摘要 利用常规观测资料与卫星、雷达等非常规观测资料，综合分析了2017年7月20日昆明主城区大暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明，500 hPa两高辐合区是此次暴雨过程的天气尺度影响系统；高能高湿的对流不稳定层结、适宜的垂直风切变是强对流天气形成的有利条件；在Q矢量散度辐合区内β中尺度对流系统（MCS）发生发展，短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的TBB等值线密集区，雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关；多普勒雷达显示，逆风区是强对流暴雨产生的直接影响系统，回波强度在35～45 dBz，最强达49 dBz，回波顶高超过10 km的区域对应着强烈雷暴，逆风区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。

关键词 强对流暴雨；天气成因；中尺度分析；昆明

中图分类号 S161.6文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）15-0145-06

Abstract Using conventional observation data and unconventional observational data such as satellites and radars， the weather causes of the heavy rainstorm process in the main city of Kunming on July 20， 2017 were analyzed and the features of the mesoscale convective system were comprehensively analyzed.The results showed that the 500 hPa two high convergence area was the weather scale effect system during the heavy rainstorm process；Convective instability stratification with high energy and high humidity， and suitable vertical wind shear were favorable conditions for the formation of strong convective weather.The mesoscale convective system （MCS） developed in the region of vector divergence convergence. The short-term heavy precipitation mainly occured in the convective active TBB isoline dense area at the front of the MCS mobile， and the change of rainfall intensity was closely related to the gradient change of TBB isoline.Doppler radar showed that the upwind region was a direct impact system for strong convective rainstorms；the echo intensity was 35 - 45 dBz， and the strongest was 49 dBz；the area where the echo top height exceeds 10 km corresponded to a strong thunderstorm. There was a good correspondence between short-term heavy precipitation and thunderstorm weather.

Key words Strong convective rainstorm；Weather origin；Mesoscale analysis；Kunming

強对流天气伴随雷暴、对流性大风、短时强降水、冰雹、龙卷等剧烈天气现象，其中短时强降水引发的暴雨是造成洪涝和滑坡、泥石流等地质灾害的重要气象诱因，强对流天气的预报预警一直以来都是天气预报业务的重点和难点。引发强对流的影响天气系统较为复杂，许美玲等[1]和张腾飞等[2]指出地面冷锋与700 hPa切变线共同作用是云南暴雨过程和强对流天气的重要类型，以往的研究揭示了冷锋切变的大尺度环流及水汽输送和中尺度特征[3-8]。据统计，造成云南短时强降水的天气类型中，冷锋切变型占绝大多数，其次是500 hPa两高辐合型，然而对两高辐合型暴雨中强对流和短时强降水的中尺度特征研究较少。2017年7月20日云南受两高辐合区影响，出现一次大雨、局部暴雨过程，其中昆明主城区出现强对流天气，剧烈的雷暴伴随短时强降水，短时强降水迅速造成城市内涝，城郊发生多处滑坡、塌方地质灾害及农田被淹，损失严重。笔者应用常规观测资料、FY-2E卫星观测资料及昆明CINRAD-CC雷达回波资料和闪电定位仪数据，综合分析两高辐合型强对流天气的中尺度特征，为该类灾害性天气的气象服务提供参考。

1 强降水过程概况

2017年7月19日20：00—20日20：00，国家观测站出现1站大暴雨、3站暴雨、18站大雨，达到全省性大雨强降水过程业务标准；全省乡镇自动气象观测站出现9站大暴雨、46站暴雨、105站大雨，强降水时段主要集中在19日20：00—20日08：00（图1a）。在强降水过程背景下，19日20：00—20日08：00昆明主城区普降大到暴雨、局地大暴雨，并伴有强烈雷电（图1b）和短时强降水天气（表1），统计昆明主城区91个自动站日雨量显示，大暴雨有9站，最大日雨量为东华站的154.7 mm，暴雨有31站，大雨有27站，中雨有18站，最大小时雨强达79.9 mm，出现于20日00：00—01：00的官渡区太和街道自动站，刷新昆明小时雨量61.4 mm的历史极值记录。

此次昆明主城区暴雨过程历时短，降雨强度大，伴随剧烈雷暴天气，负地闪密集区与暴雨区对应较好，这种特征与张义军等[9]和周筠君等[10]研究指出的强烈的地闪活动与对流性强降水有很好的对应关系的结论相符合，强对流天气突出是这次暴雨过程的顯著特征。

