1的范围明显增大(图3b)，水汽通量散度(图略)辐合区的范围和量级也随之增大，辐合大值区位于昭通的南部一带，说明水汽输送变好。3日14时(图3c)，高比湿依旧维持，但水汽通量强度减小，同时水汽通量散度(图略)辐合区的范围和强度减小，辐合区依然位于昭通南部一带。从3日08时—4日08时的累积降雨量图(图略)上看，全市的强降雨落区变大，发展成了区域性的强降雨，并且出现了局地性的大暴雨。这主要是由于3日的水汽输送比2日好，导致3日的降雨强度比2日的强。由此得出，持续性的水汽输送和局地的高比湿是产生此次连续性降雨过程的重要原因，水汽输送的强度决定了降雨的量级，水汽输送越强，降雨强度越强。

图2 温度平流(单位：10-5℃/s)(500 hPa： a、b、c；700 hPa ：d、e、f)Fig.2 Temperature advection(unit: 10-5℃/s) (500 hPa： a、b、c；700 hPa ：d、e、f)

图3 过程中阶段性累积降雨量图(单位：mm)和水汽通量(单位：g·s-1·cm-1·hPa-1)Fig.3 Phased cumulative rainfall in the process(unit:mm) and water vapor flux(unit: g·s-1·cm-1·hPa-1)

3.2 不稳定条件

由于此次过程伴随着大范围的雷暴和短时强降水，所以以对流性降水为主。分析CAPE值叠加T500-700，可以看出，从2日08时(图4a)到3日14时(图4d)全市大部区域的T500-700维持在-14 ℃左右，上冷下暖的形势明显。从CAPE值来看，由于昭通的地形原因，东部和北部海拔较低，为河谷地带，有高温高湿的特征，所以CAPE值相对于南部高海拔地区来说要高；从2日08时(图5a)—2日14时(图4b)，全市的CAPE值明显升高，达到了500 J/kg以上，东部和北部地区的CAPE值达到了1 500 J/kg以上，强降水从2日的午后开始，说明高的CAPE值有利于强降水的发生；3日08时(图4c)，全市CAPE值都降到了500 J/kg以下，而此时降水趋于减弱，说明低CAPE值对应弱降水；3日14时(图4d)，全市的CAPE值又有所升高，东部和北部达到1 000 J/kg以上，从而导致4日的凌晨又出现了明显的降水。K指数反映对流层中下层(700～850 hPa)的湿度廓线，湿度越大，K值越大，越不稳定[9]；此次过程中，昭通市的K指数(图略)连续两天都达到40 ℃以上，表明对流层低层湿层深厚，水汽条件充沛，有利于对流性短时强降水的发生。同时SI指数(图略)维持在-1～-4 ℃之间，有利于雷暴天气的发生。

选取威宁站8月2日08时(图4e)和3日08时(图4f)的探空图，并用同一天14时的温度来进行拖动订正，得出以下结论，8月2日08时(图4e)威宁站的CAPE值从516 J/kg上升到了1 995 J/kg,700 hPa比湿达到了11 g/kg，同时可以观察到其湿层深厚，有利于短时强降水天气的发生，从垂直风场来看，威宁站的低层风向随高度顺转，高层风向随高度逆转，说明上层为冷平流，下层为暖平流，为上冷下暖层结，有利于对流性天气的发生；8月3日08时(图4f)威宁站的CAPE值经过订正之后也升至了1 600 J/kg，700 hPa比湿达到了11 g/kg，同时中层有干层存在，为上干下湿层结，同样也有利于强对流性天气的发生。

综合上述条件，在此次过程中，上干冷下暖湿的不稳定层结，较高的CAPE值和低层比湿，K指数维持在40 ℃以上，SI指数维持在-1～-4 ℃之间，导致昭通市产生了持续性的雷暴和短时强降水天气。同时得出CAPE值的大小和降水强度有较好的对应关系，高的CAPE值对应强降水，低的CAPE值对应弱降水。

图4 CAPE(单位：J/kg)和T(500-700)(单位：℃)叠加场(a、b、c、d)、威宁站探空图(e、f)Fig.4 CAPE(unit: J/kg) and t(500-700)(unit: ℃) superimposed field(a,b,c,d),T-lnp of Weining station)

3.3 动力条件

从垂直上升运动(图略)来看，2日20时的垂直上升速度在500 hPa和700 hPa上全市都小于-0.4×10-1Pa·s-1，中心强度达到了-0.6×10-1Pa·s-1，说明整层都为垂直上升运动场，并且垂直运动较强。从3日20时的垂直上升速度场可以看出，500 hPa和700 hPa全市的垂直上升速度也都小于-0.1×10-1Pa·s-1，中心强度为-0.2×10-1Pa·s-1。在2日和3日都出现了大范围的短时强降水，对比两天的垂直速度量级，2日是3日的3～4倍的量级，但3日出现短时强降水站次较2日多，强度较2日更强，说明一定强度的垂直上升速度更有利于产生大范围的短时强降水。从垂直上升速度场和累积降雨量的对应情况来看，2日的降雨落区和700 hPa的垂直上升运动区对应较好，而3日的降雨落区和500 hPa垂直上升运动区对应较好。所以垂直速度场对于降雨落区的预报有一定的参考意义，但是还需结合其他物理量场来一起分析。

