2016年7月15日大理强降水天气过程分析

李 育，董保举，徐安伦

(1.大理国家气候观象台，云南 大理 671003；2.大理市气象局，云南 大理 671003)

0 引言

2016年7月15日云南省大理州出现了区域性强降水过程，共出现2站次暴雨，分别是大理、祥云的84.7 mm和52.3 mm。从前人的研究中可以看到，这是一次西太平洋副热带高压和滇缅高压间的辐合区造成的降水过程，在夏季，低纬高原地区大到暴雨有70%以上与该系统有关。秦剑等[1]在对川滇切变线的描述中指出，盛夏川滇切变线是低纬高原地区夏季最常见的强降水天气系统。在许美玲等[2]编著的云南省天气预报员手册中将切变线和两高辐合区作为影响云南的主要天气系统进行专门论述，指出切变线是造成云南大到暴雨的主要天气系统之一。黄慧君[3]在大理州区域性强降雨的气候特征及影响系统分析中指出，两高间辐合区是造成大理州区域性强降雨的影响系统之一。分析强降水发生前后风廓线雷达各要素场变化，旨在为风廓线雷达资料在大理强降水天气过程预报预测中的应用提供一些参考。布设在云南省大理国家气候观象台的LQ-7型风廓线雷达，采用微波遥感技术应用多普勒原理对大气进行探测，能反演出大气风场垂直结构和辐散、辐合等信息。许多学者利用风廓线雷达资料对高空风场、边界层结构及灾害性天气进行了研究，结果表明：风廓线雷达可以实时监测水平风的垂直切变及其发展变化全过程，提高小尺度监测能力，可弥补常规资料时间间隔长，天气分析难度大的不足，提高预报准确率[4-8]。

1 大到暴雨概况

2016年7月15日，云南省大理州出现了区域性强降水过程，从影响系统上看，是由滇缅高压与西太平洋副热带高压之间辐合配合低层切变南压造成。降水在14日夜间到15日白天有明显自北向南移动过程，是夏季辐合区造成大理州强降雨的典型个例。7月15日，大理州一共出现2站次暴雨，3站次大雨，5站次中雨，260个乡镇雨量站中，雨量在100 mm以上的有2个站，50～99.9 mm 27站，25～49.9 mm 96站，10～24.9 mm 103站，小于10 mm 35站。从后期的灾情汇总得知，此次大到暴雨过程导致大理市、祥云县、剑川县等地出现了洪涝、滑坡灾害，给人民的生产生活带来了严重影响。

表1 2016年7月15日大理州12个县市日雨量Tab.1 Daily rainfall of 12 stations in Dali July 15 2016 mm

2 环流背景

在7月15日08时500 hPa高空图(图1a)上可看出：中高纬地区为两槽一脊环流形势，两槽区分别位于巴尔喀什湖及俄罗斯东部至中国内蒙古一带，贝巴之间为弱的脊区，新疆南部及西藏大部为反气旋环流；位于中国的低槽南北跨度大，且较为深厚，从内蒙古中部延伸至重庆东部，副热带高压北抬至30°N，其外围西南气流强盛，利于水汽输送，；低纬度地区，副热带高压位置偏西，其西伸脊点在105°E附近；新疆南部、青海、及四川大部地区为脊前偏北气流，有利于引导冷空气向云南输送，滇缅高压位于西藏东北部，四川南部、西藏东部及滇中为两高间的辐合区，且气旋性环流明显，对强降水有利。15日20时500 hPa高空图(图1b)，副高西伸至102°E附近，位于中国的深厚低槽略东移，滇缅高压南压东扩至川藏交界一线，两高辐合区东移收窄至川滇黔交界一线，大理地区强降水逐渐趋于减弱。

图1 2016年7月15日08时500 hPa(a)、700 hPa(c)高空探测，15日20时500 hPa(b)、 700 hPa(d)高空探测Fig.1 The weather chart of 500 hPa(a)、700 hPa(c)at 8∶00 on 15 July，2016， 500 hPa(b)、700 hPa(d)at 20∶00 on 15 July，2016

在7月15日08时700 hPa高空图(图1c)上可看出：中高纬度形势类似500 hPa，为两槽一脊型；长江以北至四川南部为切变，四川南部有小高压；而中低纬度云南大部为气旋性环流控制，长江至四川切变线的尾部延伸至丽江、昆明之间，辐合区压缩至滇中一线并加强，云南南部边缘及中南半岛北部一带，副高外围西南气流给云南输送了大量水汽，此时大理地区强降水维持。15日20时700 hPa高空图(图1d)，副高迅速减弱东退，长江以北至四川南部的切变减弱东移，西昌、腾冲间有转为弱切变线，降雨过程基本结束。

