德宏一次短时强降水过程分析*

汤歆婷，李慧芹

(1.云南省瑞丽市气象局，云南 瑞丽 678600；2.云南省德宏自治州气象局，云南 芒市 678400)

德宏一次短时强降水过程分析*

汤歆婷1，李慧芹2

(1.云南省瑞丽市气象局，云南 瑞丽 678600；2.云南省德宏自治州气象局，云南 芒市 678400)

该文应用常规探空资料、地面气象资料以及多普勒天气雷达资料，从中尺度分析、雷达组合反射率演变特征、径向速度场、垂直累积液态水含量(VIL)等方面，对2016年8月27日德宏短时强降水天气进行分析和总结，发现：①强对流天气发生前近地层水汽充足，低层存在一定的垂直风切变，大气层结属于条件不稳定，中尺度辐合线、干线的抬升作用触发对流发展；②导致短时强降水的多单体风暴由外地移来的回波与本地块状回波聚合加强而来；③边界层入流急流是形成短时强降水的根本原因，它导致了低层中尺度辐合，与回波的聚合和发展存在紧密联系；④强降水过程中VIL与降水量具有相同的变化趋势，并存在一定的提前量。

短时强降水；入流急流；垂直累积液态水含量

1 引言

短时强降水指1 h雨量≥20 mm或3 h雨量≥50 mm的降水事件[1]。短时强降水作为一种常见的灾害性天气，具有突发性强、降水集中、历时短且局地性强、预报难度大的特点，常常引发严重的洪涝灾害和诱发地质灾害，造成人民生命财产安全的重大损失。加强对短时强降水的分析研究及监测预警具有非常重要的意义，对此很多专家做了大量的研究工作。俞小鼎[1]对短时强降水的主要思路和方法进行了综述。郝莹[2]等建立了短时强降水的三种概念模型，总结出有利于其发生的大尺度影响系统。彭九慧[3]等细致分析了强降水开始前和强降水期间的多普勒雷达特征。乔琪[4]、贺长春[5]等对云贵高原特殊地理背景下的短时强降水过程进行了诊断分析。这些研究都得出了一些有益的结论，对实际工作有显著的指导意义。在此基础上，本文应用常规探空、地面气象资料以及多普勒天气雷达资料，对德宏2016年8月27日发生的一次短时强降水过程进行分析和总结，为做好短时强降水预警提供有用的参考。

2 降水实况

图1 2016年8月27日03—09时德宏短时强降水分布Fig.1 Short duration precipitation distribution

2016年8月27日03—09时，德宏1个县级测站、16个乡镇雨量站出现短时强降水(图1)，最强降水出现在芒市，07时雨量52.5 mm，累计降水72.0 mm，极大风速12.2 m/s。强天气造成芒市多地遭受洪涝灾害，致使2 101人受灾，农作物受灾面积52.46 hm2，造成房屋、家电、交通工具不同程度受损。

3 天气背景

2016年8月26日20时500 hPa高空图，副高势力强盛，588线北抬至35°以北，大陆高压中心位于青藏高原东部，德宏处于其南侧，有东北风、东南风辐合，风速12 m/s，孟湾西北部热带风暴活跃(图略)。700 hPa上，怒江—临沧为一准南北走向的切变线(图略)。

图2 2016年8月26日20时云南中尺度分析Fig.2 Mesoscale analysis at 20∶00, August 26th, 2016 (棕色箭头表示700 hPa显著流线；蓝色箭头表示500 hPa显著流线；棕色双实线表示700 hPa切变线；黄色虚线表示700 hPa与500 hPa温度差，从16 ℃起间隔2 ℃分析；绿色线段表示地面温度露点差，数值为5 ℃；绿色阴影表示雨区；黑色线段表示地面辐合线；点划线表示干线。)

对2016年8月26日20时环境场进行中尺度分析(图2)，滇西地区T700-500≥18 ℃，大气层结条件不稳定。云南中低层存在东北—西南走向的大风速带，且500 hPa显著流线位于700 hPa显著流线北侧。在700 hPa显著流线出口前侧、500 hPa显著流线的下方，低层风具有明显的气旋式切变。由风向切变、风速辐合，可以确定700 hPa切变线附近为低层最大辐合区，对流通常在对流层低层的强辐合区附近发生和发展，芒市位于辐合区内。芒市北侧的干线两侧露点温度相差10 ℃，水平湿度不连续也能引起大气层结不稳定，由于干线具有自身垂直环流，可导致强烈的对流风暴，是对流的触发机制之一。大理—昆明、临沧—普洱各有一西北—东南走向的地面辐合线，辐合线附近已出现降水，芒市被Td≤5 ℃的湿舌覆盖，近地层水汽条件有利于强降水的形成。

