王 酈，鄭 芬，董興欣

(云南省文山州氣象局，云南 文山 663000)

0 引言

云南地區(qū)受熱帶、副熱帶天氣系統(tǒng)影響和高原復(fù)雜地形的作用以及南海、孟加拉灣等兩個(gè)水汽輸送帶等因素的影響，強(qiáng)降水天氣過(guò)程頻繁發(fā)生，常造成突發(fā)性局地暴雨并引發(fā)山洪、滑坡泥石流等嚴(yán)重自然災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失[1]，但是云南省冬季強(qiáng)降雨天氣還是比較少。云南省文山州地處低緯高原地區(qū)，位于云南省東南角，地處東經(jīng)103°35′～106°12′，北緯22°40′～24°28′之間，為典型的喀斯特巖溶地貌，其中山區(qū)、半山區(qū)占94.6%，壩區(qū)站5.4%，文山大部分地區(qū)為亞熱帶氣候，年度降雨量主要集中在5～9月份，冬季(12～2月)降水特少，平均降水量在46.8～70.7毫米，僅占年平均降水量的5%，冬季暴雨的發(fā)生更是小概率事件[2]。2019年1月7～9日這次強(qiáng)降雨過(guò)程，是1961年以來(lái)1月份范圍最廣、強(qiáng)度最強(qiáng)的一次暴雨天氣過(guò)程，1月累計(jì)降雨量全州8個(gè)大監(jiān)站中有6個(gè)站突破了歷史極值，東南部?jī)蓚€(gè)站雖然沒(méi)突破歷史極值，但是也接近歷史極值。8個(gè)大監(jiān)站日降雨量也突破了歷史同期極值。現(xiàn)利用常規(guī)氣象資料、FNL 1°×1°再分析資料、雷達(dá)回波等資料對(duì)這次冬季強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析，以期找出冬季暴雨的成因和特點(diǎn)，為冬季強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供參考。

1 天氣過(guò)程概況

2019年1月7～9日云南省中部以南地區(qū)出現(xiàn)了一次較強(qiáng)降水天氣過(guò)程，過(guò)程開(kāi)始時(shí)間為7日下午，較強(qiáng)降雨時(shí)段出現(xiàn)在8日白天至8日夜間，統(tǒng)計(jì)1月7日20時(shí)～9日08時(shí)累積雨量(圖1)，全省有124個(gè)站點(diǎn)超過(guò)100 mm，50～100 mm之間站點(diǎn)有845個(gè)。

這次過(guò)程中，文山州自西向東也出現(xiàn)了大到暴雨、局部大暴雨的天氣，較強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在8日08時(shí)～9日08時(shí)(24小時(shí)最大累積降雨量117.0 mm，出現(xiàn)2站大暴雨)，9日白天降水逐漸減弱，據(jù)統(tǒng)計(jì)7日20時(shí)～9日08時(shí)文山州最大累積降雨量125.9 mm(廣南曙光)，過(guò)程中超過(guò)100 mm的12站，小時(shí)雨量最大為21.4 mm(馬關(guān)測(cè)站)。此次降水天氣過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積雨量大，降水范圍廣的特點(diǎn)，為歷年來(lái)較為罕見(jiàn)的冬季強(qiáng)降水天氣。

從全省區(qū)域自動(dòng)站累計(jì)降水量分布圖(圖1)可以看出，這次降水分布不均，較強(qiáng)降雨主要出現(xiàn)在云南省中部以南地區(qū).而文山州的強(qiáng)降雨主要集中在州中部以西地區(qū)，此次降雨過(guò)程是文山州1961年以來(lái)1月份范圍最廣、強(qiáng)度最強(qiáng)的一次暴雨天氣過(guò)程，1月累計(jì)降雨量全州8個(gè)大監(jiān)站中有6個(gè)站突破了歷史極值，東南部?jī)蓚€(gè)站雖然沒(méi)突破歷史極值，但是也接近歷史極值。8個(gè)大監(jiān)站日降雨量也突破了歷史同期極值。

圖1 2019年1月7月20時(shí)～9日08時(shí)云南省區(qū)域 自動(dòng)站累積降雨量分布圖Fig.1 Cumulative rainfall distribution of regional automatic stations in Yunnan Province from 20∶00 to 08∶00 on January 9，2019

表1 2019年1月份累積降雨量與歷年比較Tab.1 Comparison of cumulative rainfall in January 2019 and the previous years /mm

2 環(huán)流形勢(shì)分析

受深厚南支槽東移的影響，槽前的急流強(qiáng)盛，水汽條件和動(dòng)力條件均較好，配合冷空氣南下影響，冷暖空氣交匯，副熱帶高壓維持少變，導(dǎo)致過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍廣，小時(shí)雨量不大，但是累積降雨量較大。

