何 鈺 陳小華 李耀孫 尹麗云 李華宏

1 云南省氣象臺，昆明 650100 2 云南省人工影響天氣中心，昆明 650100

提 要： 統(tǒng)計分析了2014—2016年5—10月國家站共出現(xiàn)的219站次有效短時強降水及云南省7部多普勒天氣雷達資料，將云南省副熱帶高壓(以下簡稱副高)外圍的短時強降水進一步細分為兩高(青藏高壓和西太平洋副高)輻合類、單純副高外圍類及副高西側配合西風槽類。初步得出以下結論：8月為云南省副高外圍類短時強降水的高發(fā)期且降水時段集中在午后及前半夜；兩高輻合類降水沿著輻合區(qū)呈顯著的帶狀分布特征，降水強度強、落區(qū)相對集中。單純副高外圍類降水主要位于滇南地區(qū)，存在三個強降水中心。副高西側配合西風槽類降水主要位于云南省的邊緣地區(qū)，落區(qū)較為分散；三類降水回波主體平均強度均在35～45 dBz，平均持續(xù)9個體掃；近1/4的回波出現(xiàn)回波傾斜及強回波梯度特征，且降水明顯強于未出現(xiàn)的回波，一定程度上可以作為判斷降水強度的參考依據(jù)；三類降水的最強雷達回波頂高及垂直累積液態(tài)含水量出現(xiàn)的時間均同最強回波出現(xiàn)的時間基本一致或略有滯后；兩高輻合類的垂直風廓線中有近一半的個例在低層存在西南風或西風氣流，對應明顯的暖平流輸送特征。隨著降水發(fā)展與副高外圍晴空區(qū)相對應的無資料區(qū)的逐漸消失則是單純副高外圍類降水的垂直風廓線表現(xiàn)最為明顯的特征。副高西側配合西風槽類降水開始前后均存在高空西北氣流入侵及中層風切變特征，與低槽后部帶來的冷平流及冷暖氣流交匯相對應。

引 言

西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)是影響我國天氣的重要系統(tǒng)之一，它的東西擺動及與周圍各類天氣尺度系統(tǒng)之間的相互作用是引發(fā)我國降水及各類強對流天氣發(fā)生的重要原因(朱乾根等，2007)。由于副高自身的性質、強度及位置千變萬化，使得副高邊緣地帶的天氣變幻莫測，因此一直以來對副高邊緣地區(qū)的天氣預報都是一大難點。段旭等(2003)討論了一例非汛期發(fā)生在滇西南的特殊暴雨過程，此次過程強降雨落區(qū)位于副高外圍的西南氣流中，通過濾波后發(fā)現(xiàn)在有利的大尺度環(huán)流背景下，中小尺度系統(tǒng)觸發(fā)了對流的不穩(wěn)定能量釋放，進而造成了此次副高邊緣的暴雨過程。張騰飛等(2005)討論了一次發(fā)生在副高外圍偏南氣流及倒槽共同影響下的帶狀回波中尺度雨帶的形成過程，指出副高外圍的偏南氣流為降水提供了充沛的水汽，同時回波及雨帶平行于高空倒槽并偏向高壓外圍偏南暖濕氣流一側。周雨華等(2006)分析了湖南省4次典型的副高邊緣暴雨天氣過程，按照影響系統(tǒng)將其分為暖式切變線降水、冷式切變線降水和低槽降水三類，并分別討論了各類的雷達回波及速度場特征；指出回波的形態(tài)、強度及移動方向與副高及低空急流的位置和移動密切相關；而徑向速度圖上表現(xiàn)出的低空急流、逆風區(qū)、冷鋒和高空的大風核等都是暴雨發(fā)生發(fā)展的典型回波特征。龍利民等(2007)討論了在副高短暫的東西進退過程中，配合西北側西風槽及暖濕氣流所引發(fā)的一次強對流天氣過程，并詳細分析總結了其雷達回波及徑向速度場特征。趙賢產等(2007)分析了副高脊線北側一次局地冰雹天氣的雷達回波特征，并得出了一些對冰雹天氣具有重要指示意義的現(xiàn)象及特征。徐遠波等(2009)分析了湖北省十堰市一次副高邊緣的突發(fā)性大暴雨過程，指出副高的東西擺動為此次大暴雨過程提供了最關鍵的大氣環(huán)流背景，且前期由副高及輻合區(qū)形成的高溫高濕環(huán)境為此次過程積累了有效的不穩(wěn)定能量，從而觸發(fā)了γ中尺度系統(tǒng)，引發(fā)了局地大暴雨。崔粉娥等(2015)利用常規(guī)觀測資料、再分析資料及T639模式預報產品研究了兩次典型的副高邊緣配合高空槽引發(fā)的大暴雨過程，指出可通過分析副高邊緣的水汽通量輻合區(qū)、不穩(wěn)定能量及垂直上升運動條件來判斷是否存在中尺度對流系統(tǒng)的觸發(fā)機制，從而判定大暴雨落區(qū)。支樹林等(2015)利用常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星、雷達及再分析資料，對發(fā)生在贛西的一次至災性大暴雨過程進行了全面的分析，指出此次過程受副高邊緣暖濕氣流加強、高空槽及冷空氣的共同影響，衛(wèi)星上表現(xiàn)為β中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展，雷達上則表現(xiàn)為中尺度渦旋及強偏南風，對應強輻合及水汽輸送條件。李江波等(2019)統(tǒng)計分析了2000—2013年共69個河北省副高外圍類暴雨天氣過程個例，按照副高形態(tài)特征將其分為3類，得出不同類型的環(huán)流場和物理量特征，并指出強降水位于584或588 dagpm線外圍、低層700和850 hPa及地面系統(tǒng)附近。

