多系统影响下的一次丽江区域性暴雨分析.pdf

Climate Change Research Letters 气候变化研究快报气候变化研究快报,2023,12(5),1022-1029 Published Online September 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ccrl https:/doi.org/10.12677/ccrl.2023.125106 文章引用文章引用:赖云华.多系统影响下的一次丽江区域性暴雨分析J.气候变化研究快报,2023,12(5):1022-1029.DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 多系统影响下的一次丽江区域性暴雨分析多系统影响下的一次丽江区域性暴雨分析 赖云华赖云华 丽江市气象局，云南 丽江 收稿日期：2023年8月22日；录用日期：2023年9月20日；发布日期：2023年9月26日 摘摘 要要 通过对通过对2010年年7月月18日强降水天气过程的形势进行分析发现：本次大范围强降水天气过程受到多个系统日强降水天气过程的形势进行分析发现：本次大范围强降水天气过程受到多个系统的共同作用：的共同作用：500 hPa形势场为副热带高压与青藏高压之间形成两高间辐合区，高原东南侧有形势场为副热带高压与青藏高压之间形成两高间辐合区，高原东南侧有NW-SE的的风向辐合，滇西地区存在南北向的切变，四川盆地西南部至滇西北形成低涡以及“康森”台风登陆。风向辐合，滇西地区存在南北向的切变，四川盆地西南部至滇西北形成低涡以及“康森”台风登陆。700 hPa上的系统与上的系统与500 hPa对应，配合地面冷空气和充沛的水汽输送，动力和热力条件均较好，辐合抬升和对应，配合地面冷空气和充沛的水汽输送，动力和热力条件均较好，辐合抬升和不稳定对流等在此次过程中共同发挥作用。从丽江不稳定对流等在此次过程中共同发挥作用。从丽江CINRAD/CC多普勒雷达回波分析，本过程是以层状云多普勒雷达回波分析，本过程是以层状云降水回波为主的积层混合降水回波变化缓慢，持续时间长而累积成的暴雨；降水回波为主的积层混合降水回波变化缓慢，持续时间长而累积成的暴雨；垂直方向上的风低层顺转，垂直方向上的风低层顺转，高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。欧洲中心形势预报稳定且具有重要参考价值，雨欧洲中心形势预报稳定且具有重要参考价值，雨量量级可参考量量级可参考WRF预报。总结过程发现，工作中可参考云南省天气预报手册丽江部分中丽江市强降水的预报。总结过程发现，工作中可参考云南省天气预报手册丽江部分中丽江市强降水的天气经验预报指标，但在强降水时间趋势掌握的情况下，落区的预报仍然是个难点。天气经验预报指标，但在强降水时间趋势掌握的情况下，落区的预报仍然是个难点。关键词关键词 丽江，暴雨，分析，总结丽江，暴雨，分析，总结 Analysis of a Regional Rainstorm in Lijiang under the Influence of Multiple Systems Yunhua Lai Lijiang Meteorological Bureau,Lijiang Yunnan Received:Aug.22nd,2023;accepted:Sep.20th,2023;published:Sep.26th,2023 Abstract Through the analysis of the situation of the heavy rainfall weather process on July 18,2010,it is found that this large-scale heavy rainfall weather process is affected by multiple systems:The 500 hPa situation field is a convergence zone between the subtropical high and the Qinghai Tibet high,赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1023 气候变化研究快报 the NW-SE wind direction convergence on the southeast side of the plateau,the north-south shear in western Yunnan,the vortex formed from the southwest of the Sichuan Basin to northwest Yun-nan,and the“Conson”typhoon landed.The system at 700 hPa corresponds to 500 hPa,with good power and thermal conditions in combination with cold air and abundant water vapor transport on the