引言

热带气旋带来的暴雨，由于其影响范围广、时间长，其分布特征是业务预报中的重点。影响热带气旋降水的主要物理因子有水汽、上升运动、位势不稳定、对流层上层辐散和中小尺度系统作用，而这5个因子的产生、维持和强弱又与热带气旋四周的环境流场有关(陈联寿和丁一汇，1979)。陈联寿和丁一汇(1979)、程正泉等(2007)也指出，除了登陆热带气旋环流本身的暴雨区外，在外部环境场、下垫面等因子的相互作用下，暴雨强度分布变得十分复杂。地形摩擦辐合和抬升作用也导致登陆热带气旋降水突然增辐(骆荣宗，1997；郑庆林等，1996)而产生暴雨。另一方面，登陆热带气旋与其相邻的中纬度环流系统之间的相互作用会产生外围暴雨，这种相互作用常伴有冷空气的参与(曹晓岗等，2014；刘学刚等，2011；金巍等，2013)，对应热带气旋的变性过程(狄利华等，2008)。小股弱冷空气的侵入会加剧热带气旋暴雨(杜惠良等，2011)，当弱冷空气处于热带气旋外围时有效位能释放最多，增幅最大(丁治英和陈久康，1995)，而当冷空气侵入中心后，非绝热加热迅速减小，中心降水明显减少，但其外围与倒槽的降水仍明显加大(钮学新等，2005)。中纬度中低空西风槽与热带气旋南北同位相时，往往会加剧热带气旋外围的切变，激发热带气旋螺旋云带中尺度系统的活动(陈联寿等，2002)。

云南地处内陆，与东部地区相比热带气旋影响频率较低。但有时热带气旋在两广登陆后继续西行，或穿过海南岛进入北部湾在越南北部登陆对云南会产生较大影响，是云南产生暴雨的主要天气系统之一。许美玲等(2011)对近30年来影响云南西行热带气旋进行统计，指出进入18°N以北、110°E以西区域的热带气旋对云南才会有影响，并按影响程度把关键区划分为Ⅰ区(18°~20°N、95°~110°E)、Ⅱ区(20°N以北、105°~110°E)、Ⅲ区(20°N以北、105°E以西)，其中台风进入关键区Ⅲ对云南影响最大，特别是滇南地区大到暴雨频数超过0.8。

2014年第9号超强台风威马逊和第15号台风海鸥西行登陆后减弱为热带低压，均进入关键区Ⅲ，云南出现大到暴雨，局地特大暴雨。其中“威马逊”带来的100 mm以上降水主要在滇南、滇西南地区，临沧新芽累计降水量最大为400.5 mm，强降水落区与许美玲等(2011)研究结果一致，170万人受灾，紧急转移安置人员38148人，为近5年来影响云南最强热带气旋；而“海鸥”带来的100 mm以上降水则主要在滇中以东地区，文山八宝累计降水量最大为349.8 mm，强降水落区与许美玲等(2011)研究结果差异很大，39万人受灾，转移人员2486人。且两次过程中大到暴雨落区与热带气旋中心相对位置也存在着差异，那么产生这种差异的原因是什么？利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料，对两次过程中环境流场如何造成锋生，进而产生能量变化上的差异进行对比分析，探讨暴雨产生机制。此外云南地形复杂，地形在两次强降水分布差异中是否也有不同作用？以下对此进行讨论。

1 资料选取

所用资料为美国国家环境预报中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的FNL(Final Operational Global Analysis)全球分析资料。它是T254L64谱模式的高分辨率资料同化地面观测、无线电探空、气球、飞机和卫星观测资料得到的，每个历史时期的FNL资料时间、空间分辨率都不同，其中1999年7月30日18时至今，是目前广泛使用的FNL资料，分辨率1°×1°，时间间隔6 h。

2 过程概况 2.1 台风路径

“威马逊”于2014年7月12日14时在西太平洋洋面(13.4°N、142.8°E)生成，最初以西行为主，接近菲律宾时转为西北移动，进入南海后于18日05时加强为超强台风，最大风速60 m·s^-1，中心气压910 hPa，19日05时减弱为强台风，先后在海南文昌、广东徐闻、广西防城港登陆，20日02时横越广西及越南北部，以热带风暴强度进入云南东南部，05时减弱为热带低压(23.3°N、104.6°E)，位于西畴县境内(图 1)。

“海鸥”于2014年9月12日14时在菲律宾以东洋面(13.8°N、131.1°E)生成，最初以西行为主，12 h后转为西北移动，13日17时加强为台风，最大风速40 m·s^-1，中心气压960 hPa，17日05时减弱为强热带风暴，先后在海南文昌、广东徐闻、越南北部登陆，17日14时以热带低压强度进入云南南部的金平县(22.5°N、103°E)(图 1)。

