2020年秋季一次冷锋切变影响的滇东南灾害性暴雨过程分析.pdf

223农业灾害研究 2023,13(8)2020 年秋季一次冷锋切变影响的滇东南灾害性暴雨过程分析张 蕾文山州气象台，云南文山 663000摘要 基于常规气象观测资料、NCEP/NCAR FNL 1 1 再分析资料和卫星资料，对2020年秋季滇东南一次灾害性暴雨过程的环流背景，水汽、热力及动力条件，中尺度对流云团演变特征进行分析。结果表明：副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南暴雨。孟加拉湾和南海两支水汽通道在滇东南上空汇合，且滇东南地区上空大气层结不稳定，有较强的不稳定能量蓄积和剧烈的垂直上升运动，有利于强降水的产生。中尺度对流云团在滇东南地区不断生成与合并且长时间的维持是造成此次区域性暴雨的关键因素。关键词 秋季暴雨；冷锋切变；滇东南；暴雨灾害中图分类号：P458.1+21.1 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)080223-04滇东南地处云南省东南部岩溶石山区，包括文山州和红河州两地，由于受多种天气系统影响，暴雨频发，常引发山洪、城镇内涝、滑坡和泥石流等灾害，给人民生命财产造成了巨大损 失1-2。2020年9月23日滇东南出现了一次区域性的大到暴雨、局部大暴雨天气过程，造成两地10县（市）出现不同程度的暴雨洪涝及次生灾害。据统计，此次过程共造成滇东南地区农作物受灾1 290.01 hm2、成灾795.43 hm2、绝收371.6 hm2，农业经济损失达1 120.65万元，导致各类直接经济损失约4 371.53万元，给人民生产生活带来严重影响。利用常规观测资料、NCEP/NCAR FNL 11再分析资料、卫星和多普勒雷达资料，从环流形势，水汽、热力及动力条件，中尺度对流云团（MCS）和雷达回波演变特征等方面，分析了此次滇东南区域性暴雨过程，在一定程度上提高此类灾害性天气降水强度和落区的预报准确率，减少暴雨致灾损失。1 过程天气概况根据2020年9月22日14:00至23日 14:00滇东南412个雨量站统计：两地共出现大暴雨11站、暴雨100站、大雨210站，最大累计降水量出现在红河州的河口县洞坪22队站为214.3 mm（图1a画圈处）。过程期间强对流天气特征明显，滇东南和曲靖南部出现大范围密集的闪电活动，在暴雨区域还伴随出现明显的短时强降水，短时强降水分布范围广，累计出现130站次，最大小时雨强为河口县洞坪22队站76.0 mm/h（图1b）。2 天气环流背景暴雨发生前（9月22日08:00），100 hPa南亚高压中心位于印度半岛北部，500 hPa亚洲中高纬为两槽一脊环流形势，高空槽位于云南北部，西太平洋副热带高压（以下简称副高）西进断裂，在滇缅之间形成一个高压单体（图略）。暴雨暴发时（23日02:00），南亚高压整体东移，整个云南地区位于高空东风急流入口区右后侧，且东风急流有所加强，辐散环境较好，为暴雨的发生提供了有利的高空辐散抽吸作用（图2a）。高空槽逐渐东移引导低层冷空气南下，副高继续加强西伸，滇缅高压中心向西南移至孟加拉湾海域，588线西脊点延伸Analysis of Disastrous Rainstorm Process in Southeast Yunnan Affected by A Cold Front Shear in Autumn 2020Zhang Lei(Wenshan Meteorological Observatory,Wenshan,Yunnan 663000)Abstract Based on conventional meteorological observation data,NCEP/NCARFNL 1 1 reanalysis data and satellite data are used to analyze the circulation background,water vapor,thermal and dynamic conditions,and evolution characteristics of mesoscale convective cloud clusters of a disastrous rainstorm process in Southeast Yunnan in the autumn of 2020.The results show that the westward movement of the subtropical high breaks out of the Yunnan Myanmar high,and the Southeast of Yunnan is just in the convergence area of the two high levels.The 850hPa shear line and the surface cold front caused the rainstorm in Southeast Yunnan.The Bay of Bengal and the South China Sea two water vapor channels converge over Southeast