2020年秋季一次冷鋒切變影響的滇東南災害性暴雨過程分析

張 蕾

文山州氣象臺，云南文山 663000

滇東南地處云南省東南部巖溶石山區，包括文山州和紅河州兩地，由于受多種天氣系統影響，暴雨頻發，常引發山洪、城鎮內澇、滑坡和泥石流等災害，給人民生命財產造成了巨大損失[1-2]。2020年9月23日滇東南出現了一次區域性的大到暴雨、局部大暴雨天氣過程，造成兩地10縣（市）出現不同程度的暴雨洪澇及次生災害。據統計，此次過程共造成滇東南地區農作物受災1 290.01 hm2、成災795.43 hm2、絕收371.6 hm2，農業經濟損失達1 120.65萬元，導致各類直接經濟損失約4 371.53萬元，給人民生產生活帶來嚴重影響。利用常規觀測資料、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析資料、衛星和多普勒雷達資料，從環流形勢，水汽、熱力及動力條件，中尺度對流云團（MCS）和雷達回波演變特征等方面，分析了此次滇東南區域性暴雨過程，在一定程度上提高此類災害性天氣降水強度和落區的預報準確率，減少暴雨致災損失。

1 過程天氣概況

根據2020年9月22日14:00至23日14:00滇東南412個雨量站統計：兩地共出現大暴雨11站、暴雨100站、大雨210站，最大累計降水量出現在紅河州的河口縣洞坪22隊站為214.3 mm（圖1a畫圈處）。過程期間強對流天氣特征明顯，滇東南和曲靖南部出現大范圍密集的閃電活動，在暴雨區域還伴隨出現明顯的短時強降水，短時強降水分布范圍廣，累計出現130站次，最大小時雨強為河口縣洞坪22隊站76.0 mm/h（圖1b）。

圖1 2020年9月22日14:00～23日14:00云南省累計降水量（a）和短時強降水（b）

2 天氣環流背景

暴雨發生前（9月22日08:00），100 hPa南亞高壓中心位于印度半島北部，500 hPa亞洲中高緯為兩槽一脊環流形勢，高空槽位于云南北部，西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）西進斷裂，在滇緬之間形成一個高壓單體（圖略）。暴雨暴發時（23日02:00），南亞高壓整體東移，整個云南地區位于高空東風急流入口區右后側，且東風急流有所加強，輻散環境較好，為暴雨的發生提供了有利的高空輻散抽吸作用（圖2a）。高空槽逐漸東移引導低層冷空氣南下，副高繼續加強西伸，滇緬高壓中心向西南移至孟加拉灣海域，588線西脊點延伸至12°N，82°E附近，此時整個滇東南地區恰好處于2個高壓的輻合區內，屬于云南第二類兩高輻合[3]。受副高主體外圍的偏南氣流和滇緬高壓外圍西南氣流共同影響，有利于孟加拉灣和南海的水汽同時向滇東南上空輸送，為此次降雨過程提供了十分有利的水汽條件（圖2b）。暴雨結束時（23日14:00），副高繼續西伸北抬，588線西脊點已延伸至80°E以西，西南水汽通道受阻。

圖2 2020年9月23日02:00 100 hPa風場

在低層，暴雨開始時（22日20:00）700 hPa上昆明至文山一帶為弱的偏西氣流輻合，850 hPa切變線南壓至文山北部一帶，與地面冷鋒位置基本對應，切變線呈西北—東南—東北走向，南側為來自孟加拉灣的西南氣流，北側為大陸冷高壓外圍的東北氣流，且后方冷空氣勢力增強，此時為兩股氣流交匯（圖略）。暴雨暴發時（23日02:00）700 hPa輻合區略向西移至紅河一帶，此時文山受偏南氣流影響，紅河受西南氣流影響，給暴雨的維持提供了源源不斷的水汽，850 hPa切變線南壓至文山中南部、紅河中部一帶并伴隨出現了低渦中心，位置仍與地面冷鋒位置一致，由于副高阻擋緩慢向西南方向移動，切變線南側為來自孟加拉灣的西南氣流和南海的偏南氣流，北側為偏北氣流，冷暖空氣勢力相持，此時為三股氣流交匯維持，整個滇東南地區出現大范圍強降雨（圖3）。23日08:00 700 hPa輻合區仍在紅河一帶維持并加強，850 hPa切變線緩慢壓至紅河西部到南部一帶，造成紅河西部和南部地區出現局地強降雨，之后，隨著850 hPa切變線和地面冷鋒向西移出滇東南，強降雨過程趨于結束（圖略）。綜上，副高西進過程中斷裂出滇緬高壓，滇東南恰好處于兩高輻合區內，配合850 hPa切變線和地面冷鋒造成此次滇東南區域性暴雨。

圖3 2020年9月23日02:00 700 hPa（a）、850 hPa（b）流場（填色為風速大小，單位：m/s）和地面風場疊加24 h變壓場（c）

3 物理量分析

3.1 水汽條件

從850 hPa水汽通量（圖4a）來看，暴雨暴發時存在2支水汽輸送通道，一支是來自孟加拉灣的西南氣流，另一支是來自南海的偏南氣流，水汽通量稍有減弱但仍然維持，這與許美玲等[4]研究云南突發特大暴雨過程的水汽通量變化特征一致，此時西南氣流水汽通量中心為20 g/（hPa·s·cm），偏南氣流水汽通量中心為8 g/（hPa·s·cm），2支通道同時為滇東南上空提供充沛的水汽。從850 hPa上水汽通量散度來看，22日20:00滇東南水汽通量輻合迅速增強，中心值為-50×10-8g/(cm2·hPa·s)，此時強水汽輻合區與850 hPa切變線和地面冷鋒位置相吻合，曲靖南部、文山北部有分散的短時強降水出現；23日02:00水汽通量輻合相對減弱但仍然維持在-25×10-8g/(cm2·hPa·s)，此時滇東南出現了大范圍強降水（圖4b）。

