滇东北一次大范围强降水天气过程诊断分析

周信荔 姜世荣

摘要 2009年8月28日夜间至8月29日白天云南省昭通境内出现了一次大范围强降水天气过程，通过对高（低）空天气形势、物理量及动力条件进行诊断分析。结果表明：夏季青藏高压在东进南压过程中分离出的高压单体，与副热带高压减弱东退分离留下的高压单体在滇形成的切变式辐合，是形成此次暴雨的主要原因；高原东部的高压沿其前部的暖式切变线向东南移动，加剧了切变线东南一侧反气旋的上升运动，是此次大范围暴雨形成的中尺度影响系统。200 hPa高空急流和850 hPa低空急流的共同作用，为暴雨的发生提供了有利动力和水汽条件。

关键词 滇东北；强降水；切变线；诊断分析

中图分类号：P458.1+21.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）02–0133-03

2009年8月28日夜间到8月29日白天滇东北昭通境内出现了一次大范围的大到暴雨或大暴雨的特大降水过程，利用MICAPS资料、卫星遥感资料和地面气象观测资料，分析诊断了此次暴雨天气过程，初步分析了此次暴雨的形成原因和触发机制，为以后在预报工作中提高主汛期暴雨预报准确率提供参考[1]。

盛夏（6—8月）是昭通市的主汛期，期间雨量大而集中，暴雨多以单点性、突发性为主，在预报工作中容易出现空报和漏报[2-5]。2009年进入汛期以来，雨量特少，大到暴雨或暴雨量级的过程仅有4次，2009年8月28—29日昭通出现了一次特大降水过程，此次降水过程从2009年8月28日23：50开始持续至29日13：07结束。昭通10个县区国家气象观测站和部分区域自动站12 h、24 h实况降雨量如下（表1、表2）。

1 大气环流背景分析

通过分析ECMWF提供的2009年8月28日至29日08：00、20：00 500 hPa、700 hPa高低空环流形势图，在2009年8月28日08：00 500 hPa高度场上，中高纬地区存在1个两槽一脊的环流形式，高压脊位于贝加尔湖以西，其西侧的低压槽位于中亚地区，中心位于中亚东北部、新疆阿拉山口西北部。东侧的低槽位于黑龙江至朝鲜半岛南部，由于阻塞高压的阻挡，其西侧有少量的冷空气在扰流作用下从槽脊的南至气流中分流南下，在川西北形成1个短波槽，初步形成了有利于降水的辐合机制（天气系统）[6]。

8月29日08：00 500 hPa高度场上，基本上维持了上述的环流形势，只是青藏高压和副热带高压已减弱为2个高压单体，加速了槽线或切变线的东移。随着副热带高压单体减弱消失，系统移出滇东北地区东去，滇东北地区的降水过程结束。

8月28日至29日08：00 700 hPa高度场上高、低空系统的配合基本一致，是此次强降水天气的主要特征。

2 物理量场分析

2.1 涡度场分析

大尺度天气系统的演变过程中，大气基本上作涡旋运动，这种涡旋运动的变化直接关系着天气系统的发生、发展和移动[7]。由于大气基本上是水平运动，因此气象上通常讨论水平面上的旋转运动，即指向垂直方向的相对涡度分量，其数学表达式为：ζz = － ，其与天气图上气旋与反气旋有一定的对应性，通常正的相对涡度对应于气旋或低槽，负的相对涡度对应于反气旋或高压脊。因此，气象学理论上多用涡度方程研究天气形势的演变规律。

分析这次强降水过程的涡度平流，找出涡度平流对这次强降水过程所作的贡献。在8月28日08：00 850、700、500 hPa的涡度场上，整个云南和四川盆地为正涡度区，滇东北处于两高的辐合区，当空气作辐合运动时，会使局地涡度增大，有利于逆时针涡旋的发展，另外，在切变线北侧有冷平流下沉运动，在其南侧有暖平流的上升运动，即负涡度场引导冷平流作下沉运动与正涡度场引导的暖平流上升运动在滇东北地区形成1个冷暖气流的交汇带，进而发展成强降水区。在预报时段内500、700、850hPa涡度场上整个滇东北仍为正涡度区控制，涡度中心位于滇东北地区，在T213提供的28日20：00 500 hPa涡度平流场上为弱的涡度中心控制；在该时刻的700 hPa上在滇东北形成80×10-5 s-1的正涡度中心；在850 hPa上在滇东北北部形成120×10-5 s-1的正涡度中心。