Yunnan,and the atmospheric stratification over Southeast Yunnan is unstable,with strong unstable energy accumulation and intense vertical upward movement,which is conducive to the generation of heavy rainfall.The continuous formation and long-term maintenance of mesoscale convective cloud clusters in Southeast Yunnan are the key factors causing this regional rainstorm.Key words Autumn rainstorm;Cold front shear;Southeast Yunnan;Rainstorm disaster基金项目 云南基层台站气象科技创新与能力提升计划项目（STIAP202227）。作者简介 张蕾（1993），女，云南会泽人，助理工程师，主要从事中短期天气预报工作。收稿日期 2023-05-18224Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8至12N，82E附近，此时整个滇东南地区恰好处于2个高压的辐合区内，属于云南第二类两高辐合3。受副高主体外围的偏南气流和滇缅高压外围西南气流共同影响，有利于孟加拉湾和南海的水汽同时向滇东南上空输送，为此次降雨过程提供了十分有利的水汽条件（图2b）。暴雨结束时（23日14:00），副高继续西伸北抬，588线西脊点已延伸至80E以西，西南水汽通道受阻。图1 2020年9月22日14:0023日14:00云南省累计降水量（a）和短时强降水（b）填色为风速大小（单位：m/s）（a）和500 hPa风场叠加高度场（单位：dagpm）（b）图2 2020年9月23日02:00100hPa风场在低层，暴雨开始时（22日20:00）700 hPa上昆明至文山一带为弱的偏西气流辐合，850 hPa切变线南压至文山北部一带，与地面冷锋位置基本对应，切变线呈西北东南东北走向，南侧为来自孟加拉湾的西南气流，北侧为大陆冷高压外围的东北气流，且后方冷空气势力增强，此时为两股气流交汇（图略）。暴雨暴发时（23日02:00）700 hPa辐合区略向西移至红河一带，此时文山受偏南气流影响，红河受西南气流影响，给暴雨的维持提供了源源不断的水汽，850 hPa切变线南压至文山中南部、红河中部一带并伴随出现了低涡中心，位置仍与地面冷锋位置一致，由于副高阻挡缓慢向西南方向移动，切变线南侧为来自孟加拉湾的西南气流和南海的偏南气流，北侧为偏北气流，冷暖空气势力相持，此时为三股气流交汇维持，整个滇东南地区出现大范围强降雨（图3）。23日08:00 700 hPa辐合区仍在红河一带维持并加强，850 hPa切变线缓慢压至红河西部到南部一带，造成红河西部和南部地区出现局地强降雨，之后，随着850 hPa切变线和地面冷锋向西移出滇东南，强降雨过程趋于结束（图略）。综上，副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南区域性暴雨。图3 2020年9月23日02:00700hPa（a）、850hPa（b）流场（填色为风速大小，单位：m/s）和地面风场叠加24h变压场（c）3 物理量分析3.1 水汽条件从850 hPa水汽通量（图4a）来看，暴雨暴发时存在2支水汽输送通道，一支是来自孟加拉湾的西南气流，另一支是来自南海的偏南气流，水汽通量稍有减弱但仍然维持，这与许美玲等4研究云南突发特大暴雨过程的水汽通量变化特征一致，此时西南气流水汽通量中心为20 g/（hPa s cm），偏南气流水汽通量中心为8 g/（hPa s cm），2支通道同时为滇东南上空提供充沛的水汽。从850 hPa上水汽通量散度来看，22日20:00滇东南水汽通量辐合迅速增强，中心值为-5010-8g/(cm2hPa s)，此 时强水汽辐合区与850 hPa切变线和地面冷锋位置相吻合，曲靖南部、文山北部有分散的短时强降水出现；23日02:00水汽通量辐合相对减弱但仍然维持在-2510-8 g/(cm2hPa s)，此时滇东南出现了大范围强降水（图4b）。225农业灾害研究 2023,13(8)3.2 热力条件选取22日20:00蒙自站的T-lnP图（图5）代表滇东南的层结性质，蒙自站对流有效位能为1 754.7 J/kg，有较强的不稳定能量蓄积。通过高低层的温差可判别大气的稳定性状况，蒙自站T500-700为16.6，层结不稳定5。蒙自站湿层比较深厚，850 hPa比湿为16 g/kg，且T-lnP图呈细长型，暖云层厚度为3.5 km，有利于短时强降水天气的发生和高效率降水的产生。从风场的垂直分布上来看，蒙自站06 km垂直风切变较弱仅为0.6 m/s，且在850700 hPa为东南风和西北风交汇，冷暖气流在此碰撞十分剧烈，也有利于强降水的产生。以上综合分析表明，滇东南地区较滇中地区上空的大气层结不稳定，有较强的不稳定能量蓄积，拥有较高的降水效率，且冷暖气流在此碰撞剧烈，有利于短时强降水的产生。