图3 2016年8月26日20时腾冲探空站T-lnP图Fig.3 T-lnP map of Tengchong air sounding station at at 20∶00, August 26th, 2016

结合T-lnP图(图3)，近地层相对湿度≥80%，水汽条件较好，500 hPa附近相对湿度≥80%，中层高湿有利于雷暴生成发展。自由对流高度LFC为585.8 hPa，对应实测海拔约3 850 m左右，芒市海拔807～2 377 m，相对高度不高，适当的扰动下即可触发对流释放能量。0～3 km垂直风切变12 m/s，方向东南，垂直风切变是有组织强对流发生发展的关键条件。

对流有效位能CAPE对于气块抬升具有积极作用，CAPE值越高，气块达到自由对流高度以后能够获得的动量越大。而对流抑制能量CIN对于强对流发生的情况往往是具有一较为合适的值：太大，抑制对流程度大，对流不容易发生；太小，不稳定能量不容易在低层积聚，对流调整易发生，从而使对流不能发展到较强的程度。26日08时，腾冲探空资料显示CAPE值30.3 J/kg，CIN值327.3 J/kg，26日20时，CAPE值168.2 J/kg，CIN值244.9 J/kg。CAPE明显增大，CIN逐渐减小，表明大气能量积累并集中释放。

综合以上分析，水汽条件较好，大气层结条件不稳定且存在较高的可释放能量，抬升条件有低空切变线、地面辐合线、干线作为触发机制，同时低层存在一定的垂直风切变，强对流的发展条件全部得到满足[6、7]。

4 多普勒雷达分析

4.1 组合反射率演变特征

图4 组合反射率演变Fig.4 combination flection factor chart of Doppler radar

04时04分雷达回波观测到两个中-β系统，飑线A位于雷达南侧，中心最大回波强度50～55 dBz，顶高为14～14.5 km，向西北方向移动；飑线B位于雷达东侧，中心最大回波强度45～50 dBz，顶高14～14.5 km，向西移动。飑线A、B近似垂直于环境场低层垂直风切变，有利于飑线内风暴单体长时间发展维持[8、9]。飑线A、B在移动过程中回波带宽度加大，结构逐渐失去组织性，飑线A北端出现后向传播的强风暴S1。芒市位于飑线B向西移动的一侧，04时44分出现局地的对流云团S2，05时18分S2发展为中心最大回波强度达53 dBz的多单体风暴，接着S1、S2进入消亡期，回波顶降低，中心最大回波强度降至48 dBz以下。05时57分3个减弱的系统对流云团S1、S2、飑线B在芒市合并为多单体风暴S，生命期延长，能量集中，回波中心强度增至50 dBz，强回波范围扩大，并向西缓慢移动。06时31分风暴开始减弱，主体移过芒市。根据5 min雨量统计，06时-06时30分芒市测站降水44.8 mm。

4.2 径向速度场分析

图5 06∶03 0.5°仰角径向速度场(a)，放大窗口(b)Fig.5 radial velocity(a),enlarged drawing(b)

从径向速度场(图5a)上来看，2 km以下零速度线呈内“弓”型，表明低层为汇合型流场[10]，存在一条中尺度辐合线。飑线B后侧的东南风入流急流不断增强，至06时03分急流核最大风速达24.9 m/s以上，出现速度模糊。多单体风暴S可分析出多个辐合速度对(图5b)，截取最强单体的速度剖面图(图6)分析发现，边界层存在入流急流，导致低层的中尺度辐合，它与降水回波的汇聚和发展紧密联系，是形成短时强降水的根本原因。同时低层辐合高层辐散的配置，有利于风暴的维持和发展。

图6 06∶03风暴S最强单体速度剖面图Fig.6 velocity profile

4.3 垂直累积液态水含量(VIL)

图7 VIL及降水量时间演变特征Fig.7 variation of vertically integrated liquid water and precipitation