从以上分析中可以看出，无辐散层（主要在600 hPa附近）的涡度平流将使地面的涡度发生变化，当高空有正涡度平流，地面气旋式涡度是随时间增加气压式降低的；地面涡度变化也决定着温度平流的分布，当在暖平流最强的地区，它使地面涡度随时间增强引起减压，有利于气旋的发生发展，从而促使500 hPa上低槽进一步南压，在槽前和切变线东南侧辐合上升区形成双重辐合（辐合中的辐合），这是此次强降水过程的重要因素。

2.2 水汽通量散度分析

分析700 hPa水汽通量散度场的分布演变可知，28日08：00仅在云南的东北部存在较强的水汽辐合，且水汽通量散度的中心强度为8×10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1；08：00 700 hPa水汽通量散度场上，云南大部分地区的水汽通量散度几乎都在6×10-8 g·cm-2×hPa-1·s-1以上，且中心强度达到10×10-8 g×cm-2·hPa-1·s-1，并沿东北—西南向呈带状分布。这表明在强降水发生的主要时段，随着高空槽和暖式切变2个天气系统的相互作用，在强降水产生的区域形成较强的水汽辐合。

2.3 垂直速度场分析

由于大气中水汽的凝结和强降水过程的发生与大气的上升运动密切相关，垂直运动能引起水汽、热量、能量的垂直输送，它的强弱对天气系统的发生、发展及降水的强度都有直接的关系[8]。为了更好地揭示此次强降水过程发生的物理机制，以下重点分析了强降水发生前25? N～30? N之间垂直速度场在垂直方向上的演变情况：在28日14：00 200 hPa垂直速度场的剖面图上，滇东北地区垂直速度场分布在4×10-3 hPa/s以上的气流下沉运动区域；在28日14：00 500 hPa垂直速度场的剖面图上，垂直速度场分布在8×10-3 hPa/s以上的气流下沉运动区域；在28日14：00 700 hPa垂直速度场的剖面图上气流下沉运动进一步加强，中心强度达到24×10-3 hPa/s以上，可见从高层200～700 hPa为一致的下沉运动。此时系统还未过境，滇东北地区受副高外围辐散的下沉气流控制。在28日20：00 200 hPa垂直速度场的剖面图上，垂直速度场分布为-8×10-3 hPa/s以上的气流上升运动区域；在28日20：00 500 hPa垂直速度场的剖面图上为-16×10-3 hPa/s以上的气流上升运动区域；在28日14：00 700 hPa垂直速度场的剖面图上气流上升运动进一步加强，从四川中东部至滇西南的带状区域属负高值区，中心强度达到（-28 ～ -60）×10-3 hPa/s，系統开始过境自北向南影响滇东北地区。

因此可以看出：在滇东北地区强降水发生的主要时段内，随着强降水过程天气系统的发展演变，在强降水产生的区域存在着较强上升运动，且逐渐加强，这与低层700 hPa高度偏南风急流上升运动的演变情况相一致。这也表明28日08：00青藏高压与副热带高压形成的暖式切变与高空槽前气流辐合上升，是此次强降水过程发生的主要影响系统。

2.4 相对湿度场分析

28日08：00 500 hPa滇东北地区相对湿度为70%～80%，700 hPa为90%的高湿度区，850 hPa上为80%的湿度区控制，29日08：00为90%的高湿度区控制。从28日预报资料实况分析看，湿度层较为深厚。从高空形势与相对湿度的分布看，高空天气形势上滇东北为两高辐合区，预报时段内相对湿度的演变为高湿区，28日08：00 700 hPa上有1个90%高值区中心，处于基本饱和状态，表明来自辐合区南部水汽为此次暴雨过程提供了充沛的水汽条件。而且700 hPa上相对湿度最大，在高原天气分析中，根据多年的天气预报经验总结，700 hPa层面的天气形势是天气预报关注的主要切入点，在700 hPa的上、下层水汽条件相当充沛，为暴雨的形成提供了最基本的条件之一。同时，从相对湿度的垂直分布来看，暴雨区相对湿度在80%～90%可上升至500 hPa高度，说明触发暴雨发生的机制以深厚湿对流为主。对流高度较高、对流强度较强的特点，是此次降雨过程形成持续时间长、影响范围广、降水强度强的原因。

