張 靜,孫 羨

（中國民航飛行學(xué)院新津分院，成都 611431）

引言

四川盆地地處青藏高原東部，獨(dú)特的地理位置及高原大地形的動力和熱力作用，使得四川地區(qū)夏季暴雨頻發(fā)[1?2]。四川省氣象局按暴雨發(fā)生的環(huán)流形勢，將盆地夏季強(qiáng)降水分為四種影響類型：一是青藏高原低渦東移影響，二是西風(fēng)帶短波槽東移影響，三是中緯度西風(fēng)大槽發(fā)展影響，四是江淮切變線西端影響[3]。可見，高原低渦、西南低渦及切變線是觸發(fā)川渝地區(qū)夏季強(qiáng)降水的重要機(jī)制[4?8]。在對低渦型暴雨的研究中，師銳等[9?10]發(fā)現(xiàn)，高原渦和西南低渦共同作用，使得盆地低層正渦度維持并形成上升氣流柱，是強(qiáng)降水發(fā)展維持的重要條件，冷空氣的參與對暴雨的持續(xù)發(fā)生也起到一定作用。盧萍等[11]發(fā)現(xiàn)，中緯度低值系統(tǒng)（槽和低渦）的位置和強(qiáng)度對落區(qū)起到關(guān)鍵作用。劉新超等[12]指出，強(qiáng)降雨落區(qū)與引導(dǎo)高原渦移動的高空槽有密切關(guān)系，高空槽的移動和變化大致決定了強(qiáng)降雨的落區(qū)。陳忠明等[13]指出，當(dāng)高原渦位置偏西，與西南低渦處于非耦合時，高原渦中心及東部上升氣流的補(bǔ)償下沉氣流將抑制西南低渦的發(fā)展，當(dāng)高原渦東移、兩者垂直耦合后，將導(dǎo)致四川盆地大范圍暴雨。

2020年8月10～14日，四川盆地自西向東出現(xiàn)了一次持續(xù)性大暴雨過程。據(jù)央視新聞報道，截至8月13日，四川雅安市76個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同程度受災(zāi)，7人死亡，7人失聯(lián)。許多城市出現(xiàn)內(nèi)澇，山區(qū)房屋倒塌，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。針對此次災(zāi)害性降水過程，四川省氣象局8月10日下午發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警，11日下午升級為橙色預(yù)警，共計發(fā)布8份西南區(qū)域災(zāi)害性天氣預(yù)報信息。本文擬從天氣尺度對此次持續(xù)性強(qiáng)降水過程的主要原因進(jìn)行診斷分析，得出各物理量與降水落區(qū)的配置，以期為提升區(qū)域持續(xù)性強(qiáng)降水的預(yù)報水平提供科技支撐。

1 數(shù)據(jù)選取

研究選用ERA-interim再分析資料，水平分辨率為1°×1°，時間間隔為6h，時間長度為2020年8月10日00時～14日18時（世界時，下同）。研究[14]表明，歐洲中期天氣預(yù)報中心ERA-interim 再分析資料比NECP再分析資料在青藏高原及其周邊地區(qū)有更好的適用性。降水資料為國家自動氣象站逐日00時24h累計降水量及逐小時降水量。

2 暴雨情況和天氣背景

2.1 暴雨情況

2020年8月10～14日，四川盆地自西向東發(fā)生了一次持續(xù)性大暴雨過程。全省自動觀測站（總計2107站）中，17站過程累計降水量超400mm，256站超過200mm。

圖1給出了2020年8月10～14日暴雨過程24h累計降水量空間分布。如圖所示，10日00時～11日00時，主要降水區(qū)域位于102.5°～103.5°E、29.5°～31°N，降水中心位于雅安蘆山（102.9°E、30.1°N）；11日00時～12日00時，降水帶東移，范圍持續(xù)擴(kuò)大為103°～104.5°E、29°～32°N，降水中心為蒲江（103.5°E、30.5°N）；12日00時～13日00時，降水帶繼續(xù)東移，降水范圍明顯擴(kuò)大為104°～106.5°E、28°～32.5°N，降水中心位于蓬溪（105.7°E、30.7°N）；13日12時之后，降水明顯減弱，降水帶北抬，范圍為105～108°E、30.5～32.5°N，降水中心位于儀隴（106.4°E、31.5°N）；14日00時，此次持續(xù)性強(qiáng)降水過程結(jié)束。