ground.Convergence and uplift,as well as unstable convection,play a combined role in this process.From the analysis of Lijiang CINRAD/CC Doppler radar echo,this process is a rainstorm accumulated by the slow change and long duration of the stratified cloud precipitation echo dom-inated by the mixed precipitation echo;The wind in the vertical direction rotates clockwise in the lower layers and northward in the upper layers,which is very conducive to the occurrence of pre-cipitation in Lijiang.The forecast of the central European situation is stable and has important reference value,and the rainfall magnitude can refer to the WRF forecast.It is found in the sum-mary process that we can refer to the weather experience forecast indicators of Lijiang heavy pre-cipitation in the Lijiang part of the Yunnan Weather Forecast Manual,but the forecast of the falling area is still a difficult point when the time trend of heavy precipitation is mastered.Keywords Lijiang,Rainstorm,Analysis,Summary Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 暴雨及其引发的洪涝、地质灾害是丽江市多发的气象灾害之一，常给国民经济和人民生命财产造成严重的损失。暴雨是各种尺度天气系统相互作用的结果。许多专家、学者对不同地区、不同环流背景下的暴雨有过不少的分析研究1 2 3。丽江市地处青藏高原东南缘，滇西北横断山纵谷地带的东部，属低纬高原山地季风气候，干湿季分明，立体气候特点突出。全市年均降水量约为 980 毫米左右，其中 78 月是全年的降水高峰期，两个月的降水量占到了全年降水量的 49%左右。2010 年，云南省遭遇百年一遇的严重干旱，丽江是重旱区之一。四个气候站中，除丽江站雨季开始期较正常年偏早 10 天，其余均严重偏晚；其中永胜站雨季开始期 7 月14 日，较正常年偏晚 40 天，为有记录以来进入雨季最晚的一年。今年第 2 号台风“康森”(Conson)于 7月 12 日上午在菲律宾形成，16 日晚间登陆海南三亚，稍微加强后，17 日晚间登陆越南北部沿海，18 日影响广西、云南。这是今年第一个对我国造成影响的台风，较常年偏晚。本文利用常规的 Micaps 气象资料及丽江 CINRAD/CC 多普勒雷达(位于丽江市玉龙县太安乡香炉山100233E,264340N)观测资料对 2010 年 7 月 18 日出现在滇西北区域的大范围强降水天气进行诊断分析，望对今后提高主汛期重要天气预报准确率提供一定的参考价值。2.过程介绍及环流形势特征过程介绍及环流形势特征 2.1.过程介绍过程介绍 2010 年 7 月 18 日，云南省气候站中出现 10 站暴雨、19 站大雨、22 站中雨，暴雨大雨集中在滇西、滇西北区域。丽江四个气候站出现 2 站暴雨，1 站大雨，1 站中雨(见下表 1 和图 1)，雨量集中在 17 日夜间至 18 日凌晨。我市正常运行的 48 个自动气象监测站，7 月 17 日 20 时至 7 月 18 日 20 时平均雨量为47.6 mm；达到 100 mm 以上有 3 站，5099.9 mm 有 12 站，2549.9 mm 有 26 站，其余 7 站也都大于 10 Open AccessOpen Access赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1024 气候变化研究快报 mm。最大降水出现在牦牛坪站，24 小时雨量为 153.3 mm。由于前期 7 月 13 日也出现了明显的大范围降水，此次降雨造成了我市华坪船房和永胜东山、三川等乡镇不同程度的山洪、泥石流灾害(船房、东山、三川 18 日雨量分别为 40.2 mm、41.4 mm 和 128.4 mm)。永胜灾区受灾人口 3552 人，农作物受灾 4755亩，农业经济损失达 183.78 万元，农户家庭财产直接经济损失 8.15 万元，基础设施直接经济损失 176.4万元。