云南西雙版納2021年一次冬季暴雨天氣淺析

摘要 利用ERA5再分析資料、高空探測(cè)和地面觀測(cè)資料等對(duì)2021年2月7—9日云南西雙版納一次冬季暴雨天氣進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：（1）穩(wěn)定持久位于90°E附近南支槽和脊線位于15°N附近西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高）、穩(wěn)定維持經(jīng)向型環(huán)流是有利的大尺度環(huán)流條件；（2）中低層切變線和700 hPa西南低空急流將充沛的水汽輸送至西雙版納上空急劇輻合抬升是暴雨發(fā)生的主要機(jī)制；（3）逆溫干暖蓋儲(chǔ)能作用使得水汽和熱量積聚和500 hPa干冷空氣侵入是有利的熱力層結(jié)不穩(wěn)定條件；（4）暴雨位于700 hPa急流核前沿輻合區(qū)內(nèi)，暴雨移動(dòng)路徑與急流移動(dòng)方向相一致；水汽強(qiáng)輻合區(qū)和暴雨落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞 西雙版納；冬季暴雨；南支槽；低空急流；逆溫干暖蓋儲(chǔ)能作用

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）03–0080-03

云南西雙版納位于中國(guó)西南端，與緬甸和老撾接壤，屬典型的熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕季節(jié)分明，不同天氣具有明顯的季節(jié)性特征。西雙版納暴雨主要出現(xiàn)在雨季（5—10月），占比高達(dá)91.8%，冬季暴雨僅占1.3%［1］。

近年來(lái)，許多氣象工作者對(duì)云南冬季強(qiáng)降水（暴雨）研究做了許多工作，但目前暴雨，尤其是冬季暴雨強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)仍然十分困難。許美玲等[2]研究表明，低空急流和冷空氣是造成云南冬季強(qiáng)降水的主要原因；李英等[3]指出，大氣弱的位勢(shì)不穩(wěn)定和強(qiáng)斜壓性利于云南冬季強(qiáng)降水的發(fā)生；郭榮芬等[4]分析發(fā)現(xiàn)，700 hPa非地轉(zhuǎn)濕Q矢量散度場(chǎng)輻合區(qū)與云南冬季強(qiáng)降水的產(chǎn)生及強(qiáng)度正相關(guān)；王志云等[5]指出，孟加拉灣水汽輸送和南支槽前偏南低空急流在對(duì)云南冬季暴雨起到重要作用的同時(shí)，水汽通量輻合區(qū)和濕Q矢量輻合區(qū)與暴雨對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

上述研究主要從大尺度環(huán)流條件、孟加拉灣水汽輸送、低空急流和冷空氣以及地轉(zhuǎn)（非地轉(zhuǎn)）濕Q矢量、大氣弱的位勢(shì)不穩(wěn)定和強(qiáng)斜壓性、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)理論、地形作用等多角度討論了云南冬季強(qiáng)降水（暴雨）天氣系統(tǒng)特征和物理機(jī)制。

主要利用ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料、高空探測(cè)資料和地面觀測(cè)資料，對(duì)2021年2月7—9日西雙版納罕見(jiàn)冬季暴雨繼續(xù)探討環(huán)流背景、低空急流、水汽輸送輻合抬升等條件的基礎(chǔ)上，還將從不穩(wěn)定能量建立等角度來(lái)進(jìn)行分析，探究此次西雙版納冬季暴雨的特點(diǎn)和成因。

1 暴雨過(guò)程概況

2021年2月7日05：00—9日01：00（北京時(shí)間，下同），西雙版納州出現(xiàn)一次暴雨天氣過(guò)程，暴雨開(kāi)始前，降雨多分散局地對(duì)流降水，暴雨開(kāi)始后降水均勻穩(wěn)定持久，過(guò)程最大降雨量為景洪市勐宋水庫(kù)149.0 mm，短時(shí)強(qiáng)降水僅4站次，最大小時(shí)降雨量為27.0 mm。2021年2月7日00：00—9日00：00，西雙版納州3個(gè)國(guó)家站逐小時(shí)降雨量和氣壓情況表明，7日凌晨到午后多分散的對(duì)流降水，傍晚前后雨勢(shì)自西向東逐漸加強(qiáng)，直到9日凌晨減弱結(jié)束，降雨持續(xù)近30 h，大部時(shí)段小時(shí)降雨4～6 mm；逐小時(shí)海平面氣壓大部時(shí)段為1 010～1 020 hPa，勐海、景洪和勐臘3個(gè)國(guó)家站都經(jīng)歷了4次明顯的低壓擾動(dòng)。

暴雨主降雨時(shí)段24 h（2月7日20：00—8日20：00），最大降雨量為勐臘縣勐臘一區(qū)123.5 mm，全州出現(xiàn)中雨1站次、大雨13站次、暴雨59站次和大暴雨8站次，其中暴雨和大暴雨占比共計(jì)高達(dá)82.8%；暴雨幾乎覆蓋西雙版納全境，降雨量分布呈西北向東南增多的趨勢(shì)。

2 環(huán)流背景及主要影響系統(tǒng)