比较两次热带气旋移动路径，均是先西行，再西北移，路径大体相似，其中“海鸥”进入云南境内后位置略偏西偏南，但均进入了关键区Ⅲ。其次，进入云南境内时，“威马逊”强度为热带风暴，3 h后减弱为热带低压；而“海鸥”则是以热带低压强度进入云南，强度上弱于“威马逊”。那么，这两次以相似路径影响云南的热带气旋，其降水分布特征是否也相似？进一步地，“海鸥”进入云南境内后位置略偏西偏南，其降水分布与“威马逊”相比，是否也略偏西偏南？以下做进一步分析。

2.2 降水概况

结合云南省区域自动站6 h累计降水量演变(图略)和云南省累计降水量分布图 2，可以看到，“威马逊”影响云南主要时段为2014年7月19日14时至23日08时，持续时间86 h，累计降水量在100 mm以上的有716站(占28.16%)，主要分布在滇南到滇西南地区，与许美玲等(2011)统计结果一致，其中临沧新芽累计降水量最大为400.5 mm(图 2a)；“海鸥”影响云南的主要时段为2014年9月16日20时至19日08时，持续时间60 h，累计降水量在100 mm以上的有354站(占13.92%)，主要分布在滇中以东地区，其中文山八宝累计降水量最大为349.8 mm(图 2b)，强降水的分布并未偏西偏南，与“威马逊”相比存在着明显差异。

结合两次热带气旋影响云南期间，国家站24 h时段内大雨以上降水站次统计(表 1)，可以看到，“威马逊”影响云南期间，出现大雨78站，暴雨34站，大暴雨7站，大雨以上站数共计119站；“海鸥”影响云南期间，出现大雨40站，暴雨31站，大暴雨7站，大雨以上站数共计78站。其中“威马逊”影响云南最强时段为7月20日08时至21日08时，出现大雨28站，暴雨20站，大暴雨6站(江城195.2 mm、屏边168.6 mm、宁洱160.6 mm、绿春130.5 mm、马关105.9 mm、文山104.2 mm)，有3站超过150 mm，大雨以上站数共计54站；“海鸥”影响云南最强时段为9月17日08时至18日08时，出现大雨31站，暴雨29站，大暴雨7站(麻栗坡148.5 mm、西畴138 mm、马关124.8 mm、个旧112.6 mm、通海105.8 mm、屏边105.6 mm、文山102.2 mm)，均未超过150 mm，大雨以上站数共计67站。因此，就整个时段而言，“威马逊”的影响，持续时间更长、范围更广、强度更大；而在最强时段，则是“海鸥”影响范围较广。

进一步分析“威马逊”和“海鸥”影响云南最强时段，强降水中心——江城(2014年7月20日08时至21日08时)(图 3a)、麻栗坡(2014年9月17日08时至18日08时)(图 3b)逐小时降水演变。可以看到，江城、麻栗坡均为双峰型降水，其中江城峰值分别出现在20日15时(20.8 mm)、21日01时(42.4 mm)；麻栗坡峰值分别出现在17日08时(16.1 mm)、18日06时(26.3 mm)。小时雨强变化明显，均具有对流性降水特点，但江城小时雨强更大，降水更为迅猛。

2.3 强降水与热带气旋的相对位置

从前面的分析我们知道，“威马逊”带来的强降水主要分布在滇中及以南地区，而“海鸥”带来的强降水则主要集中在滇中及以东地区。那么，强降水的分布与热带气旋的相对位置如何？图 4给出了最强降水时段700 hPa流场与大到暴雨分布，可以看到，“威马逊”台风降水的暴雨、大暴雨主要集中在热带气旋中心南侧和西南侧，大雨则主要集中在东北侧；“海鸥”台风降水，大到暴雨主要集中在热带气旋中心东北象限。即两次过程，强降水相对于热带气旋中心位置存在明显差异，且“威马逊”中心南北两侧强降水量级也存在着差异。以下对造成这种分布差异的成因进行探讨。

