滇西短時強降水的時空分布特征

許宏波, 謝屹然, 謝銀劍

(1.云南省保山市氣象局，云南保山 678000；2.云南省氣象臺，云南昆明 650034；3.劍川縣職業高等中學，云南劍川 671300)

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滇西短時強降水的時空分布特征

許宏波1, 謝屹然2*, 謝銀劍3

(1.云南省保山市氣象局，云南保山 678000；2.云南省氣象臺，云南昆明 650034；3.劍川縣職業高等中學，云南劍川 671300)

摘要利用2010～2013年滇西12個自動氣象站逐時降水資料和高空觀測資料，研究了滇西短時強降水的時空分布特征，并分析典型短時強降水過程的環境背景場特征。結果表明，滇西短時強降水的頻次的空間變化總體趨勢呈南北向分布，大值中心在龍陵站；滇西短時強降水頻次有顯著的年變化；短時強降水集中發生在5～9月；日變化呈多峰型，最強峰值出現在04：00～05：00；滇西短時強降水存在5種環流概念模型。

關鍵詞短時強降水；時空分布；環境背景場；滇西

短時強降水是指短時間內降水強度較大，其降雨量達到或超過某一量值(一般定義≥20 mm/h)的天氣現象，是一種強對流的重要形式。由于短時強降水歷時短、降水強度大，其在短時間內形成的較大降水可形成暴洪，常誘發中小河流洪水、山洪、山體滑坡和泥石流等災害，造成重大經濟損失和人員傷亡[1-2]。由于短時強降水突發性強、成因復雜且預報難度大，因此，加強對其時空分布和影響天氣系統的研究對預報預警具有非常重要的意義。

云南地處低緯高原，地形地貌復雜，同時受印度和東亞2支季風的共同影響，局地暴雨和短時強降水頻發。云南氣象工作者利用常規氣象資料和多普勒天氣雷達對短時暴雨個例進行了研究，結果表明，受特殊地形和地貌影響，云南短時強降水的發生發展局地性很強，各地差異明顯[3-7]。云南西部(滇西)的保山、大理、德宏、臨滄地區地處低緯高原，位于孟加拉灣西南暖濕氣流進入我國的前沿地帶，境內橫斷山脈延綿，怒江、瀾滄江兩江深切，地形地貌復雜，天氣氣候差異顯著[8-9]。短時強降水一般是在一定的大尺度天氣背景下，由中小尺度強對流風暴直接造成，因此，利用逐時降水資料對滇西地區短時強降水天氣的時空變化及影響天氣系統進行研究，建立短時強降水過程天氣概念模型，對短時強降水天氣預報準確率的提高和氣象防災減災能力的提升具有重要的科學價值和現實意義。筆者利用滇西12個自動氣象站逐時降水資料和高空觀測資料，研究了滇西短時強降水的時空分布特征。

1資料與方法

該研究中所指的滇西地區是指德宏多普勒雷達探測范圍內的區域(圖1)，探測范圍內的國家級自動氣象站有12個，包括德宏州的5個縣站和保山市的5個縣站以及臨滄市的永德和鎮康2個縣站(圖2)。所用資料主要為2010～2013年常規氣象地面和高空觀測資料。其中地面資料主要是地面降水資料。

收集統計2010～2013年滇西短時強降水(≥20 mm/h)過程。短時強降水資料統計主要來源于國家級自動氣象站逐小時觀測資料。以 20:00為日界，在一天之內德宏多普勒雷達覆蓋區內的國家級自動觀測站只要有一個站降水量≥20 mm/h，就定義為一次短時強降水。在分析短時強降水的過程中，引入國家級測站周邊的區域自動站的降水資料進行綜合分析，并在其他常規氣象資料分析統計的基礎上，對短時強降水的主要影響天氣系統和環流背景做分型統計，總結適合該區域的短時強降水天氣概念模型。

注：紅色方框為研究區域的站點。Note: Red box was the station in research region.圖1　云南和滇西的地形Fig.1　Topography of Yunnan and west Yunnan Province

圖2　德宏雷達和其探測范圍內的國家級自動站分布情況Fig.2　Distribution of Dehong radar and the national automatic stations within detection zone