利用2021年2月6日20：00—8日20：00，逐6 h歐洲中心再分析資料500 hPa高度場(chǎng)平均（圖1a～b），從平均環(huán)流狀況來(lái)看，副高穩(wěn)定維持在15°N和120°E附近，南支槽位于90°E附近，呈典型的“經(jīng)向型”暴雨環(huán)流特征，但副高位置偏西偏北，這與李永華等[6]對(duì)副高位置研究結(jié)果存在一致性。

就500 hPa環(huán)流演變而言，2021年2月7日08：00和20：00烏拉爾山阻塞高壓與貝加爾湖切斷低壓穩(wěn)定少變，南支槽位于85°E附近，槽底位于15°N附近，近似南北向，西雙版納上空出現(xiàn)≥18 m/s的中空急流的同時(shí)，700 hPa出現(xiàn)西南低空急流，這時(shí)離暴雨開(kāi)始0～12 h；8日08：00，隨著烏拉爾山阻塞高壓南落東移，高壓脊前不斷南下，冷空氣與貝加爾湖切斷低壓相互交替擾動(dòng)，長(zhǎng)波槽蛻變?yōu)槎滩ú郏龑?dǎo)冷空氣沿著青藏高原東麓南下，與位于東印度至孟加拉灣一帶南支槽相交綏，南支槽加深，槽底延伸到12°N附近，南支槽位于90°E附近而副高仍維持穩(wěn)定少變，中空急流呈減弱態(tài)勢(shì)的同時(shí)，700 hPa上低空急流仍然存在，暴雨加強(qiáng)持續(xù)；到8日20：00，副高明顯東退略北抬，和南支槽移到100°E附近，這時(shí)離暴雨結(jié)束約4 h。

分析結(jié)果表明：穩(wěn)定持久位于90°E附近南支槽和脊線在15°N附近西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定維持將大量的西南暖濕氣流輸送至西雙版納上空，與沿青藏高原東麓南下冷空氣相交綏，造成此次西雙版納冬季暴雨。

3 天氣診斷分析

3.1 水汽條件

云南西雙版納冬季多為干燥偏西北風(fēng)控制，水汽條件差，因而水汽輸送的分析對(duì)西雙版納冬季強(qiáng)降水（暴雨）來(lái)說(shuō)十分重要；然而，低空急流移動(dòng)往往會(huì)影響降水分布。分析700 hPa等壓面上全風(fēng)速、風(fēng)場(chǎng)和水汽通量散度（圖2a～b）可知，2021年2月7日08：00在滇西南臨滄至普洱一帶建立了風(fēng)速≥12 m/s西南低空急流，急流核前沿有水汽輻合，而在西雙版納上空無(wú)明顯水汽輻合；7日20：00隨著低空急流加強(qiáng)東南移，來(lái)到普洱瀾滄縣至西雙版納勐海縣勐滿鎮(zhèn)一帶，此時(shí)水汽急劇輻合，強(qiáng)輻合中心位于西雙版納西北部，水汽通量散度最強(qiáng)達(dá)（-15～-20）×10-4 g×s-1×cm-2×hPa-1，此時(shí)暴雨開(kāi)始2～4 h。8日08：00繼續(xù)南移的低空急流位于緬甸至西雙版納西南部，急流軸右側(cè)西雙版納區(qū)域強(qiáng)輻合中心水汽通量散度仍在-12～-18×10-4 g×s-1×cm-2×hPa-1，暴雨持續(xù)中；8日20：00東移低空急流和水汽輻合在西雙版納轄區(qū)明顯減弱，此時(shí)暴雨即將結(jié)束。

上述分析表明：槽前西南急流將充沛水汽輸送至西雙版納上空，強(qiáng)水汽輻合是造成此次暴雨的重要原因。暴雨位于急流核前沿輻合區(qū)，暴雨移動(dòng)路徑與急流移動(dòng)方向相一致；水汽強(qiáng)輻合區(qū)和暴雨落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 單站探空分析

從2021年2月7日08：00來(lái)看，暴雨開(kāi)始前12 h 850 hPa附近存在逆溫層的同時(shí)，有風(fēng)順轉(zhuǎn)即暖平流，對(duì)流有效位能CAPE為256.6 J/kg，干暖蓋指數(shù)Ls為-36.6 ℃，整層呈上干下濕對(duì)流熱力不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。暴雨開(kāi)始前，出現(xiàn)了多分散局地對(duì)流性天氣，這與前述實(shí)況一致；至7日20：00，即暴雨臨近開(kāi)始時(shí)，850 hPa附近逆溫層和風(fēng)順轉(zhuǎn)（暖平流）仍然存在，對(duì)流層濕層增大增厚，對(duì)流有效位能卻急劇減小，表明對(duì)流發(fā)展及降水出現(xiàn)不斷釋放對(duì)流不穩(wěn)定能量。對(duì)流熱力擾動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定的同時(shí)，干暖蓋指數(shù)Ls（-33.3 ℃）只是小幅度變化，表明對(duì)流層依然由干暖空氣主導(dǎo)。暴雨時(shí)段，對(duì)流層低層至高層一致穩(wěn)定存在異常活躍的西南風(fēng)急流，且在垂直風(fēng)切變加強(qiáng)的同時(shí)，溫度露點(diǎn)和溫度層結(jié)曲線逐漸相互靠近，水汽趨于飽和的同時(shí)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放。結(jié)果表明：大氣逆溫層在事先為暴雨積聚水汽的同時(shí)，與行星邊界層頂逆溫層上部暖干氣層形成巨大位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)為暴雨提供有利熱力不穩(wěn)定條件。

