1. 引言
暴雨及其引发的洪涝、地质灾害是丽江市多发的气象灾害之一，常给国民经济和人民生命财产造成严重的损失。暴雨是各种尺度天气系统相互作用的结果。许多专家、学者对不同地区、不同环流背景下的暴雨有过不少的分析研究 [1] [2] [3] 。
丽江市地处青藏高原东南缘，滇西北横断山纵谷地带的东部，属低纬高原山地季风气候，干湿季分明，立体气候特点突出。全市年均降水量约为980毫米左右，其中7~8月是全年的降水高峰期，两个月的降水量占到了全年降水量的49%左右。2010年，云南省遭遇百年一遇的严重干旱，丽江是重旱区之一。四个气候站中，除丽江站雨季开始期较正常年偏早10天，其余均严重偏晚；其中永胜站雨季开始期7月14日，较正常年偏晚40天，为有记录以来进入雨季最晚的一年。今年第2号台风“康森”(Conson)于7月12日上午在菲律宾形成，16日晚间登陆海南三亚，稍微加强后，17日晚间登陆越南北部沿海，18日影响广西、云南。这是今年第一个对我国造成影响的台风，较常年偏晚。
本文利用常规的Micaps气象资料及丽江CINRAD/CC多普勒雷达(位于丽江市玉龙县太安乡香炉山100˚2'33''E, 26˚43'40''N)观测资料对2010年7月18日出现在滇西北区域的大范围强降水天气进行诊断分析，望对今后提高主汛期重要天气预报准确率提供一定的参考价值。
2. 过程介绍及环流形势特征
2.1. 过程介绍
2010年7月18日，云南省气候站中出现10站暴雨、19站大雨、22站中雨，暴雨大雨集中在滇西、滇西北区域。丽江四个气候站出现2站暴雨，1站大雨，1站中雨(见下表1和图1)，雨量集中在17日夜间至18日凌晨。我市正常运行的48个自动气象监测站，7月17日20时至7月18日20时平均雨量为47.6 mm；达到100 mm以上有3站，50~99.9 mm有12站，25~49.9 mm有26站，其余7站也都大于10 mm。最大降水出现在牦牛坪站，24小时雨量为153.3 mm。由于前期7月13日也出现了明显的大范围降水，此次降雨造成了我市华坪船房和永胜东山、三川等乡镇不同程度的山洪、泥石流灾害(船房、东山、三川18日雨量分别为40.2 mm、41.4 mm和128.4 mm)。永胜灾区受灾人口3552人，农作物受灾4755亩，农业经济损失达183.78万元，农户家庭财产直接经济损失8.15万元，基础设施直接经济损失176.4万元。
Table 1. Daily rainfall of Lijiang climate station from July 17th to 19th (Unit: mm)
表1. 丽江气候站7月17~19日逐日雨量(单位：mm)
Figure 1. Hourly rainfall of four climate stations in Lijiang city on July 18th, 2010 (a, b, c, and d are Lijiang, Yongsheng, Huaping, and Ninglang respectively). Horizontal coordinate: July 18th, 20:00 to July 19th, 20:00 (in hours), vertical coordinate: Rainfall (in millimeters)
图1. 丽江市4个气候站2010年7月18日逐小时雨量实况(a、b、c、d分别为丽江、永胜、华坪、宁蒗)。横坐标：7月18日20时至7月19日20时(单位小时)；纵坐标：雨量(单位毫米)
2.2. 环流形势特征