短時強降水是1 h雨量達20 mm及以上或3 h雨量達50 mm及以上的降水(俞小鼎，2013)，其發(fā)生時間短、降水效率高、致災性強，同時還伴隨其他強對流天氣發(fā)生，利用衛(wèi)星、雷達等高時空分辨率的資料對這一類強對流天氣進行跟蹤觀測也是目前監(jiān)測強對流天氣的重要手段之一。李德俊等(2011)通過分析雷達產品中組合反射率因子強度、垂直累積液態(tài)含水量(VIL)、VIL密度、垂直風廓線(VWP)等各因子的特征，總結出了適合湖北省恩施山區(qū)的強冰雹和短時強降水的臨近預警指標。孫瑩等(2011)利用雷達回波形態(tài)特征將桂林短時暴雨回波分為6類概念模型，并綜合分析了各類型的天氣形勢背景、反射率因子、徑向速度及各類導出產品的特征，建立了適合本地的暴雨雷達回波概念模型，為該地區(qū)進行短時暴雨臨近預報提供參考。郝瑩等(2012)分析了安徽省16年來典型的短時強降水個例，并根據(jù)影響天氣系統(tǒng)及環(huán)流背景將其分為3類，同時通過雷達回波分析指出短時強降水對應有兩種回波結構：低質心和高質心；速度場上表現(xiàn)出的中小尺度輻合、低空急流加強等也可以作為短時強降水預警的重要指標。

云南省的短時強降水是發(fā)生頻率較高的一類強對流天氣，由于其夜雨特征明顯，加上云南多山地的復雜地形地貌，使得云南省的短時強降水局地性強、預報難度大。根據(jù)前期統(tǒng)計的結果，主汛期發(fā)生在云南省最多的便是副高外圍類短時強降水(何鈺等，2018)。近幾年，對于云南省強對流天氣的研究也不少。張崇莉等(2011)從雷達反射率因子、基本徑向速度、VIL及VWP等因子出發(fā)，對比分析了麗江地區(qū)冰雹及短時強降水雷達回波特征的異同點。馬紅等(2011)分析了滇東北三次副高邊緣暴雨過程，指出其對流回波帶均沿副高邊緣呈SW—NE向，強降水位于回波帶西南端；而徑向速度場上表現(xiàn)出的逆風區(qū)、低空急流及中尺度輻合線等均對暴雨的落區(qū)預報具有重要指示意義。段鶴等(2011)對2004—2009年近6年發(fā)生在滇南地區(qū)(普洱和西雙版納)的強對流災害性天氣進行了統(tǒng)計，詳細討論了各類災害性天氣(冰雹、大風和短時強降水)對應的回波形態(tài)特征、中心強度、徑向速度、風場及典型的物理量場特征。段鶴等(2014)進一步統(tǒng)計了2年內發(fā)生在滇西南地區(qū)，小時雨量≥30 mm的短時強降水過程共計500多次，根據(jù)其回波強度及輻合特征將其分為低質心弱輻合型、低質心輻合型和高質心短時強降水三類，并分別討論了各自的回波形態(tài)及移動特征、徑向速度場及風場演變特征，輻合切變量和VIL與降水強度的關系等。

目前應用雷達對副高外圍這一單獨短時強降水類別的研究還較少，因此本文主要基于前期統(tǒng)計工作基礎，并參考云南省強降水的各類分型特征(許美玲等，2011；許宏波等，2016)，利用MICAPS 4.0系統(tǒng)分析常規(guī)觀測高空資料，同時利用雷達PUP軟件及云南省人工影響天氣中心開發(fā)的省市縣三級一體化3D雷達分析顯示軟件，進一步將這一類發(fā)生頻次高、預報難度大的短時強降水細分為：兩高(青藏高壓和西太平洋副高)輻合類、單純副高外圍類及副高西側配合西風槽類，通過分析其時空分布特征，并分類總結其對應的基本反射率因子、基本徑向速度、回波頂高(ET)、VIL和VWP等特征，進一步總結在某一類特定的天氣環(huán)流形勢背景下，對短時強降水的臨近預報具有較好指示意義的一套具有時間尺度小、空間分辨率高、實用性強的高分辨率資料配置方案，提高云南省短時強降水的預報預警準確率。