3 强降水分布差异成因

云南地处低纬高原，属青藏高原南延部分，其山地面积约占全省总面积的90%左右，地势呈西北高、东南低，自北向南呈阶梯状逐级下降。西部有高黎贡山、怒山、云岭等山脉，均为西北—东南走向，海拔大多在3000~4000 m，来自孟加拉湾的风暴暖湿气流常与之呈正交之势，由于西南气流非常潮湿，层结不稳定，遇到横断山脉这样陡峭的地形，强迫抬升作用使气流的上升运动加剧，致使大量水汽凝结(梁红丽等，2014)。东部为滇东、滇中高原，是云贵高原的主体，地势波状起伏，平均海拔2000 m左右，来自东北方的冷空气常受其阻挡而绕流南下。只有在南部、西南部边境地区、地势逐渐平缓、河谷开阔，一般海拔在1500~2200 m，并且有多个喇叭口地形，如滇南李仙江的左侧是无量山，右侧是哀牢山，从南往北两山之间距离愈来愈窄，是一标准的开口向南的喇叭口地形，受其影响，热带气旋在西移过程中偏南暖湿气流被明显的辐合抬升，热带降水系统多滞留且雨量增多；另外，云南东南部红河入口区的喇叭口地形也对气流有辐合抬升作用(董海萍等，2007)。因此，云南地区的强降水分布有明显的沿地形走向的特征。那么，在这样的地形分布特征下，导致“威马逊”和“海鸥”强降水落区分布差异的主要原因是什么？环境场气流是如何作用的？

3.1 环境流场

图 5分别为两次热带气旋影响云南最强时段500 hPa高度场和700 hPa风场和风速(阴影，≥12 m·s^-1)。可以看到，“威马逊”影响云南最强时段，2014年7月20日20时(图 5a)，副热带高压呈准东西向带状分布，“威马逊”登陆后减弱为584 dagpm低压环流，在副热带高压西南侧东南气流的引导下向西北方向移动，影响滇中及以南地区。热带气旋中心东北侧有低空急流存在，中心强度16 m·s^-1，其左前方风速辐合有利于上升运动加剧；与此同时，孟加拉湾北侧有584 dagpm低压活动，其南侧季风活跃，中心强度达24 m·s^-1，西南季风的持续卷入使“威马逊”减弱相对比较缓慢，对云南的影响持续时间较长。

“海鸥”影响云南最强时段，2014年9月17日20时(图 5b)，副热带高压呈南北向块状分布，“海鸥”登陆后也减弱为584 dagpm低压环流，在副热带高压西侧偏南气流引导下向偏北方向移动，影响滇中及其以东地区，低压倒槽伸至滇东地区。“海鸥”东北侧低空急流大于20 m·s^-1，与“威马逊”相比强度更强，低空急流一方面向滇中及以东地区输送充沛的水汽和能量，另一方面也使这一带地区低层更加暖湿，有利于对流不稳定的发展。孟加拉湾北侧也有一584 dagpm低压活动，其南侧季风中心强度20 m·s^-1，与“威马逊”影响云南最强时段孟加拉湾西南季风相比，强度偏弱，“海鸥”进入云南后减弱较快，对云南影响时间较短；此外，“海鸥”热带气旋中心位置和孟加拉湾低压均偏南，西南季风偏南，影响云南主要是“海鸥”东北侧的低空急流，大到暴雨也主要集中在东北侧。

从前面的分析我们知道，两次热带气旋中心东北侧均有低空急流存在，但强度有差异；此外“威马逊”台风中心南北两侧，东西风速也存着差异。环境气流对降水分布和强度有何影响？以下做进一步分析。

图 6a为2014年7月18日08时至24日08时24°~25°N范围内700 hPa平均纬向风及纬向风辐合(阴影)的时间-经度演变。可以清晰地看到，7月19日08时以后“威马逊”热带气旋北侧较强平均偏东气流(≥8 m·s^-1)开始影响滇东边缘地区，此后逐渐向滇中推进且风速增强，特别是20日02—14时103.5°~104.5°E区域内平均纬向风增强至16 m·s^-1，此后平均纬向风>8 m·s^-1的强风速带向西推进到101°E附近，且持续到21日08时，102°E以东地区急流一直维持，急流核的左前方存在明显风速辐合，有利于强降水的产生，其中20日08时前后100.7°~103°E附近辐合强度>-4×10^-5 s^-1，与热带气旋中心北侧大雨落区相对应(图 4a)。同样地，给出“威马逊”南侧22°~23°N范围内700 hPa平均纬向风及纬向风的时间-经度演变(图 6b)。可以看到，20日20时以后96°E以东平均偏西气流明显增强，>8 m·s^-1平均西风气流向东推进到102.5°E附近，且持续到21日20时，其中21日02时前后97°~101.5°E附近有急流存在，中心强度14 m·s^-1，急流前端有明显辐合存在，强度在-3×10^-5 ~-4×10^-5 s^-1，与热带气旋中心南侧、西南侧暴雨、大暴雨相对应(图 4a)。因此，“威马逊”台风中心南北两侧强降水带的形成，分别与南(北)侧低层西风(东风)急流的增强有关。此外值得注意的是，“威马逊”北侧风速中心为16 m·s^-1、辐合中心达-5×10^-5 s^-1，均强于南侧，可降水却弱于南侧？是否有地形的作用？后面将对此进行讨论。

