云南一次極端強(qiáng)降水過(guò)程成因和地形影響分析

馬文倩 ,陳小華 ,李華宏 ,李耀孫

（1.云南省氣象臺(tái)，昆明 650034；2.中國(guó)氣象局橫斷山區(qū)（低緯高原）災(zāi)害性天氣研究中心，昆明 650034）

引言

云南位于青藏高原東南麓的低緯高原地區(qū)，向南臨近印度洋和太平洋，易同時(shí)受中高緯度系統(tǒng)和熱帶系統(tǒng)的影響，且作為南亞夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)的過(guò)渡地區(qū)，云南四季不分明而干濕季分明，全年約85%以上的降水集中在雨季[1?2]。與此同時(shí)，云南地勢(shì)復(fù)雜，地形以山地為主，山區(qū)面積達(dá)94%，導(dǎo)致雨季強(qiáng)降水多，突發(fā)性強(qiáng)，強(qiáng)降水引發(fā)的滑坡、泥石流等災(zāi)害多，易造成云南重大的人員傷亡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失[3?4]。盡管氣象工作先驅(qū)們對(duì)云南強(qiáng)降水展開(kāi)了大量研究，并在云南強(qiáng)降水的中尺度特征[5?7]、臺(tái)風(fēng)或孟加拉灣風(fēng)暴強(qiáng)降水特征[8?10]以及強(qiáng)降水的數(shù)值模式模擬[11?13]等方面取得了一定的成果，但由于云南復(fù)雜山地背景下強(qiáng)降水時(shí)空分布極不均勻且發(fā)生機(jī)理尚不清楚，迫切需要開(kāi)展強(qiáng)降水發(fā)生機(jī)理及地形影響方面的研究。

夏季我國(guó)受亞洲兩支夏季風(fēng)影響，水汽豐沛，降水系統(tǒng)長(zhǎng)期維持是發(fā)生強(qiáng)降水的關(guān)鍵點(diǎn)之一。鮑名[14]對(duì)1951～2005 年我國(guó)局地和區(qū)域持續(xù)3 天及以上的暴雨事件的統(tǒng)計(jì)特征和大尺度環(huán)流背景進(jìn)行了研究，表明我國(guó)不同地區(qū)持續(xù)性暴雨事件出現(xiàn)的頻次、季節(jié)和持續(xù)時(shí)間存在差異，主要的環(huán)流背景中，除西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西太副高）這一影響我國(guó)夏季雨帶移動(dòng)的主要因子外，還受到南亞高壓、西風(fēng)槽等的影響。閔屾和錢(qián)永甫[15]對(duì)我國(guó)極端降水事件的區(qū)域性和持續(xù)性進(jìn)行研究時(shí)指出，云南西部、西藏東部極端降水的持續(xù)性較好，但區(qū)域性較差。黃瑤等[16]對(duì)1981～2016 年四川盆地的持續(xù)性強(qiáng)降水的低頻振蕩特征進(jìn)行了分析，表明該地區(qū)降水具有15～30d 以及30～60d 的低頻振蕩特征，而這一結(jié)果是由不同高度層、不同緯度帶內(nèi)低頻系統(tǒng)在三維空間上相互配合造成的。周春花和孫彧[17]對(duì)2018 年6～7 月四川出現(xiàn)的持續(xù)性暴雨原因進(jìn)行了探究，結(jié)果顯示：暴雨期間，南亞高壓異常偏強(qiáng)且穩(wěn)定，為四川上空高層提供強(qiáng)輻散環(huán)流背景，西太副高西伸，為四川的暴雨提供水汽；此外，烏拉爾山地區(qū)阻塞高壓維持，干冷空氣與暖濕的西南氣流在四川交綏，導(dǎo)致四川持續(xù)性暴雨的發(fā)生。楊秀莊等[18]對(duì)2018 年7 月4～7 日出現(xiàn)在貴州的一次持續(xù)性暴雨天氣過(guò)程成因及數(shù)值模式預(yù)報(bào)偏差進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示：北方南下的切變北側(cè)的干冷空氣和穩(wěn)定維持在華南地區(qū)的高壓西北側(cè)北上的暖濕氣流交匯導(dǎo)致持續(xù)性暴雨的產(chǎn)生；歐洲中心全球模式、華東中尺度模式和華南中尺度模式對(duì)此次暴雨的模擬偏差均較大。

