滇中一次局地大暴雨的中尺度特征分析

連鈺 朱莉 閔穎

摘要 針對2017年6月19日云南中部易門局地大暴雨過程，使用ERA5 0.25°×0.25°再分析資料、國家站和加密自動站觀測數據、多普勒雷達和FY-2G衛星資料，分析此次過程的環流形勢和中尺度特征。結果表明，700 hPa切變線和地面輻合線的共同作用導致易門局地大暴雨的發生;地面輻合線在滇中長時間維持，有利于對流系統的發展。衛星云圖上，中尺度對流系統在移動過程中與多個對流系統合并，使之不斷發展增強。對流云團云頂亮溫等溫線密集區處于易門上空時，對應地面強降水的發生。雷達圖上，19日21：00—22：00中尺度對流系統發展旺盛并滯留在易門上空，降水形式以積云性降水為主;20日01：00—02：00多個對流系統合并增強后東移到達易門，對流回波高度較前一日21：00—22：00低，降水形式為層云和積云混合性降水。

關鍵詞 大暴雨;切變線;地面輻合線;中尺度系統;滇中

中圖分類號 P458.1+21.1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0191-06

Abstract Largescale circulation pattern and mesoscale features of a local rainstorm event happened over Yimen，Yunnan on June 19th 2017 were analyzed using the data from ERA5 0.25°×0.25° reanalysis，ordinary observations and automatic station observations，Doppler weather radar and FY2G satellite. The results showed that a shear line at 700 hPa level and a convergence line at the surface were the dominant synoptic systems for this local rainstorm event，among which the convergence line retained its strength for long，favoring the development of convection systems. Shown on the satellite images，a mesoscale convective system continuously merged with other convective systems along its moving path，making the convective system develop continuously.When the gradient of cloud top balck body temperature was high over Yimen，heavy precipitation occurs at surface. Shown in the radar echo charts，a mesoscale convective system developed and stayed above Yimen at 21：00-22：00，June 19th，with the convective precipitation as the main precipitation type. At 01：00-02：00，June 20th，multiple convective systems merged and arrived at Yimen，for which the echo height of convective were lower than those at 21：00-22：00，June 19th. The precipitation in this 2-hour period was mixed with convective and stratiform precipitation.

Key words Rainstorm;Shear line;Surface convergency line;Mesoscale system;Central Yunnan

近年來，隨著全球氣候的不斷變暖，局地性暴雨有多發和頻發的趨向，容易引發次生災害，如城市內澇、山洪、泥石流等。在有利的環流形勢下，中小尺度系統的觸發易導致局地性暴雨的發生[1-5]，而對其準確的預報是近年來研究的難點之一。云南位于低緯高原，由于其地形比較復雜，局地暴雨常具有落區多變等特點。國內氣象學者為此進行了深入的研究，段旭等[6]通過分析2001年秋季的一次暴雨發現在副高外圍西南氣流控制充沛水汽的背景下，中尺度輻合線和負值擾動導致了暴雨的產生。馬紅等[7]通過對3次副高邊緣的局地暴雨進行診斷分析，指出3次暴雨落區均與逆風區對應較好，逆風區較暴雨的發生有1 h的提前量。許美玲等[8]通過分析云南4次突發性特大暴雨過程，發現低渦切變線配合西南氣流的輻合促進水汽和能量的累積，500 hPa干侵入時導致大氣對流不穩定形成而觸發暴雨的發生。馬志敏等[9]通過分析昆明一次突發性暴雨過程，MCS原地生消且維持時間短是此次降雨時間短、雨量大的主要原因。以上研究成果加強了對云南局地暴雨的認識，為提高暴雨預報準確率提供了依據。

