魯亞斌 唐盛 閔穎 胡娟 李華宏 許迎杰 楊竹云

（1 云南省氣象臺，昆明 650034；2 云南省氣象服務(wù)中心，昆明 650034）

0 引言

孟加拉灣熱帶低壓及云貴準(zhǔn)靜止鋒是影響低緯高原的重要天氣系統(tǒng)。對孟加拉灣熱帶低壓的研究多側(cè)重于風(fēng)暴量級，因為孟加拉灣風(fēng)暴往往給云南造成暴雨天氣。關(guān)于孟加拉灣風(fēng)暴影響云南的活動規(guī)律和影響已有不少研究，李玉柱[1]和段旭等[2]研究指出孟加拉灣風(fēng)暴活動集中在5月和9—10月呈雙峰型分布特點，其中5月孟加拉灣風(fēng)暴活動與云南雨季開始期關(guān)系密切，對云南初夏降水影響很大；李英等[3-4]分析了孟加拉灣對流云團影響云南的特征，得出高空槽與孟加拉灣云團配合是云南產(chǎn)生強降水的重要類型；王曼等[5]通過數(shù)值模擬分析了大地形對孟加拉灣風(fēng)暴路徑、結(jié)構(gòu)變化和降水分布的作用和影響；呂愛民等[6]研究了孟加拉灣風(fēng)暴影響下西南地區(qū)大到暴雨，指出低緯高原地形對孟加拉灣風(fēng)暴偏南風(fēng)的強迫抬升加劇了上升運動，有助于強降水的產(chǎn)生；索渺清等[7]研究了孟加拉灣風(fēng)暴對滇西北暴雨雪天氣的影響機制；以上研究多側(cè)重于春季孟加拉灣風(fēng)暴影響，對秋季孟加拉灣風(fēng)暴的影響研究并不多，段旭等[8]研究表明，隨著全球氣候變暖，孟加拉灣風(fēng)暴頻數(shù)極端年份增加，強度加大，并向東北、偏北移動的次數(shù)顯著增加，當(dāng)東北路徑孟加拉灣風(fēng)暴與云貴高原地區(qū)冷空氣相遇時，其降水量級比無冷空氣配合時大兩個量級。另外，對云貴準(zhǔn)靜止鋒天氣的研究往往側(cè)重于冬春季，對秋季昆明準(zhǔn)靜止鋒加強后引發(fā)的暴雨天氣研究較少，而這類天氣需要特別警惕并加強研究。

2015年10月9日，云南在秋季后汛期出現(xiàn)了大到暴雨局部大暴雨強降水天氣過程，并伴隨有強對流天氣，過程雨量之大成為2015年度云南最強降雨過程，同時也是云南自1961年以來單日最強的暴雨過程[9]。為了揭示本次暴雨發(fā)生的物理原因，本文應(yīng)用水平分辨率為1°×1°逐6小時FNL再分析資料、常規(guī)觀測資料及FY-2E衛(wèi)星資料等非常規(guī)觀測資料，通過診斷分析，深入認(rèn)識這次暴雨過程的形成原因，以期為該類災(zāi)害性天氣的業(yè)務(wù)預(yù)報預(yù)警提供借鑒。

1 極端暴雨實況及災(zāi)情

受孟加拉灣低壓和冷空氣的共同作用，2015年10月8日20時至9日20時，云南出現(xiàn)了大范圍的大到暴雨局部大暴雨（圖1a），伴有強對流天氣（圖1b），經(jīng)云南省鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動雨量站統(tǒng)計，1130個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站出現(xiàn)大雨，786個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站出現(xiàn)暴雨，100個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站出現(xiàn)大暴雨，1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站出現(xiàn)特大暴雨，最大降水出現(xiàn)在哀牢山東坡的玉溪市新平縣的發(fā)啟站（圖1c），日雨量為264.5 mm。這次強降水過程暴雨區(qū)呈西北—東南向分布，哀牢山西側(cè)的滇西南出現(xiàn)雷電活動，暴雨區(qū)內(nèi)有成片短時強降水，降水持續(xù)時間長，因而累積雨量大。這次云南強降雨天氣過程造成曲靖、玉溪、保山、普洱、臨滄、楚雄、紅河、怒江和德宏等9州市16個縣發(fā)生洪澇和山體滑坡，共10.2萬人受災(zāi)，因災(zāi)死亡9人、失蹤5人、受傷5人，緊急轉(zhuǎn)移安置88人，農(nóng)作物受災(zāi)面積 3127.9 hm2、絕收面積 998.6 hm2，倒塌房屋49間、損壞房屋671間，損失嚴(yán)重。