那么“海鸥”情况如何？图 6c给出了2014年9月14日08时至20日08时24°~26°N范围内700 hPa平均纬向风及纬向风辐合的时间-经度演变。可以看到，9月16日08时以后“海鸥”热带气旋北侧较强偏东气流(≥8 m·s^-1)开始影响滇东边缘地区，此后迅速向滇中推进且风速增强，特别是17日08时以后105.5°E以西地区平均纬向风增强至26 m·s^-1，此后平均纬向风>12 m·s^-1的低空急流向西推进到101.3°E附近，>8 m·s^-1强风速带持续到18日08时，与最强降水时段相对应(表 1)，急流左前方存在着明显风速辐合，其中17日08时以后101.5°~105°E附近辐合强度>-5×10^-5 s^-1，与“海鸥”东北侧大到暴雨落区相对应(图 4b)。综合以上分析，最强降水时段，“海鸥”北侧低空急流及其左前侧纬向辐合均强于“威马逊”，因此“海鸥”中心东北侧以大到暴雨为主，降水强度更强，而“威马逊”中心东北侧则以大雨为主；再者，“海鸥”北侧大于12 m·s^-1平均低空急流的西界达101.3°E附近，与“威马逊”相比更偏西一些，因此在最强时段“海鸥”影响范围更广。

此外，在“海鸥”东侧103°~105°E区域内23°N附近有相对集中的成片大暴雨区(图 4b)，结合图 4b，上述区域主要为偏南气流控制。那么，大暴雨的产生与“海鸥”中心东侧偏南气流关系如何？图 6d给出了2014年9月14日08时至20日08时102.5°~106°E范围内700 hPa平均经向风及经向风辐合的时间-纬度演变。可以看到，17日08时以后这一区域转为偏南风，且偏南风速迅速增强，特别是17日20时至18日08时，>12 m·s^-1的平均经向低空急流向北推进到25°N附近，其北侧有明显经向风辐合，强度在-5×10^-5~-3×10^-5 s^-1，有利于强降水产生。结合图 6c，“海鸥”中心东北侧24°N以北大到暴雨的产生，主要是与急流增强后，经向、纬向风速辐合增强有关。同时值得注意的是，在“海鸥”最强降水时段(17日08时至18日08时)，22°~23.5°N附近并没有经向风的辐合，但这一区域为急流所控制，经向风速大，大暴雨的出现是否与急流流经滇东南边缘时地形的抬升作用有关？

强降水的产生，除了与风速及其辐合强度有关外，也与对流层低层水汽含量的绝对值密切相关。图 7给出2014年7月18日08时至24日08时24°~25°N、22°~23°N范围内700 hPa比湿的时间-经度演变。最强降水时段(7月20日08时至21日08时)，“威马逊”台风中心北侧平均比湿为11×10^-3 g·kg^-1 (图 7a)，南侧则为11.5×10^-3~12×10^-3 g·kg^-1(图 7b)，即南侧来自孟加拉湾水汽的含量高于北侧。而“海鸥”最强降水时段(9月17日08时至18日08时)，25.2°N以南平均比湿11×10^-3 g·kg^-1，其他时段则在9.5×10^-3~10.5×10^-3 g·kg^-1 (图略)。结合图 6，说明在最强降水时段，“威马逊”和“海鸥”东北侧水汽含量相当，但是由于“海鸥”东北侧急流及辐合强度均强于“威马逊”，降水强度偏强。

3.2 锋区作用

从前面的分析我们知道，“威马逊”南北两侧空气比湿有差异，那么这种气流热力性质的差异引起的锋生，锋区强度差异如何？图 8a和8b给出了“威马逊”最强降水时段700 hPa θ_se及其经向梯度场。7月20日08时(图 8a)，台风中心东北侧有中心强度为344 K的较暖湿气流从滇东流向滇中，西南侧有中心强度为350 K从孟加拉湾流入的相对更为暖湿气流，滇东南形成一条θ_se相对密集带，中心强度-2×10^-5 K·m^-1，有锋区存在；20日20时(图 8b)，台风东北侧气流进一步西推，滇东南偏东气流的中心与前期相比变得更干一些为343 K，从孟加拉湾流入的气流则更为暖湿，中心强度353 K，滇西南形成一条西北—东南向θ_se密集带；21日08时(图略)，孟加拉湾流入气流变得相对较为干燥，锋区消失。进一步地，结合这一时段锋区与大到暴雨分布可以看到，在最强降水时段，“威马逊”东北侧大雨以及滇东南暴雨和大暴雨的产生，锋区作用也是因素之一；而滇西南边缘暴雨的产生，锋区作用不明显。