1 資 料

由于欠缺2012—2013年云南省雷達基數(shù)據(jù)資料，為了與雷達分析所用樣本一致，本研究根據(jù)前期定義的全省性短時強降水過程選取標準(何鈺等，2018)，統(tǒng)計了2014—2016年云南省62個副高外圍類短時強降水過程個例，其中單純副高外圍類為24個，兩高輻合類為23個，副高西側配合西風槽類為15個。同時提取了低于第99%分位短時強降水為219站次，其中兩高輻合類短時強降水為89站次，是云南省副高外圍類短時強降水最多的類別。副高西側配合西風槽類及單純副高外圍類短時強降水均為65站次。

2 云南省各類短時強降水的時空分布特征

2.1 時間分布特征

根據(jù)前期統(tǒng)計結果，可知7月和8月準正壓類短時強降水發(fā)生頻次較高，且集中出現(xiàn)在16—18時及02—05時(何鈺等，2018)。從圖1a統(tǒng)計也可看出，三類短時強降水發(fā)生頻次最多的月份均在8月，統(tǒng)計時段內5月和10月副高外圍類短時強降水發(fā)生的概率極低。同時，從圖1b可以看出，10—12時幾乎沒有副高外圍類短時強降水的發(fā)生，其發(fā)生時段仍然集中在午后及前半夜。這與陳炯等(2013)統(tǒng)計的中國暖季短時強降水的時空分布特征基本一致。

2.2 空間分布特征

從圖2a可以看出兩高輻合類短時強降水對應的兩個高壓系統(tǒng)分別位于西藏東部到緬甸中北部以及長江中下游到華南地區(qū)，分別稱為青藏高壓和西太平洋副高。短時強降水沿著兩高輻合區(qū)，呈西北—東南向帶狀分布特征，且降水強度強、覆蓋范圍廣。其中≥50 mm的降水大值區(qū)分別位于麗江東部、楚雄中部、昆明、玉溪東部、曲靖、文山北部、紅河南部及西雙版納南部地區(qū)，對應的國家站為：華坪、永勝(麗江)、祿豐(楚雄)、昆明、太華山、尋甸、宜良(昆明)、澄江(玉溪)、羅平(曲靖)、西疇、丘北(文山)、金平、紅河、建水(紅河)及勐臘(西雙版納)。

從圖2b可以看出單純副高外圍類短時強降水對應的副高587 dagpm線的脊線位于26 °～28 °N，西伸脊點位于98°E附近。從降水分布來看，受副高控制的滇中及以北大部地區(qū)降水稀少，站點累積降水量基本小于35 mm;短時強降水則集中出現(xiàn)在受副高外圍影響的滇西南及滇南地區(qū)，累積降水量≥35 mm，且存在三個明顯的大值區(qū)：德宏東部—保山西部—臨滄北部、普洱東部—紅河西部—文山東部邊緣。對應的累積降水量≥50 mm的國家站站點為：芒市(德宏)、龍陵(保山)、綠春、金平、屏邊(紅河)、江城、墨江、思茅(普洱)和富寧(文山)。曲靖、昆明東部、紅河北部及大理地區(qū)幾乎沒有此類短時強降水發(fā)生。

副高西側配合西風槽類短時強降水的落區(qū)由于每個個例的西風槽及副高的相對位置不同，導致累積降水分布不均勻：當西風槽及副高之間的輻合區(qū)偏西偏北時，降水主要位于滇西北地區(qū)；當兩者之間的輻合區(qū)偏南時，則降水主要位于滇南地區(qū)。即短時強降水落區(qū)與西風槽前及副高587 dagpm線之間的輻合區(qū)相對應。從圖2c可以看出此類短時強降水的副高587 dagpm線平均位于滇東南的文山地區(qū)，同時西風槽線的平均位置從陜西南部到四川中東部再延伸至云南省的麗江南部、大理北部及怒江南部一帶，因此降水主要分布在滇中及以東以南地區(qū)。其中強降水主要位于受西風槽前抬升、副高外圍熱力作用及地形強迫共同影響的云南省邊緣地區(qū)，因此降水落區(qū)較前兩類呈現(xiàn)出比較分散的特征。對應的累積降水量≥50 mm的國家站站點為：麗江、綏江(昭通)、沾益、曲靖、富源(曲靖)、河口、江城(紅河)、景谷(西雙版納)、龍陵(保山)及楚雄。

綜上所述，兩高輻合類降水沿著輻合區(qū)發(fā)展，呈現(xiàn)帶狀分布特征，且降水強度強、覆蓋范圍廣；單純副高外圍類的短時強降水沿著副高587 dagpm線外圍分布，位于滇南地區(qū)，并存在三個明顯的大值區(qū)；副高西側配合西風槽類短時強降水落區(qū)與西風槽前及副高587 dagpm線之間的輻合區(qū)相對應。其中強降水主要位于受西風槽前抬升、副高外圍熱力作用及地形強迫共同影響的云南省的邊緣地區(qū)。上述分析結論對于預報員判斷一定天氣形勢下短時強降水的分布及強降雨落區(qū)具有很好的指導意義。

圖1 2014—2016年5—10月云南省各類型短時強降水的逐月(a)及逐時(b)分布特征Fig.1 Monthly (a) and hourly (b) distributions of various types of short-time severe rainfall in Yunnan Province from May to October in 2014-2016