上述研究表明，持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程是多尺度系統(tǒng)、多因子相互作用的結(jié)果，而數(shù)值模式對(duì)持續(xù)性強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)常出現(xiàn)一定的偏差。王瑞英和肖天貴[19]基于1980～2017 年逐日降水資料，對(duì)西南地區(qū)雨季降水時(shí)空分布特征進(jìn)行研究，指出包括云南在內(nèi)的西南地區(qū)雨季降水量的長(zhǎng)期變化呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。譚霞等[20]基于1979～2016 年逐日降水資料分析了西南地區(qū)夏季持續(xù)性降水的變化特征，結(jié)果顯示，西南地區(qū)有雨時(shí)間段平均持續(xù)天數(shù)除四川外均呈變短趨勢(shì)。周鵬康和秦金梅[21]的研究也表明，云南的持續(xù)性暴雨多分布在低海拔地區(qū)的迎風(fēng)坡一側(cè)，站點(diǎn)的平均暴雨日僅為1.9d/雨季。因此，在持續(xù)性強(qiáng)降水發(fā)生頻次低的氣候背景下，云南出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程，其原因值得探究。2020 年8 月15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)，云南出現(xiàn)一次影響全省的持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程，導(dǎo)致云南多地出現(xiàn)嚴(yán)重的城市內(nèi)澇、滑坡和泥石流，影響云南正常的交通和社會(huì)生產(chǎn)。此次過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累計(jì)雨量大，極端性特征明顯，然而預(yù)報(bào)員一直依賴的ECMWF（European Center for Medium-Range Weather Forecasts）數(shù)值模式對(duì)此次過(guò)程出現(xiàn)了大范圍的漏報(bào)，預(yù)報(bào)過(guò)程累計(jì)雨量明顯偏小，給預(yù)報(bào)和服務(wù)帶來(lái)很大困難。因此，本研究擬對(duì)此次過(guò)程持續(xù)的原因進(jìn)行探究，并對(duì)ECMWF 模式預(yù)報(bào)偏差的原因進(jìn)行分析，以期為此類(lèi)極端持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程在業(yè)務(wù)中的預(yù)報(bào)、預(yù)警和監(jiān)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

研究所用降水?dāng)?shù)據(jù)包括云南省125 個(gè)國(guó)家站和3400 個(gè)區(qū)域站2020 年8 月15 日20 時(shí)～8 月19 日08時(shí)累計(jì)降水、逐12h 降水資料；國(guó)家站上述時(shí)間段逐小時(shí)降水資料；ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式15 日20 時(shí)起報(bào)的上述時(shí)間段累計(jì)降水和逐12h 降水資料。再分析資料為ERA5（The fifth generation ECMWF atmospheric reanalysis）數(shù)據(jù)[22]，數(shù)據(jù)水平分辨率為0.25°×0.25°。研究所用地形高度數(shù)據(jù)為U.S.Geological Survey 提供的全球高程數(shù)據(jù)（GTOPO30）以及云南省區(qū)域站點(diǎn)海拔高度數(shù)據(jù)，GTOPO30 數(shù)據(jù)空間分辨率約為0.05°×0.05°。研究所用相當(dāng)黑體亮度溫度（TBB）逐小時(shí)數(shù)據(jù)為國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供的FY-2H 衛(wèi)星數(shù)據(jù)，水平分辨率為0.1°×0.1°。此外，本研究還用了15 日20 時(shí)起報(bào)的ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式逐12h 的700hPa 水平風(fēng)場(chǎng)，水平分辨率為0.25°×0.25°。

1.2 方法

研究所用假相當(dāng)位溫（θse）的計(jì)算公式[23]為：

式中：e為水汽壓（單位：hPa），利用Tetens 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。具體公式為：

式中：es為飽和水汽壓，t為溫度（單位：℃），a、b為 常數(shù)，分別為7.5 和237.3。公式（3）中的溫度取為露點(diǎn)溫度，即可得公式（2）中計(jì)算所需的水汽壓。