对于“海鸥”而言，9月17日08时(图 8c)，滇东南台风中心东侧偏南暖湿气流中心强度349 K，滇东北边缘偏北气流θ_se为341 K，滇东北有锋区活动，中心强度-2×10^-5 K·m^-1；17日20时(图 8d)，滇南暖湿气流略增强，中心强度350 K，滇东北边缘气流则变得更为干冷θ_se为337 K，结合图 5b，此时四川盆地东部有切变存在，其后部冷空气沿偏北气流南下进入滇东北，滇东北θ_se经向梯度加大，中心强度-3×10^-5 K·m^-1，锋区加强；18日08时(图略)，台风东侧沿滇南流入气流变得较为干燥，中心强度337 K，锋区明显减弱，仅在滇东北的昭通南部和曲靖北部维持。结合这一时段锋区与大到暴雨分布同样可以看到，在最强降水时段，“海鸥”东北侧滇东北大到暴雨的产生，锋区作用也是因素之一；而滇东南暴雨、大暴雨的产生，锋区作用不明显。

进一步地给出2014年7月19日20时至21日08时江城(22.59°N、101.85°E)(图 9a)、2014年9月17日08时至18日20时麻栗坡(23.13°N、104.70°E)(图 9b)锋生函数随时间的演变。锋生函数表达式(Kato，1989；Hoskins and Bretherton, 1972)为：$ F = \frac{{\rm{d}}}{{{\rm{d}}t}}|\nabla {\theta _{{\rm{se}}}}| = F1 + F2 + F3 + F4 $, F1、F2、F3、F4分别为非绝热加热项、水平辐散项、水平变形项和与垂直运动有关的倾斜项。可以看到，“威马逊”影响云南时段，滇南的江城(图 9a)，在整个时段近地面附近均有连续性锋生，其中20日14时750 hPa附近有一锋生中心，强度15×10^-10 K·m^-1·s^-1，与第一次降水峰值(20.8 mm)(图 3a)相对应，随后锋生减弱，降水也随之回落；此后在20日17—23时，对流层低层700~600 hPa锋生作用再次增强，于20日20时在650 hPa附近出现第二个锋生中心，强度30×10^-10 K·m^-1·s^-1，随后降水达到第二次峰值(42.4 mm)(图 3a)，这表明低层锋区的增强，有利于滇南大暴雨的发生和发展。“海鸥”影响云南时段，滇东南的麻栗坡(图 9b)，在17日23时以前，从近地面至800 hPa附近也有连续锋生，其中在17日08时前后，850 hPa附近出现锋生中心，强度15×10^-10 K·m^-1·s^-1，与第一次降水峰值相对应(图 3b)，随后锋生作用减弱，强降水回落；到了17日20时前后，850 hPa附近再次出现锋生中心，强度10×10^-10 K·m^-1·s^-1，此时降水略有增幅，小时雨强7.1 mm(图 3b)，与江城相比近地面的锋生作用明显偏弱，降水增幅也偏弱；17日23时以后，麻栗坡近地面层开始出现锋消，到18日08时前后，650 hPa以下近乎均转为锋消，锋消作用进一步增强，而麻栗坡却在18日06—07时出现小时雨强大于26 mm的短时强降水(图 3b)，这表明滇东南第一次降水峰值的形成，锋生是主要因素之一；而第二次降水峰值，锋生作用微乎其微，主要是“海鸥”低压倒槽东侧偏南急流的作用。

3.3 动能收支

以上分析表明，环境流场的差异造成了锋生，其是否进而造成能量的变化？我们知道，热带气旋是一个强大动能源，在大气能量中具有重要作用。热带气旋向外输送动能是外围暴雨产生的能量之源(励申申等，1992)。那么两次热带气旋过程中暴雨的产生，是否与急流向暴雨区的动量输送有关？以下进一步分析暴雨区旋转风和辐散风动能收支情况。

按照Helmholtz定理，实际风场(V)可以分解为旋转风场(V_r)和辐散风场(V_d)(刘式适和刘式达，1991)，即V=V_r+V_d。Buechler and Fuelberg(1986)推导出有限区域内欧拉坐标系中旋转风和辐散风动能方程，形式如下：