05时35分芒市VIL值在5 kg/m2以下，05时46分出现8 kg/m2的强中心，05时51分强中心最大值迅速增至16.7 kg/m2。

对比分析VIL与降水量随时间变化曲线(图7)，发现VIL与降水量具有相同的变化趋势，都对应有一个波谷和一个波峰，并且VIL的变化较降水量有一定的提前量。05时35分 VIL减小至2.9 kg/m2，05时45 min降水量也开始减小，06时达到最小值5 min雨量2.7 mm；05时40分开始VIL迅速增大，至05时51分达到最大16.7 kg/m2，降水量则在06时10分达到最大值，5 min雨量10.9 mm。

VIL值的大小能预测未来降水潜力的大小，VIL最大值的出现较降水量最大值的出现有一定的提前量，是判别强对流天气造成暴雨、冰雹等灾害性天气的有效工具之一[11]。

5 结论

①此次短时强降水是在有利的天气尺度背景下，有较好的水汽条件和不稳定条件，由中尺度辐合线触发形成的，强对流发展的关键条件是中低层存在一定的垂直风切变。

②合适的CIN值为短时强降水提供了储备能量。

③从雷达回波演变特征来看，此次短时强降水属于聚合加强型。受中尺度辐合线影响，外地移来的回波与本地块状回波聚合加强，特点是雨强大，持续时间短，1 h雨量主要集中在5个体扫。

④中低层入流急流导致中尺度辐合，进一步导致降水回波的汇聚和发展，是形成此次短时强降水的根本原因。

⑤在此次过程中，VIL与降水量相比，具有相同的变化趋势，并存在一定的提前量，对短时强降水的短临预报预警具有很好的指示意义。

[1] 俞小鼎.短时强降水临近预报的思路与方法[J].暴雨灾害,2013,32(3):202-209.

[2] 郝莹,姚叶青,郑媛媛,等.短时强降水的多尺度分析及邻近预警[J].气象,2012(8):903-912.

[3] 彭九慧,洪淑娥,刘文辉.河北省承德市短时强降水的多普勒雷达特征分析[J].干旱气象,2010(2):184-189.

[4] 乔琪.2008-08-15贵州暴雨天气过程诊断分析[J].贵州气象,2011(4):15-17.

[5] 贺长春,陈柳琼,陈丽娜.河池市区短时强降水特征分析[J].贵州气象,2013(增刊):80-82.

[6] 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,2000:649.

[7] 章国材.强对流天气分析与预报[M].北京:气象出版社,2011:337.

[8] 陈明轩,王迎春.低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟[J].气象学报,70(3):371-386

[9] Thorpe A J,Miller M J,Moncrieff M W.1982.Two-dimensional convection in non-constant shear:A model of mid-latitude squall lines.Quart J Roy Meteor Soc,108(458):739-762

[10]张培昌,杜秉玉,戴铁丕.雷达气象学[M].北京:气象出版社,2000:499.

[11]杨立洪,黄茂栋,黄彬.多普勒雷达垂直累积液态水含量产品分析[J].广东水利水电,2008(4):28-30.

Analysis of a short-duration heavy precipitation in Dehong

TANG Xinting1，LI Huiqin2

(1.Ruili Meteorological Observatory,Ruili 678600, China; 2.Dehong Meteorological Observatory,Dehong 678400, China)

The conventional observation data and Doppler weather radar data were used to analyze the short duration precipitation on August 27th, 2016 in Dehong from several aspects, and then draw some conclusions. It is found: (1) Convective weather area was in the environment of conditional instability, and there is enough moisture and vertical wind shear. The environment was in favor of producing and developing severe storm leading to thunderstorm and strong rainfall. Mesoscale convergence line and dry line resulted in rising airflow which made thunderstorm produce and develop. (2) The multi-cell storms that lead to short duration heavy rainfall were enhanced by the echoes from the field and the local echoes. (3)The low-level jet stream is the root cause of heavy precipitation. (4) By comparison, VIL and precipitation had the same varying tendency, and the change of VIL was ahead of the precipitation.

short duration heavy precipitation; jet stream; vertically integrated liquid water content

2017-01-20

汤歆婷(1990—)，女，助工，主要从事中短期天气预报及短临预警工作，E-mail:xiaoqishibao@126.com。

1003-6598(2017)03-0056-05

P458.1+21

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