圖2 2014—2016年云南省各類型短時強降水平均高度場(實線，單位：dagpm)及累積降水(填色)分布特征 (a)兩高輻合類，(b)單純副高外圍類，(c)副高西側配合西風槽類Fig.2 Mean height field (solid line, unit: dagpm) and cumulative precipitation (colored) distribution characteristics of various types of short-time severe rainfall in Yunnan Province during 2014-2016 (a) Qinghai-Tibet high and western Pacific subtropical high convergence category, (b) simple peripheral of subtropical high category, (c) west side of subtropical high with westerly trough category

3 云南省各類短時強降水的雷達回波特征

由于臨滄及曲靖雷達于2016年才投入業(yè)務應用，所以本研究只基于云南省原有的7部CIN-CC天氣雷達基數(shù)據(jù)，并除去缺少雷達基數(shù)據(jù)及位于雷達探測邊緣的短時強降水站點，本節(jié)用于雷達分析的有效站點共計156站次，其中兩高輻合類短時強降水為64站次，單純副高外圍類為54站次，副高西側配合西風槽類為38站次。下文對這156站次國家站短時強降水發(fā)生時段內的雷達回波特征做統(tǒng)計分析，分別得出各類型短時強降水的雷達回波特征。

3.1 回波形態(tài)特征

將降水過程中回波主體反射率因子值<35 dBz的回波稱為層云降水回波；將35 dBz≤回波主體反射率因子值<45 dBz的回波稱為層積混合云降水回波；將回波主體反射率因子值≥45 dBz的回波稱為積云降水回波。據(jù)統(tǒng)計，各類短時強降水回波均以層積混合云為主，這與段鶴等(2011)統(tǒng)計的滇南地區(qū)短時強降水主要為層積混合云相一致。從云狀及出現(xiàn)次數(shù)來看：各類中出現(xiàn)最多的均為塊狀回波，三類所占比例分別為42%、60%及56%；絮狀回波次之。說明云南省副高外圍類短時強降水發(fā)生的局地性較強，回波以分散的塊狀分布為主，預報難度加大，這與何鈺等(2018)統(tǒng)計得出的結論相一致。從云型加云狀所對應的平均小時降水量對比分析來看(表略)：絮狀的層積混合云、帶狀的層積混合云(積云)所帶來的短時強降水平均小時降水量最大，為30～40 mm；其次是絮狀的積云、塊狀的層積混合云(積云)帶來的短時強降水，平均小時降水量為25～30 mm；層云平均小時降水量則為20～30 mm。說明絮狀及帶狀的層積混合云或積云由于強度強、覆蓋范圍廣且持續(xù)時間長使得小時降水量大。

從過程時段內伴隨的其他強對流天氣來看，兩高輻合類出現(xiàn)1例冰雹天氣和2例大風天氣；單純副高外圍類出現(xiàn)1例冰雹天氣和10例大風天氣；副高西側配合西風槽類出現(xiàn)3例大風天氣。雷暴出現(xiàn)的范圍除了單純副高外圍類大于短時強降水落區(qū)外其余兩類都與降水落區(qū)基本一致，與降水系統(tǒng)有顯著的對應關系?？芍獑渭兏备咄鈬惗虝r強降水伴隨的其他強對流天氣多且強度強，落區(qū)預報難度大，致災性更嚴重。

表1 2014—2016年云南省各類短時強降水的回波形態(tài)特征及統(tǒng)計時段內伴隨的其他強對流天氣Table 1 Echo morphological characteristics of various types of short-time severe rainfall and other severe convective weather in statistical period in Yunnan Province during 2014-2016

3.2 反射率因子、徑向速度及其垂直剖面特征

從回波強度及持續(xù)時間的統(tǒng)計來看(表略)，兩高輻合類、單純副高外圍類和副高西側配合西風槽類短時強降水的回波主體平均強度均在35～45 dBz，平均持續(xù)9個體掃，約為54 min。最強回波強度平均為50 dBz，持續(xù)2個體掃。相應平均質心高度分別為：7.9、4.8和3.9 km。一定程度上說明了兩高輻合類由于輻合區(qū)穩(wěn)定少動，對流發(fā)展旺盛，使得回波整體伸展高度較高，云體較厚，降水持續(xù)時間長且強度強；而副高西側配合西風槽類云體發(fā)展高度較低，說明隨著低槽及副高的東移或擺動，回波還來不及向上發(fā)展到較高的高度便隨著系統(tǒng)移動。單純副高外圍類短時強降水的質心高度則介于兩者之間。同時，如果將≥50 dBz回波的平均高度與0 ℃ 層高度相比，高于0 ℃層的為高質心，低于0 ℃ 層的為低質心(段鶴等，2014)，則統(tǒng)計得出大部分個例為低質心短時強降水，只有少數(shù)為高質心短時強降水。從統(tǒng)計結果來看，短時強降水的平均中心強度及質心高度遠遠低于冰雹云回波(段鶴等，2011)，也可以據(jù)此將兩類回波區(qū)分開來。