2滇西短時強降水的時空分布特征

2.1時間分布特征

2.1.1年變化。從圖3可以看出，滇西短時強降水的頻次每年均有顯著差異。2010年滇西短時強降水共發生60次，但在2011和2012年分別僅有37和38次，2013年又恢復至64次。這種變化主要與2009～2012云南處于連續4 a干旱的氣候背景有關[10]。在干旱氣候背景條件下，孟加拉灣附近的印緬槽不活躍或偏弱，不利于水汽向云南輸送。同時，云南局地的對流相對常年偏弱。因此，2011～2012年滇西短時強降水明顯減少；2010年雖然云南大部分處于干旱，但滇西和滇西北降水偏多[10]，滇西短時強降水發生次數基本保持正常。說明滇西短時強降水發生次數的變化與該地區的

圖3　2010～2013年滇西短時強降水年變化Fig.3　Annual change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

圖4　2010～2013年滇西短時強降水月變化Fig.4　Monthly change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

旱、澇氣候背景密切相關。

2.1.2月變化。從圖4可以看出，2010～2013年滇西短時強降水發生頻次的月變化分布4 a基本均一致，總體呈單峰型分布，4～8月強降水頻次逐步升高，8月達最強，9月開始降低，10月迅速降低，整體呈現緩慢升高、迅速降低的特點。11月～次年3月滇西地區無短時強降水過程發生。這與南亞夏季風活動的特點密切相關，南亞夏季風5月中旬前后建立，7月底達到鼎盛，9月迅速南撤[11]。

2.1.3日變化。陳炯等[12]研究表明我國總體平均的短時強降水的頻率和最大強度的日變化有3個峰值，主峰在午后(16：00～17：00)，次峰在午夜后(01：00～02：00)和早晨(07：00～08：00)；中午前后(10：00～13：00)最不活躍。不同區域的短時強降水和中尺度對流系統日變化具有不同的活躍時段和傳播特征，具有單峰型、雙峰型、多峰型和持續活躍型等日變化類型，這不僅與較大尺度的天氣系統環流相關，且與地勢、海陸等地理分布密切相關。經統計(圖5)，在2010～2013年滇西區域國家氣象觀測站共發生短時強降水199次，每年短時強降水的日變化均有差異，平均來看，滇西短時強降水的日變化呈多峰型；短時強降水在01：00～02：00有一峰值，發生頻次最多集中在04：00～05：00，然后在07：00～08：00和09：00～10：00分別有小峰值，10：00～13：00是短時強降水最不活躍的時段，在14：00～15：00是短時強降水發生的另一個峰值。滇西短時強降水日變化的峰值出現在04：00～05：00，這與我國其他地區有明顯差異[12]，主要原因與滇西地區特殊的地形有關，滇西地處橫斷山區，山脈大部分呈南北走向，是我國最長、最寬、最典型的南北向山系。在山脈東西側降水日變化也存在明顯差異[13]。受夜發性特征影響，我國短時強降水和中尺度對流系統的日變化特征基本一致，但午夜后時段二者存在較大差異[12]。

圖5　2010～2013年滇西短時強降水日變化Fig.5　Daily change of short-time heavy rainfall in west Yunnan Province in 2010-2013

2.2空間分布特征從圖6可以看出，每年短時強降水頻次的空間分布趨勢大體一致，大值中心在龍陵站，總體趨勢呈南北向分布；4 a平均短時強降水頻次的空間分布尤為突出這種特征。這種分布主要與滇西地形相關。滇西地處橫斷山區，山脈大部分呈南北走向山系，形成嶺谷組合地形。這種大地形對水汽輸送有顯著的截留和阻隔作用[14]。

從短時強降水發生頻次空間分布的月變化(圖7)來看，5月份滇西西北的騰沖、盈江和東南的永德以及施甸4個測站沒有發生短時強降水過程，其余測站均在0.5次/a以下，最高隴川0.48次/a，高值區位于西南至東北一線，發生頻次逐漸降低。6月份短時強降水過程逐漸增多，短時強降水發生頻率的高值區呈南北向分布，東部和西北為2個低值中心，其中最高龍陵1.67次/a。7月份短時強降水過程明顯增多，高值區總體還是呈南北向分布，位于隆陽—龍陵—鎮康一線，往東南和西北逐漸減少；強中心隆陽區為2.2次/a。8月份是一年中滇西短時強降水發生頻率最高的月份，高值區呈西南向分布，高值區位于瑞麗—龍陵一線東南，高值中心鎮康為2.44次/a;東部的隆陽—永德一線為相對低值區，值大部分在0.5次/a左右。9月份短時強降水發生頻率開始回落，高值區的分布和其他月份差異明顯，呈東西向分布，位于盈江—龍陵—永德一線，高值中心龍陵為2.39次/a。10月份短時強降水發生頻率明顯減少，高值區和低值區均呈南北向交替分布，高值區位于梁河—龍陵—鎮康一線，最高鎮康0.49次/a。