7月17日20时500 hPa上亚洲地区中高纬为两槽一脊的形势，东亚槽主体位于30˚N以北，112˚E附近，另一槽位于巴尔克什湖以西，中高纬以经向环流为主。西太平洋副热带高压东退至贵州西部，西脊点位于107˚E、26˚N附近，中心强度达5960 gpm。青藏高压维持加强，位于西藏北部至甘肃一带，中心强度达5920 gpm，边缘影响到四川中部一线。“康森”台风随副高外围东南气流在越南北部登陆，水汽沿偏南气流北上。孟湾为反气旋环流。川滇交界为两高之间的南北向辐合区，高原东南侧也有NW-SE向的风向辐合，丽江–大理–普洱一线有切变存在。多个系统的结合下，在四川盆地西南部至滇西北形成586的低涡。18日20时，副高和青藏高压稍减弱，两高间辐合区风速加大，控制陕西南部–四川东部–四川南部–滇西北一线(图略)。随着青藏高压减弱，两高间辐合区19日减弱北缩，逐步与东亚槽合并，直至消失。
7月17日20时700 hPa重庆南部至四川盆地南部有对应500 hPa两高间辐合区的NE-SW向的切变。高原东南部有一低涡，从高原东南侧至丽江、大理、普洱、红河一线有一低涡切变。滇西北、滇西南和滇南温度露点差较小，说明中低层水汽条件较好。切变线附近高度场呈现川滇切变线南下影响云南大部的“北高南低”形势 [4] ，后部格尔木站高度为3130 gpm，前部丽江站高度为3100 gpm，巴塘和丽江有4℃的温差，丽江附近比湿均达到12 g/kg，有利于暴雨生成 [5] 。18日08时，随着台风减弱后的低值系统继续西进，滇西南北向的切变强度维持，并向西推，普洱站风向由偏北风转为偏东风(图略)。滇西南北向的切变于19日减弱消失，滇中东西向的切变代之。
地面图上7月17日20时冷空气前沿到达腾冲–大理–昆明一线(图略)，后部四川南部有24小时 + 8 hPa的变压，−6℃的变温。地面辐合线呈NW-SE走向，位于迪庆、丽江、大理、临沧东部一线，湿舌区有两个，一个位于滇西北–滇中北部–昭通一线，另一湿舌区位于滇南，滇中以北3小时正变压明显，昆明北部3小时正变压达3 hPa。冷空气维持并逐步南压，18日17时基本控制全省。
2.3. 大气垂直结构分析
从TlogP图上看，滇西北、滇东北、滇西南和滇南均具有较大的对流不稳定能量，CAPE值均较大，滇西水汽条件较好，但层结相对稳定。17日20时丽江站低层的风向顺转显示暖平流较为明显；高层为东北气流，考虑为青藏高压外围气流，为冷平流；具有一定的垂直风切变，有利于降水发生。探测SI值为1.58，CAPE值为279.8。由于丽江海拔高度较高，分析整个降雨过程前后的TlogP图发现，K指数与SI指数的指示意义不明显，CAPE值有一定的指示意义。本次过程中垂直方向上的风基本都为低层顺转，高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。
Figure 2. FY2C infrared cloud Image (a at 15:30 on the 17th and b at 20:00 on the 17th)
图2. FY2C红外云图(a为17日15时30分；b为17日20时)
2.4. 卫星云图分析
通过分析卫星云图演变可以发现，16日晚开始，有明显的配合两高间辐合区的云系生成，并不断扩张，这是造成我市17日降水的主要原因(图2(a)所示)。17日14时开始，高原南侧有对流云带形成，配合高原南侧东西向系统发展强大，扩张向东南方向，与南下川滇切变云系剩余部分合并，配合滇西南北向切变系统，在滇西北，滇西区域发展旺盛，并维持，造成持续的降水(图2(b)所示)。18日12时云系减弱分散，强降水云团在下午发展，夜间最强，早晨消失，这与云贵高原夜雨特征一致。
2.5. 多普勒雷达资料分析
对这次过程的雷达回波特征分析可知：本次过程是一个区域性降水过程，是以层状云降水回波为主的积层混合降水回波(图3(a)所示)，变化缓慢，持续时间长而累积成暴雨。速度场上零速度线的走向在降水开始阶段呈现出直线型的特征，整个探测区域西风控制；降水维持阶段，零速度线走向出现了两种特征，维持前期在测站的西边出现了折角，随着时间的推移，折角加深发展成为暖切变，到维持后期则过度为“S”型(图3(b)所示)，说明在探测区域内为暖平流控制；降水减弱阶段，零速度线中的“S”型减弱，最后在测站东侧出现了暖切变的特征，暖平流减弱，降水云系也减弱，直至结束。零速度线从暖切变到“S”型再到暖切变的变化过程中，垂直风廓线VWP产品也反演出了风向随着高度的增加顺时针旋转的特点(图略)，说明这次过程是一次暖平流降水过程；在VWP中还可以看出水汽层的高度减低意味着降水云系的减弱。