雖然形符能夠劃分眾多漢字的義項，但是存在一些構字能力差、筆畫繁瑣的形符。如，“邑”這一形符指的是城市、都城，通用漢字中僅有“邕、邫、郌、郒、郶、郺、鄨”，且都是筆畫繁多、記憶難度大的漢字。這種構字能力差，出現(xiàn)概率小的漢字，不適宜對留學生進行教學。本文認為，對外漢語教師應該選取一些構字能力強，出現(xiàn)頻率高的形符進行教學。下面就舉例說明：

從三類短時強降水的反射率因子垂直剖面來看(表2)，有近25%的個例表現(xiàn)出了回波傾斜及強回波梯度區(qū)的特征，非常有利于降水回波的持續(xù)及發(fā)展(俞小鼎，2013)。這些回波對應的降水強度平均位于28～30 mm·h-1的降水區(qū)間，相較于未出現(xiàn)這些特征的回波降水強度(平均位于26～28 mm·h-1)要強，其中單純副高外圍類出現(xiàn)了2例回波懸垂，對應的短時強降水量級均>26 mm·h-1。從速度剖面特征來看，兩高輻合類及副高西側配合西風槽類表現(xiàn)出明顯的中層輻合及風暴頂輻散特征，與中低層系統(tǒng)之間的輻合作用有緊密關系。單純副高外圍類出現(xiàn)最多的為高空大風及低層存在前側入流急流，與其伴隨最多的大風天氣個例統(tǒng)計特征相對應。

從雷達基本徑向速度場上的大尺度連續(xù)風場來看，兩高輻合類以偏南風及西北風為主，對應兩個高壓外圍兩股氣流的輻合；單純副高外圍類以東南風及東風氣流為主，與副高南側的東風氣流相對應；副高西側配合西風槽類以西南風為主，對應槽前及副高西側的西南風氣流。平均風速均為4 m·s-1，統(tǒng)計平均最大風速，單純副高外圍類達11 m·s-1；其次是副高西側配合西風槽類，為9 m·s-1；最小為兩高輻合類，為6 m·s-1。在中小尺度風場上，三類短時強降水均表現(xiàn)出明顯的低層輻合特征，同時兩高輻合類出現(xiàn)氣旋性輻合14例，單純副高外圍類出現(xiàn)9例，副高西側配合西風槽類出現(xiàn)4例。通過對降水時段內徑向速度的演變特征統(tǒng)計可知，低層最強輻合及高層輻散出現(xiàn)的時間與強回波出現(xiàn)的時間幾乎一致(圖略)，即當?shù)蛯虞椇锨腋邔訉妮椛⒓訌娀虻蛯映霈F(xiàn)氣旋性輻合時，回波也相應達到最強，而強回波的出現(xiàn)也預示著強降水的發(fā)展或降水的持續(xù)。因此雷達徑向速度場上表現(xiàn)出來的這種輻合輻散特征對于臨近時段內降水的發(fā)展演變具有較好的指示意義(王彥等，2008)。

總的來說，三類短時強降水的回波主體平均強度在35～45 dBz，回波持續(xù)時間長。質心平均高度以兩高輻合類發(fā)展最高，同時近90%的個例為低質心短時強降水。雷達基本徑向速度場上表現(xiàn)出的大尺度連續(xù)風場走向與系統(tǒng)相對應，中小尺度風場表現(xiàn)出低層輻合的特征，部分個例出現(xiàn)氣旋性輻合。從剖面特征來看，近1/4的短時強降水回波出現(xiàn)了回波傾斜及強回波梯度區(qū)特征，且出現(xiàn)這些特征的回波對應的降水強度要明顯強于未出現(xiàn)的回波，一定程度上可以作為判斷短時強降水強度的參考依據(jù)。速度剖面圖上，兩高輻合類及副高西側配合西風槽類均表現(xiàn)出明顯的中層輻合及風暴頂輻散特征，與低層系統(tǒng)相互作用相關聯(lián)。而單純副高外圍類表現(xiàn)為高空存在大風及低層存在前側入流急流，與其伴隨最多的大風天氣個例的統(tǒng)計特征相對應。

表2 2014—2016年云南省各類短時強降水的垂直剖面特征(括號內數(shù)字為出現(xiàn)次數(shù))Table 2 The vertical profile characteristics of various types of short-time severe rainfall in Yunnan Province during 2014-2016 (number of occurrences)

3.3 ET、VIL及VWP特征

選取與短時強降水強度關系緊密的三個物理量進行分析(劉淑媛等，2003；應冬梅等，2007；段鶴等，2011；李華宏等，2012)，從統(tǒng)計結果來看(表3)，各類短時強降水最強回波頂高平均為12～13 km，其出現(xiàn)的時間與最強回波出現(xiàn)的時間相比超前的較少，基本一致及滯后的個例占多數(shù)；從VIL來看，最強VIL的平均值從小到大依次為：兩高輻合類(5.8 kg·m-2)、單純副高外圍類(7.4 kg·m-2)、副高西側配合西風槽類(8.5 kg·m-2)，同時最強VIL出現(xiàn)的時間與最強回波出現(xiàn)的時間基本一致。由于強回波的出現(xiàn)一般預示著強降水的開始，因此ET和VIL大值的出現(xiàn)一定程度上可以作為判斷強降水是否開始的參考依據(jù)。