短時強降水發生頻次空間分布的月變化與南亞夏季風的建立、加強和推進有關。陳艷等[15]分析認為5月份云南上空為一致的西南風水汽輸送，主要由來自印度半島北部的副熱帶西風水汽輸送和熱帶印度洋至孟加拉灣的西南風水汽輸送匯合而成，而來自南海地區西太平洋副高西側轉向的偏南水汽輸送是構成云南東部地區水汽輸送的重要分支。5月下旬云南夏季風暴發期間，熱帶印度洋至孟加拉灣地區的水汽輸送顯著增強，云南上空增濕明顯，這為季風暴發提供了必要的水汽條件，而東亞中緯地區冷空氣的入侵則可能是觸發季風降水的重要機制。

圖7　2010～2013年滇西短時強降水發生頻次空間分布的月變化(單位：次/a)Fig.7　Monthly change of spatial distribution of short-time heavy rainfall frequency in west Yunnan Province from 2010 to 2013

3滇西短時強降水的影響系統分析

統計分析2010～2013年118次(2010年36次、2011年25次、2012年21次和2013年36次)典型的短時強降水過程的環流背景發現，可將滇西地區的短時強降水分為西行臺風低壓型(占38.1%)、兩高輻合型(占23.7%)、南支槽型(20.4%)、西北氣流型(占12.7%)和孟加拉灣低壓型(占5.1%)5種類型(圖8b)。同時從圖8a可以看出，影響滇西短時強降水的系統次數每年均有明顯的變化。

3.1西行臺風低壓型西行臺風是指西行臺風并非直接會對云南造成影響，而是在福建、廣東登陸后，偏西移動，逐漸演變為低壓輻合帶, 低壓輻合帶及其外圍偏東氣流影響云南，造成強降水天氣過程(圖9a)。

500 hPa亞洲中高緯以經向環流為主，為兩槽一脊型，新疆到青海北部為高壓脊，東部低槽槽底位于湖南北部，云南東北部為槽后的偏北氣流控制，高層有冷平流入侵。北部灣有臺風活躍，云南大部為臺風北側的東南暖濕氣流控制，為短時強降水提供有利的水汽條件。低層云南西北部到云南南部為西北—東南向切變線，為短時強降水提供了動力抬升條件。此類型的短時強降水范圍廣且影響時間長。強降水落區位于冷暖氣流交匯區及700 hPa切變附近。

圖8　2010～2013年滇西短時強降水主要影響系統年變化(a)和各系統所占比例(b)Fig.8　System annual change (a) and system percentage (b) of short-time heavy rainfall frequency in west Yunnan Province from 2010 to 2013

3.2兩高輻合型兩高輻合是指夏季在500 hPa云南境內出現2個反氣旋環流之間的輻合區(簡稱兩高輻合區)，是產生云南強降水天氣的又一常見天氣系統(圖9b)。兩高輻合區主要有2種形式，一種是西太平洋副熱帶高壓與青藏高壓之間的兩高輻合區；另一種是滇緬高壓與西太平洋副熱帶高壓之間的兩高輻合區。由于輻合區兩側的高壓多為東西分布，它們之間的輻合區也大多呈準南北向，一般將兩高輻合區主要位置位于101.5°E以東的定為偏東兩高輻合，101.5°E以西的定為偏西兩高輻合。對于滇西地區來說，偏西兩高輻合才是造成短時強降水的天氣系統。

注：a.西行臺風低壓型;b.兩高輻合型;c.南支槽型;d.西北氣流型;e.孟加拉灣低壓型。Note: a.Westward typhoon low pressure; b.Convergence between two hights; c.South trough; d.Northwest airflow; e.Bengal low pressure. 圖9　短時強降水不同影響系統的中尺度概念模型Fig.9　The mesoscale conceptual models of short-time heavy rainfall in different impact systems