圖1 2020年8月10～14日暴雨過程24h累計降水量空間分布（a.10日00時～11日00時，b.11日00時～12日00時，c.12日00時～13日00時，d.13日00時～14日00時，單位：mm）

圖2是2020年8月10～14日暴雨過程降水中心代表站逐小時降水量變化。蘆山主要降水時段為8月10日12時～11日00時，24h（10日00時～11日00時）累計降水量為423.2mm，最大雨強(qiáng)為134.6mm/h出現(xiàn)在10日18時。蒲江主要降水時段為8月11日00時～12日00時，24h（11日00時～12日00時）累計降水量為331.4mm，最大雨強(qiáng)55.4mm/h出現(xiàn)在11日20時。蓬溪主要降水時段為12日11時～13日02時，24h（12日00時～13日00時）累計降水量為232.7mm，最大雨強(qiáng)85.2mm/h出現(xiàn)在12日16時。儀隴主要降水時段為12日14時～21時、13日00時～19時，24h（13日00時～14日00時）累計降水量為64.4mm，最大雨強(qiáng)21.5mm/h出現(xiàn)在13日03時。

圖2 2020年8月10～14日暴雨過程降水中心代表站逐小時降水量（單位：mm）

2.2 天氣形勢及主要影響系統(tǒng)

圖3是2020年8月10～14日暴雨過程700hPa環(huán)流形勢。10日00～18時（圖3a），500hPa高原低渦在青海東南部形成，逐漸加強(qiáng)東移至盆地西北部，垂直方向上發(fā)展為深厚型高原低渦，在700hPa平均位置偏東、偏南。700hPa上24h變溫分布顯示，自10日開始有冷空氣自盆地東北部不斷南下。850hPa上（圖略），盆地中東部盛行東北風(fēng)，干冷空氣不斷南下西進(jìn)，受盆地西部地形阻擋及抬升作用，與西南暖濕氣流在盆地中西部交匯，產(chǎn)生降水。這一時段24h累計降水量超50mm的區(qū)域主要位于高原低渦的東南側(cè)。

圖3 2020年8月10～14日暴雨過程700hPa環(huán)流形勢（a.10日00～18時，b.11日00～18時，c.12日00～18時，d.13日00～18時；等值線表示位勢高度，單位：dagpm；風(fēng)矢表示風(fēng)場，單位：m/s；填色表示24h變溫，單位：℃；紅色實線表示高原低渦，藍(lán)色曲線和直線分別表示500hPa槽線和切變線，棕色直線表示700hPa切變線，黑色圓圈表示24h累計降水量>50mm區(qū)域）

11日00～18時（圖3b），500hPa上高原低渦離開高原主體后減弱為低壓槽，低渦在700hPa上移入盆地西南部后發(fā)展為西南低渦，平均中心強(qiáng)度為306dagpm，在垂直結(jié)構(gòu)上同中層低壓槽耦合。這一時段24h累計降水量超50mm的區(qū)域主要位于低值系統(tǒng)東南側(cè)。

12日00～18時（圖3c），中層低壓槽和低層西南低渦垂直結(jié)構(gòu)上的耦合維持，并明顯南壓至盆地西南部，西南低渦強(qiáng)度有所減小。這一時段24h累計降水量超50mm的區(qū)域主要位于該低值系統(tǒng)東南側(cè)。

13日00～18時（圖3d），中層低壓槽及低層西南低渦均減弱為切變線，中層切變線位于低層切變線右側(cè)，整個低值系統(tǒng)位于盆地東北部。這一時段24h累計降水量超50mm的區(qū)域主要位于切變線附近盛行西南風(fēng)且輻合較強(qiáng)的盆地東北部。

13日18時后（圖略），切變消失，盆地內(nèi)盛行一致的偏南氣流，降水過程結(jié)束。

綜上所述，10日06時～11日00時，主要受深厚型高原低渦影響，此時段強(qiáng)降水中心位于盆地中西部；11日00時～12日18時，主要受高空低槽配合西南低渦不斷東移且南壓影響，此時段盆地中部降水明顯加強(qiáng)；13日00時～13日12時，主要受盆地東北部中、低層氣旋性切變影響，對應(yīng)降水范圍為盆地東北部。天氣尺度系統(tǒng)的有效配合給此次暴雨過程提供了有利的環(huán)流背景，地面強(qiáng)降水落區(qū)均出現(xiàn)在中、低層低值系統(tǒng)東南側(cè)。