2 强对流发展的环境条件

2017年7月19日20：00 500 hPa形势图上（图2），青藏高原为588 dagpm的高压环流，江南、华南及南海北部为西太平洋副热带高压控制，云南处于青藏高压与副高之间的辐合区内，这是有利于云南强降水发展的两高辐合区形势，昆明正好处于青藏高压前沿的偏北气流和副高外围的偏南气流构成的辐合区内。

3 物理量诊断分析

3.1 水汽条件

7月孟加拉湾季风低压已稳定建立，进入季风活跃期，持续出现强盛的季风云系，云南中低空水汽十分充沛，7月19日20：00，700 hPa虽然没有出现低空急流，但比湿达10～12 g/kg，昆明为11 g/kg，云南整层可降水量达25～50 mm，昆明整层可降水量达35 mm（图3a），已经具备强降水的必要水汽条件。在云南高原地区，对流层700 hPa水汽辐合在降水机制上起着重要作用，水汽通量散度分析发现，到19日20：00暴雨发展前，滇西北、滇中及滇西南都处于水汽辐合区中，昆明水汽通量散度达-0.05×10-5 g/（hPa·cm2·s）（图3b），充沛的水汽和水汽辐合为暴雨发生发展提供了必要条件。

3.2 上升运动

分析湿Q矢量散度看出，到19日20：00 700 hPa湿Q矢量散度场出现负值辐合区，滇中暴雨区湿Q矢量散度中心值达-1.5×10-16hPa-1·s-3（图4），Q矢量散度激发次级环流，辐合区对应次级环流的上升气流区，可见滇中的昆明处于较强的气流上升区，强烈的上升运动为对流的发生发展提供了有利的动力条件，极有利于触发中尺度对流系统MCS发生发展[11-14]。

从散度场分析也看出，云南大部低层850 hPa为辐合区，而高层200 hPa为辐散区，高低层散度差为正值区，昆明处于中心区附近，散度差达25×10-5 s-1（图5），存在低层辐合、高层辐散的抽吸结构，有利于对流系统发展增强。

3.3 能量及大气稳定度条件

分析K指数演变发现，在此次强降水前的19日08：00，云南K指数高达38～40 ℃，昆明K指数为39 ℃，已达到成片雷雨指标（K指数>35 ℃），20：00达最强，昆明K指数高达40 ℃（图6a）。分析昆明探空站T-lnP图（图6b）发现，在暴雨全面发展前，昆明探空站已转为对流性不稳定层结，CAPE值达918 J/kg，且θse500-θse800为-5 ℃，已形成对流不稳定；风矢图上，地面为静风，700～500 hPa是西南风，地面到500 hPa为暖湿层，400 hPa为偏北风，表明有干冷平流入侵，中低层湿而高层干冷，400～250 hPa风向顺转为西北风，风向垂直切变明显，这种配置结构十分有利于强对流发展加强，这是这次强对流暴雨伴随强烈雷暴的最重要原因。

4 地面辐合线

孙继松等[15]分析指出地面辐合线是触发对流的重要因子，地面辐合线的运动与雷暴移动方向一致；诸多研究发现地面辐合线在中尺度对流系统的触发和维持方面起着重要作用[16-18]。为此通过跟踪地面自动站风场变化来进一步认识地面辐合线对中尺度对流系统的触发作用。7月19日14：00—20：00云南处于两高辐合区内，与辐合区对应着一条东北—西南向云带，存在对流活动，午后到傍晚先后出现雷雨天气，但雨量不大，到20：00雷雨天气明显减弱，相应昆明主城区的强对流天气转为暂停阶段，但是从20：00开始，在昆明北部的东川到禄劝出现一条中尺度地面辐合线，这一中尺度地面辐合线触发新的对流系统发生，在其附近及后部有对流云团生成，21：00—23：00地面辐合线逐步南压（图7a～b），此阶段对流云团明显发展加强南压，地面辐合线19日23：00后南移至昆明主城区北段，随之降雨明显加大，20日00：00—01：00昆明地面辐合线后方东北风加大，地面辐合线从昆明主城北市区南移至南市区（图7c～d），此阶段地面辐合线达最强，也是降水最强时段；20日02：00后地面辐合线减弱，强对流系统随之减弱，短时强降水随即停止。可见，地面辐合线是触发对流系统生成的重要因素，同时地面辐合线维持并加强了对流系统，造成短时强降水天气。

5 卫星云图中尺度特征

在有利的天气环境条件下，强对流暴雨天气是中尺度天气系统造成的。为此通过云图跟踪中尺度对流系统，参照杨舒楠等[19]的分析方法，定义云顶辐射亮温（TBB）≤-32 ℃为冷云罩，TBB≤-52 ℃为冷云区，应用FY-2E卫星逐时红外云图及反演的TBB资料，认识这次暴雨天气的中尺度对流系统。