3.3 動(dòng)力抬升條件

對(duì)流層低層輻合、高層輻散“抽吸”垂直結(jié)構(gòu)是暴雨的重要特征之一。圖3為西雙版納冬季暴雨開(kāi)始前12 h和暴雨臨近開(kāi)始時(shí)沿21.7°N暴雨中心散度和垂直速度的經(jīng)向垂直剖面圖。分析2021年2月7日08：00圖3（a，c）可知，在暴雨開(kāi)始前12 h，暴雨區(qū)上空呈弱輻合、輻散相間的特征；暴雨中心西部呈明顯上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，東部為弱的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。隨著南支槽加深、東移，使得脊前偏北氣流加強(qiáng)，臨近暴雨發(fā)生時(shí)，中高層500～200 hPa出現(xiàn)了12×10-5 s-1的強(qiáng)輻散中心的同時(shí)，中低層切變線加強(qiáng)，在700 hPa出現(xiàn)了-12×10-5 s-1的輻合中心（圖4b）。這種低層輻合、高層輻散的垂直分布結(jié)構(gòu)有利于上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。

當(dāng)?shù)蛯虞椇稀⒏邔虞椛⑦_(dá)到最強(qiáng)時(shí)，垂直速度上升運(yùn)動(dòng)也達(dá)到最強(qiáng)，暴雨臨近時(shí)，從大氣行星邊界層至200 hPa高度基本為垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)（圖3d），500～600 hPa之間出現(xiàn)了10×10-1 hPa×s-1和12×10-1 hPa×s-1的強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)中心，加強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)將低層積聚的水汽向上抬升，增加了濕層的厚度，使得對(duì)流層中低層達(dá)到準(zhǔn)飽和狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放，造成此次西雙版納冬季暴雨。

4 結(jié)論

穩(wěn)定持久位于90°E附近南支槽和脊線在15°N附近西太平洋副高穩(wěn)定維持是有利于西雙版納冬季暴雨的環(huán)流條件；暴雨發(fā)生在南支槽前，槽后500 hPa偏西北氣流大風(fēng)區(qū)對(duì)暴雨有重要影響。一方面，在強(qiáng)偏西北風(fēng)帶下的干冷空氣與逆溫層抑制作用下，水汽、能量積聚形成了熱力不穩(wěn)定層結(jié)區(qū)的同時(shí)，暴雨區(qū)上空較強(qiáng)垂直風(fēng)切變有利于對(duì)流發(fā)展；另一方面，上游冷空氣在西北氣流的引導(dǎo)下沿青藏高原東南與南支槽相交綏，使得南支槽加深、緩慢東移，中低層切變和高層輻散加強(qiáng)，形成強(qiáng)的“抽吸”作用，有利于觸發(fā)暴雨區(qū)低層水汽輻合抬升。

中低層切變線、700 hPa西南低空急流將孟加拉灣和南海充沛水汽輸送至西雙版納上空急劇輻合抬升是造成這次暴雨的主要機(jī)制。暴雨位于700 hPa急流核前沿，暴雨移動(dòng)路徑與急流移動(dòng)方向相一致；水汽強(qiáng)輻合區(qū)和暴雨落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of A Winter Rainstorm in Xishu-

angbanna， Yunnan in 2021

Gao Dong-bin et al（Xishuangbanna Meteorological Bureau，" Jinghong， Yunnan 666100）

Abstract A winter rainstorm in Xishuangbanna， Yunnan Province on February 7-9， 2021 was analyzed by using ERA5 reanalysis data， high-altitude observation data and ground observation data. The results show that： （1） it was favorable for large-scale circulation to keep the subtropical high （hereinafter referred to as “subtropical high”） in the western Pacific Ocean with the south branch trough around 90°E and the ridge line around 15°N stable and persistent， and to maintain the meridional circulation stably. （2） The shear line in the middle and lower layers and the 700 hPa southwest low-level jet stream transport abundant water vapor to Xishuangbanna， and the sharp convergence and uplift are the main mechanisms of the rainstorm. （3） The energy storage effect of the counter-temperature dry and warm cover makes the accumulation of water vapor and heat and the intrusion of 500 hPa dry and cold air favorable conditions for thermal stratification instability. （4） The rainstorm was located in the convergence area of 700 hPa jet core front， and the rainstorm moving path was consistent with the jet moving direction; There was a good correspondence between the strong water vapor convergence area and the rainstorm area.

Key words Xishuangbanna; Winter rainstorm; South branch trough; Low-level jet stream; Energy storage effect of inverse temperature dry warm cover

作者簡(jiǎn)介 高棟斌（1981—），男，云南鎮(zhèn)雄人，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研究。

收稿日期 2023-01-08