從500 hPa高度場(chǎng)上看(圖2)，此次暴雨過(guò)程發(fā)生在南支槽東移時(shí)期。7日20時(shí)副熱帶高壓偏西偏南，在20°N以南地區(qū)，從東海、南海一直延伸到中南半島西部邊緣地區(qū)，西脊點(diǎn)位于98°E附近；而阿拉伯海一帶也有個(gè)高壓，脊點(diǎn)位于63°E附近。兩高之間在印度一帶形成一個(gè)槽，槽線位于80°E附近，比較深厚，整個(gè)云南省處于槽前暖濕西南氣流控制中。到9日08時(shí)，阿拉伯海高壓東伸到印度西部沿海一帶(脊點(diǎn)位于78°E)，將南支槽推到95°E附近，槽也略有減弱，沒(méi)有之前深厚；而副熱帶高壓也略為東退。緩慢移動(dòng)的南支槽，使水汽沿著副高邊緣源源不斷的向云南輸送。在整個(gè)降雨過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于500 hPa的槽，700 hPa在對(duì)應(yīng)位置也是兩高維持少動(dòng)，西風(fēng)槽移速緩慢，高低層配合較好，為強(qiáng)降水提供了有利的環(huán)流背景。

從200 hPa流場(chǎng)上來(lái)看(圖3)，7日20時(shí)西南急流不明顯，僅滇西北處于西南急流區(qū)，隨著南支槽的東移，8日08時(shí)急流加強(qiáng)，8日20時(shí)整個(gè)云南處于西南急流區(qū)，副熱帶高壓少動(dòng)，西南急流一直維持，致使降雨時(shí)間較長(zhǎng)。配合地面圖，8日08時(shí)自東向西有弱冷空氣入侵，直至10日08時(shí)冷空氣逐漸減弱。

高空槽發(fā)展東移，強(qiáng)暖濕氣流與南下冷空氣交匯，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，這樣的高低空系統(tǒng)配置為此次暴雨過(guò)程提供了有利形勢(shì)。

圖2 7日20時(shí)(a)、8日20時(shí)(b)和9日08時(shí)(c)500 hPa高度場(chǎng)以及7日20時(shí)(d)、 8日20時(shí)(e)和9日08時(shí)(f)700 hPa高度場(chǎng)Fig.2 The height field of 500 hPa at 20∶00 on 7 January(a)，at 20∶00 on 8 January(b)，at 20∶00 on 9 January(c)； and the height field of 700 hPa at 20∶00 on 7 January(d)，at 20∶00 on 8 January(e)，at 20∶00 on 9 January(f)

圖3 200 hPa 7日20時(shí)(左)和8日20時(shí)(右)高空急流Fig.3 200 hPa upper jet stream at 20∶00 on 7 January(left)and 20∶00(right)on 8 January

3 物理量分析

3.1 水汽條件

根據(jù)對(duì)歷年文山州冬季強(qiáng)降水天氣過(guò)程的總結(jié)，可以看出文山州冬季的暴雨形成主要在于水汽條件維持時(shí)間長(zhǎng)，但是其強(qiáng)度不是很強(qiáng)，需要源源不斷的水汽輸送。這次過(guò)程中，從700 hPa水汽通量上看出，7日20時(shí)文山州一帶有西南水汽通道，但是還比較弱，到8日20時(shí)(圖4a)，西南水汽通道變得更為強(qiáng)盛，水汽源源不斷的從孟灣向云南輸送。700 hPa水汽通量散度場(chǎng)上，7日20時(shí)在文山東部的富寧一帶有個(gè)水汽通量散度輻合中心，中心值為-10×10-6g·s-1·cm-2· hPa-1，到8日20時(shí)(圖4b)，整個(gè)文山州除富寧外，全都處于負(fù)的水汽通量散度大值區(qū)，中心值達(dá)-55×10-6g·s-1·cm-2· hPa-1，表明該地區(qū)有強(qiáng)烈的水汽通量輻合，有大量的水汽流入。

圖4 8日20時(shí)700 hPa水汽通量(a)和水汽通量散度(b)Fig.4 700 hPa water vapor flux(a)and water vapor flux divergence(b)at 20∶00 on 8 January

