2020年秋季一次冷锋切变影响的滇东南灾害性暴雨过程分析

张 蕾

文山州气象台，云南文山 663000

滇东南地处云南省东南部岩溶石山区，包括文山州和红河州两地，由于受多种天气系统影响，暴雨频发，常引发山洪、城镇内涝、滑坡和泥石流等灾害，给人民生命财产造成了巨大损失[1-2]。2020年9月23日滇东南出现了一次区域性的大到暴雨、局部大暴雨天气过程，造成两地10县（市）出现不同程度的暴雨洪涝及次生灾害。据统计，此次过程共造成滇东南地区农作物受灾1 290.01 hm2、成灾795.43 hm2、绝收371.6 hm2，农业经济损失达1 120.65万元，导致各类直接经济损失约4 371.53万元，给人民生产生活带来严重影响。利用常规观测资料、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料、卫星和多普勒雷达资料，从环流形势，水汽、热力及动力条件，中尺度对流云团（MCS）和雷达回波演变特征等方面，分析了此次滇东南区域性暴雨过程，在一定程度上提高此类灾害性天气降水强度和落区的预报准确率，减少暴雨致灾损失。

1 过程天气概况

根据2020年9月22日14:00至23日14:00滇东南412个雨量站统计：两地共出现大暴雨11站、暴雨100站、大雨210站，最大累计降水量出现在红河州的河口县洞坪22队站为214.3 mm（图1a画圈处）。过程期间强对流天气特征明显，滇东南和曲靖南部出现大范围密集的闪电活动，在暴雨区域还伴随出现明显的短时强降水，短时强降水分布范围广，累计出现130站次，最大小时雨强为河口县洞坪22队站76.0 mm/h（图1b）。

图1 2020年9月22日14:00～23日14:00云南省累计降水量（a）和短时强降水（b）

2 天气环流背景

暴雨发生前（9月22日08:00），100 hPa南亚高压中心位于印度半岛北部，500 hPa亚洲中高纬为两槽一脊环流形势，高空槽位于云南北部，西太平洋副热带高压（以下简称副高）西进断裂，在滇缅之间形成一个高压单体（图略）。暴雨暴发时（23日02:00），南亚高压整体东移，整个云南地区位于高空东风急流入口区右后侧，且东风急流有所加强，辐散环境较好，为暴雨的发生提供了有利的高空辐散抽吸作用（图2a）。高空槽逐渐东移引导低层冷空气南下，副高继续加强西伸，滇缅高压中心向西南移至孟加拉湾海域，588线西脊点延伸至12°N，82°E附近，此时整个滇东南地区恰好处于2个高压的辐合区内，属于云南第二类两高辐合[3]。受副高主体外围的偏南气流和滇缅高压外围西南气流共同影响，有利于孟加拉湾和南海的水汽同时向滇东南上空输送，为此次降雨过程提供了十分有利的水汽条件（图2b）。暴雨结束时（23日14:00），副高继续西伸北抬，588线西脊点已延伸至80°E以西，西南水汽通道受阻。

图2 2020年9月23日02:00 100 hPa风场

在低层，暴雨开始时（22日20:00）700 hPa上昆明至文山一带为弱的偏西气流辐合，850 hPa切变线南压至文山北部一带，与地面冷锋位置基本对应，切变线呈西北—东南—东北走向，南侧为来自孟加拉湾的西南气流，北侧为大陆冷高压外围的东北气流，且后方冷空气势力增强，此时为两股气流交汇（图略）。暴雨暴发时（23日02:00）700 hPa辐合区略向西移至红河一带，此时文山受偏南气流影响，红河受西南气流影响，给暴雨的维持提供了源源不断的水汽，850 hPa切变线南压至文山中南部、红河中部一带并伴随出现了低涡中心，位置仍与地面冷锋位置一致，由于副高阻挡缓慢向西南方向移动，切变线南侧为来自孟加拉湾的西南气流和南海的偏南气流，北侧为偏北气流，冷暖空气势力相持，此时为三股气流交汇维持，整个滇东南地区出现大范围强降雨（图3）。23日08:00 700 hPa辐合区仍在红河一带维持并加强，850 hPa切变线缓慢压至红河西部到南部一带，造成红河西部和南部地区出现局地强降雨，之后，随着850 hPa切变线和地面冷锋向西移出滇东南，强降雨过程趋于结束（图略）。综上，副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南区域性暴雨。

图3 2020年9月23日02:00 700 hPa（a）、850 hPa（b）流场（填色为风速大小，单位：m/s）和地面风场叠加24 h变压场（c）

3 物理量分析

3.1 水汽条件

从850 hPa水汽通量（图4a）来看，暴雨暴发时存在2支水汽输送通道，一支是来自孟加拉湾的西南气流，另一支是来自南海的偏南气流，水汽通量稍有减弱但仍然维持，这与许美玲等[4]研究云南突发特大暴雨过程的水汽通量变化特征一致，此时西南气流水汽通量中心为20 g/（hPa·s·cm），偏南气流水汽通量中心为8 g/（hPa·s·cm），2支通道同时为滇东南上空提供充沛的水汽。从850 hPa上水汽通量散度来看，22日20:00滇东南水汽通量辐合迅速增强，中心值为-50×10-8g/(cm2·hPa·s)，此时强水汽辐合区与850 hPa切变线和地面冷锋位置相吻合，曲靖南部、文山北部有分散的短时强降水出现；23日02:00水汽通量辐合相对减弱但仍然维持在-25×10-8g/(cm2·hPa·s)，此时滇东南出现了大范围强降水（图4b）。