圖1 2015年10月8日20時至9日20時（a）云南省區(qū)域自動雨量站24小時降水量（單位：mm）；（b）西南對流天氣24小時累計監(jiān)測分布；（c）云南省玉溪市新平縣發(fā)啟站逐小時雨量（單位：mm） Fig. 1 (a) The rain chart from 20:00 BT Oct.8 to 20:00 BT Oct.9 (units: mm)； (b) the distribution of severe convection, and (c) the hourly rain graph at Faqi station (unit: mm)

2 影響系統(tǒng)

2.1 孟加拉灣低壓

2015年10月5日08時，孟加拉灣中部有一熱帶低壓（16.1°N，90.5°E）生成，隨后以15～20 km·h-1的速度向偏北方向移動，8日08時（圖2a）受副高外圍西南氣流引導(dǎo)轉(zhuǎn)為東北向，之前強度變化不大，隨著孟加拉灣低壓向北移過20°N進入孟加拉灣北部后明顯加強；8日20時（圖2b）在孟加拉國吉大港附近登陸，登陸后繼續(xù)向東北方向緩慢移動，低壓云系隨之影響云南，降水開始。低壓云系中持續(xù)出現(xiàn)的中尺度對流云帶（圖2c～e）是造成短時強降水的重要原因，9日20時（圖2f）孟加拉灣低壓云系有所減弱。從圖3也可看出，孟加拉灣低壓登陸后維持時間長達24 h，低壓東部伴隨深厚的西南低空急流。而孟加拉灣低壓登陸后平均維持時間不超過12 h[2]，可見孟加拉灣低壓登陸后維持時間長是造成這次極端暴雨的重要原因之一。

圖2 FY-2E紅外云圖 （a）8日08時；（b）8日20時；（c）9日00時；（d）9日08時；（e）9日14時；（f）9日20時 Fig. 2 Infrared images of FY-2E satellite at (a) 08:00 BT Oct. 8, (b) 20:00 BT Oct. 8, (c) 00:00 BT Oct. 9, (d) 08:00 BT Oct. 9, (e) 14:00 BT Oct. 9, and (f) 20:00 BT Oct. 9

2.2 昆明準(zhǔn)靜止鋒

在孟加拉灣低壓北上登陸的同時，500 hPa西風(fēng)帶經(jīng)歷了一次低槽東移過程，槽后西北氣流引導(dǎo)中低層冷空氣南下（圖3a）。700 hPa在四川以北的316 dagpm冷高壓前沿東北氣流與來自孟加拉灣低壓的西南氣流在云南東北部生成一條西北—東南向的切變線 （圖3b）。在800 hPa云南近地面也有切變線位于哀牢山東坡（圖3c）。由于切變線后部冷高壓勢力強，有利于切變線南壓并越過哀牢山，9日20時切變線位于滇西南。地面昆明準(zhǔn)靜止鋒8日20時位于哀牢山東部，之后向西翻越哀牢山，9日20時影響滇西南（圖3d）。

在500 hPa低槽后部西北氣流引導(dǎo)下，700 hPa和800 hPa切變線及昆明準(zhǔn)靜止鋒影響云南，正好和登陸的孟加拉灣低壓相遇，強冷空氣和強暖濕氣流相互作用并長時間對峙造成此次云南極端暴雨天氣過程，強降水落區(qū)與700 hPa切變線及昆明準(zhǔn)靜止鋒走向基本一致。

3 水汽條件

孟加拉灣低壓活動過程中雖未達到風(fēng)暴標(biāo)準(zhǔn)，但8日20時登陸時其東部800 hPa到500 hPa層次出現(xiàn)了西南風(fēng)急流，使得云南大部整層可降水量達25～40 mm，整層可降水量大于35 mm范圍覆蓋了滇中及以西以南廣大地區(qū)，具備強降水的必要水汽條件。分析700 hPa水汽通量散度演變過程，8日20時暴雨開始醞釀時，水汽通量散度達-20×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，8日20時后700 hPa切變線加強南壓，同時孟加拉灣低壓東部的西南急流移近云南，水汽輻合不斷增強，9日02時（圖4a）水汽通量散度增強至-80×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，實況顯示這期間出現(xiàn)了大范圍暴雨，到9日20時（圖4b～4d）在暴雨區(qū)持續(xù)強水汽輻合?？梢?，伴隨著孟加拉灣低壓西南低空急流影響，700 hPa切變線加強了水汽輻合，中低層水汽長時間強烈輻合為強降水發(fā)展提供了有利條件。

4 垂直上升運動

4.1 高、低空急流作用

圖3 8日20時高空形勢圖 （a）500 hPa；（b）700 hPa；（c）800 hPa；（d）昆明準(zhǔn)靜止鋒動態(tài)圖 Fig. 3 The situation chart at 20:00 BT Oct. 8 at (a) 500 hPa, (b) 700 hPa, and (c) 800 hPa, and (d) the developing graph of Kunming quasi-stationary front