研究所用水平溫度平流的計(jì)算公式為：

2 降水實(shí)況

2020 年8 月15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)，云 南省自東向西出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程。圖1 給出了云南省區(qū)域 站和ECMWF細(xì)網(wǎng)格模式15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)（共3.5d）累計(jì)降水量。由圖1a 可知，此次過(guò)程在云南造成了大范圍強(qiáng)降水，除云南西北部、東南部和西南部外，普遍出現(xiàn)了累計(jì)雨量100mm 以上的降水，局地累計(jì)降水量超過(guò)250mm。125 個(gè)國(guó)家站中，36 個(gè)站（占比28.8%）累計(jì)降水超過(guò)100mm，降水量最大的站為麗江華坪站（221.6mm）。區(qū)域站中，5 個(gè)站累計(jì)降水超300mm，曲靖師宗縣菌子山站出現(xiàn)373.8mm 的最大累計(jì)雨量。此次降水過(guò)程以穩(wěn)定性降水為主，期間伴有對(duì)流性降水（主要出現(xiàn)在午后）。圖1c 為國(guó)家級(jí)氣象站中過(guò)程累計(jì)雨量最大的華坪站逐小時(shí)降水演變。如圖所示，過(guò)程中雨強(qiáng)相對(duì)比較均勻，較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間導(dǎo)致累計(jì)雨量大。

對(duì)于此次降水過(guò)程，ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差。圖1b 為過(guò)程開(kāi)始時(shí)（15 日20 時(shí)）ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式起報(bào)的15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)累計(jì)雨量。對(duì)比圖1a 和b 可知，ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)的累計(jì)雨量在云南西部至云南西北部一帶、云南東南部與實(shí)況較一致，但在云南東北部的預(yù)報(bào)略偏大，在云南中部到西南部大范圍地區(qū)預(yù)報(bào)的累計(jì)降水較實(shí)況明顯偏小，模式預(yù)報(bào)偏差給精細(xì)化預(yù)報(bào)帶來(lái)很大困難。

圖1 2020 年8 月15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)（a）云南區(qū)域站、（b）ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式累計(jì)降水量（單位：mm）及（c）麗江華坪站逐小時(shí)降水量（單位：mm）

3 降水持續(xù)性原因分析

降水實(shí)況部分的分析指出，此次云南極端強(qiáng)降水過(guò)程主要由長(zhǎng)時(shí)間的降水導(dǎo)致。接下來(lái)，本文對(duì)此次過(guò)程持續(xù)時(shí)間如此之長(zhǎng)的原因進(jìn)行探究。

3.1 環(huán)流背景和系統(tǒng)演變

圖2a 和b 為此次過(guò)程開(kāi)始15 日20 時(shí)500hPa 和700hPa 的位勢(shì)高度和風(fēng)場(chǎng)空間分布。由圖2a 可知，降水發(fā)生前，500hPa 上云南西部為滇緬高壓，西太副高影響我國(guó)東部大陸，云南位于上述兩高壓之間的輻合區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)兩高輻合）；同時(shí)，孟加拉灣有風(fēng)暴西移，中心位于印度東部；青藏高原中部有短波槽（90°E、35°N 附近），高原東部為青藏高壓（即南亞高壓）東部脊。與500hPa 對(duì)應(yīng)，700hPa 云南受兩高輻合控制，輻合區(qū)位于云南東部（圖2b）。

為分析過(guò)程中系統(tǒng)演變情況，利用500hPa 上5850gpm 等值線的演變進(jìn)行表征（圖2c 和d）。由圖2c 可知，15 日20 時(shí)～17 日20 時(shí)，滇緬高壓維持，與西太副高之間的兩高輻合持續(xù)影響云南。與此同時(shí)，青藏高壓持續(xù)東移，至17 日20 時(shí)，其東部脊東移至四川盆地西部一帶，西太副高略西移。17 日20 時(shí)之后，滇緬高壓減弱，但青藏高壓和西太副高之間的輻合區(qū)依舊影響云南（圖2d）。因此，15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)，云南持續(xù)受兩高輻合影響，18 日08 時(shí)之前為滇緬高壓和西太副高形成的兩高輻合，之后為青藏高壓和西太副高形成的兩高輻合。其間，17 日08 時(shí)～18 日08 時(shí)，隨著輻合區(qū)的加強(qiáng)，兩高輻合區(qū)中有低渦生成。同時(shí)，上述分析指出，降水開(kāi)始時(shí)，青藏高原中部有短波槽，該短波槽東移發(fā)展，17 日08 時(shí)～18 日08 時(shí)與影響云南的兩高輻合區(qū)低渦相連，形成“北槽南渦”的環(huán)流形勢(shì)。因此，整個(gè)降水過(guò)程500hPa環(huán)流形勢(shì)可分為三個(gè)階段：15 日20 時(shí)～17 日08 時(shí)，兩高輻合（滇緬高壓和西太副高）；17 日08 時(shí)～18 日08 時(shí)，北槽南渦；18 日08 時(shí)～19 日08 時(shí)，兩高輻合（青藏高壓和西太副高）。在上述環(huán)流形勢(shì)的影響下，700hPa 上云南持續(xù)受兩高輻合影響，該輻合區(qū)的西移（西太副高略西伸導(dǎo)致，圖2c、d）和維持導(dǎo)致全省大范圍強(qiáng)降水。