Table 1.Daily rainfall of Lijiang climate station from July 17th to 19th(Unit:mm)表表 1.丽江气候站 7 月 1719 日逐日雨量(单位：mm)日期 站名 丽江 永胜 华坪 宁蒗 17 日 28.5 17.0 31.9 10.2 18 日 52.5 29.9 54.5 24.8 19 日 19.0 15.7 17.3 17.8 Figure 1.Hourly rainfall of four climate stations in Lijiang city on July 18th,2010(a,b,c,and d are Lijiang,Yongsheng,Huaping,and Ninglang respectively).Horizontal coordinate:July 18th,20:00 to July 19th,20:00(in hours),vertical coordi-nate:Rainfall(in millimeters)图图 1.丽江市 4 个气候站 2010 年 7 月 18 日逐小时雨量实况(a、b、c、d 分别为丽江、永胜、华坪、宁蒗)。横坐标：7 月 18 日 20 时至 7 月 19 日 20 时(单位小时)；纵坐标：雨量(单位毫米)2.2.环流形势特征环流形势特征 7 月 17 日 20 时 500 hPa 上亚洲地区中高纬为两槽一脊的形势，东亚槽主体位于 30N 以北，112E赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1025 气候变化研究快报 附近，另一槽位于巴尔克什湖以西，中高纬以经向环流为主。西太平洋副热带高压东退至贵州西部，西脊点位于 107E、26N 附近，中心强度达 5960 gpm。青藏高压维持加强，位于西藏北部至甘肃一带，中心强度达 5920 gpm，边缘影响到四川中部一线。“康森”台风随副高外围东南气流在越南北部登陆，水汽沿偏南气流北上。孟湾为反气旋环流。川滇交界为两高之间的南北向辐合区，高原东南侧也有 NW-SE向的风向辐合，丽江大理普洱一线有切变存在。多个系统的结合下，在四川盆地西南部至滇西北形成 586 的低涡。18 日 20 时，副高和青藏高压稍减弱，两高间辐合区风速加大，控制陕西南部四川东部四川南部滇西北一线(图略)。随着青藏高压减弱，两高间辐合区 19 日减弱北缩，逐步与东亚槽合并，直至消失。7月17日20时700 hPa重庆南部至四川盆地南部有对应500 hPa两高间辐合区的NE-SW向的切变。高原东南部有一低涡，从高原东南侧至丽江、大理、普洱、红河一线有一低涡切变。滇西北、滇西南和滇南温度露点差较小，说明中低层水汽条件较好。切变线附近高度场呈现川滇切变线南下影响云南大部的“北高南低”形势4，后部格尔木站高度为 3130 gpm，前部丽江站高度为 3100 gpm，巴塘和丽江有 4的温差，丽江附近比湿均达到 12 g/kg，有利于暴雨生成5。18 日 08 时，随着台风减弱后的低值系统继续西进，滇西南北向的切变强度维持，并向西推，普洱站风向由偏北风转为偏东风(图略)。滇西南北向的切变于 19 日减弱消失，滇中东西向的切变代之。地面图上 7 月 17 日 20 时冷空气前沿到达腾冲大理昆明一线(图略)，后部四川南部有 24 小时+8 hPa 的变压，6的变温。地面辐合线呈 NW-SE 走向，位于迪庆、丽江、大理、临沧东部一线，湿舌区有两个，一个位于滇西北滇中北部昭通一线，另一湿舌区位于滇南，滇中以北 3 小时正变压明显，昆明北部 3 小时正变压达 3 hPa。冷空气维持并逐步南压，18 日 17 时基本控制全省。2.3.大气垂直结构分析大气垂直结构分析 从 TlogP 图上看，滇西北、滇东北、滇西南和滇南均具有较大的对流不稳定能量，CAPE 值均较大，滇西水汽条件较好，但层结相对稳定。17 日 20 时丽江站低层的风向顺转显示暖平流较为明显；高层为东北气流，考虑为青藏高压外围气流，为冷平流；具有一定的垂直风切变，有利于降水发生。探测 SI 值为 1.58，CAPE 值为 279.8。由于丽江海拔高度较高，分析整个降雨过程前后的 TlogP 图发现，K 指数与SI 指数的指示意义不明显，CAPE 值有一定的指示意义。本次过程中垂直方向上的风基本都为低层顺转，高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。Figure 2.FY2C infrared cloud Image(a at 15:30 on the 17th and b at 20:00 on the 17th)图图 2.FY2C 红外云图(a 为 17 日 15 时 30 分；b 为 17 日 20 时)赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1026 气候变化研究快报 2.4.卫星云图分析卫星云图分析 通过分析卫星云图演变可以发现，16 日晚开始，有明显的配合两高间辐合区的云系生成，并不断扩张，这是造成我市 17 日降水的主要原因(图 2(a)所示)。