8日20時200 hPa高空西風(fēng)急流位于34°N附近，同時700 hPa孟加拉灣低壓東部出現(xiàn)低空急流。整個暴雨期間，高低空急流都在加強，高空急流入口區(qū)右側(cè)高層輻散區(qū)下方正好是低空急流前方的低層輻合區(qū)，使高空急流的次級環(huán)流得到加強。9日08時，200 hPa（圖5a）高空急流超過60 m·s-1，高層輻散達50×10-6s-1，700 hPa（圖5b）西南低空急流增強至24 m·s-1，低層輻合加強，云南境內(nèi)輻合強度達-40×10-6s-1，高層輻散低層輻合有利于暴雨區(qū)上升運動的發(fā)展加強。

從暴雨區(qū)的緯向流場剖面可見，暖濕氣流傾斜上升到300 hPa附近下沉，形成一個橫越高空急流的次級環(huán)流圈，暴雨區(qū)位于急流次級環(huán)流上升支中，垂直運動得到強烈發(fā)展（圖5c）。

4.2 鋒面抬升作用

暴雨發(fā)生前昆明準(zhǔn)靜止鋒維持在云貴交界處，由于近地層冷高壓勢力加強，使得其前沿貴州、廣西一帶東北風(fēng)加強，靜止鋒向西越過哀牢山。8日20時近地層800 hPa假相當(dāng)位溫密集區(qū)沿哀牢山呈西北—東南向，9日02時鋒后東北風(fēng)加強（圖6a），鋒面坡度抬高有利于強對流發(fā)展。8日20時到9日02時隨著昆明準(zhǔn)靜止鋒加強，孟加拉灣低壓外圍的中尺度對流云團被組織成一條沿鋒面分布的α中尺度對流云帶（圖2c），短時強降水頻繁出現(xiàn)。9日08—20時（圖6b～6d），隨著鋒后東北風(fēng)進一步加強，鋒面向西推進越過哀牢山，滇西南中尺度對流云帶迅速發(fā)展起來（圖2e），強降水持續(xù)出現(xiàn)。

另外，從暴雨區(qū)假相當(dāng)位溫和垂直環(huán)流剖面可以看出，鋒區(qū)附近假相當(dāng)位溫線密集，鋒區(qū)伸展到700 hPa附近，受鋒面抬升，暴雨區(qū)上空出現(xiàn)強盛的上升氣流，垂直速度高達-250×10-3hPa·s-1，而且上升氣流范圍大?？梢姡h面抬升有利于上升運動強烈發(fā)展，為暴雨提供了必要的動力條件（圖6e）。

5 條件性對稱不穩(wěn)定

分析云南區(qū)域的對流有效位能（CAPE）發(fā)現(xiàn)，由于孟加拉灣低壓東北移，低壓東部的西南氣流向云南哀牢山西側(cè)的滇西南輸送了大量不穩(wěn)定能量，8日20時（圖7a）位于昆明準(zhǔn)靜止鋒前的滇西南CAPE值為200～1100 J·㎏-1，到9日14時（圖7b）滇西南CAPE值仍高達200～1200 J·㎏-1，另外從圖7c～7d可見，哀牢山東側(cè)為對流穩(wěn)定區(qū)（θse500-θse800＞0），哀牢山西側(cè)為對流不穩(wěn)定區(qū)（θse500-θse800＜0），滇西南受西移越過哀牢山的昆明準(zhǔn)靜止鋒觸發(fā)，對流不穩(wěn)定能量先后釋放出現(xiàn)強對流天氣，這是滇西南出現(xiàn)了雷暴天氣和短時強降水較多的重要原因。

圖4 700 hPa水汽通量矢量（箭矢）和水汽通量散度（單位：10-8g·hPa-1·cm-2·s-1）及全風(fēng)速（單位：m·s-1，陰影≥12 m·s-1） （a）9日02時；（b） 9日08時；（c） 9日14時；（d）9日20時 Fig. 4 The water vapor flux vector (arrow), moisture flux divergence (units: 10-8g·hPa-1·cm-2·s-1) and whole wind (units: m·s-1，shadow≥12 m·s-1) at (a) 02:00 BT Oct. 9, (b) 08:00 BT Oct. 9, (c) 14:00 BT Oct. 9, and (d) 20:00 BT Oct. 9