隨著地面探測系統的不斷完善，許多學者對引發暴雨的中小尺度系統的研究取得了很多有意義的成果。何立富等[10]對南京一次特大暴雨進行中尺度特征分析，發現低層中尺度輻合線觸發MαCS的生成，低空急流脈動和凝結潛熱釋放促進MαCS的發生發展。李青春等[11]通過分析北京夏季一次局地暴雨發現誘發暴雨的主要系統是近地層輻合線。楊霞等[12]研究指出地面中尺度輻合線和中尺度低壓對新疆一次局地短時大暴雨過程有觸發作用。筆者利用ERA5 0.25°×0.25°再分析資料、衛星和多普勒天氣雷達資料、地面觀測資料，針對2017年6月19—20日云南易門一次局地大暴雨過程，研究其中尺度對流系統的發生、發展及結構特征，以期進一步加深對云南局地暴雨天氣的認識。

1 降水過程概況

受短波槽、切變線和地面輻合線的共同影響，2017年6月19—20日云南出現進入汛期后的首場全省性大雨過程。6月19日20：00—20日20：00，全省125個國家站中，出現1站大暴雨、6站暴雨，其中24 h累積雨量最大值為玉溪市易門站145.7 mm（圖1），突破57年以來的歷史極值（1961年以來），最大小時雨強出現在20日02：00，為45.9 mm。此次易門局地大暴雨強降水范圍集中，降水持續時間長，具有較突出的中尺度特征。強降水導致易門龍泉街道、浦貝鄉、十街鄉等地方出現了明顯的洪澇災害。

從易門站逐小時降水演變可以看出（圖2），降水主要集中在6月19日21：00—20日06：00，持續約10 h。降水隨時間的演變呈現雙峰值，第1個降雨量峰值出現在19日21：00—22：00，第2個峰值出現在20日01：00—02：00，第2個降雨量峰值大于第1個峰值，最大小時降雨量為45.9 mm。

2 環流形勢特征

6月19日20：00，500 hPa高度上（圖3a），青藏高原東部的短波槽東移至云南省昭通地區，云南省北部地區受短波槽后的西北氣流控制，槽后西北風帶有弱的冷平流南下。與此同時，青藏高原南側90°E附近有低槽存在，云南省南部地區受高原

南側低槽前的偏西氣流控制;700 hPa高度上（圖3b），切變線北部—曲靖南部一線，切變前部為來自孟灣的偏西氣流，切變后部為高壓環流底部的偏東氣流，切變兩側有風速的輻合。從地面風場可以看出，偏東和偏南氣流在滇中的楚雄、玉溪、紅河中部形成地面輻合線，輻合線呈西北—東南向分布。中尺度分析表明（圖4），700 hPa切變線以及地面輻合線均位于云南中部，地面輻合線的位置較700 hPa切變線位置略偏西南;700 hPa 滇中及以南地區為顯著濕區，地面濕舌位于滇中及以東地區，對流層低層濕層深厚。由于易門沒有探空，選取離易門最近的昆明站的T-lnp圖（圖5）可以看出，從低層到高層濕層深厚，抬升凝結高度較低，0 ℃層在5 km左右，且500～700 hPa 有一定的垂直風切變，有利于短時強降水的發生。

3 中尺度特征分析

3.1 700 hPa流場和地面流場的中小尺度特征

分析700 hPa切變線的發展演變情況（圖6）發現，19日17：00，東北氣流沿四川盆地東部南下，切變線南壓進入云南，位于麗江東部—楚雄北部—曲靖中部一線;19日19：00，切變線后部的偏北氣流加強，使切變線繼續南壓至麗江西部—楚雄中部—昆明南部一線，其中在楚雄東部和昆明南部有中尺度低渦的出現;中尺度低渦的動力抬升促進低層氣流的輻合上升。19日20：00—22日03：00，中尺度低渦消失，轉為氣旋式的切變在麗江西部—楚雄中部—玉溪北部維持近7 h。