從此次過(guò)程700 hPa相對(duì)濕度場(chǎng)來(lái)看，7日20時(shí)文山州西部邊緣地區(qū)相對(duì)濕度達(dá)80%左右，其余地區(qū)相對(duì)濕度才60%，濕度條件不太好，對(duì)應(yīng)雨勢(shì)也不強(qiáng)，而從孟加拉灣(90°E)到云南的紅河西部，即南支槽前強(qiáng)盛的西南氣流區(qū)全部維持90%以上高濕區(qū)；到8日08時(shí)，高濕區(qū)迅速發(fā)展，100%高濕區(qū)貫穿云南中部及以南地區(qū)，一直延伸到廣西及貴州一帶，整個(gè)文山州也處于100%的相對(duì)濕度場(chǎng)中，降雨也開(kāi)始加強(qiáng)，100%的濕度一直維持到9日08時(shí)，之后才逐漸東移，在云南片區(qū)逐漸減弱，降雨也逐漸減弱。

3.2 動(dòng)力條件

凌穎等[3]提出產(chǎn)生冬季暴雨的物理?xiàng)l件與強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。在以文山中心點(diǎn)(23.36°N，105.16°E)做的垂直速度剖面圖上(圖5a)可以看出，7日20時(shí)到8日08時(shí)整個(gè)上空沒(méi)有上升運(yùn)動(dòng)，8日14時(shí)至8日夜間，從850 hPa到400 hPa有明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)，中心值達(dá)-2 Pa·s-1，而400 hPa以上則為正值區(qū)，有明顯的低層輻合高層輻散配合，有利于強(qiáng)降雨的形成。9日02時(shí)后垂

圖5 垂直速度剖面圖(a、以文山中心點(diǎn)<23.36°N，105.16°E>，b、沿22°N～25°N、103°E～107°E的剖面)Fig.5 vertical velocity profile(a，<23.36 point N，105.16 degree E>，B，22 degree N to 25 degree N，103 degree E to 107 degrees E)at the central point of Wenshan

直上升運(yùn)動(dòng)減弱，降雨也逐漸減弱；在文山州上空(沿22°N～25°N、103°E～107°E)的垂直速度剖面圖上，最強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在8日20時(shí)，從850 hPa到300 hPa有明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)，中心值為-0.8 Pa·s-1。8日20時(shí)，對(duì)應(yīng)散度場(chǎng)上，700 hPa上100°E～105°E之間均為輻合，500 hPa上為輻散。低層輻合高層輻散，配合強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，為強(qiáng)降雨提供了有利的動(dòng)力條件。

3.3 熱力條件

假相當(dāng)位溫θse是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，它的分布反映了大氣中能量的分布，暴雨區(qū)通常發(fā)生在暖濕舌區(qū)，北側(cè)常有等假相當(dāng)位溫密集帶，即假相當(dāng)位溫鋒區(qū)[4]。8日08時(shí)和8日20時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)上可以看出，滇中及以北地區(qū)存在θse密集帶，文山州位于高能舌前部，表明文山州上空存在大氣層結(jié)不穩(wěn)定，為暴雨發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

4 雷達(dá)資料應(yīng)用分析

4.1 回波強(qiáng)度特征

雷達(dá)回波強(qiáng)度圖(圖6)反映，2019年1月7日午后文山雷達(dá)觀測(cè)區(qū)的西部有大片層狀云降水回波自西向東快速移動(dòng)，13時(shí)左右回波前沿進(jìn)入文山東部，移動(dòng)過(guò)程中大部分降雨回波強(qiáng)度維持在18～32 dBz之間，到20時(shí)降水回波影響整個(gè)文山地區(qū)后減弱成分散塊狀的層狀云弱降水回波，之后局部回波會(huì)發(fā)展加強(qiáng)成片，但覆蓋面積小，影響不均勻，文山州普降小雨，馬關(guān)縣西部大雨。8日05時(shí)，大范圍降雨回波位于文山州西部、北部，且穩(wěn)定少動(dòng)，強(qiáng)度維持在18～40 dBz之間。16時(shí)強(qiáng)回波面積延伸到文山州南部，影響馬關(guān)縣和西疇縣，麻栗坡回波偏弱，北部丘北縣上空的回波開(kāi)始減弱。17∶00～18∶00馬關(guān)縣出現(xiàn)強(qiáng)度>45dBz的強(qiáng)回波，對(duì)應(yīng)此時(shí)段馬關(guān)測(cè)站的小時(shí)降雨量21.4 mm，即為本次大暴雨過(guò)程的最大小時(shí)降雨量。9日凌晨回波強(qiáng)度整體減弱，最強(qiáng)回波35 dBz，回波形狀也由連續(xù)大范圍的片狀降水回波逐漸演變?yōu)殡x散的片狀降水回波，降雨減少，9時(shí)左右降水基本結(jié)束。