圖2 2020 年8 月15 日20 時(shí)不同層次的位勢(shì)高度（單位：gpm）和風(fēng)場(chǎng)（單位：m/s）空間分布（a.500hPa，紅線表示5850gpm 等值線；b.700hPa；“G”和“D”分別表示閉合高、低壓環(huán)流；“Ridge”和“Trough”分別表示高壓脊和低壓槽）；此次強(qiáng)降水過(guò)程500hPa 上5850gpm 等值線演變（c.15 日20 時(shí)～17 日20 時(shí)，d.18 日08～20 時(shí)）

綜上所述，此次云南強(qiáng)降水過(guò)程發(fā)生在兩高輻合環(huán)流背景下，青藏高壓的持續(xù)東移是造成云南降水持續(xù)性的關(guān)鍵因素。隨著其東移，500hPa 影響降水的環(huán)流形勢(shì)分為三個(gè)階段：兩高輻合（滇緬高壓和西太副高）、北槽南渦、兩高輻合（青藏高壓和西太副高），對(duì)應(yīng)低層兩高輻合在云南的長(zhǎng)期維持、西移導(dǎo)致降水的持續(xù)性。

3.2 青藏高壓影響

青藏高壓作為夏季青藏高原上深厚的暖高壓，其高層的分布特征對(duì)我國(guó)降水亦有影響。3.1 小節(jié)已經(jīng)分析指出，500hPa 上青藏高壓持續(xù)東移和維持，導(dǎo)致過(guò)程后期云南依舊受兩高輻合影響，進(jìn)而導(dǎo)致降水的持續(xù)性。圖3 為過(guò)程期間200hPa 水平流場(chǎng)及水平散度場(chǎng)演變。如圖所示，隨著高層青藏高壓東移，云南上空高層輻散逐漸增強(qiáng)（圖3a～c）；18 日08 時(shí)～19 日08 時(shí)，云南高空受青藏高壓東部脊附近的強(qiáng)輻散影響，中心強(qiáng)度超過(guò)1×10?4s?1，有利于降水的增強(qiáng)和維持。

圖3 2020 年8 月強(qiáng)降水過(guò)程200hPa 水平流場(chǎng)（流線）及水平散度場(chǎng)（填色，單位：10?4s?1）演變（a.15 日20 時(shí)，b.16 日20 時(shí)，c.17 日20 時(shí)，d.18 日08 時(shí)）

綜上所述：此次云南強(qiáng)降水過(guò)程中，青藏高壓顯著東移；一方面，低層青藏高壓與西太副高形成兩高輻合影響云南；另一方面，高層青藏高壓在云南上空形成強(qiáng)輻散，與低層輻合形成有利于降水增強(qiáng)和維持的環(huán)流配置。