圖4 2020年9月23日02:00 850 hPa水汽通量（a）和水汽通量散度（b）

3.2 熱力條件

選取22日20:00蒙自站的T-lnP圖（圖5）代表滇東南的層結性質，蒙自站對流有效位能為1 754.7 J/kg，有較強的不穩定能量蓄積。通過高低層的溫差可判別大氣的穩定性狀況，蒙自站T500-700為16.6 ℃，層結不穩定[5]。蒙自站濕層比較深厚，850 hPa比濕為16 g/kg，且T-lnP圖呈細長型，暖云層厚度為3.5 km，有利于短時強降水天氣的發生和高效率降水的產生。從風場的垂直分布上來看，蒙自站0～6 km垂直風切變較弱僅為0.6 m/s，且在850～700 hPa為東南風和西北風交匯，冷暖氣流在此碰撞十分劇烈，也有利于強降水的產生。以上綜合分析表明，滇東南地區較滇中地區上空的大氣層結不穩定，有較強的不穩定能量蓄積，擁有較高的降水效率，且冷暖氣流在此碰撞劇烈，有利于短時強降水的產生。

圖5 蒙自站2020年9月22日20:00 T-lnP圖

3.3 動力條件

從紅河南部大暴雨中心河口縣洞坪22隊站（圖6）來看，22日下午開始上升運動開始增強，垂直上升運動區從近地面延伸至200 hPa高度，23日08:00洞坪22隊站在850 hPa和300 hPa出現2個強上升運動中心，最大上升速度達-0.6 Pa/s，與強降雨時段對應。滇東南地區強烈的上升運動將低層積聚的水汽向上抬升，同時觸發不穩定能量釋放造成局地大暴雨。

圖6 2020年9月22日08:00至23日14:00河口縣洞坪22隊站垂直速度（單位：10-1Pa/s）時空剖面圖

4 中尺度對流云團演變特征

通過對衛星云圖進行分析，清楚地揭示了造成此次暴雨過程的中尺度系統的演變過程，MCS的發展和移動與此次暴雨及短時強降水的落區有十分密切的聯系。22日16:00地面冷鋒到達楚雄北部—昆明中部—曲靖南部一帶時，由于地面氣溫和露點溫度均較高，不穩定能量強，地面冷鋒附近不斷有對流云團初生，其中曲靖南部和貴州黔西南州與百色交界處露點溫度較周圍區域更高（達到20 ℃以上），云團A和云團B迅速發展為塊狀（圖7a）；19:00地面冷鋒仍在原地維持，曲靖與紅河交界處不斷有對流云團初生后與A云團合并，B云團繼續發展并向南移至百色西部，曲靖中部和西部有云團C和D生成發展，此時A、B、C云團中均有短時強降水發生（圖7b）；22:00地面冷鋒略向南壓，在滇緬高壓外圍西偏北氣流的引導下，4個對流云團逐漸靠攏合并增強為MCS并向東南發展，云團結構緊密，形狀呈橢圓形，有3個白亮中心，且文山與廣西交界處仍不斷有對流云團新生并入MCS，此時MCS內發生大范圍短時強降水（圖7c）；23日03:00隨著地面冷鋒南壓至紅河北部—文山中南部一帶，由于滇東南區域擁有更高的露點溫度，MCS在文山中部加強，此時在越南與老撾交界處即冷鋒西南方暖區一側也有一對流云團F生成發展（圖7d）；07:00暖區對流云團F向東北方移動到紅河南部時合并入地面冷鋒云系E中，導致MCS繼續維持（圖7e），造成河口縣洞坪22隊站150.4 mm/3 h的強降雨；直到11:00后，紅河上空對流MCS云型結構逐漸松散，隨著地面冷鋒移出紅河境內，強降雨也隨之結束（圖7f）。中尺度對流云團不斷生成與合并且長時間維持造成此次滇東南區域出現大范圍暴雨及短時強降水。

圖7 2020年9月22日16:00至23日11:00 FY-2G紅外云圖疊加地點面冷鋒

5 結論

（1）副高西進過程中斷裂出滇緬高壓，滇東南恰好處于兩高輻合區內，配合850 hPa切變線和地面冷鋒造成此次滇東南區域性暴雨。

（2）滇東南存在2支水汽輸送通道：一支是來自孟加拉灣的西南氣流，另一支是來自南海的偏南氣流，2支水汽通道同時在滇東南上空匯合，850 hPa水汽通量強輻合區與切變線和地面冷鋒位置相吻合。

（3）滇東南地區上空的大氣層結不穩定，有較強的不穩定能量蓄積，有較高的降水效率，且冷暖氣流在此碰撞十分劇烈，有利于短時強降水及暴雨的產生。

（4）滇東南地區有劇烈的垂直上升運動，大暴雨中心垂直上升運動區從近地面延伸至200 hPa高度，上升運動最強時段與強降雨時段對應。

（5）在冷鋒附近，地面露點溫度高的區域對流云團更易發展，中尺度對流云團不斷生成與合并且長時間維持造成此次滇東南區域出現大范圍暴雨及短時強降水。