Figure 3. Lijiang taian doppler radar monitoring map at 20:00 on July 18th, 2010 (1.5˚) (a: Intensity Map; b: Velocity Map)
图3. 丽江太安多普勒雷达2010年7月18日20:00监测图(1.5˚) (a：强度图，b：速度图)
3. 过程诊断物理量
3.1. 水汽条件
配合此次过程500 hPa的三个重要系统：川滇切变、高原南侧辐合、“康森”台风，700 hPa相对湿度场都有湿度高值区与之对应(图略)，最高值达到100%。丽江区域也维持在85%左右，有利于降水的发生与发展。分析水汽通量场，大值中心维持在川滇切变与台风附近，台风附近水汽通量最大值于18日08时达21.7 g∙(hPa∙s)−1∙cm−1，且长时间保持10 g∙(hPa∙s)−1∙cm−1以上的强度。充沛的水汽为强降水的发生提供了必要的条件，在滇西北系统的配合下造成降水，而滇南无明显系统，所以未造成大范围强降水。分析水汽通量散度场，过程前期低层我市多为水汽辐散区，强辐合区位于滇南，滇南水汽通量散度最大值于18日08时达−23.2 × 10−8 g∙(hPa∙s)−1∙cm−2，大值区域比强降水落区位置稍偏南，造成强降水落区预报难度大。18日20时我市转为弱的辐合区。
3.2. 动力和热力条件
对强降水过程来说，动力和热力条件至关重要，其决定着对流运动和水汽抬升凝结的强度和范围，因而直接影响降水的强度和落区。18日强降水落区为滇西北和滇西区域(98˚~102˚E, 24˚~28˚N)，丽江为强降水区域的东北部分，故取28˚N和100˚E分别作垂直速度剖面图。沿28˚N的垂直速度剖面图(图4(a)所示)上可以看出，整个区域(90˚~110˚E)上升运动非常旺盛，一直发展到150 hPa以上，垂直速度强中心与强降水区域对应，丽江附近500 hPa垂直速度超过20 hPa/s，且500~300 hPa都维持大于20 hPa/s的垂直速度。沿100˚E的垂直速度剖面图也反映出垂直速度强中心与强降水区域对应，且垂直速度数值大(图4(b)所示)，可见此次过程辐合抬升很强。
分析沿28˚N的假相当位温剖面图(图4(c)所示)和沿100˚E的假相当位温剖面图(图4(d)所示)，在强上升区的中低层大气假相当位温随高度上升而逐渐减弱，存在对流不稳定，101˚E和28˚N附近假相当位温等值线较陡立，锋区的垂直尺度较深厚，辐合抬升触发了对流不稳定，产生强垂直上升运动。辐合抬升和不稳定对流在过程中共同起作用。
Figure 4. Profile at 20:00 on the 17th (a is a vertical velocity profile taken along 28˚N, b is a vertical velocity profile taken along 100˚E, c represents a false equivalent potential temperature profile taken along 28˚N, d represents a false equivalent potential temperature profile taken along 100˚E
图4. 17日20时剖面图(a为沿28˚N取垂直速度剖面图，b为沿100˚E取垂直速度剖面图，c为沿28˚N取假相当位温剖面图，d为沿100˚E取假相当位温剖面图)
4. 数值预报检验
4.1. 欧洲中心预报