3.3南支槽型500 hPa歐亞中高緯以緯向環流為主，青藏高原東部為弱高壓脊，有弱冷平流南下影響云南；南支槽東移至90°E附近，受東部穩定少動的西太平洋副熱帶高壓阻擋，形成西北—東南向的低槽，槽前西南氣流和副熱帶高壓外圍的西南氣流共同作用為云南輸送暖濕氣流，為短時強降水提供有利的水汽條件和能量條件(圖9c)。低層700 hPa云南西部地區西北—東南向切變線提供了有利的動力抬升條件。云南東部有低空急流存在，短時強降水就發生在切變線附近、大風速帶的左側。南支槽對云南降水的影響從滇西開始，自西向東逐步影響云南其他區域。

3.4西北氣流型500 hPa天氣圖上青藏高原東部到滇緬之間出現西北或偏北氣流，有明顯的冷(干)平流受偏北氣流引導南下，伴有大范圍的24 h負變溫。700 hPa通常為偏西氣流或西南氣流，具有強的垂直風切變和強的垂直溫度梯度，表現出強位勢不穩定(圖9d)。地面一般有冷鋒南下，鋒前在強對流天氣發生前2～3 h常有中尺度輻合線，強對流易發生在輻合線附近，從而引發短時強降水。2004年7月5日德宏西部出現的突發性大暴雨過程也屬于此類型[2]。

3.5孟加拉灣低壓型孟加拉灣低壓是造成云南春秋兩季強降水的重要系統之一(圖9e)。孟加拉灣低壓形成以后，其外圍西南氣流就會對滇西地區造成影響，影響和范圍及大小還與孟加拉灣低壓的移動路徑有關[16]。孟加拉灣低壓影響云南時，云的降水效率具有較強的區域分布特點，滇西及滇西南的降水效率最高，滇東北的降水效率最低[17]。

4結論

該研究利用2010～2013年滇西12個自動氣象站逐時降水資料和高空觀測資料，通過分析2010～2013年滇西短時強降水過程的時空變化和環流背景，得到以下主要結論：

(1)滇西短時強降水的頻次每年均有差異，特別是旱年和澇年差異顯著，滇西短時強降水發生次數的變化與該地區的旱、澇氣候背景密切相關。滇西短時強降水頻次的月變化與南亞夏季風的建立密切相關。月變化總體呈單峰型分布，4～8月強降水頻次逐步升高，8月達最強，9月開始降低，10月迅速降低。滇西短時強降水的日變化呈多峰型，最強峰值出現在04：00～05：00，這與我國其他地區有明顯差異，主要原因與滇西地區特殊的地形有關。

(2)滇西短時強降水發生頻次的空間變化總體趨勢呈南北向分布，大值中心在龍陵站。短時強降水發生頻次空間分布的月變化與南亞夏季風的建立、加強和推進有關。

(3)影響滇西短時強降水的大尺度環流背景可分為5種類型，按影響次數多少依次分別是西行臺風低壓型、兩高輻合型、南支槽型、西北氣流型和孟加拉灣低壓型。滇西短時強降水的影響系統和次數每年均有明顯的變化。

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基金項目2014 中國氣象局預報員專項項目(CMAYBY2014-065)；國家自然科學基金項目(41305002)。

作者簡介許宏波(1977- )，男，云南騰沖人，工程師，從事天氣預報及管理工作。*通訊作者,高級工程師，碩士,從事大氣電學和災害性天氣監測和預警工作。

收稿日期2016-05-09

中圖分類號S 161.6

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-190-06

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Short-time Heavy Rainfall in West Yunnan Province

XU Hong-bo1, XIE Yi-ran2*, Xie Yin-jian3

(1.Baoshan Meteorological Bureau, Baoshan, Yunnan 678000; 2.Meteorological Observatory of Yunnan Province, Kunming, Yunnan 650034; 3.Jianchuan Vocational Senior High School, Jianchuan, Yunnan 671300)

AbstractHourly precipitation data at 12 stations and radiosonde data in west Yunnan province from 2010 to 2013 were used to statistically compute the spatial and temporal distributions of short time heavy rainfall (hereafter STHR).Then, the environmental background characteristics of typical STRH were analyzed.The results showed that the general trend of spatial variation of STRH frequency in west Yunnan province exhibited south-north distribution, the maximum was in Longling station.The frequency of STRH in west Yunnan Province showed significant yearly variations.The STRH mainly occurred from May to September.The diurnal variation of STRH showed a maximum around 4:00-05:00.There were five kinds of circulation conceptual models during STHR.

Key wordsShort-time heavy rainfall; Spatial and temporal distribution; Environmental background field; West Yunnan Province