云南省文山州一次罕见的冬季暴雨过程分析

王 郦，郑 芬，董兴欣

(云南省文山州气象局，云南 文山 663000)

0 引言

云南地区受热带、副热带天气系统影响和高原复杂地形的作用以及南海、孟加拉湾等两个水汽输送带等因素的影响，强降水天气过程频繁发生，常造成突发性局地暴雨并引发山洪、滑坡泥石流等严重自然灾害，给人民的生命财产造成重大损失[1]，但是云南省冬季强降雨天气还是比较少。云南省文山州地处低纬高原地区，位于云南省东南角，地处东经103°35′～106°12′，北纬22°40′～24°28′之间，为典型的喀斯特岩溶地貌，其中山区、半山区占94.6%，坝区站5.4%，文山大部分地区为亚热带气候，年度降雨量主要集中在5～9月份，冬季(12～2月)降水特少，平均降水量在46.8～70.7毫米，仅占年平均降水量的5%，冬季暴雨的发生更是小概率事件[2]。2019年1月7～9日这次强降雨过程，是1961年以来1月份范围最广、强度最强的一次暴雨天气过程，1月累计降雨量全州8个大监站中有6个站突破了历史极值，东南部两个站虽然没突破历史极值，但是也接近历史极值。8个大监站日降雨量也突破了历史同期极值。现利用常规气象资料、FNL 1°×1°再分析资料、雷达回波等资料对这次冬季强降水过程进行分析，以期找出冬季暴雨的成因和特点，为冬季强降水预报提供参考。

1 天气过程概况

2019年1月7～9日云南省中部以南地区出现了一次较强降水天气过程，过程开始时间为7日下午，较强降雨时段出现在8日白天至8日夜间，统计1月7日20时～9日08时累积雨量(图1)，全省有124个站点超过100 mm，50～100 mm之间站点有845个。

这次过程中，文山州自西向东也出现了大到暴雨、局部大暴雨的天气，较强降水主要出现在8日08时～9日08时(24小时最大累积降雨量117.0 mm，出现2站大暴雨)，9日白天降水逐渐减弱，据统计7日20时～9日08时文山州最大累积降雨量125.9 mm(广南曙光)，过程中超过100 mm的12站，小时雨量最大为21.4 mm(马关测站)。此次降水天气过程具有持续时间长，累积雨量大，降水范围广的特点，为历年来较为罕见的冬季强降水天气。

从全省区域自动站累计降水量分布图(图1)可以看出，这次降水分布不均，较强降雨主要出现在云南省中部以南地区.而文山州的强降雨主要集中在州中部以西地区，此次降雨过程是文山州1961年以来1月份范围最广、强度最强的一次暴雨天气过程，1月累计降雨量全州8个大监站中有6个站突破了历史极值，东南部两个站虽然没突破历史极值，但是也接近历史极值。8个大监站日降雨量也突破了历史同期极值。

图1 2019年1月7月20时～9日08时云南省区域 自动站累积降雨量分布图Fig.1 Cumulative rainfall distribution of regional automatic stations in Yunnan Province from 20∶00 to 08∶00 on January 9，2019

表1 2019年1月份累积降雨量与历年比较Tab.1 Comparison of cumulative rainfall in January 2019 and the previous years /mm

2 环流形势分析

受深厚南支槽东移的影响，槽前的急流强盛，水汽条件和动力条件均较好，配合冷空气南下影响，冷暖空气交汇，副热带高压维持少变，导致过程持续时间长，影响范围广，小时雨量不大，但是累积降雨量较大。

从500 hPa高度场上看(图2)，此次暴雨过程发生在南支槽东移时期。7日20时副热带高压偏西偏南，在20°N以南地区，从东海、南海一直延伸到中南半岛西部边缘地区，西脊点位于98°E附近；而阿拉伯海一带也有个高压，脊点位于63°E附近。两高之间在印度一带形成一个槽，槽线位于80°E附近，比较深厚，整个云南省处于槽前暖湿西南气流控制中。到9日08时，阿拉伯海高压东伸到印度西部沿海一带(脊点位于78°E)，将南支槽推到95°E附近，槽也略有减弱，没有之前深厚；而副热带高压也略为东退。缓慢移动的南支槽，使水汽沿着副高边缘源源不断的向云南输送。在整个降雨过程中，对应于500 hPa的槽，700 hPa在对应位置也是两高维持少动，西风槽移速缓慢，高低层配合较好，为强降水提供了有利的环流背景。