图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 热力条件

选取22日20:00蒙自站的T-lnP图（图5）代表滇东南的层结性质，蒙自站对流有效位能为1 754.7 J/kg，有较强的不稳定能量蓄积。通过高低层的温差可判别大气的稳定性状况，蒙自站T500-700为16.6 ℃，层结不稳定[5]。蒙自站湿层比较深厚，850 hPa比湿为16 g/kg，且T-lnP图呈细长型，暖云层厚度为3.5 km，有利于短时强降水天气的发生和高效率降水的产生。从风场的垂直分布上来看，蒙自站0～6 km垂直风切变较弱仅为0.6 m/s，且在850～700 hPa为东南风和西北风交汇，冷暖气流在此碰撞十分剧烈，也有利于强降水的产生。以上综合分析表明，滇东南地区较滇中地区上空的大气层结不稳定，有较强的不稳定能量蓄积，拥有较高的降水效率，且冷暖气流在此碰撞剧烈，有利于短时强降水的产生。

图5 蒙自站2020年9月22日20:00 T-lnP图

3.3 动力条件

从红河南部大暴雨中心河口县洞坪22队站（图6）来看，22日下午开始上升运动开始增强，垂直上升运动区从近地面延伸至200 hPa高度，23日08:00洞坪22队站在850 hPa和300 hPa出现2个强上升运动中心，最大上升速度达-0.6 Pa/s，与强降雨时段对应。滇东南地区强烈的上升运动将低层积聚的水汽向上抬升，同时触发不稳定能量释放造成局地大暴雨。

图6 2020年9月22日08:00至23日14:00河口县洞坪22队站垂直速度（单位：10-1Pa/s）时空剖面图

4 中尺度对流云团演变特征

通过对卫星云图进行分析，清楚地揭示了造成此次暴雨过程的中尺度系统的演变过程，MCS的发展和移动与此次暴雨及短时强降水的落区有十分密切的联系。22日16:00地面冷锋到达楚雄北部—昆明中部—曲靖南部一带时，由于地面气温和露点温度均较高，不稳定能量强，地面冷锋附近不断有对流云团初生，其中曲靖南部和贵州黔西南州与百色交界处露点温度较周围区域更高（达到20 ℃以上），云团A和云团B迅速发展为块状（图7a）；19:00地面冷锋仍在原地维持，曲靖与红河交界处不断有对流云团初生后与A云团合并，B云团继续发展并向南移至百色西部，曲靖中部和西部有云团C和D生成发展，此时A、B、C云团中均有短时强降水发生（图7b）；22:00地面冷锋略向南压，在滇缅高压外围西偏北气流的引导下，4个对流云团逐渐靠拢合并增强为MCS并向东南发展，云团结构紧密，形状呈椭圆形，有3个白亮中心，且文山与广西交界处仍不断有对流云团新生并入MCS，此时MCS内发生大范围短时强降水（图7c）；23日03:00随着地面冷锋南压至红河北部—文山中南部一带，由于滇东南区域拥有更高的露点温度，MCS在文山中部加强，此时在越南与老挝交界处即冷锋西南方暖区一侧也有一对流云团F生成发展（图7d）；07:00暖区对流云团F向东北方移动到红河南部时合并入地面冷锋云系E中，导致MCS继续维持（图7e），造成河口县洞坪22队站150.4 mm/3 h的强降雨；直到11:00后，红河上空对流MCS云型结构逐渐松散，随着地面冷锋移出红河境内，强降雨也随之结束（图7f）。中尺度对流云团不断生成与合并且长时间维持造成此次滇东南区域出现大范围暴雨及短时强降水。

图7 2020年9月22日16:00至23日11:00 FY-2G红外云图叠加地点面冷锋

5 结论

（1）副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850 hPa切变线和地面冷锋造成此次滇东南区域性暴雨。

（2）滇东南存在2支水汽输送通道：一支是来自孟加拉湾的西南气流，另一支是来自南海的偏南气流，2支水汽通道同时在滇东南上空汇合，850 hPa水汽通量强辐合区与切变线和地面冷锋位置相吻合。

（3）滇东南地区上空的大气层结不稳定，有较强的不稳定能量蓄积，有较高的降水效率，且冷暖气流在此碰撞十分剧烈，有利于短时强降水及暴雨的产生。

（4）滇东南地区有剧烈的垂直上升运动，大暴雨中心垂直上升运动区从近地面延伸至200 hPa高度，上升运动最强时段与强降雨时段对应。

（5）在冷锋附近，地面露点温度高的区域对流云团更易发展，中尺度对流云团不断生成与合并且长时间维持造成此次滇东南区域出现大范围暴雨及短时强降水。