文山州主要降雨時(shí)段集中在1月8日，影響范圍主要為北部、西部和南部，東部回波較弱，降雨偏少。此次大暴雨過(guò)程的回波強(qiáng)度特征主要表現(xiàn)為產(chǎn)生強(qiáng)降水的區(qū)域回波強(qiáng)度均大于20 dBz，局部大于45 dBz，強(qiáng)度穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水效率高。降雨量的大小與回波強(qiáng)度、影響時(shí)間密切相關(guān)。

圖6 2019年1月7-9日文山多普勒雷達(dá)0.5°仰角回波強(qiáng)度圖Fig.6 echo intensity of Wenshan Doppler radar at 0.5 ° elevation from January 7 to 9 January，2019

4.2 回波徑向速度特征

雷達(dá)徑向速度圖中(圖7)，開(kāi)始探測(cè)到回波時(shí)西部有大片的負(fù)速度區(qū)，最大風(fēng)速達(dá)-20.1 m·s-1，雷達(dá)站地面為西風(fēng)。隨著回波的不斷東移，0.5°仰角徑向速度圖上空零速度線比較零亂，正負(fù)速度共存，表明回波處于擾動(dòng)調(diào)整中，負(fù)速度區(qū)面積大于正速度區(qū)面積，正速度最大值22.9 m·s-1，負(fù)速度最大值-20.2 m·s-1，產(chǎn)生風(fēng)速輻合，促進(jìn)降水發(fā)生。8日05時(shí)05分，零速度線似為“S”型，基本氣流方向隨高度增加順轉(zhuǎn)，表示有暖平流存在，速度值大小分布也不均勻，距雷達(dá)由近到遠(yuǎn)呈遞增的特征分布，在西南部屏邊附近的負(fù)速度區(qū)的邊緣處有片正速度區(qū)，輻散明顯，強(qiáng)度場(chǎng)上回波較弱。17時(shí)30分，0.5°仰角地面為西北風(fēng)，且出現(xiàn)一對(duì)“牛眼”，測(cè)站南北兩側(cè)30 km范圍正負(fù)徑向速度區(qū)內(nèi)分別有明顯的正、負(fù)速度大值區(qū)，負(fù)值區(qū)最大值12.9 m·s-1，正直區(qū)最大值14.9 m·s-1，正負(fù)徑向速度中心內(nèi)有一低空急流；零速度線凌亂不規(guī)則，負(fù)速度區(qū)中鑲嵌正速度，出現(xiàn)完整閉合的零速度線，正速度區(qū)中也有零速度線延伸，風(fēng)向輻合明顯。3.4°仰角徑向速度上零速度線近似為反“S”型，基本氣流方向隨高度增加逆轉(zhuǎn)，表明有冷平流。文山州上空有冷、暖空氣交匯區(qū)，為降水提供有利條件。

圖7 2019年1月7～8日文山多普勒雷達(dá)0.5°、3.4°仰角回波速度圖Fig.7 Echo velocity map of Wenshan Doppler radar at 0.5 ° and 3.4 ° elevation angles from January 7 to January 8，2019

5 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)2019年1月7～9日這次冬季強(qiáng)降水天氣過(guò)程的分析，得到以下結(jié)論：

(1)此次冬季暴雨過(guò)程是受南支槽加深東移、配合弱冷空氣南下，冷暖空氣交匯、促發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放而產(chǎn)生的強(qiáng)降雨天氣。過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累積雨量大、降水范圍廣、回波強(qiáng)度穩(wěn)定等特點(diǎn)。

(2)副熱帶高壓的穩(wěn)定維持，致使降雨時(shí)間加長(zhǎng)。700 hPa存在強(qiáng)烈的水汽輻合。低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)、強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)和大氣層結(jié)的不穩(wěn)定，為此次強(qiáng)降雨的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力和熱力條件。

(3)過(guò)程期間，回波強(qiáng)度不強(qiáng)(維持在18～40 dBz之間)，穩(wěn)定少動(dòng)，有明顯的風(fēng)速輻合，促進(jìn)降雨的發(fā)生。

結(jié)果表明，冬季要出現(xiàn)強(qiáng)降雨過(guò)程，必須要在較深厚的南支槽和冷空氣的配合下才能產(chǎn)生，南支槽為降雨提供了有利的水汽條件，而冷暖空氣交匯觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放也為強(qiáng)降雨的形成提供了必要條件，副熱帶高壓的穩(wěn)定維持，致使降雨一直維持。因此，冬季的強(qiáng)降雨，與南支槽的位置及強(qiáng)度、冷空氣的強(qiáng)度、副熱帶高壓的位置密切相關(guān)。