图4 2020年9月23日02:00850hPa水汽通量（a）和水汽通量散度（b）图5 蒙自站2020年9月22日20:00T-lnP图3.3 动力条件从红河南部大暴雨中心河口县洞坪22队站（图6）来看，22日下午开始上升运动开始增强，垂直上升运动区从近地面延伸至200 hPa高度，23日08:00洞 坪22队 站 在850 hPa和300 hPa出 现2 个强上升运动中心，最大上升速度达-0.6 Pa/s，与强降雨时段对应。滇东南地区强烈的上升运动将低层积聚的水汽向上抬升，同时触发不稳定能量释放造成局地大暴雨。4 中尺度对流云团演变特征通过对卫星云图进行分析，清楚地揭示了造成此次暴雨过程的中尺度系统的演变过程，MCS的发展和移动与此次暴雨及短时强降水的落区有十分密切的联系。22日16:00地面冷锋到达楚雄北部昆明中部曲靖南部一带时，由于地面气温和露点温度均较高，不稳定能量强，地面冷锋附近不断有对流云团初生，其中曲靖南部和贵州黔西南州与百色交界处露点温度较周围区域更高（达到20 以上），云团A和云团B迅速发展为块状（图7a）；19:00地面冷锋仍在原地维持，曲靖与红河交界处不断有对流云团初生后与A云团合并，B云团继续发展并向南移至百色西部，曲靖中部和西部有云团C和D生成发展，此时A、B、C云团中均有短时强降水发生（图7b）；22:00地面冷锋略向南压，在滇缅高压外围西偏北气流的引导下，4个对流云团逐渐靠拢合并增强为MCS并向东南发展，云团结构紧密，形状呈椭圆形，有3个白亮中心，且文山与广西交界处仍不断有对流云团新生并入MCS，此时MCS内发生大范围短时强降水（图7c）；23日03:00随着地面冷锋南压至红河北部文山中南部一带，由于滇东南区域拥有更高的露点温度，MCS在文山中部加强，此时在越南与老挝交界处即冷锋西南方暖区一侧也有一对流云团F生成发展（图7d）；07:00暖区对流云团F向东北方移动到红河南部时合并入地面冷锋云系E中，导致MCS继续维持（图7e），造成河口县洞坪22队站150.4 mm/3 h的强降雨；直到11:00后，红河上空对流MCS云型结构逐渐松散，随着地面冷锋移出红河境内，强降雨也随之结束（图7f）。中尺度对流云团不断生成与合并且长时间维持造成此次滇东南区域出现大范围暴雨及短时强降水。5 结论（1）副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南区域性暴雨。（2）滇东南存在2支水汽输送通道：一支是来自孟加拉湾的西南气流，另一图6 2020年9月22日08:00至23日14:00河口县洞坪22队站垂直速度（单位：10-1Pa/s）时空剖面图226Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8支是来自南海的偏南气流，2支水汽通道同时在滇东南上空汇合，850 hPa水汽通量强辐合区与切变线和地面冷锋位置相吻合。（3）滇东南地区上空的大气层结不稳定，有较强的不稳定能量蓄积，有较高的降水效率，且冷暖气流在此碰撞十分剧烈，有利于短时强降水及暴雨的产生。（4）滇东南地区有剧烈的垂直上升运动，大暴雨中心垂直上升运动区从近地面延伸至200 hPa高度，上升运动最强时段与强降雨时段对应。（5）在冷锋附近，地面露点温度高的区域对流云团更易发展，中尺度对流云团不断生成与合并且长时间维持造成此次滇东南区域出现大范围暴雨及短时强降水。参考文献1 冯德花,吴佳麟.MJO背景下文山州区域强降水分析J.云南地理环境研究,2022,34(2):61-67.2 张文,汪德,杨松福,等.文山州天气气候特点及灾害性天气预报着眼点J.云南地理环境研究,2011,23(S1):77-81,107.3 许美玲,段旭,杞明辉,等.云南省天气预报员手册M.北京:气象出版社,2011.4 许美玲,尹丽云,金少华,等.云南突发性特大暴雨过程成因分析J.高原气象,2013,32(4):1062-1073.5 孙继松,陶祖钰.强对流天气分析与预报中的若干基本问题J.气象,2012,38(2):164-173.（a）16:00（b）19:00（c）22:00（f）11:00（e）07:00（d）03:00图7 2020年9月22日16:00至23日11:00FY-2G红外云图叠加地点面冷锋（上接第213页）（2）从10个国家站点的暴雨月变化来看，暴雨在6月最多，7月次之。铜仁东部和南部的松桃、碧江、万山、石阡、江口、玉屏在9月有暴雨日数陡增现象，5月出现暴雨次数最多的是松桃站，6月最多是松桃、碧江、江口、德江站，7月最多是碧江、松桃、德江，8月最多是德江、万山，9月出现暴雨多的是松桃、江口，10月则是松桃、石阡相 对多。（3）暴雨的昼夜变化特征为5、9月白天暴雨特征明显，68月白天和夜间暴雨发生频率相当。大暴雨多发生在58月，其中白天出现在6月最多，夜间出现在7月最多。参考文献1 黄明策.广西暴雨时空分布特征J.广西气象,2006(3):9-13.2 陈二平,武永利,朱凌云,等.山西省暴雨气候特征分析J.山西气象,2003(2):21-24.3 鲍名,黄荣辉.近40年我国暴雨的年代际变化特征J.大气科学,2006(6):1057-1067.4 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