19日下午，随着两高辐合区东南移动，在辐合区内有一条东北—西南向云带，与辐合区走向一致，内有多个对流单体，相应出现了雷雨天气，但午后到傍晚这一时段降水还不强。20：00后由于受地面辐合线触发，在昆明北部出现一个对流云团，到22：00云团发展迅速（图8a），TBB下降，对流云团发展成MβCS，TBB≤-32 ℃的冷云罩面积约1.8×104 km2，并与辐合区云带的冷云罩趋于合并连成一片，TBB≤-52 ℃的冷云区面积约1.3×104 km 云团最低云顶亮温为-64 ℃，并且逐步向南移动发展；到23：00，TBB≤-52 ℃的冷云区面积进一步增大，对流云团TBB最低下降至-67 ℃（图8b），此时段在昆明北部的MβCS南移方向的前沿TBB等值线密集区梯度最大处产生了短时强降水，如23：00昆明主城区的东华街道办事处自动站小时雨量为46.1 mm；20日00：00（图8c、9a），中尺度对流系统随之南移并发展到最强，TBB进一步下降至-71 ℃，TBB≤-52 ℃的冷云区覆盖了昆明主城区，冷云区前沿的TBB密集区南移扫过主城区，MβCS对流云团边缘整齐呈椭圆状；到01：00（图8d、9b），MβCS稍有减弱，最低TBB升高至-68 ℃。20日00：00—01：00，冷云区面积增大，TBB梯度加大，MβCS发展到成熟阶段并维持了2 h，此期间强降水全面发展，强降水面积增大，出现连续2 h的短时强降水，其中太和街道办事处和东华街道办事处20日00：00小时雨量分别为79.9和77.0 mm，对照此阶段雨量分析看出，MβCS的TBB≤-52 ℃的冷云区范围与暴雨区对应较好。02：00和03：00（图8e、f），地面辐合线减弱，MβCS的TBB升高至-62 ℃，昆明主城区TBB密集区梯度减小变成均匀区，降雨减弱。

综上分析，两高辐合型背景下，地面辐合线触发MβCS发生发展，MβCS的TBB≤-52℃的冷云区范围与暴雨对应较好。强对流暴雨易发生在TBB等值线密集区梯度最大处，对流云团最低云顶亮温愈靠近云团边緣，TBB等值线梯度愈大，其移动发展方向前沿的区域与短时强降水对应较好，雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关。

6 多普勒雷达回波特征

跟踪昆明多普勒雷达回波发现，7月19日20：04在昆明北部出现分散的对流单体（图10a），21：09对流单体聚合成块状（图10b），以30 km/h的速度向南移动发展；22：57对流回波持续发展加强，最终被组织成带状多单体群（图10c），前缘移入昆明主城北市区。20日00：00后，昆明市区受此东西向带状对流降水回波影响，降水迅速发展增强，00：00—01：00为降水最强时段，回波维持在35～45 dBz，最强回波49 dBz（图10d），强回波多集中在3～4 km高度（图11），回波结构质心低，降水效率高，这是此次暴雨过程以短时强降水为主的重要原因；另外，强回波顶高普遍在10～12 km，因而出现强雷暴，速度图上中尺度辐合系统主要是昆明市区有逆风区活动（图12）。02：00后，逆风区减弱消散，昆明主城区回波强度减弱为35 dBz以下，降水明显减弱。

分析发现，这次中尺度强对流系统相对单一，主要是逆风区活动造成的强降水，回波强度在35～45 dBz，最强49 dBz，回波顶高超过10 km，强回波区域质心低，与短时强降水相对应。

7 结论

（1）500 hPa两高辐合区形势下，强的高能高湿环境及有利的垂直风切变配置促成强烈的对流不稳定层结，地面辐合线触发不稳定能量释放形成强降水，水汽通量散度和湿Q矢量散度辐合区与暴雨区对应较好。没有低空急流参与，虽然降水强度大但持续时间较短。

（2）卫星云图上昆明北部南移的MβCS造成强降水天气，MβCS的TBB≤-52 ℃的冷云区范围与暴雨对应较好。短时强降水易发生在MβCS移动方前沿的对流活跃的TBB等值线密集区，其移动发展方向前沿的区域与短时强降水区域对应较好，雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关。

（3）多普勒雷达速度图上，活跃的逆风区是暴雨产生的直接影响系统，回波强度普遍在35～45 dBz，回波顶高超过10 km，强回波集中在中低层，逆风区对应短时强降水和雷暴天气。

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