3.3 溫度平流影響

為了分析溫度平流在此次云南持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程中的作 用，圖4a～d 給出了17 日08 時(shí)～18 日20 時(shí)逐12h500hPa 水平風(fēng)場(chǎng)和水平溫度平流演變。3.1 節(jié)已經(jīng)指出，降水開(kāi)始時(shí)，青藏高原中部有短波槽，該短波槽東移發(fā)展（位于東移的青藏高壓和西太副高之間），17 日08 時(shí)～18 日08 時(shí)與云南輻合區(qū)中的低渦構(gòu)成“北槽南渦”的形勢(shì)，該短波槽的發(fā)展由冷平流引起。16 日20 時(shí)，槽線及槽線后有顯著的冷平流（16日20時(shí)圖略）。如 圖4a～d 所 示，17 日08 時(shí)和20 時(shí)，冷平流顯著，強(qiáng)度達(dá)到?2×10?4K/s，槽線上的冷平流作為影響短波槽的熱力因子，導(dǎo)致短波槽發(fā)展[24?26]。此外，θse這 一物理量考慮了氣壓、水汽相變對(duì)溫度的影響，在絕熱條件下具有守恒性，且 θse隨高度的變化直接體現(xiàn)層結(jié)穩(wěn)定度特征，是一個(gè)綜合反映大氣不穩(wěn)定能量和溫濕特征的物理量，因此，利用上述時(shí)次θse（θse的計(jì)算方法見(jiàn)1.2 節(jié)）在云南及以北地區(qū)的緯度-高度剖面演變（由于云南海拔高度較高，θse剖面圖僅顯示700hPa 及以上的分布），分析槽后冷空氣入侵對(duì)云南降水產(chǎn)生的影響（圖4e～h）。

由圖4e、f 可知，18 日08 時(shí)之前，云南受暖濕氣流影響。18 日08 時(shí)，隨著高空槽的東移，中低層冷空氣侵入云南，且600hPa 上冷空氣的入侵略快于700hPa（圖4g）。至18 日20 時(shí)，低層冷空氣入侵至26°N 附近（圖4h）。冷空氣的入侵一方面增強(qiáng)了云南上空層結(jié)的位勢(shì)不穩(wěn)定（600hPa，圖4g），另一方面增強(qiáng)了對(duì)暖濕空氣的抬升（對(duì)流層低層），有利于降水的增強(qiáng)和維持。

圖4 2020 年8 月500hPa 水平風(fēng)場(chǎng)（矢量，單位：m/s）和溫度平流（填色，單位：10?4K/s）空間分布（a.17 日08 時(shí)，b.17 日20 時(shí)，c.18 日08 時(shí)，d.18 日20 時(shí)）；2020 年8 月 θse沿100°E（d 中紅色虛線）的緯度-高度剖面（e.17 日08 時(shí)，f.17 日20 時(shí)，g.18 日08 時(shí)，h.18 日20 時(shí)，加粗藍(lán)色虛線表示340K 等值線，單位：K）

基于上述分析可知，此次云南強(qiáng)降水過(guò)程受到中高層冷平流和中低層冷空氣入侵的影響。中高層冷平流促使短波槽發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致北槽南渦形勢(shì)的出現(xiàn)；中層冷空氣的入侵增強(qiáng)了云南上空的層結(jié)不穩(wěn)定性，低層冷空氣的入侵加強(qiáng)了暖濕空氣的抬升，進(jìn)而有利于降水的發(fā)生和維持。

4 地形影響分析

云南地勢(shì)復(fù)雜，南北海拔高差大，山地較多（圖5）。在云南西南部，海拔一般2000m 以上的哀牢山呈西北-東南向，從大理州南部綿延千公里至紅河州南部（圖5a 藍(lán)色框中的山脈），與西側(cè)的無(wú)量山、元江、墨江等構(gòu)成云南西南部縱向嶺谷區(qū)。哀牢山的存在導(dǎo)致其東側(cè)高原和西側(cè)縱谷的降水空間分布差異顯著，對(duì)其周邊地區(qū)的降水分布也產(chǎn)生較大影響。

4.1 站點(diǎn)的選取

由圖1 可知，此次降水過(guò)程在哀牢山沿線普遍產(chǎn)生100mm 以上的累計(jì)降水，而ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式對(duì)哀牢山附近的累計(jì)雨量預(yù)報(bào)在50～100mm，明顯偏小。顯然，哀牢山在此次降水過(guò)程中對(duì)降水的增幅產(chǎn)生了影響。為了定量分析地形在此次降水過(guò)程中的作用，選取哀牢山北段東西兩側(cè)的8 對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行分析（圖5b）。如圖所示，所選站點(diǎn)沿哀牢山北段分布在東西兩側(cè)，海拔高度為542～2441m，每對(duì)站點(diǎn)到哀牢山的水平距離相近，且兩站點(diǎn)間的連線近似垂直于哀牢山。