由以上分析可知，哀牢山西側(cè)的暴雨為對流性降水，東側(cè)為穩(wěn)定性降水，20時以后哀牢山東側(cè)靜止鋒后部存在近飽和的對流穩(wěn)定層結(jié)（圖7c～7d），并且風(fēng)向由低層偏東風(fēng)向中高層偏西風(fēng)順轉(zhuǎn)，垂直風(fēng)切變明顯。對稱不穩(wěn)定是大氣在垂直方向上對流穩(wěn)定和水平方向慣性穩(wěn)定的情況下，氣流作傾斜上升運動仍然可能發(fā)生的一種不穩(wěn)定，潮濕大氣中的對稱不穩(wěn)定稱為條件性對稱不穩(wěn)定（CSI）。由濕位渦理論[10]可知，濕位渦MPV＜0是大氣發(fā)生CSI的充要條件，MPV在等壓面上的水平分布狀況可以反映出CSI的區(qū)域和強弱，濕位渦已被應(yīng)用于低緯高原地區(qū)[11]。8日20時后，暖濕氣流受地形及鋒面抬升作傾斜上升運動，條件性對稱不穩(wěn)定能量釋放，強降水發(fā)展，哀牢山東側(cè)暴雨區(qū)上空存在一帶狀MPV負(fù)值區(qū)（圖8a），9日02時，MPV負(fù)值區(qū)分布在昆明準(zhǔn)靜止鋒及700 hPa切變線附近（圖8b）?？梢?，孟加拉灣低壓東部的西南低空急流受地形和鋒面抬升作傾斜上升運動，CSI不穩(wěn)定能量得到釋放，促使垂直渦度和強降水發(fā)展。因此，CSI是此次極端暴雨的重要形成機制。

圖5 9日08時（a）200 hPa高空急流(陰影，單位：m·s-1）與散度（實線，單位：10-6s-1）；（b）700 hPa低空急流（陰影，單位：m·s-1）和散度（虛線，單位：10-6s-1）及流場（風(fēng)矢）；（c)暴雨區(qū)（24°—27°N）沿102°E緯向流場（流線）剖面和相對濕度（實線條）垂直剖面合成圖 Fig. 5 (a) The upper level jet (shadow, unit: m·s-1) and divergence (solid line,unit:10-6s-1) at 200 hPa, (b) low level jet (shadow, unit: m·s-1), divergence (dashed line,unit:10-6s-1) and flow field (wind arrow) at 700 hPa, and (c) the vertical section synthesis of flow field (streamline) and relative humidity (solid line) along 102°E at 08:00 BST Oct. 9

6 結(jié) 論

1）在孟加拉灣低壓和昆明準(zhǔn)靜止鋒共同作用下，強冷空氣和強暖濕氣流長期對峙造成云南極端暴雨，暴雨落區(qū)沿昆明準(zhǔn)靜止鋒和700 hPa切變線分布，強度大、范圍廣。

2）孟加拉灣低壓為暴雨過程提供了源源不斷的水汽輸送，在700 hPa切變線和昆明準(zhǔn)靜止鋒作用下水汽輻合明顯加強。

3）高低空急流的有利配置促進高空急流次級環(huán)流上升支發(fā)展，同時在鋒面抬升作用下，暴雨區(qū)上升運動得到大大增強。

4）西南暖濕氣流受地形和鋒面抬升作傾斜上升運動，有利于條件性對稱不穩(wěn)定能量釋放。

圖6 800 hPa假相當(dāng)位溫（實線，單位：K）、流場（風(fēng)矢）、全風(fēng)速（陰影，單位：m·s-1）分布圖 （a. 9日02時，b. 9日08時，c. 9日14時，d. 9日20時）和暴雨區(qū)（98°—102°E）沿24°N經(jīng)向垂直流場（流線）及假相當(dāng)位溫（單位：K）剖面合成圖（e. 9日08時) Fig. 6 The potential pseudo-equivalent temperature (solid line, units: K), flow field (wind arrow) and whole wind (shadow, units: m·s-1) at 800 hPa at (a) 02:00 BT Oct. 9, (b) 08:00 BT Oct. 9, (c) 14:00 BT Oct. 9, and (d) 20:00 BT Oct. 9, and (e) the vertical section synthesis of flow field (streamline) and potential pseudo-equivalent temperature (unit: K) along 24°N at 08:00 BT Oct. 9

圖7 CAPE（單位：J·kg-1）分布圖（a. 8日20時，b. 9日14時）和 θse500-θse800（單位：K）分布圖（c. 8日20時，d. 9日02時） Fig. 7 The distribution of CAPE (unit: J·㎏-1) at (a) 20:00 BT Oct. 8 and (b) 14:00 BT Oct. 9 and the distribution of θse500-θse800 (units: K) at (c) 20:00 BT Oct. 8 and (d) 02:00 BT Oct. 9

圖8 （a）8日20時500 hPa上MPV水平分布圖；（b）9日02時沿24°N過暴雨區(qū)（100°-102°E）MPV經(jīng)向垂直剖面圖 （單位：1 PVU=10-8 m2·s-1·K·kg） Fig. 8 (a) The horizontal distribution of MPV on 500 hPa at 20:00 BST Oct. 8； (b) The vertical section synthesis of MPV along 24°N (unit: 1PVU=10-8m2·s-1·K·kg) at 02:00 BT Oct. 9