很多研究發現，邊界層輻合線是觸發對流的關鍵因素[13-14]。利用逐小時地面風場資料分析地面流場的中小尺度特征，由于此次研究區域為滇中地區，圖7中僅畫出影響此區域的地面輻合線。由圖7可見，6月19日20：00，地面南北向輻合線位于楚雄西北部—楚雄中部—昆明西南部—玉溪北部，東西向輻合線位于昆明南部—楚雄南華一帶，地面1 h 強降水主要位于楚雄西北部—楚雄中部—昆明西南部—玉溪北部，強降水主要位于南北向輻合線附近以及東西向輻合線后側的偏北氣流中。南北向輻合線位于易門的南側。雷達圖上，對應的易門南側有對流生成，此時易門降水還未開始;21：00—22：00，南北向輻合線移至易門中部，偏西和偏東氣流在易門輻合，有利于維持對流發展，雷達圖上，易門縣南側的對流云團移至易門上空后停留約2 h，此時易門降水開始發展，小時雨強為20 mm;20日00：00—03：00，南北向輻合線略向南壓至易門的南側，輻合線附近不斷有新的對流系統生成，多個對流系統合并增強后東移至易門，此時易門小時降雨量達到最大值;04：00—08：00，地面輻合線東移至昆明南部—玉溪東部，輻合線移出易門，易門降水減弱。綜上所述，地面輻合線在云南中部維持近8 h，促進中尺度對流系統的生成、維持和發展，進而促進降水的發展，降水持續時間長，累積雨量大。

47卷10期 連 鈺等 滇中一次局地大暴雨的中尺度特征分析

3.2 衛星云圖的中尺度特征

利用6月19—20日風云2G衛星TBB圖（圖8），并結合逐小時降水量分布對比分析可以看出，19日19：00—20：00，楚雄北部出現一個中-γ尺度的對流云團（簡稱B），B對流云團TBB≤-32? ℃的冷云面積為18 150 km2左右。21：00，對流云團B呈西北—東南向發展增大，TBB≤-32? ℃冷云團從楚雄北部向玉溪北部發展，此時對流云團等溫線密集區附近降水發展，14個區域站的小時降水量≥10.0 mm，玉溪北部易門的強降水也開始發展，小時雨強為22.9 mm;此時，麗江東部有新的中尺度對流云團（簡稱C）生成。22：00，對流系統B和C合并為長條形的β中尺度對流系統（簡稱D），對流云團冷云中心向南發展，且有多個TBB≤-52? ℃的冷云中心生成;玉溪北部出現TBB≤-60? ℃的冷中心，易門位于對流云團等溫線密集帶附近（即對流云團的西南側），易門小時降雨量為19.5 mm。19日23：00—20日00：00，中尺度對流云團D向南發展與對流系統A合并增強，形成中β對流系統E，TBB≤-60? ℃冷中心面積發展擴大至6 050 km2左右，對流系統E達到成熟階段。中尺度對流系統E與西南部的對流系統發展結合（簡稱F），在成熟階段維持2 h，對流系統中心位置移速緩慢。20日01：00—02：00，TBB≤-52? ℃的冷云中心向北發展，易門上空等溫線密集帶梯度增大，易門降水增強，最強小時降雨量為45.9 mm。20日03：00，帶狀云系整體南壓，等溫線密集帶也隨之南移，易門降水減弱。綜上可以看出，對流系統在向南移動的過程中，與多個對流系統合并，使之發展增強。當發展強盛的對流云團TBB等溫線梯度大值區位于易門上空時，對應地面強降水的發生。