圖5 （a）云南省及周邊地區(qū)海拔高度分布（單位：m）和（b）哀牢山東西兩側(cè)所選站點(diǎn)（紅點(diǎn)為西側(cè)站點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)為東側(cè)站點(diǎn)，站點(diǎn)旁標(biāo)注數(shù)字為站點(diǎn)所在海拔高度，單位：m）

4.2 海拔高度和降水的關(guān)系

為提高東西兩側(cè)站點(diǎn)海拔高度和降水關(guān)系的可比性，選取過(guò)程中的部分時(shí)間段進(jìn)行分析，以保證東西兩側(cè)一側(cè)為迎風(fēng)坡，另一側(cè)為背風(fēng)坡。圖6 為研究時(shí)間段內(nèi)逐12h 累計(jì)降水及700hPa（云南海拔高度相對(duì)較高，以700hPa 表征低層）逐12h 平均水平風(fēng)場(chǎng)的演變。根據(jù)700hPa 水平風(fēng)場(chǎng)和降水分布演變，選取17 日08 時(shí)～20 時(shí)（圖6d）和18 日08～20 時(shí)（圖6f）兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析。對(duì)于17 日08～20 時(shí)，哀牢山附近降水明顯，且700hPa 盛行風(fēng)向在哀牢山附近為偏西風(fēng)，哀牢山西側(cè)站點(diǎn)為迎風(fēng)坡，哀牢山東側(cè)站點(diǎn)為背風(fēng)坡。同理，18 日08～20 時(shí)，700hPa 盛行風(fēng)向在哀牢山附近為偏東風(fēng)，則西側(cè)站點(diǎn)為背風(fēng)坡，東側(cè)站點(diǎn)為迎風(fēng)坡。

圖6 2020 年8 月15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)逐12h 累計(jì)降水量（散點(diǎn)，單位：mm）和700hPa 逐12h 平均水平風(fēng)（矢量，單位：m/s）空間分布（a.15 日20 時(shí)～16 日08 時(shí)，b.16 日08～20 時(shí)，c.16 日20 時(shí)～17 日08 時(shí)，d.17 日08～20 時(shí)，e.17 日20 時(shí)～18 日08 時(shí)，f.18 日08～20 時(shí)，g.18 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)）

基于上述站點(diǎn)和研究時(shí)間段的選取，繪制站點(diǎn)海拔高度和過(guò)程總降水量以及上述兩個(gè)時(shí)間段累計(jì)降水的散點(diǎn)圖（圖7），并計(jì)算相關(guān)系數(shù)。由圖7a 可知，過(guò)程累計(jì)降水量與所選站點(diǎn)海拔高度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.55，此次過(guò)程，地形對(duì)降水有明顯的增幅作用。但對(duì)于東西兩側(cè)站點(diǎn)，過(guò)程累計(jì)降水量和海拔高度的離散度增加，相關(guān)系數(shù)較低，分別為0.23（西側(cè)）和0.45（東側(cè)）。17 日08～20 時(shí)，8 對(duì)站點(diǎn)與降水量的相關(guān)系數(shù)為0.45，地形對(duì)降水有一定的增幅作用。但對(duì)于迎風(fēng)坡的西側(cè)，海拔高度與降水的相關(guān)系數(shù)為0.53，明顯高于背風(fēng)坡海拔高度和降水的相關(guān)系數(shù)，也即迎風(fēng)坡地形對(duì)降水的增幅作用更顯著，降水在一定程度上隨著海拔的升高而增大（圖7b）。18 日08～20 時(shí)，也存在上述同樣的情況，迎風(fēng)坡海拔高度和降水的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.66，背風(fēng)坡的相關(guān)系數(shù)則為?0.24（圖7c）。

從圖7 也可以看出，即使對(duì)于迎風(fēng)坡，地形對(duì)降水的增幅作用也并不一直隨高度的增加而增大。對(duì)于17 日08～20 時(shí)，海拔高度超過(guò)1800m 之后，降水量反而可能隨海拔升高而減小，18 日08～20 時(shí)也存在類(lèi)似的現(xiàn)象，這可能是由于地形抬升造成的上升運(yùn)動(dòng)向上伸展的范圍很小，到一定的海拔高度處就大幅衰減所導(dǎo)致的[24]。