3 水汽条件分析

过程开始前，大理地区7月14日08时850 hPa相对湿度(图2a)在80～90%，到15日08时(图2b)增加至90～95%，15日20时(图2c)高湿区面积明显减小。700 hPa水汽通量散度看，7月14日08时大理大部地区上空仍处于辐散状态，但15日08时迅速转为辐合。7月14日08时850 hPa比湿分布上云南省大部处于12(g·kg-1)以上高湿度区，大理地区的比湿在10～12(g·kg-1)。而从700 hPa的温度露点差分布来看，7月14日08时大理地区大部的温度露点差在2～2.5℃，表明大气中已具备了一定的水汽条件。

从7月14日08时整层水汽含量(图3a)看，川滇黔交界区域存在65 mm的高值区，大理地区水汽含量在35～40 mm，到15日08时(图3b)川滇黔交界区域高值区消失，大理地区水汽含量升至40～45 mm，且水汽在全省有自南向北的输送过程，高湿区范围北抬扩展明显，到15日20时(图3c)大理地区水汽含量仍为40～45 mm，全省高湿区范围有所减少。

图2 2016年7月14日850 hPa 08时(a)、15日08时(b)、15日20时(c)850 hPa相对湿度Fig.2 Relative humidity in 850 hPa at 8∶00 on 14 July 2016(a)，at 8∶00 on 15 July(b)， at 20∶00 on 15 July(c)，2016

图3 2016年7月14日08时(a)、15日08时(b)、15日20时(c)整层水汽含量(单位：mm)Fig.3 Whole layer of water vapor at 8∶00 on 14 July (a)，at 8∶00 on 15 July(b)，at 20∶00 on 15 July，2016(unit：mm)

4 不稳定条件和能量条件分析

大气层结不稳定是产生强对流天气的主要条件之一，K指数是描述大气稳定度的一个重要指标，一般来说，K指数越大，大气层结越不稳定。经验表明，大理地区在K>36℃的区域是易产生强雷暴和对流性降水的区域[9]。分析此次过程K指数分布图的时间变化可看出，过程开始前7月14日08时(图4a)云南省大部分区域K>40℃，滇中及滇东北K>42℃，7月15日08时(图4b)不稳定能量的密集区主要集中于滇中，K>42℃，大理地区的K指数在40～42℃，此次强降水主要就出现在14日夜间至15日白天，与K指数大值时段相对应。到15日20时强降水减弱后滇中地区K指数明显减弱，不稳定能量的密集区移至滇东南一线。

沙氏指数是判别大气稳定度的重要指标，它定义为气块在500 hPa上的大气实际温度(T500)与该上升气块到达500 hPa时的温度(Ts)的差值，即为SI=T500-Ts。当SI>0时表示大气稳定，SI<0时表示大气不稳定。通过SI指数分布图(图略)看出，7月14日08时大理上空的SI值<-2℃，表明此时大理地区处于大气层极不稳定状态，7月15日08时SI值在-3℃>SI>-4℃，15日20时后S值10℃>SI>-1℃，不稳定程度明显降低。

5 动力条件

在700 hPa垂直速度场上(图5a)，15日08时在滇中及以南区域存在较强的上升运动，强度为-300×10-3(hPa·s-1)的中心位于德宏以北、保山西北与滇缅交界区域，大理地区上空为-50×10-3(hPa·s-1)，强烈上升运动为中尺度对流云团的发展和维持提供了有利的条件，加强了其降水的强度，使其雨量达到暴雨或以上量级。15日20时，垂直上升运动释放了不稳定能量，滇西地区垂直速度迅速减弱至-20×10-3(hPa·s-1)，大理西部降至-40×10-3(hPa·s-1)，东部转为正值区域，出现下沉运动，此时强降水也趋于结束。

图4 2016年7月14日08时850 hPa(a)、15日08时(b)、15日20时(c)K指数(单位：℃)

图5 2016年7月15日08时700 hPa 垂直速度(a)(单位：10-3 hPa·s-1)、850 hPa位涡(b)(单位：PVU)、 850 hPa散度(c)(单位：10-5·s-1)Fig.5 Vertical velocity in 700 hPa(a)(unit：10-3 hPa·s-1)；Potential vorticity in 850 hPa(b)(unit：PVU)； divergence in 850 hPa(c)(unit：10-5·s-1)at 8∶00 on on 15 July，2016

位涡场常用于判断大气的对称不稳定，湿位涡(MPV)概念引进了大气中两种不稳定机制，将对流不稳定和湿斜压性对称不稳定联系在一起综合分布其对暴雨的指示性，干湿位涡均能较好地反映天气系统的演变特征[10-12]。7日15日08时850 hPa位涡场上(图5b)，云南省大部为负的湿位涡，楚雄北部和曲靖北部存在两个负值中心，中心值为-0.4 PVU(单位：1PVU=10-6m2·K·s-1·kg-1)，700 hPa上全省大部为正的干位涡，强降水发生期间，中高层干位涡向低层传送，低层湿位涡向上伸展，低层暖湿气流与高层干冷空气汇合，加上辐合区切变的辐合机制，产生强烈上升运动，造成强降水。到15日20时，850 hPa位涡场上负值中心分散南移，强度减弱至-0.1 PVU，这与此次强降水发展移动及减弱的过程较为吻合。