$ \left\{ \begin{array}{l} \frac{{\partial {K_{\rm{r}}}}}{{\partial t}} = - {{\rm{V}}_r}{\cdot}\frac{{\partial {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}}}}{{\partial t}} - f({v_{\rm{r}}}{u_{\rm{d}}} - {u_{\rm{r}}}{v_{\rm{d}}}) - \zeta ({v_{\rm{r}}}{u_{\rm{d}}} - {u_{\rm{r}}}{v_{\rm{d}}}) - \omega \frac{{\partial {K_{\rm{r}}}}}{{\partial p}} - \\ \omega {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{r}}}{\cdot}\frac{{\partial {\mathit{\boldsymbol{V}}_d}}}{{\partial p}} - {\mathit{\boldsymbol{V}}_r}{\cdot}\nabla \phi - \nabla {\cdot}K{\mathit{\boldsymbol{V}}_r} + {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{r}}}{\cdot}F\\ DKR\;\;\;INTR\;\;\;{A_f}\;\;\;{A_z}\;\;\;B\;\;\;C\;\;\;GR\;\;\;HFR\;\;\;DR\\ \frac{{\partial {K_{\rm{d}}}}}{{\partial t}} = - {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}}{\cdot}\frac{{\partial {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{r}}}}}{{\partial t}} + f({v_{\rm{r}}}{u_{\rm{d}}} - {u_{\rm{r}}}{v_{\rm{d}}}) + \zeta ({v_{\rm{r}}}{u_{\rm{d}}} - {u_{\rm{r}}}{v_{\rm{d}}}) + \omega \frac{{\partial {K_{\rm{r}}}}}{{\partial p}} + \\ \omega {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{r}}}{\cdot}\frac{{\partial {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}}}}{{\partial p}} - {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}}{\cdot}\nabla \phi - \nabla {\cdot}K{\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}} - \frac{{\partial \omega K}}{{\partial p}} + {\mathit{\boldsymbol{V}}_{\rm{d}}}{\cdot}F\\ DKD\;\;\;INTD\;\;\;{A_f}\;\;\;{A_z}\;\;\;B\;\;\;C\;\;\;GD\;\;\;HFD\;\;\;VF\;\;\;DD \end{array} \right. $

式中(程正泉等，2014)，DKR和DKD分别为旋转风和辐散风动能的局地变化项(Δt=6 h)。INTR和INTD分别为旋转风和辐散风非线性相互作用引起的各自动能的变化。A_f，A_z，B，C之和为旋转风和辐散风动能之间的相互转换项，一般写为C(K_r，K_d)，当该项为正值时，表示有辐散风动能向旋转风动能转换；当为负值时，转换方向相反。GR与GD分别为旋转风和辐散风穿越等压线所产生或消耗的动能，GR是地转运动(旋转风)穿越等压线作功，GD则是非地转运动(辐散风)穿越等压线做功，这与位能分布以及运动方向有关，当GD>0时，表示有斜压位能转化为辐散风动能，而当GD < 0时，表明辐散风消耗动能使得位能增加。HFR和HFD分别为旋转风和辐散风动能的水平通量散度，这与总动能和风的水平分布有关。VF项为散度风动能垂直通量散度，由于垂直运动是辐散风引起的，故该项只影响辐散风动能。DR和DD分别为次网格尺度摩擦项，它包括摩擦耗散以及次网格尺度与网格尺度之间的动能交换，因该项是作为余差计算的，因而不可避免地包括了计算误差和资料误差在内。对于全球闭合区域而言，HFR、HFD和VF各项均为0，对于有限区域，则可视为外源，而产生项和次网格尺度“摩擦”可视为内源。