從VWP的統(tǒng)計特征來看，兩高輻合類短時強降水的中低層風場基本存在風向隨高度順轉或整層風向較一致的特征；同時有近1/3的個例低層存在西南風或西風急流，說明低層暖濕平流為降水區(qū)提供了大量的能量和水汽條件；中高層2～5 km存在風切變特征，風向轉變幾乎達180°，對應兩高之間偏南風與偏北風輻合的風場特征。部分個例降水前存在西南氣流增厚或高空急流下傳的現(xiàn)象，與這類特征對應的短時強降水強度往往大于35 mm·h-1；單純副高外圍類短時強降水則表現(xiàn)為整層風向一致或低層受副高外圍東南風控制，高層轉為偏東風的逆轉特征。降水開始后與副高外圍晴空區(qū)相對應的無資料區(qū)逐漸消失也是這一類VWP表現(xiàn)較明顯的特征。ND的逐漸減少，一定程度上也對應著降水的逐步發(fā)展，這與副高外圍的水汽條件增強也密切相關。副高西側配合西風槽類短時強降水的VWP表現(xiàn)為中低層或整層風向隨高度順轉的特征(低層東南風轉高層槽前偏西風)，降水開始前后存在高空西北氣流入侵及中層風切變的特征，與低槽后部帶來的冷平流相對應。

表3 2014—2016年云南省各類短時強降水的ET、VIL及VWP特征Table 3 The ET， VIL and VWP characteristics of various types of short-time severe rainfall in Yunnan Province during 2014-2016

4 云南省各類短時強降水典型個例分析

4.1 兩高輻合類

2015年7月31日20時至8月1日20時受兩高輻合的影響，云南省國家站累計出現(xiàn)13站次的短時強降水，區(qū)域站累計出現(xiàn)了230站次短時強降水，最大短時強降水量為64.4 mm(紅河河口太陽寨站)，過程期間楚雄雙柏出現(xiàn)了17.8 m·s-1的偏北大風，同時伴隨有明顯的雷暴天氣。從圖3a可以看出：8月1日08時兩個高壓中心分別位于四川西北部及日本南部，滇中及以東以南為兩高輻合區(qū)，輻合低渦中心位于紅河東南部，短時強降水集中出現(xiàn)在低渦及倒槽輻合區(qū)附近(黃色陰影標注為短時強降水集中出現(xiàn)區(qū)域，下同)。下文以麗江永勝、昆明太華山及紅河河口三家寨3個站為代表，分別從回波發(fā)展最強時刻的3D形態(tài)特征、反射率因子及徑向速度垂直剖面(剖面均以雷達中心開始并經過最強回波，下同)和典型的VWP特征來討論雷達回波形態(tài)特征與此類短時強降水強度的對應關系。

從圖3b可以看出(立體顯示部分為回波強度≥45 dBz的回波，下同)：過程時段內，永勝為塊狀層云降水回波，太華山為絮狀層積混合云降水回波，河口三家寨為塊狀積云降水回波。三地回波主體強度及持續(xù)時間分別為：30～35 dBz/8個體掃、40～45 dBz/5個體掃及45～50 dBz/3個體掃。過程時段內回波對應的降水強度分別為31.2、46.3及52.4 mm·h-1。從反射率因子及徑向速度垂直剖面來看(圖3c)：永勝站35 dBz的底高為5.1 km，ET最高達到8.2 km，徑向速度垂直剖面表現(xiàn)出一定的中低層輻合及高層輻散的特征，加上回波持續(xù)時間長，因此雖然是層云降水，但降水強度>30 mm·h-1，降水較強；太華山地區(qū)35 dBz的底高基本維持在2.6 km 且頂高最高達8.9 km，根據(jù)近年來對昆明強降水的統(tǒng)計分析，當強回波出現(xiàn)在低層時均能出現(xiàn)強降水天氣。此次降水反射率因子剖面表現(xiàn)為顯著的回波傾斜，同時在速度圖上出現(xiàn)低層輻合及中高空急流的特征，中低層垂直風切變明顯，非常有利于降水的發(fā)展；河口三家寨站出現(xiàn)35 dBz的高度達到8.6 km，強回波中心也出現(xiàn)在低層，徑向速度垂直剖面圖上則表現(xiàn)為中低層輻合及高層輻散交替出現(xiàn)的特征，高層伴隨急流出現(xiàn)，更加有利于回波的維持及發(fā)展，加上河口地區(qū)特殊的喇叭口地形，使得水汽更容易匯聚(過程時段內河口三家寨站的VIL達11 kg·m-2，遠大于其余兩個站的VIL)，因此小時降水強度更強。從太華山的水平風垂直廓線演變來看，過程時段內，從底層到高層表現(xiàn)為一致的風隨高度順轉，整體風速為4～8 m·s-1，垂直風切變約為2～4 m·s-1·km-1。與前期統(tǒng)計的兩高輻合類的風廓線特征一致。