2.5 K指数、沙氏指数（SI）及比湿场分析

强降水过程也是大气能量释放的一个过程，因此强降水天气过程的发生，与大气的不稳定有密切关系。K指数是描述大气稳定度的一个重要指标之一，有关研究表明，在K＞35 ℃时，有利于强降水的发生。例如，8月28日08：00 K指数场显示，云南大部处于36 ℃以上高值区，28—29日，滇东北K指数＞36 ℃，从8月28日20：00温度对数压力图上K指数=40，说明大气不稳定，有利于强降水天气发生。

大气的对流不稳定和能量的聚集是强对流天气形成和发展的重要条件，而雷暴和强降水天气是有水汽条件、不稳定层结条件和抬升力条件三者共同作用的结果。为此，用此次强降水过程发生前后SI指数指标来诠释水汽条件、不稳定层结条件和抬升力条件三者的共同作用，从而揭示此次强降水过程发生、发展的动力机制。在28日08：00的SI指数分布场和29日08：00的SI指数分布场上，SI=-2 ℃，表明大气层结是不稳定的[9]。四川盆地到滇东北北部地区为正值区，说明该区域是下沉的冷平流所控制，大气是相对比较稳定的；而滇东北地区则处于负值区，说明28日08：00和29日08：00滇东北地区大气层结处于不稳定状态。因为天气系统是辐合的，为大气的辐合抬升力创造了必要条件，从相对湿度场和水汽通量散度场可清楚地看到大气层的水汽条件十分丰沛，在这种水汽条件下，大气层经过干绝热和湿绝热2个过程释放出更多的潜热能，尤其加剧了切变前部和槽前大气层结的不稳定，创造了有利于此次强降水天气发生、发展的物理机制和动力条件。

由2009年8月28日08：00 850 hPa比湿场环流形式，在850 hPa上存在一湿舌向西南方向伸向暴雨区与低空西南风急流相结合，在暴雨区低空形成正的水汽平流，形成了有利于降水的重要条件。

2.6 低层风场分析

分析各时次700、850 hPa的风流场图可以得出：在700和850 hPa的风场上，高原东部上空有一辐合线，辐合线两侧气流呈反气旋式弯曲，它反映了底层的反气旋环流带随高度升高而加速南倾；低空西风急流对暴雨的作用是暴雨区低空对流不稳定层结的建立者和维持者[10]。在滇东北地区强降水发生前28日20：00，以及降水过程期间29日02：00和29日08：00，从低层850 hPa到700 hPa高度有明显的偏南风急流存在，且辐合区由川西和川东北北部逐渐向川滇之间的滇东北一带汇集，云南中部以东地区由偏南风转西南风急流控制，因此，滇东北处于正涡度大值区，偏北风流场与西南风流场一部分最终汇集在川滇之间的滇东北一带，形成强大的辐合区，从而使得该区域的上升运动不断加强，为此次强降水落区提供了必不可少的水汽辐合机制和水汽来源，也有利于南下的切变线和变性副热带高压南侧的东南气流迅速向雨区结合，送来充沛的水汽资源。因此，低层850和700 hPa偏南风急流的存在和发展加强是此次强降水过程得以发生的重要因素。

综上所述，此次强降水过程发生时的环流特点是中高纬地区110? E附近有低槽活动，且向南延伸发展。同时，在青藏高原至东部的青藏高压与变性的西太平洋副热带高压位于105? E附近，在两高之间的中低层形成暖式切变，从而使滇东北地区产生此次大范围的强降水天气过程[11]。同时，500 hPa青藏高压北侧的引导气流与其北侧槽后西北气流共同向切变线后部输送冷平流，切变线后部冷空气不断加强南下，促使切变前部的暖湿气流被迫抬升，有利于水汽的上升凝结并释放出热能，为滇东北地区强降水的产生提供有利的动力条件。