17 日 14 时开始，高原南侧有对流云带形成，配合高原南侧东西向系统发展强大，扩张向东南方向，与南下川滇切变云系剩余部分合并，配合滇西南北向切变系统，在滇西北，滇西区域发展旺盛，并维持，造成持续的降水(图 2(b)所示)。18 日 12 时云系减弱分散，强降水云团在下午发展，夜间最强，早晨消失，这与云贵高原夜雨特征一致。2.5.多普勒雷达资料分析多普勒雷达资料分析 对这次过程的雷达回波特征分析可知：本次过程是一个区域性降水过程，是以层状云降水回波为主的积层混合降水回波(图 3(a)所示)，变化缓慢，持续时间长而累积成暴雨。速度场上零速度线的走向在降水开始阶段呈现出直线型的特征，整个探测区域西风控制；降水维持阶段，零速度线走向出现了两种特征，维持前期在测站的西边出现了折角，随着时间的推移，折角加深发展成为暖切变，到维持后期则过度为“S”型(图 3(b)所示)，说明在探测区域内为暖平流控制；降水减弱阶段，零速度线中的“S”型减弱，最后在测站东侧出现了暖切变的特征，暖平流减弱，降水云系也减弱，直至结束。零速度线从暖切变到“S”型再到暖切变的变化过程中，垂直风廓线 VWP 产品也反演出了风向随着高度的增加顺时针旋转的特点(图略)，说明这次过程是一次暖平流降水过程；在 VWP 中还可以看出水汽层的高度减低意味着降水云系的减弱。Figure 3.Lijiang taian doppler radar monitoring map at 20:00 on July 18th,2010(1.5)(a:Intensity Map;b:Velocity Map)图图 3.丽江太安多普勒雷达 2010 年 7 月 18 日 20:00 监测图(1.5)(a：强度图，b：速度图)3.过程诊断物理量过程诊断物理量 3.1.水汽条件水汽条件 配合此次过程 500 hPa 的三个重要系统：川滇切变、高原南侧辐合、“康森”台风，700 hPa 相对湿度场都有湿度高值区与之对应(图略)，最高值达到 100%。丽江区域也维持在 85%左右，有利于降水的发生与发展。分析水汽通量场，大值中心维持在川滇切变与台风附近，台风附近水汽通量最大值于 18 日08 时达 21.7 g(hPas)1cm1，且长时间保持 10 g(hPas)1cm1以上的强度。充沛的水汽为强降水的发生提供了必要的条件，在滇西北系统的配合下造成降水，而滇南无明显系统，所以未造成大范围强降水。赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1027 气候变化研究快报 分析水汽通量散度场，过程前期低层我市多为水汽辐散区，强辐合区位于滇南，滇南水汽通量散度最大值于 18 日 08 时达23.2 108 g(hPas)1cm2，大值区域比强降水落区位置稍偏南，造成强降水落区预报难度大。18 日 20 时我市转为弱的辐合区。3.2.动力和热力条件动力和热力条件 对强降水过程来说，动力和热力条件至关重要，其决定着对流运动和水汽抬升凝结的强度和范围，因而直接影响降水的强度和落区。18 日强降水落区为滇西北和滇西区域(98102E,2428N)，丽江为强降水区域的东北部分，故取 28N 和 100E 分别作垂直速度剖面图。沿 28N 的垂直速度剖面图(图 4(a)所示)上可以看出，整个区域(90110E)上升运动非常旺盛，一直发展到 150 hPa 以上，垂直速度强中心与强降水区域对应，丽江附近 500 hPa 垂直速度超过 20 hPa/s，且 500300 hPa 都维持大于 20 hPa/s 的垂直速度。沿 100E 的垂直速度剖面图也反映出垂直速度强中心与强降水区域对应，且垂直速度数值大(图 4(b)所示)，可见此次过程辐合抬升很强。分析沿 28N 的假相当位温剖面图(图 4(c)所示)和沿 100E 的假相当位温剖面图(图 4(d)所示)，在强上升区的中低层大气假相当位温随高度上升而逐渐减弱，存在对流不稳定，101E 和 28N 附近假相当位温等值线较陡立，锋区的垂直尺度较深厚，辐合抬升触发了对流不稳定，产生强垂直上升运动。辐合抬升和不稳定对流在过程中共同起作用。Figure 4.Profile at 20:00 on the 17th(a is a vertical velocity profile taken along 28N,b is a vertical velocity profile taken along 100E,c represents a false equivalent potential temperature profile taken along 28N,d represents a false equivalent potential temperature profile taken along 100E 图图 4.17 日 20 时剖面图(a 为沿 28N 取垂直速度剖面图，b 为沿 100E 取垂直速度剖面图，c 为沿 28N 取假相当位温剖面图，d 为沿 100E 取假相当位温剖面图)赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1028 气候变化研究快报 4.数值预报检验数值预报检验 4.1.