3.4 触发机制

此次降雨过程中，由于没有明显冷空气的配合，所以触发机制较为重要。2日14时(图5a)，昭通市为地面热低压控制，在昭通境内有两条明显的地面辐合线，一条位于永善的北部，辐合较弱，对应的雷达回波k1(图5b，由于昭通雷达东部地区回波有所遮挡，所以不能正常反应东部地区雷达回波情况)以积云回波为主，回波中心强度维持在35～40 dBz之间；另一条k2位于昭通的南部，在辐合线的两侧东北风和西南风的辐合较强，在辐合线及辐合线的两侧都有一些对流单体发展，回波中心强度在35 dBz以上，局地还达到了50 dBz以上。3日02时(图5c)，低压中心西移，昭通仍然位于低压内部，在昭通的东部和南部地区有两条辐合线，在辐合线的附近有两片明显的降水回波k3和k4(图5d)，范围扩大；由于此时降水已经开始了一段时间，所以对应的回波全部为层—积混合回波，回波中心强度在30～45 dBz之间。3日08时(图5e)，低压中心继续南压到滇中一带，有一条明显的地面辐合线维持在昭通的中部，在盐津到永善北部区域，有明显的偏北风辐合，产生了明显的降水回波k5(图5f)，回波中心强度在30～40 dBz之间。3日20时(图5g)，昭通转为一致的偏北气流控制，地面辐合线消失，对应的雷达回波图上(图5h)，降水回波的范围减小，强度减弱；此时，降雨强度明显减弱，降雨趋于结束。由此见，长期存在的地面辐合线和地面热低压为此次强降水起到了触发辐合抬升作用，并且降水回波产生于地面辐合线上及其两侧；降水刚开始时，以积云降水回波为主，降水开始以后，地面辐合线虽然依然存在，但是回波转为层—积混合性降水回波。

图5 此次过程的地面天气图(a、c、e、g)和昭通市多普勒雷达强度图(b、d、f、h)Fig.5 Ground weather map(a、c、e、g) and Zhaotong Doppler radar intensity map(b、d、f、h)

4 雷达分析

此次降水过程伴随着大范围的短时强降水天气，2日出现了34站次、3日出现了46站次。选取8月3日08—09时的雷达图(图6b和图6e)进行分析。连续的2 h即08—09时(图6a)、09—10时(图6d)，在盐津的西部地区均出现了短时强降水天气，为中尺度雨团；从雷达回波图上看，强度图上为层积混合的带状回波，最大回波强度在35～40 dBz之间，并且维持时间较长，达到2 h左右。对盐津左侧的回波做垂直剖面图(图略)，看出，两个小时的回波质心都较低，在4 km以下，以暖云降水为主，降水效率较高。大部分的回波中心强度也维持在35～40 dBz之间，保证了一定的降水强度，为低质心型短时强降水回波[10]。“逆风区”是判识短时强降水的一个重要指标[11]，从速度回波(图6c和图6f)上看，在盐津的西部地区出现了大片的逆风区，并且维持时间较长，较有利于强降水的发生。以上条件造成了盐津西部地区产生了长时间的短时强降水。

5 地形影响

昭通为山区地带，地形复杂，地形性降水明显，在预报时，地形的作用不可忽视。昭通的地形为西高东低的形势，而盐津的西部为暴雨中心，并且局部还出现了大暴雨，但是水汽的辐合中心并不在盐津一带，所以在此次过程中地形的作用不可忽略。3日昭通市从低层到高层都转为台风北部的偏东气流控制，而在盐津的西部为迎风坡，有利于地形的辐合抬升作用，从而加强垂直上升运动、加大降水效率，因此加大了降水量级[12]。

6 小结

①这是一次发生在有利的天气尺度背景下，由辐合带上的中小尺度系统造成的对流性暴雨天气过程。高层低涡控制，配合低层偏东风风速加强辐合，同时在地面热低压和辐合线的触发抬升的作用下，产生了持续性的对流性降水天气。

②此次过程的水汽主要来源于孟湾、南海和西太平洋，700 hPa的水汽输送与降水的量级密切相关，水汽输送好的区域降水量级大；低层持续性的高比湿提供了有利的水汽条件，上干冷下暖湿的层结，较高的CAPE值，K指数维持40 ℃以上，SI指数在-1～-4 ℃之间，有利于昭通市连续性的对流性降水的发生。

③CAPE值的大小和降水强度有较好的对应关系，高的CAPE值对应强降水，低的CAPE值对应弱降水。

④一定强度的垂直上升运动较有利于产生大范围的短时强降水；垂直上升速度场和降雨落区并不是一一对应关系，不能直接使用来确定降雨落区和量级，还需结合其它物理量场和形势场来进行订正。

图6 小时雨强(a、d)(单位：mm)、昭通市多普勒雷达强度图(b、e；单位：dBz)、昭通市多普勒雷达径向速度图(c、f；单位：m/s)Fig.6 Hour rain intensity (a, d) (unit: mm)，Zhaotong Doppler radar intensity map (b, e; unit: dBz), Zhaotong Doppler radar radial velocity map (c, f; unit: m/s)

⑤长期维持的地面辐合线是此次持续性强对流天气的主要触发机制，在地面辐合线上及其两侧较易产生降水回波；降水刚开始时，以积云回波为主，随着降水的发展，回波转变为层—积混合回波，并且范围逐渐扩大，在降雨趋于结束时，回波强度和范围都逐渐减小。

⑥持续存在的“逆风区”导致盐津西部地区产生连续的中尺度雨团，当回波强度维持在35～40 dBz，同时质心在4 km以下时，能够产生小时雨强达40 mm以上的强降雨。

⑦在此次过程中，低层偏东风的辐合起到了重要的作用，同时结合昭通西高东低的地形条件，地形的辐合抬升对于这次强降雨过程起着不可忽视的作用。