欧洲中心提前96小时预报出了接近17日20时500 hPa和700 hPa实况的形势，分析得700 hPa比500 hPa稳定准确。EC 500 hPa提前96~24 h的预报，对台风，两高间辐合区和高原东南侧的辐合区预报稳定。台风在越南北部登陆，两高间辐合区位置报在了陕西中部–四川东部–四川中部一线，高原东南侧的辐合切变近东西向，几个时次的预报偏差仅为一个纬距左右，低涡位置报在四川西南部至滇西北，位置少变。但对于17日20时出现在实况上造成强降水的重要系统——滇西南北向的切变没有预报出来，96~48 h报了云南近南北向的切变，但位置偏东，影响滇中以东地区；24 h预报切变为东西向，位于滇中。对临近预报造成一定影响。
EC 700 hPa提前96~24 h的预报，对台风，两高间辐合区、高原东南侧的辐合以及滇西南北向的切变预报稳定，仅仅是滇西切变预报位置比实况稍偏南。
其他常用物理量，如700 hPa相对湿度、850 hPa温度、海平面气压，EC虽然预报了有利于降水的条件，但由于此次过程前后也多阴雨天气，EC数值无法有非常明显的变化体现，预报员根据此做出的18日的雨量量级预报对比实况还是显得保守了一些。
4.2. T213预报
分析T213在500 hPa风场的预报，72~24 h对于两高间辐合区、高原东南侧的辐合、滇西南北向切变的预报中48 h预报的总体效果较好。值得一提的是，对于滇西南北向切变预报的稳定性要比EC强一些。但T213也有不足，对于台风的预报远不如EC，EC预报稳定，且与实况非常接近。T213的72 h预报中台风位置与实况相差近10个经度，误差较大，随着时间临近虽不断调整，但24 h预报仍然差2个经度。
分析T213在700 hPa风场的预报，72~24 h中，24 h的预报效果最好，由于格点较密，所以24 h的预报优于EC。但其余时次报的系统均有偏差，尤其是关于台风的预报，与500 hPa情况相似。
4.3. WRF中尺度降水量数值预报分析
我省自研开发的中尺度数值预报WRF模式预报中，分析了其中24小时降水量预报。16日20时预报17日20时~18日20时24小时雨量，对丽江市报了大范围30~90 mm的降水，较为准确。值得一提的是，在丽江区域报了两个90 mm的高值中心，其中对永胜的中心与东山实况较吻合，东山单点129.7 mm降水。另一中心因为自动站布点的疏密，无法考证。但也有漏报的，如松坪为150.3 mm，WRF预报30 mm左右，误差较大。但总体降水量级和趋势还是值得实际业务参考。
5. 小结
通过对2010年7月18日强降水出现前后的天气形势分析后发现：
1) 本次大范围强降水天气过程受到多个重要系统的共同作用。500 hPa形势场上，一是副热带高压与青藏高压形成两高间南北向的辐合区；二是高原东南侧形成NW-SE向的风向辐合；三是滇西地区，在丽江–大理–普洱一线的切变；四是“康森”台风登陆。另外，在四川盆地西南部至滇西北形成低涡。700 hPa上系统与之对应。配合地面冷空气和充沛的水汽条件，造成了持续的阴雨天气。
2) 垂直方向上的风低层顺转，高层偏北气流，这是非常有利于丽江发生降水的形势。分析雷达回波特征得：本次过程是以层状云降水回波为主的积层混合降水回波，变化缓慢，持续时间长而累积成暴雨。零速度线从暖切变到“S”型再到暖切变的变化过程中，垂直风廓线VWP产品也反演出了风向随着高度的增加顺时针旋转的特点，说明这次过程是一次暖平流降水过程。
3) 动力和热力条件好。锋区的垂直尺度较深厚，辐合抬升触发了对流不稳定，产生强垂直上升运动。辐合抬升和不稳定对流在此次过程中共同起作用。
4) 欧洲中心形势预报稳定且具有主要参考价值。工作中要特别留意各家数值预报形势预报中的共同点和分歧点，梳理系统，结合实况做出预报。业务中可参考WRF预报雨量的量级。
5) 总结过程发现，预报工作中可参考云南省天气预报手册丽江部分中丽江市强降水的天气经验预报指标。但强降水时间趋势掌握的情况下，落区的预报仍然是个难点。
基金项目
云南省气象局基层台站气象科技创新与能力提升计划项目STIAP202249资金支持。