圖7 2020 年8 月不同時(shí)段累計(jì)降水量和站點(diǎn)海拔高度的散點(diǎn)分布及相關(guān)系數(shù)（a.15 日20 時(shí)～19 日08 時(shí)，b.17 日08～20 時(shí)，c.18 日08～20 時(shí)；左上角數(shù)據(jù)表示站點(diǎn)降水與海拔高度的相關(guān)系數(shù)，黑色為所有站點(diǎn)，紅色為西側(cè)站點(diǎn)，藍(lán)色為東側(cè)站點(diǎn)）

上述分析可知：此次降水過(guò)程，哀牢山對(duì)云南西南部的降水有明顯的增幅作用，尤其是迎風(fēng)坡的增幅作用更明顯；但隨著海拔高度的升高，地形對(duì)降水的增幅作用有所減弱。

4.3 地形對(duì)降水云系的影響

哀牢山北段海拔高度基本在2000m 以上，最高峰海拔達(dá)3166m，對(duì)降水云系的發(fā)展和移動(dòng)均能產(chǎn)生影響。圖8 為18 日16～21 時(shí)云南及附近地區(qū)TBB 的逐時(shí)演變。如圖8a～b 所示，哀牢山東西兩側(cè)有降水云系影響，云系隨偏東引導(dǎo)氣流向西移動(dòng)。隨后，哀牢山西側(cè)的降水云系逐漸減弱、消散，但東側(cè)降水云系略發(fā)展且維持較長(zhǎng)時(shí)間（圖8c～f）。結(jié)合上述分析可知，18 日08～20 時(shí)，700hPa 為偏東風(fēng)，哀牢山西側(cè)的降水云系受背風(fēng)坡下沉作用影響，逐漸減弱消散，而哀牢山東側(cè)的降水云系受哀牢山阻擋，在東側(cè)維持的時(shí)間較長(zhǎng)，有利于降水的持續(xù)發(fā)生。

圖8 2020 年8 月18 日16～21 時(shí)云南及附近地區(qū)TBB 的逐時(shí)演變（a.16 時(shí)，b.17 時(shí)，c.18 時(shí)，d.19 時(shí)，e.20 時(shí)，f.21 時(shí)，黑點(diǎn)為西側(cè)站點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)為東側(cè)站點(diǎn)，單位：°C）

綜上所述，哀牢山地形有利于降水云系在迎風(fēng)坡發(fā)展、維持，進(jìn)一步有利于降水的累積。

5 ECMWF 數(shù)值模式降水量預(yù)報(bào)偏差分析

第2 節(jié)的分析指出，對(duì)于此次云南強(qiáng)降水過(guò)程，ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)的累計(jì)雨量在云南中部至西南部的大范圍地區(qū)明顯偏小（圖1a 和b）。本節(jié)基于預(yù)報(bào)的低層系統(tǒng)與實(shí)況對(duì)比，對(duì)ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式在上述地區(qū)累計(jì)雨量預(yù)報(bào)顯著偏小的原因進(jìn)行初步探究。圖9 為ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式15 日20 時(shí)起報(bào)的15 日20 時(shí)～18 日20 時(shí) 逐12h 的700hPa 水 平風(fēng)場(chǎng)，疊加對(duì)應(yīng)時(shí)次預(yù)報(bào)的12h 累計(jì)雨量。

對(duì)比圖9 和圖6 可知，對(duì)于15 日20 時(shí)～17 日08時(shí)，700hPa 上兩高輻合在云南東部維持，ECMWF 細(xì)網(wǎng)格較好地模擬出了這一時(shí)間段系統(tǒng)的位置，但模擬的風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度和降水強(qiáng)度較實(shí)況明顯偏弱（圖6a～c 和圖9a～c）。17 日08 時(shí)之后，實(shí)況系統(tǒng)逐漸西移，影響云南中部、南部和西南部，而ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)的輻合線依舊位于云南東部，在云南西北部至西部預(yù)報(bào)出輻合線，對(duì)應(yīng)預(yù)報(bào)出該地區(qū)的降水。由于沒(méi)有預(yù)報(bào)出系統(tǒng)的西移，風(fēng)速大小的預(yù)報(bào)相對(duì)實(shí)況偏弱，對(duì)應(yīng)時(shí)次降水強(qiáng)度和范圍的預(yù)報(bào)也即明顯偏弱和偏小。