4.2 單純副高外圍類

2016年8月26日20時至27日20時受副高外圍的影響，云南省國家站累計出現(xiàn)4站次的短時強降水，區(qū)域站累計出現(xiàn)了136站次短時強降水，最大短時強降水量為72.8 mm(普洱江城洛捷村站)，過程前受副高南側強偏東風影響，滇中的玉溪出現(xiàn)了大風及冰雹天氣，同時過程時段內副高南側伴隨有明顯雷暴天氣。從圖4a中可以看出此次過程副高強大，高壓中心位于四川西北部，強度達594 dagpm。全省幾乎位于590 dagpm線控制范圍內。其中590 dagpm線穩(wěn)定位于滇西南地區(qū)，短時強降水集中出現(xiàn)在麗江東部、德宏、保山、臨滄、普洱、西雙版納、玉溪西部、紅河南部及昆明南部。下文以德宏芒市、西雙版納勐海及景洪3個站為代表，分析此類短時強降水的雷達回波特征。

從圖4b可以看出，芒市為絮狀層積混合云降水，勐海及景洪均為同一條帶狀回波中的層積混合云降水。三地回波主體強度及持續(xù)時間分別為：35～40 dBz/7個體掃、30～40 dBz/5個體掃及35～40 dBz/5個體掃。過程時段內回波對應的降水強度分別為52.5、21.5及24.6 mm·h-1。從反射率因子及徑向速度垂直剖面來看(圖4c)：芒市回波發(fā)展高度較高，ET最高達14.2 km，最強時段≥50 dBz 的回波伸展至7 km左右，徑向速度垂直剖面圖上則表現(xiàn)出明顯的0.5°低層大風區(qū)，徑向風速達17.8 m·s-1。存在中低層輻合及高層輻散特征。勐海和景洪則分別位于帶狀回波的尾部和中部，由于回波整體移動方向與發(fā)展方向垂直，降水持續(xù)時間短，強度較弱?；夭ㄉ煺垢叨容^低，位于4 km左右，徑向速度圖上勐海只存在底層弱輻合，景洪回波頂還配合有弱輻散，因此雨量稍強于勐海。從芒市的水平風垂直廓線演變來看，過程時段內，從底層至高層風向逐漸逆轉，2.1～2.7 km為東南風，2.7 km以上為偏東風，整體風速為4～8 m·s-1，垂直風切變約為2～6 m·s-1·km-1。自06：08降水開始后ND逐漸消失，對應前期受副高控制的晴空區(qū)隨著降水發(fā)展而逐漸消失。

4.3 副高西側配合西風槽類

2015年8月12日20時至13日20時受副高西側西風槽東移的影響，云南省國家站累計出現(xiàn)9站次的短時強降水，區(qū)域站累計出現(xiàn)116站次短時強降水，最大短時強降水量為63.5 mm(文山市丘北縣布紅站)，過程發(fā)生時段內受西風槽過境后強西北氣流的影響，玉溪江川及紅河瀘西先后出現(xiàn)了大風天氣，同時過程時段內全省幾乎都伴隨有明顯雷暴天氣。從圖5a中可以看出此次過程西風槽強并不斷東移南壓，13日08時西風槽將副高切斷為兩個高壓，高壓中心分別位于西藏東南部及西太平洋地區(qū)。短時強降水位于西風槽前及副高外圍共同影響的區(qū)域，覆蓋范圍較廣。下文以麗江、普洱景谷及昆明宜良3個站為代表，分析此類短時強降水的雷達回波特征。

從圖5b可以看出，宜良為塊狀積云降水，麗江及景谷均為帶狀層積混合云降水，但麗江帶狀回波組織緊密，強度強，景谷則屬于鑲嵌在帶狀層云降水回波中的積云單體。麗江、景谷及宜良回波主體強度及持續(xù)時間分別為：45～55 dBz/3個體掃、35～45 dBz/7個體掃及40～50 dBz/7個體掃。過程時段內回波對應的降水強度分別為44、27.3及28.4 mm·h-1。從反射率因子及徑向速度垂直剖面來看(圖5c)：麗江回波發(fā)展高度最高，35 dBz的ET最高達11.5 km，且最強時段質心高度達5 km左右，回波存在傾斜特征。徑向速度垂直剖面圖上表現(xiàn)出明顯的0.5°低層大風區(qū)及MARC特征，輻合強度強，正負速度核均大于14 m·s-1，雖然強回波持續(xù)時間不長，但降水效率高，強度強。景谷和宜良回波也存在傾斜特征，但由于回波塊單一，組織性不強，因此降水弱于具有較高組織性的麗江帶狀回波。徑向速度圖上表現(xiàn)出一定的高層輻散，但并無明顯的中低層輻合特征。從宜良的水平風垂直廓線演變來看，過程時段內，表現(xiàn)最明顯的特征為高空偏北氣流的逐漸入侵，隨著降水發(fā)展，4.0～7.3 km的無資料區(qū)逐漸消失，偏北氣流過后5.8～7.9 km的高空又表現(xiàn)為無資料的晴空區(qū)。