3 環(huán)境條件分析

隨時間推移，影響此次持續(xù)性過程降水的低值系統(tǒng)主要活動于3個區(qū)域，其范圍分別是99°～101°E、33°～35°N，102°～104°E、30°～32°N及104°～106°E、29°～31°N。在不同天氣系統(tǒng)影響下，各物理量的不同導(dǎo)致各區(qū)降水強(qiáng)度的不同。

3.1 動力條件分析

圖4給出了上述3個區(qū)域平均渦度的時間垂直剖面。在99°～101°E、33°～35°N區(qū)域（圖4a），10日06時開始，500hPa以下的正渦度不斷往中、高層傳輸；12時后，在500hPa附近有一正渦度中心，中心強(qiáng)度為8×10?5s?1，維持至18時，此時段地面強(qiáng)降水區(qū)域為102.5°～104.5°E、29°～31°N，位于正渦度中心的東南側(cè)；11日00時后，整層大氣渦度值明顯減弱為0，區(qū)域內(nèi)高原低渦已減弱為波動槽，上升運(yùn)動減弱，11日白天受其影響盆地降水明顯減弱。

圖4 2020年8月10～14日暴雨過程中3個區(qū)域平均渦度的時間垂直剖面（a.99°～101°E、33°～35°N，b.102°～104°E、30°～32°N，c.104°～106°E、29°～31°N，單位：10?5s?1）

在102°～104°E、30°～32°N區(qū)域（圖4b），自10日12時開始，600hPa以下中低層大氣中正渦度明顯增強(qiáng)并不斷向中高層大氣傳輸；11日06時，有一強(qiáng)度為4×10?5s?1正渦度中心，此時深厚的高原低渦已減弱為低壓槽，僅在700hPa上有閉合中心，因此渦度值明顯減?。?2日00時后，西南低渦形成并維持，500hPa附近有一正渦度中心，強(qiáng)度為6×10?5s?1；此時段內(nèi)，地面強(qiáng)降水區(qū)域為103°～104.5°E、29.5°～31.5°N，位于正渦度值中心東南側(cè)。

在104°～106°E、29°～31°N區(qū)域（圖4c），自11日12時后，中低層正渦度逐漸增加，并不斷向高層傳輸，直到14日00時，900～300hPa高度層內(nèi)均維持較大正渦度；11日18時，800hPa附近有一強(qiáng)度為6×10?5s?1正渦度中心；13日06時，正值中心抬升至700hPa，強(qiáng)度略有增加；12日00時～13日00時和13日00時～14日00時的地面強(qiáng)降水區(qū)域分別在105°～106.5°E、28°～32°N和105°～107°E、31°～33°N，均位于正渦度極值中心的東南部。

綜上可知，地面強(qiáng)降水區(qū)域主要位于正渦度極值中心的東南側(cè)，也是相對應(yīng)的中高緯低值系統(tǒng)東南側(cè)。這與宋雯雯等[15]研究結(jié)果一致。

第一階段降水中，暴雨強(qiáng)盛時刻10日18時（圖5a），相較于降水發(fā)生前（圖略），對流層低層的正渦度增大至5×10?5s?1，中高層負(fù)渦度維持。低層散度輻合強(qiáng)度由之前的0明顯增加至700hPa的4×10?5s?1，中高層仍為輻散場，高層大氣抽吸作用維持。由于強(qiáng)降水的下沉拖拽，600hPa以上大氣出現(xiàn)下沉運(yùn)動。

圖5 降水強(qiáng)盛階段不同區(qū)域平均的渦度（單位：10?5s?1）、散度（單位：10?5s?1）及垂直速度（單位：10?3hPa·s?1）垂直廓線（a.10日18時，102.5°～103.5°E、29.5°～31°N，b.11日18時，103°～104.5°E、30°～32°N，c.12日18時，105°～106.5°E、29°～32°N，d.13日06時，105°～107°E、31°～33°N）