3 结论

（1）从大气环流背景来看，此次大范围强降水过程主要是暖式切变和北部高空槽的共同作用，北部地区正位于槽前辐合区和切变东南侧的辐合上升气流区，处于辐合中的辐合的结果。

（2）物理量场分析中，涡度平流和水汽通量散度的作用：正负涡度区暖冷平流加深了系统的辐合，加强气流抬升而产生不稳定因素；水汽通量散度强度随着高空槽和暖式切变系统的相互作用，在强降水产生的区域形成了较强的水汽辐合。垂直速度、K指数、SI指数的数据指标，也很好地诠释了大气层结处于有利于降水的不稳定因素。

（3）相对湿度场和比湿场上，触发暴雨发生的机制以深厚湿对流为主，有一湿舌向西南方向伸向暴雨区与低空西南风急流相结合，充沛的水汽在动力抬升过程中释放的凝结潛热对系统发展提供了动量补充，形成了有利于降水的重要条件。

（4）低层风场上，低空西风急流对暴雨的作用十分明显，是暴雨产生的基本条件之一。

参考文献

[1] 牛法宝，杨素雨，张秀年，等.云南2011年盛夏两次低槽切变降水天气的对比分析[C]//2012年全国重大天气过程总结和预报技术经验交流会论文集.北京：[出版者不详]，2012：347-350.

[2] 杨友萍，王郦，余峙丹.2008年“7.01”昭通罕见大暴雨过程的中尺度特征分析[J].云南大学学报（自然科学版），2011， 33（S1）：105-110，117.

[3] 姜云君，付靖，刘少荣.昭通一次区域性暴雨天气过程分析[J].云南地理环境研究，2013，25（3）：34-38.

[4] 马红，曾厅余，刘少荣，等.滇东北2010年7月三次局地暴雨过程诊断分析[J].暴雨灾害，2011，30（1）：51-56.

[5] 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.

[6] 彭安仁.天气学[M].北京：气象出版社， 1994.

[7] 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，2007.

[8] 吕美仲，侯志明，周毅.动力气象学[M].北京：气象出版社，2004.

[9] 寿绍文.中尺度气象学[M].北京：气象出版社，2003.

[10] 董保举，付志嘉，李明，等.风廓线雷达资料在暴雨天气过程特征分析中的应用[J].气象科技，2012，40（01）：74-78，86.

[11] 金少华，葛晓芳，艾永智，等.低纬高原两次冷锋切变天气对比分析[J].气象，2010，36（6）：35-42.

责任编辑：黄艳飞

Diagnosis and Analysis of A Large-scale Heavy Precipitation Weather Process in Northeast Yunnan

Zhou Xin-li et al（Yiliang Meteorological Bureau， Yiliang， Yunnan 657600）

Abstract A large-scale heavy precipitation process occurred in Zhaotong of Yunnan Province from the night of August 28 to the day of August 29， 2009. The high （low） air weather situation， physical quantities and dynamic conditions were analyzed in this paper. The results showed that the high pressure monomer isolated from the Qinghai-Tibet high during the process of eastward compression in summer formed shear convergence with the monomer separated from the subtropical high during the weakening and eastward retreat in Yunnan， which was the main reason for the formation of the heavy rain. The high pressure in the east of the plateau moved southeast along the warm shear line in front of it， which intensified the upward movement of the anticyclone on the southeast side of the shear line， and was the mesoscale influence system of the large-scale rainstorm. The

200 hPa high level jet and 850 hPa low level jet together provide the driving force and water vapor conditions for the occurrence of heavy rain.

Key words Northeast Yunnan; Heavy rain; Shear line; Diagnostic analysis

作者簡介 周信荔（1993—），女，云南昭通人，助理工程师，主要从事综合气象观测及天气预报服务工作。

收稿日期 2022-11-10