圖3 2015年(a)8月1日08時500 hPa高度場(單位：dagpm),(b)7月31日永勝(23:28)、太華山(23:05)及河口 三家寨(21:32)3D回波,(c)對應于上述3個站的反射率因子及徑向速度垂直剖面和(d)太華山(23：51)VWP特征Fig.3 The 500 hPa height field (unit: dagpm) at 08:00 BT 1 August (a), 3-D echoes at the strongest moment in Yongsheng (23：28 BT), Taihuashan (21：32 BT) and Hekou (23：05 BT) on 31 July (b), and the vertical profiles of reflectivity factor and radial velocity at three stations inFig.3b (c), the VWP characteristic of Taihuashan at 23:51 BT 31 July (d) 2015

圖4 2016年8月27日(a)08時500 hPa高度場(單位：dagpm)，(b)芒市(06：08)、 勐海(11：41)及景洪(11：52)3D回波，(c)對應于上述 3個站的反射率因子及徑向速度垂直剖面和(d)芒市(07：00)VWP特征Fig.4 The 500 hPa height field (unit: dagpm) at 08:00 BT 27 August (a), 3-D echoes at the strongest moment in Mangshi (06:08 BT)， Menghai (11:41 BT) and Jinghong (11:52 BT) on 27 August (b)， and the vertical profiles of reflectivity factor and radial velocity at three stations inFig.4b (c)， the VWP characteristic of Mangshi at 07:00 BT 27 August (d) 2016

5 結論與討論

本文將2014—2016年5—10月云南省全省性副高外圍類短時強降水過程進一步分為兩高輻合類、單純副高外圍類及副高西側配合西風槽類，并利用MICAPS 4.0顯示系統(tǒng)及雷達分析軟件，從降水落區(qū)與系統(tǒng)分布、云狀云型、反射率因子及徑向速度垂直剖面特征，以及相關物理量等方面對云南省7部多普勒天氣雷達的基數(shù)據(jù)進行分析，初步得出了以下結論：

(1)8月為副高外圍類短時強降水的高發(fā)期，5月和10月發(fā)生此類短時強降水的概率較低；短時強降水發(fā)生時段集中在午后到前半夜，10—12時幾乎沒有此類短時強降水的發(fā)生。

(2)單純副高外圍類短時強降水主要沿著副高587 dagpm線外圍分布，位于滇南地區(qū)，并存在3個降水大值區(qū)；兩高輻合類的降水沿著輻合區(qū)呈西北—東南向的帶狀分布特征，且短時強降水強度強、范圍廣；副高西側配合西風槽類短時強降水落區(qū)范圍大，降水主要位于槽前及副高587 dagpm線之間，降水大值區(qū)分布在云南省的邊緣地區(qū)。

(3)各類短時強降水均以層積混合云降水為主；從云狀統(tǒng)計來看，各類中出現(xiàn)最多的均為塊狀回波，表明此類短時強降水局地性強，降水落區(qū)相對分散，預報難度大。從云型加云狀所對應的平均降水量對比分析來看，絮狀及帶狀的層積混合云或積云由于強度強、覆蓋范圍廣且持續(xù)時間長使得小時降水量大。

(4)三類短時強降水的回波主體平均強度35～45 dBz，平均持續(xù)9個體掃。近90%的個例為低質心短時強降水。雷達基本徑向速度場上的大尺度連續(xù)風場走向與影響系統(tǒng)相對應，中小尺度風場表現(xiàn)為明顯的低層輻合特征，部分個例出現(xiàn)氣旋性輻合。

(5)從回波的垂直剖面特征來看，近1/4的短時強降水回波出現(xiàn)了回波傾斜及強回波梯度區(qū)的特征，且降水強度要明顯強于未出現(xiàn)的回波，一定程度上可以作為判斷短時強降水強度的參考依據(jù)。速度剖面圖上，兩高輻合類及副高西側配合西風槽類均表現(xiàn)出明顯的中低層輻合及風暴頂輻散特征，與低層系統(tǒng)相互作用相對應。單純副高外圍類表現(xiàn)為高空存在大風及低層存在前側入流急流，與其伴隨有最多的大風天氣個例統(tǒng)計特征相對應。

(6)各類短時強降水的最強ET及最強VIL出現(xiàn)的時間同最強回波出現(xiàn)的時間基本一致或略有滯后；因此ET和VIL大值的出現(xiàn)一定程度上可以作為判斷強降水是否開始的參考依據(jù)。從VWP的統(tǒng)計特征來看，各類均能反映出與影響系統(tǒng)及降水演變相關的明顯特征，對于判斷短時強降水類別進而分析總結降水落區(qū)及強度有很好的補充作用。

由于本文只討論了副高外圍這一類短時強降水的雷達回波特征，而根據(jù)前期統(tǒng)計結果，還有其余四類發(fā)生在云南省的短時強降水類型，因此對于它們的雷達回波特征分析及其與本文中所討論的副高外圍類短時強降水之間的異同點還有待進一步探索研究。隨著數(shù)值預報的精細化及準確率的不斷提高，將高分辨率的衛(wèi)星及雷達實況資料同化到模式中去，進而得到快速更新循環(huán)的模式分析及預報資料已經成為了目前提高短時臨近預報能力的主要手段及必要的發(fā)展趨勢(陳明軒等，2004；鄭永光等，2010；李華宏等，2014；薛諶彬等，2017；劉靜等，2019)，因此這方面的研究有待進一步深入。