欧洲中心预报欧洲中心预报 欧洲中心提前 96 小时预报出了接近 17 日 20 时 500 hPa 和 700 hPa 实况的形势，分析得 700 hPa 比500 hPa 稳定准确。EC 500 hPa 提前 9624 h 的预报，对台风，两高间辐合区和高原东南侧的辐合区预报稳定。台风在越南北部登陆，两高间辐合区位置报在了陕西中部四川东部四川中部一线，高原东南侧的辐合切变近东西向，几个时次的预报偏差仅为一个纬距左右，低涡位置报在四川西南部至滇西北，位置少变。但对于17日20时出现在实况上造成强降水的重要系统滇西南北向的切变没有预报出来，9648 h 报了云南近南北向的切变，但位置偏东，影响滇中以东地区；24 h 预报切变为东西向，位于滇中。对临近预报造成一定影响。EC 700 hPa 提前 9624 h 的预报，对台风，两高间辐合区、高原东南侧的辐合以及滇西南北向的切变预报稳定，仅仅是滇西切变预报位置比实况稍偏南。其他常用物理量，如 700 hPa 相对湿度、850 hPa 温度、海平面气压，EC 虽然预报了有利于降水的条件，但由于此次过程前后也多阴雨天气，EC 数值无法有非常明显的变化体现，预报员根据此做出的18 日的雨量量级预报对比实况还是显得保守了一些。4.2.T213 预报预报 分析 T213 在 500 hPa 风场的预报，7224 h 对于两高间辐合区、高原东南侧的辐合、滇西南北向切变的预报中 48 h 预报的总体效果较好。值得一提的是，对于滇西南北向切变预报的稳定性要比 EC 强一些。但 T213 也有不足，对于台风的预报远不如 EC，EC 预报稳定，且与实况非常接近。T213 的 72 h 预报中台风位置与实况相差近 10 个经度，误差较大，随着时间临近虽不断调整，但 24 h 预报仍然差 2 个经度。分析 T213 在 700 hPa 风场的预报，7224 h 中，24 h 的预报效果最好，由于格点较密，所以 24 h 的预报优于 EC。但其余时次报的系统均有偏差，尤其是关于台风的预报，与 500 hPa 情况相似。4.3.WRF 中尺度降水量数值预报分析中尺度降水量数值预报分析 我省自研开发的中尺度数值预报 WRF 模式预报中，分析了其中 24 小时降水量预报。16 日 20 时预报 17 日 20 时18 日 20 时 24 小时雨量，对丽江市报了大范围 3090 mm 的降水，较为准确。值得一提的是，在丽江区域报了两个 90 mm 的高值中心，其中对永胜的中心与东山实况较吻合，东山单点 129.7 mm降水。另一中心因为自动站布点的疏密，无法考证。但也有漏报的，如松坪为 150.3 mm，WRF 预报 30 mm左右，误差较大。但总体降水量级和趋势还是值得实际业务参考。5.小结小结 通过对 2010 年 7 月 18 日强降水出现前后的天气形势分析后发现：1)本次大范围强降水天气过程受到多个重要系统的共同作用。500 hPa 形势场上，一是副热带高压与青藏高压形成两高间南北向的辐合区；二是高原东南侧形成 NW-SE 向的风向辐合；三是滇西地区，在丽江大理普洱一线的切变；四是“康森”台风登陆。另外，在四川盆地西南部至滇西北形成低涡。700 hPa 上系统与之对应。配合地面冷空气和充沛的水汽条件，造成了持续的阴雨天气。2)垂直方向上的风低层顺转，高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。分析雷达回波特征得：本次过程是以层状云降水回波为主的积层混合降水回波，变化缓慢，持续时间长而累积成暴雨。零速度线从暖切变到“S”型再到暖切变的变化过程中，垂直风廓线 VWP 产品也反演出了风向随着高度赖云华 DOI:10.12677/ccrl.2023.125106 1029 气候变化研究快报 的增加顺时针旋转的特点，说明这次过程是一次暖平流降水过程。3)动力和热力条件好。锋区的垂直尺度较深厚，辐合抬升触发了对流不稳定，产生强垂直上升运动。辐合抬升和不稳定对流在此次过程中共同起作用。4)欧洲中心形势预报稳定且具有主要参考价值。工作中要特别留意各家数值预报形势预报中的共同点和分歧点，梳理系统，结合实况做出预报。业务中可参考 WRF 预报雨量的量级。5)总结过程发现，预报工作中可参考云南省天气预报手册丽江部分中丽江市强降水的天气经验预报指标。但强降水时间趋势掌握的情况下，落区的预报仍然是个难点。基金项目基金项目 云南省气象局基层台站气象科技创新与能力提升计划项目 STIAP202249 资金支持。参考文献参考文献 1 周国莲,普贵明,高敏琪.2008 年 7 月 2 日昆明暴雨的中尺度分析C/2008 年云南重大灾害性天气气候技术总结文集.昆明:云南省气象局,2008:38-42.2 张秀年,段旭.低纬高原西南涡暴雨分析J.高原气象,2005,24(6):941-947.3 郭荣芬,肖子牛,陈小华.两次西行热带气旋影响云南降水的对比分析C/2008 年云南重大灾害性天气气候技术总结文集.昆明:云南省气象局,2008:60-70.4 陈宗瑜,等,编著.云南气候总论M.北京:气象出版社,2001:19-21.5 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法M.北京:气象出版社,2000:319-322.