从200 hPa流场上来看(图3)，7日20时西南急流不明显，仅滇西北处于西南急流区，随着南支槽的东移，8日08时急流加强，8日20时整个云南处于西南急流区，副热带高压少动，西南急流一直维持，致使降雨时间较长。配合地面图，8日08时自东向西有弱冷空气入侵，直至10日08时冷空气逐渐减弱。

高空槽发展东移，强暖湿气流与南下冷空气交汇，触发不稳定能量的释放，这样的高低空系统配置为此次暴雨过程提供了有利形势。

图2 7日20时(a)、8日20时(b)和9日08时(c)500 hPa高度场以及7日20时(d)、 8日20时(e)和9日08时(f)700 hPa高度场Fig.2 The height field of 500 hPa at 20∶00 on 7 January(a)，at 20∶00 on 8 January(b)，at 20∶00 on 9 January(c)； and the height field of 700 hPa at 20∶00 on 7 January(d)，at 20∶00 on 8 January(e)，at 20∶00 on 9 January(f)

图3 200 hPa 7日20时(左)和8日20时(右)高空急流Fig.3 200 hPa upper jet stream at 20∶00 on 7 January(left)and 20∶00(right)on 8 January

3 物理量分析

3.1 水汽条件

根据对历年文山州冬季强降水天气过程的总结，可以看出文山州冬季的暴雨形成主要在于水汽条件维持时间长，但是其强度不是很强，需要源源不断的水汽输送。这次过程中，从700 hPa水汽通量上看出，7日20时文山州一带有西南水汽通道，但是还比较弱，到8日20时(图4a)，西南水汽通道变得更为强盛，水汽源源不断的从孟湾向云南输送。700 hPa水汽通量散度场上，7日20时在文山东部的富宁一带有个水汽通量散度辐合中心，中心值为-10×10-6g·s-1·cm-2· hPa-1，到8日20时(图4b)，整个文山州除富宁外，全都处于负的水汽通量散度大值区，中心值达-55×10-6g·s-1·cm-2· hPa-1，表明该地区有强烈的水汽通量辐合，有大量的水汽流入。

图4 8日20时700 hPa水汽通量(a)和水汽通量散度(b)Fig.4 700 hPa water vapor flux(a)and water vapor flux divergence(b)at 20∶00 on 8 January

从此次过程700 hPa相对湿度场来看，7日20时文山州西部边缘地区相对湿度达80%左右，其余地区相对湿度才60%，湿度条件不太好，对应雨势也不强，而从孟加拉湾(90°E)到云南的红河西部，即南支槽前强盛的西南气流区全部维持90%以上高湿区；到8日08时，高湿区迅速发展，100%高湿区贯穿云南中部及以南地区，一直延伸到广西及贵州一带，整个文山州也处于100%的相对湿度场中，降雨也开始加强，100%的湿度一直维持到9日08时，之后才逐渐东移，在云南片区逐渐减弱，降雨也逐渐减弱。

3.2 动力条件

凌颖等[3]提出产生冬季暴雨的物理条件与强烈的辐合上升运动密切相关。在以文山中心点(23.36°N，105.16°E)做的垂直速度剖面图上(图5a)可以看出，7日20时到8日08时整个上空没有上升运动，8日14时至8日夜间，从850 hPa到400 hPa有明显的垂直上升运动，中心值达-2 Pa·s-1，而400 hPa以上则为正值区，有明显的低层辐合高层辐散配合，有利于强降雨的形成。9日02时后垂

图5 垂直速度剖面图(a、以文山中心点<23.36°N，105.16°E>，b、沿22°N～25°N、103°E～107°E的剖面)Fig.5 vertical velocity profile(a，<23.36 point N，105.16 degree E>，B，22 degree N to 25 degree N，103 degree E to 107 degrees E)at the central point of Wenshan

直上升运动减弱，降雨也逐渐减弱；在文山州上空(沿22°N～25°N、103°E～107°E)的垂直速度剖面图上，最强的垂直上升运动出现在8日20时，从850 hPa到300 hPa有明显的垂直上升运动，中心值为-0.8 Pa·s-1。8日20时，对应散度场上，700 hPa上100°E～105°E之间均为辐合，500 hPa上为辐散。低层辐合高层辐散，配合强烈的垂直上升运动，为强降雨提供了有利的动力条件。

3.3 热力条件

假相当位温θse是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，它的分布反映了大气中能量的分布，暴雨区通常发生在暖湿舌区，北侧常有等假相当位温密集带，即假相当位温锋区[4]。8日08时和8日20时850 hPa假相当位温场上可以看出，滇中及以北地区存在θse密集带，文山州位于高能舌前部，表明文山州上空存在大气层结不稳定，为暴雨发生发展提供了有利条件。