3.3 多普勒雷達回波的中尺度特征

3.3.1 中尺度對流系統的發展演變特征。

從圖2可以看出，易門站的強降水主要集中在2個時段，分別為19日21：00—22：00和20日01：00—02：00。在此利用雷達回波強度和徑向速度資料，對易門產生強降水的原因做進一步分析。20：03，昆明多普勒雷達的基本反射率因子圖上，易門縣南側有對流系統形成，并在西南風的作用下移至易門上空。20：51—21：15，位于易門上空的回波呈塊狀分布，強中心>50 dBz;從徑向速度場可以看出，0.5°、2.4°和4.3°的仰角上，易門上空為風場的輻合;在6.7°仰角的徑向速度場上（圖9），出現對流頂輻散的特征，最高在10.0°的仰角上也維持輻散區;由此可知，對流系統向上發展高度較高，對流發展旺盛;此時，易門小時降雨量為23.0 mm。21：20—21：32，塊狀回波主體略向東南移動，強度為40 dBz的回波處于易門上空，>45 dBz的回波面積擴大為原來的2倍，且有多個>50 dBz的對流強中心生成;強回波區對應不同高度仰角的徑向速度場上（0.5°、2.4°和4.3°）均為風場的輻合，而在6.7°仰角的徑向速度場上，出現對流頂輻散的特征，對應易門小時降雨量為19.5 mm。00：20—01：35，在易門縣南側地面輻合線附近有多個對流系統生成，對流系統合并增強后東移到達易門，此時，易門上空為>40 dBz的強回波覆蓋;0.5°和2.4°仰角的徑向速度場上易門上空為風場輻合，4.3°仰角上，易門上空表現為對流頂輻散特征，可見此時次對流系統較上2個時次相比發展相對較弱。綜上可以看出，19日21：00—22：00對流系統在易門上空停留約2 h，對流系統中低層輻合、高層輻散，促使對流系統發展旺盛，地面輻合線對對流單體的維持起重要作用。20日01：00—02：00，多個對流系統合并增強后東移到達易門上空，并帶來強降水。

3.3.2 中尺度對流系統的垂直結構特征。

根據云降水微物理理論，暖云的厚度為抬升凝結高度到0 ℃層之間的高度，0～-20? ℃層高度為冰水混合層，-20～-40? ℃層為冰雹增長層[15]。沿圖10首圖上過易門站的黑色直線做剖面，選取影響易門強降水對流系統的剖面進行分析（圖10）。19日20：21—20：57，對流單體的回波頂發展至10～12 km，中心強度≥40 dBz的回波向上發展至7 km左右;20：45，≥45 dBz的強質心向上發展至7 km左右，對流系統發展旺盛;20：51，強質心減弱后下降至5.5 km左右。結合昆明站19日20：00的探空可以看出，0 ℃高度為5 km左右，19日20：00—21：00，易門強降水屬于以積狀云為主的混合性降水回波，由冰水混合層和暖云層共同造成的降水。20日00：00—02：00，對流單體回波頂發展至10～11 km，≥40 dBz的強回波主體位于5 km 以下的暖區中，對流單體分散地鑲嵌于大片層狀云回波中，回波基本反射率因子梯度較小，是以層狀云為主的混合性降水回波，主要由暖云層造成的降水，降水效率高，對應實況較大雨強。

4 結論與討論

利用常規和加密自動站觀測資料、ERA5 0.25°×0.25°再分析資料、FY-2G衛星TBB資料和多普勒雷達資料，對2017年6月19—20日易門局地大暴雨的中尺度特征進行分析，得到以下結論：

（1）在500 hPa短波槽的引導下，700 hPa切變線和地面輻合線共同導致了滇中易門局地大暴雨天氣。地面輻合線在滇中長時間維持，促使中尺度對流系統的生成、維持和發展。

（2）衛星云圖上，中尺度對流系統在移動過程中與多個對流系統合并，使得此對流系統不斷發展增強，≤-60? ℃冷云中心在對流云團中長時間維持。TBB等溫線密集區在易門上空維持，對應地面強降水的發生。

（3）從雷達回波看出，19日21：00—22：00，中尺度對流系統持續存在于易門上空，對流云系發展旺盛，降水形式以積云性降水為主;20日01：00—02：00，多個對流系統合并增強后東移到達易門，對流回波高度較前一日21：00—22：00低，降水形式為層云和積云混合性降水。

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