圖9 ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式逐12h 的700hPa 水平風(fēng)（矢量，單位：m/s）和累計(jì)降水量（填色，單位：mm）空間分布（a.15 日20 時(shí)，b.16 日08 時(shí)，c.16 日20 時(shí)，d.17 日08 時(shí)，e.17 日20 時(shí)，f.18 日08 時(shí)，g.18 日20 時(shí)，2020 年8 月15 日20 時(shí)起報(bào)）

基于上述分析可知，未能較好地模擬出兩高輻合區(qū)的西移且風(fēng)速大小的預(yù)報(bào)也較實(shí)況偏弱可能是ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式對(duì)此次云南強(qiáng)降水過(guò)程在云南中部至西南部預(yù)報(bào)偏弱的原因之一。

6 結(jié)論與討論

本文基于多種站點(diǎn)觀測(cè)資料和ERA5 再分析資料，對(duì)2020 年8 月15～19 日云南發(fā)生的一次影響全省的強(qiáng)降水過(guò)程的持續(xù)性和預(yù)報(bào)偏差原因進(jìn)行探究，得到如下主要結(jié)論：

（1）此次強(qiáng)降水過(guò)程發(fā)生在兩高輻合環(huán)流背景下，500hPa 上系統(tǒng)演變分為三個(gè)階段：兩高輻合（滇緬高壓和西太副高）、北槽南渦、兩高輻合（青藏高壓和西太副高），對(duì)應(yīng)低層輻合在云南維持、西移，導(dǎo)致降水的持續(xù)性。

（2）青藏高壓的持續(xù)東移，導(dǎo)致影響云南的兩高輻合區(qū)由滇緬高壓和西太副高的輻合演變?yōu)榍嗖馗邏号c西太副高的輻合，維持了云南上空持久的輻合。青藏高壓還在云南上空造成輻散，有利于降水的增強(qiáng)和持續(xù)。

（3）冷空氣活動(dòng)對(duì)此次云南強(qiáng)降水過(guò)程產(chǎn)生了顯著影響。中高緯度中高層冷平流促使短波槽發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致了高層環(huán)流第二階段北槽南渦的出現(xiàn)；過(guò)程中，中低層冷空氣向云南入侵，一方面中層冷空氣增強(qiáng)了云南上空層結(jié)的不穩(wěn)定性，另一方面低層冷空氣加強(qiáng)了對(duì)低層暖濕空氣的抬升，均有利于降水的發(fā)生和維持。

（4）此次強(qiáng)降水過(guò)程，云南西南部哀牢山的地形影響顯著。哀牢山對(duì)云南西南部的降水有明顯的增幅作用，尤其是迎風(fēng)坡增幅作用更加明顯。此外，哀牢山在一定程度上阻擋了降水云系的移動(dòng)，有利于降水云系在迎風(fēng)坡發(fā)展、長(zhǎng)時(shí)間維持。

（5）基于對(duì)數(shù)值模式低層動(dòng)力場(chǎng)的分析，ECMWF 數(shù)值模式對(duì)此次強(qiáng)降水過(guò)程在云南中部至西南部預(yù)報(bào)偏弱的原因在于未能預(yù)報(bào)出低層兩高輻合區(qū)的西移，對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)度的預(yù)報(bào)也偏弱。

針對(duì)此次云南極端連續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程的分析，本研究也存在一定的不足。強(qiáng)降水的產(chǎn)生需要長(zhǎng)持續(xù)性、充足的水汽、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)等有利因素的配合，本研究只著重分析了降水持續(xù)性的原因，對(duì)過(guò)程中的垂直運(yùn)動(dòng)條件、本地水汽條件及水汽的供應(yīng)等特征未進(jìn)行分析。此次過(guò)程中云南西南部地形對(duì)降水的發(fā)生產(chǎn)生了影響，本研究只分析了地形高度對(duì)降水的影響，而山脈坡度、坡向等原因未進(jìn)行詳細(xì)分析。此外，ECMWF 細(xì)網(wǎng)格模式對(duì)此次過(guò)程累計(jì)降水在云南中部至西南部模擬明顯偏弱的原因也只是進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。上述不足將在未來(lái)的工作中繼續(xù)探究。