4 雷达资料应用分析

4.1 回波强度特征

雷达回波强度图(图6)反映，2019年1月7日午后文山雷达观测区的西部有大片层状云降水回波自西向东快速移动，13时左右回波前沿进入文山东部，移动过程中大部分降雨回波强度维持在18～32 dBz之间，到20时降水回波影响整个文山地区后减弱成分散块状的层状云弱降水回波，之后局部回波会发展加强成片，但覆盖面积小，影响不均匀，文山州普降小雨，马关县西部大雨。8日05时，大范围降雨回波位于文山州西部、北部，且稳定少动，强度维持在18～40 dBz之间。16时强回波面积延伸到文山州南部，影响马关县和西畴县，麻栗坡回波偏弱，北部丘北县上空的回波开始减弱。17∶00～18∶00马关县出现强度>45dBz的强回波，对应此时段马关测站的小时降雨量21.4 mm，即为本次大暴雨过程的最大小时降雨量。9日凌晨回波强度整体减弱，最强回波35 dBz，回波形状也由连续大范围的片状降水回波逐渐演变为离散的片状降水回波，降雨减少，9时左右降水基本结束。

文山州主要降雨时段集中在1月8日，影响范围主要为北部、西部和南部，东部回波较弱，降雨偏少。此次大暴雨过程的回波强度特征主要表现为产生强降水的区域回波强度均大于20 dBz，局部大于45 dBz，强度稳定，持续时间长，降水效率高。降雨量的大小与回波强度、影响时间密切相关。

图6 2019年1月7-9日文山多普勒雷达0.5°仰角回波强度图Fig.6 echo intensity of Wenshan Doppler radar at 0.5 ° elevation from January 7 to 9 January，2019

4.2 回波径向速度特征

雷达径向速度图中(图7)，开始探测到回波时西部有大片的负速度区，最大风速达-20.1 m·s-1，雷达站地面为西风。随着回波的不断东移，0.5°仰角径向速度图上空零速度线比较零乱，正负速度共存，表明回波处于扰动调整中，负速度区面积大于正速度区面积，正速度最大值22.9 m·s-1，负速度最大值-20.2 m·s-1，产生风速辐合，促进降水发生。8日05时05分，零速度线似为“S”型，基本气流方向随高度增加顺转，表示有暖平流存在，速度值大小分布也不均匀，距雷达由近到远呈递增的特征分布，在西南部屏边附近的负速度区的边缘处有片正速度区，辐散明显，强度场上回波较弱。17时30分，0.5°仰角地面为西北风，且出现一对“牛眼”，测站南北两侧30 km范围正负径向速度区内分别有明显的正、负速度大值区，负值区最大值12.9 m·s-1，正直区最大值14.9 m·s-1，正负径向速度中心内有一低空急流；零速度线凌乱不规则，负速度区中镶嵌正速度，出现完整闭合的零速度线，正速度区中也有零速度线延伸，风向辐合明显。3.4°仰角径向速度上零速度线近似为反“S”型，基本气流方向随高度增加逆转，表明有冷平流。文山州上空有冷、暖空气交汇区，为降水提供有利条件。

图7 2019年1月7～8日文山多普勒雷达0.5°、3.4°仰角回波速度图Fig.7 Echo velocity map of Wenshan Doppler radar at 0.5 ° and 3.4 ° elevation angles from January 7 to January 8，2019

5 结论与讨论

通过对2019年1月7～9日这次冬季强降水天气过程的分析，得到以下结论：

(1)此次冬季暴雨过程是受南支槽加深东移、配合弱冷空气南下，冷暖空气交汇、促发不稳定能量的释放而产生的强降雨天气。过程具有持续时间长、累积雨量大、降水范围广、回波强度稳定等特点。

(2)副热带高压的稳定维持，致使降雨时间加长。700 hPa存在强烈的水汽辐合。低层辐合高层辐散的抽吸效应、强烈的垂直上升运动和大气层结的不稳定，为此次强降雨的发生提供了有利的动力和热力条件。

(3)过程期间，回波强度不强(维持在18～40 dBz之间)，稳定少动，有明显的风速辐合，促进降雨的发生。

结果表明，冬季要出现强降雨过程，必须要在较深厚的南支槽和冷空气的配合下才能产生，南支槽为降雨提供了有利的水汽条件，而冷暖空气交汇触发不稳定能量的释放也为强降雨的形成提供了必要条件，副热带高压的稳定维持，致使降雨一直维持。因此，冬季的强降雨，与南支槽的位置及强度、冷空气的强度、副热带高压的位置密切相关。