第二階段降水中，相較于強(qiáng)降水初始時刻（圖略），在11日18時（圖5b），中、低層的正渦度和高層負(fù)渦度結(jié)構(gòu)維持，整體強(qiáng)度有所增加。低層大氣的負(fù)散度由700hPa向上擴(kuò)展至400hPa，高層大氣的輻散強(qiáng)度增加，大氣抽吸作用加強(qiáng)。整層大氣的上升運(yùn)動維持且明顯增強(qiáng)，垂直速度最大值13×10?3hPa·s?1出現(xiàn)在500hPa。

第三階段降水中，相較于降水開始（圖略），在12日18時（圖5c），300hPa以下大氣層的正渦度結(jié)構(gòu)維持且強(qiáng)度增加，中低層的散度輻合強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)，整層大氣上升運(yùn)動加強(qiáng)，垂直速度最大值15×10?3hPa·s?1出現(xiàn)在600hPa，上升運(yùn)動維持，降水持續(xù)。

第四階段降水中，相較于降水初始時刻（圖略），在13日06時（圖5d），中、低層正渦度維持，強(qiáng)度為6×10?5s?1，散度結(jié)構(gòu)變化不大，500～300hPa的散度輻合強(qiáng)度加大，300hPa以上大氣為輻散，整層大氣的上升運(yùn)動有所增強(qiáng)。

相較于第二、三階段，第一、四階段降水中各物理量數(shù)值明顯偏小。第一階段降水中心位于雅安蘆山，該處位于盆地西部陡峭山區(qū)，地形抬升作用大于大氣動力抬升，從盆地東北部進(jìn)入的冷空氣沿偏東氣流西進(jìn)，受地形的阻擋與西南暖濕氣流在盆地中西部匯聚，促使降水在該區(qū)域發(fā)生、維持。第四階段降水的各物理量強(qiáng)度明顯偏小，累計降水量明顯偏少。

降水強(qiáng)盛階段各暴雨區(qū)的低層正渦度強(qiáng)輻合、高層負(fù)渦度強(qiáng)輻散的耦合以及高層大氣的輻散抽吸作用均利于大氣的上升運(yùn)動，給強(qiáng)降水的持續(xù)提供動力條件。各階段降水過程的渦度值均大于散度值，這同以往研究結(jié)果一致[15]，對于低渦類影響系統(tǒng)而言，渦度作用比散度更明顯[13]。相較于第二、三階段降水，第一、四階段降水的渦度、散度及垂直速度數(shù)值明顯偏小，動力作用偏弱，使得第一、四階段的累計降水量偏少。

3.2 水汽條件和能量分析

10日18時，降水中心位于30.12°N（圖6a）。在103°～105°E，800hPa以下大氣層中有偏南氣流的水汽輸送且水汽輻合最強(qiáng)，強(qiáng)度達(dá)到6×10?6g·hPa?1·s?1·cm?1；整層大氣為一致的上升運(yùn)動，最大值位于850hPa，強(qiáng)度為10×10?3hPa·s?1，低層水汽輻合中心和上升運(yùn)動最強(qiáng)中心重合。此時高原低渦中心位于99°～101°E、33°～35°N，水汽輻合中心、強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)位于低渦中心東南側(cè)，各物理量的配合使得低渦東南側(cè)區(qū)域（圖中P點(diǎn)）發(fā)生強(qiáng)降水。

圖6 不同時刻沿降水中心垂直速度（等值線，單位：10?3hPa·s?1）、水汽通量散度（填色，單位：10?6g·hPa?1·s?1·cm?1）及水汽通量（矢量，單位：g·hPa?1·s?1·cm?1）的高度-經(jīng)度剖面（a.10日18時，b.11日18時，c.12日12時，d.13日00時，P為各時段對應(yīng)的強(qiáng)降水中心）