图 10给出了“海鸥”暴雨区(23°~26°N、102°~105°E)面积平均的动能方程各项随时间高度的变化。可以看到，在“海鸥”影响云南主要时段9月16日20时至19日08时(图 2b)暴雨区整层大气出现动能增加现象，其中在17日08时前后、18日08时前后分别出现动能增加的峰值(图 10a)，其中17日08时动能增加的中心在对流层低层700~650 hPa附近，而18日08时则在650~450 hPa附近，与滇东两次降水峰值相对应(图 3b)。旋转风动能的空间分布和量级大小与动能极为相似(图 10b)，与之相比，辐散风动能则小许多，占总动能的比例平均在7%以下(图 10c)，其大值分布与滇东暴雨演变(图 3b)的对应关系不如旋转风。Pearce(1974)认为，与旋转风场有联系的动能制造是正压过程的结果，而辐散风的动能制造则与斜压过程相联系。进一步地，结合图 9锋生函数随时间的演变，图 11假相当位温和垂直流场的纬度高度剖面，可以看到，滇中以东地区第一次降水峰值(9月17日08时)，28°~29°N近对流层低层有中心强度为338 K相对较干冷的气流向南流动，麻栗坡南侧则有暖湿气流向北流动，中心强度为352 K，两支气流在麻栗坡近地面附近相遇，辐合作用增强，出现锋生(图 9b)，另一方面，暖湿气流沿倾斜等熵面爬升，上升运动加剧，达对流层顶附近(图 11a)，说明滇中以东地区第一次降水峰值与斜压过程相联系；第二次降水峰值，麻栗坡南侧近地面附近气流进一步增暖增湿，中心强度达356 K，其向北强劲推进到25.5°N附近(图 11b)，结合图 2b“海鸥”影响云南期间，滇中以东地区累计降水量在100 mm以上区域主要在25.5°N以南，说明第二次降水峰值的形成，主要是低压倒槽东侧偏南急流增强，旋转风场向暴雨区输送动能，暴雨区动能明显增幅(图 10b)，滇中以东地区第二次降水峰值与正压过程相联系。

图 12给出了“威马逊”暴雨区(21°~25°N、99°~105°E)面积平均的动能方程各项随时间高度的变化。同样可以看到，在“威马逊”影响云南主要时段7月19日08时至22日08时(表 1)暴雨区整层大气出现动能增加现象(图 12a)，旋转风动能的空间分布和量级大小与动能极为相似(图 12b)，其中值得注意的是，21日02时前后辐散风动能在近地面附近出现动能增加的峰值9 J·kg^-1，动能的大值分布与滇南大暴雨峰值(图 3a)相对应。此外，辐散风动能占总动能的比例平均在13%以下(图 12c)，与旋转风相比辐散风动能小许多。研究表明(Chen et al，1978；程正泉等，2012)，辐散风动能虽然只占总动能的很小一部分，但对于动能的水平辐合和动能的产生非常重要。

进一步地，辐散风的动能收支公式表明，强降水区的外部动能来源主要是GD项和HFD项。其中，GD项反映的是斜压有效位能向动能的转化，而HFD项则是水平动能通量的散度效应造成。从“威马逊”暴雨区面积平均的收支项可以看到，最强降水时段(20日08时至21日08时)，在600 hPa以下的对流层低层两项均大于0，且两项之比接近1:1，说明GD项和HFD项在辐散风动能收支中起着同等重要的作用。结合图 13，在滇南降水最强时段，江城西侧99°E附近对流层低层的西风中心达12 m·s^-1 (图 13b)，与前期(图 13a)相比明显增强，与此同时，其东侧的东风也向西推进，两支气流交汇于江城，辐合作用增强，辐散风动能增加；另一方面，暖湿的西风在较干冷的东风上爬升，即暖空气上升、冷空气下沉，斜压有效位能的释放是此次过程辐散风动能增加的另一原因。

3.4 地形作用

从前面的分析我们知道，“威马逊”影响云南最强时段，台风中心北侧风速和辐合强度均强于南侧，可降水却弱于南侧？其是否与地形作用有关？同时，“海鸥”影响云南最强时段，22°~23.5°N附近并没有经向风的辐合，但这一区域为急流所控制，大暴雨的出现是否与急流流经滇东南边缘时地形的抬升作用有关？以下将对此进行讨论。

图 14a和14b给出了2014年7月20日20时纬向风分别沿23°N、24.5°N地形强迫垂直速度随经度的变化。在最强降水时段，“威马逊”台风中心南侧(图 14a)，孟加拉湾暖湿气流向东流动影响滇西南边缘过程中，地形抬升作用明显，特别是到了99°E附近地形作用明显增强，上升速度达0.4 m·s^-1，降水增幅，与滇西南边缘暴雨落区相对应(图 4a)；除此之外，103°~105°E地形抬升作用也甚为明显，特别是104°~105°E上升速度达0.6~0.8 m·s^-1，与滇南这一区域的暴雨、大暴雨相对应(图 4a)。“威马逊”台风中心北侧(图 14b)，100°~103°E (滇中)垂直速度在0 m·s^-1附近，说明这一区域地形对气流的抬升无明显作用，大雨的产生主要是急流左前侧风速辐合的作用；而103.2°~105°E附近(滇东)地形作用明显，特别是104°~105°E (滇东边缘)上升速度达1.4~1.45 m·s^-1，说明这一区域强降水的产生，除了急流以外还有地形作用，但是由于低层水汽含量略低于南侧(图 7a)，降水量级以大雨为主。