7月15日08时850 hPa散度场上(图5c)，大理处于-3×10-5·s-1的弱辐合区，强度为-15×10-5·s-1的辐合中心位置与700 hPa垂直速度场(图5a)最大上升运动区域基本一致，而500 hPa以上的高空气流为辐散，且最大辐散中心强度达20×10-5·s-1，在大理出现强降水期间，大理上空为低层辐合、高层辐散，有利于上升运动的发展。

6 风廓线雷达资料分析

7月15日大理国家基准气候站出现暴雨天气，日降雨量为84.7 mm，从逐小时降水量看，强降水集中在15日04时到15日12时，9小时的降水量为81.3 mm，其中15日04时和09时小时雨量均超过20 mm，降雨强度大(图6)。下面利用布设在云南省大理国家气候观象台的LQ-7型风廓线雷达资料，分析7月14～15日信噪比、垂直速度以及水平风矢量随时间—高度的变化。

从信噪比随时间—高度变化图(图7a)上可知，降雨期间各高度层的信噪比均明显增大。15日02～04时，低层(4 000 m以下)的信噪比由10 dbz增至40 dbz，增幅为30 dbz；中高层(4 000 m～5 000 m)信噪比由10 dbz增至30 dbz，增幅为20 dbz。05～08时，各高度层的信噪比出现明显下降，40 dbz的高值区缩减至2 000 m以下，并出现断裂。08时后各高度层的信噪比再次增大，40 dbz的高值区维持在3 000 m以下区域直到降雨结束。与04时和09时2 000 m以下出现的信噪比最高值43 dbz时间相对应，大理站03～04时和08～09时的小时降水量分别为29 mm/小时和20.6 mm/小时。与陈红玉、钟爱华等研究得出信噪比大于等于40 dbz可作为降水的起报条件的结论一致[13，14]。

图6 大理国家基准气候站2016年7月15日逐小时降水量图

从垂直速度随时间—高度变化图(图7b)上可知，降雨期间垂直速度均处于负值区间，15日00时开始，垂直速度出现负值，03～04时2 000 m以下出现了-8 m/s的最小负速度，2 000～4 000 m垂直速度为-6 m/s，4 000～5 000 m为-2 m/s，这与强降水出现的时段相符。05-08时，各高度层的垂直速度有所上升，2 000 m以下为-6 m/s的最小负速度，并且出现断裂，2 000～4 000 m基本维持在-4 m/s。08时后，各高度层的垂直速度减小(绝对值明显增大)，-6 m/s的负值中心维持在3 000 m以下区域直到降雨结束。与钟爱华、董保举等研究得出垂直速度小于等于-4 m/s为大雨以上降水的起报条件的结论一致[13，14]。

从水平风矢量随时间—高度变化图(图7c)上可知，降雨期间，水平风矢量到达10 000 m高度，达到风廓线测量上限，随着降水的减弱，7月15日13时水平风矢量探测高度降低至3 000～3 500 m，强降水时段从低层到高层先后出现风垂直切变，表明强降水期间对流发展旺盛，有利于强降水发生。

图7 2016年7月15日大理国家气候观象台风廓线雷达信噪比(a)、垂直速度(b)、水平风矢量(c)随时间—高度变化图

7 结语

(1)发生在大理的这次区域性强降水过程，其主要影响系统在500 hPa上是滇缅高压与副热带高压之间的辐合区。在700 hPa上是切变线，滇缅高压与副热带高压之间的辐合区以及川滇间的切变，它们都是低纬高原地区主要的降水天气系统。

(2)强降水前，大理上空整层水汽含量明显增长，有利强降水的发生，且水汽在全省有自南向北的输送过程。

(3)干湿位涡均能较好地反映天气系统的演变特征，强降水发生时，850 hPa位涡场上存在两个较强湿位涡中心，而700 hPa上全省大部为干位涡场控制，中高层干湿位涡向低层传送，低层湿位涡向上伸展，低层暖湿气流与高层干冷空气汇合，产生强烈上升运动，造成强降水。

(4)风廓线雷达探测资料表明：对流发展旺盛，强降水期间风廓线雷达探测高度达到上限，降水减弱后探测高度随之降低。信噪比和垂直速度与降水对应关系较好，强降水出现时间与40 dbz高信噪比及垂直速度负值中心出现时间一致。风廓线雷达可以实时监测降水时云体内的实际状况，提高小尺度系统监测预报预警能力。