此外值得注意的是，“威马逊”台风中心南侧100°~103°E，纬向西风流过时由地形作用产生的垂直速度在零附近，特别是101°~103°E还出现了负速度(图 14a)，但滇南的这一区域也出现了暴雨和大暴雨，那是否还有其他因素的作用？我们注意到，滇南102°~105°E附近处于红河河谷喇叭口地形迎风坡处，“威马逊”在西行过程中，其东侧偏南气流流经时，地形对经向风的抬升作用是否比纬向风更为显著？以下对此进行分析。从101°~103°E(图 15a)、103.5°~104.5°E(图 15b)范围内700 hPa平均经向风的时间-经度演变可以看到，7月21日02—14时，101°~103°E区域内23°N附近平均南风明显增强，其中21日08时达6 m·s^-1 (图 15a)，滇南出现大暴雨的江城(22.5833°N、101.85°E)、宁洱(23.0333°N、101.05°E)、绿春(23.00°N、102.4167°E)在这一时刻地形对南风的抬升速度分别为1.6、1.6和0.7 m·s^-1(图 16a)，强降水增幅；而103.5°~104.5°E区域内则是在7月20日08时至21日14时南风明显增强，特别是20日20时至21日02时23°N附近平均南风达10 m·s^-1(图 15b)，滇南出现大暴雨的屏边(22.9833°N、103.6833°E)、马关(23.0333°N、104.4167°E)、文山(23.3833°N、104.25°E)在这一时刻地形对南风的抬升速度分别为1.4、0.2和0.9 m·s^-1 (图 16b)。因此对于滇南边缘暴雨、大暴雨而言，地形对南风的抬升作用也是不可忽视的。

图 16c为“海鸥”最强降水时段(2014年9月17日20时)，滇东南出现大暴雨的麻栗坡(23.1333°N、104.7°E)、西畴(23.45°N、104.7°E)、马关(23.0333°N、104.4167°E)、个旧(23.3833°N、103.15°E)、通海(24.1333°N、102.75°E)、屏边(22.9833°N、103.6833°E)、文山(23.3833°N、104.25°E)地形强迫垂直速度随纬度的变化，对上述大暴雨点地形抬升速度分别为0.8、0.6、0.75、0.7、0.5、0.95和0.9 m·s^-1，地形作用同样是显著的。

4 结论

对2014年以相似路径影响云南的“威马逊”和“海鸥”台风降水差异成因进行对比分析，得到如下初步结论：

(1) “威马逊”和“海鸥”沿偏西路径影响云南，大到暴雨分布与热带气旋相对位置存在显著差异。其中，“威马逊”台风降水，大到暴雨主要集中在热带气旋中心南侧和西南侧，大雨则主要集中在东北侧，即南北两侧降水量级存在差异；而“海鸥”台风降水，大到暴雨主要集中在热带气旋中心东北象限，其东北侧降水强于“威马逊”。

(2) 强降水的分布差异主要是环境场气流造成的。具体的，“威马逊”影响云南期间，南(北)侧低层西风(东风)急流及其辐合增强，造成了强降水的产生。但是由于低层水汽含量北侧大于南侧，以致于北侧降水大于南侧；加之孟加拉湾暖湿气流向东流动影响滇西南边缘过程中，地形抬升，降水增幅，红河河谷迎风坡对增强南风也有抬升作用，滇南边缘出现大暴雨。“海鸥”影响云南期间，热带气旋中心位置和孟加拉湾低压均偏南，西南季风偏南，影响云南主要是“海鸥”东北侧的低空急流，且低空急流及其左前侧纬向辐合均强于“威马逊”，以致于其东北侧降水强于“威马逊”，以大到暴雨为主，除此之外，滇南边缘大暴雨的产生，地形抬升作用也是因素之一。

(3) 再者“威马逊”影响云南期间，其南北两侧气流热力性质的差异造成了锋生，低层锋区增强也是有利于“威马逊”东北侧、滇东南强降水发展。同样地，“海鸥”东北侧滇东北大到暴雨的产生，锋区作用不可忽视。

(4) 进一步地，辐散风动能的收支表明，暴雨区辐散风动能的增加与“威马逊”降水峰值变化相对应，其中东西风交汇辐合作用增强、斜压有效位能的释放，是此次过程辐散风动能增加的两个因素；而在“海鸥”造成的暴雨过程中，旋转风动能的增加与“海鸥”降水峰值变化相对应。滇中以东地区第一次降水峰值与斜压过程相联系；第二次降水峰值的形成，则主要是低压倒槽东侧偏南急流增强，旋转风场向暴雨区输送动能，暴雨区动能明显增幅，与正压过程相联系。