11日18時，降水中心北抬至30.5°N（圖6b）。在102°～104.5°E，整層大氣上升運(yùn)動較強(qiáng)，最大上升中心位于600hPa，強(qiáng)度為80×10?3hPa·s?1；大氣中偏南氣流的水汽輸送明顯加強(qiáng)，500hPa以下均為水汽輻合區(qū)，最強(qiáng)值12×10?6g·hPa?1·s?1·cm?1出現(xiàn)在700hPa。此時中層低壓槽及低層西南低渦主要位于98°～102°E、31°～33°N，地面強(qiáng)降水中心位于中、低層低值系統(tǒng)的東南側(cè)。相較于第一階段降水，該階段的大氣上升運(yùn)動及水汽輸送、輻合加強(qiáng)使得水汽抬升得更高，導(dǎo)致累計降水量明顯增多。

12日12時，降水中心再次北抬至30.7°N（圖6c）。在105°～107.5°E，偏南氣流轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，水汽輸送減弱，水汽輻合區(qū)集中于800hPa以下；700hPa以上大氣為上升運(yùn)動，低層大氣為下沉運(yùn)動，對降水有一定的抑制作用。此時中、低層低值系統(tǒng)的平均位置為104°～106°E、32°～34°N，強(qiáng)降水中心和水汽輻合上升區(qū)位于低值系統(tǒng)東南側(cè)。該階段降水過程中，水汽輻合集中于大氣低層，沒有輸送到高層，導(dǎo)致該區(qū)域累計降水相對偏少。

13日00時，降水中心北抬至31.5°N（圖6d）。低層大氣為偏東氣流，水汽輸送減少，水汽輻合集中于低層，沒有輸送至高層，導(dǎo)致該區(qū)域累計降水偏少。此時中、低層的氣旋性切變線位于104°～106°E、29°～32°N，水汽輻合、上升區(qū)及地面強(qiáng)降水中心位于切變線東南側(cè)。

綜上所述，各階段的強(qiáng)降水中心、水汽輻合、上升運(yùn)動區(qū)均位于中、低層低值系統(tǒng)（高原低渦、西南低渦、切變線）東南側(cè)。從水汽條件及上升運(yùn)動的配合來看，在第二階段中，500hPa以下大氣均為較強(qiáng)的水汽輻合區(qū)，整層大氣一致且極強(qiáng)的上升運(yùn)動將水汽抬升輸送至中高層，導(dǎo)致該區(qū)域24h累計降水量最大；在第一階段中，整層大氣上升運(yùn)動較強(qiáng)，但水汽輻合區(qū)主要集中在800hPa以下的低層，雖然此時段內(nèi)影響系統(tǒng)為深厚型高原低渦，動力條件充足，但是該時段內(nèi)大氣的水汽輸送條件一般，導(dǎo)致該區(qū)域累計降水量較第二階段明顯偏少；在第三階段中，水汽強(qiáng)輻合區(qū)集中于800hPa以下，低層大氣的下沉運(yùn)動抑制水汽向上輸送，導(dǎo)致該區(qū)域累計降水偏小；與第三階段類似，第四階段的水汽輸送偏少，水汽輻合區(qū)集中于大氣低層，強(qiáng)上升運(yùn)動集中于大氣中、高層，也導(dǎo)致該階段累計降水量偏小。

3.3 假相當(dāng)位溫

上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)是暴雨形成的有利條件。圖7給出了不同時刻沿降水中心假相當(dāng)位溫與垂直速度的高度-經(jīng)度剖面，來揭示大氣不穩(wěn)定層結(jié)的高度及強(qiáng)度。

10日18時（圖7a），在102°E以東的盆地地區(qū)，700hPa以下大氣中的θse均大于353K，滿足四川地區(qū)暴雨初始時刻的能量條件[16]；從近地面到500hPa，??θse/?p <0，大氣層結(jié)不穩(wěn)定；在103.5°～105°E，800hPa以下大氣中有近似垂直的等θse線鋒區(qū)，表明此時冷空氣主要堆積在盆地東部，在東北風(fēng)的引導(dǎo)下不斷向盆地西部傳輸。由于地形阻擋及抬升作用，上升運(yùn)動逐步增強(qiáng)，冷、暖氣流在盆地中西部交匯促使該區(qū)域發(fā)生降水。11日18時（圖7b），該暴雨中心從近地面到400hPa，??θse/?p <0，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，上升運(yùn)動極強(qiáng)，之前垂直的等θse線鋒區(qū)明顯減弱，表面此時冷空氣已完全進(jìn)入盆地。12日12時（圖7c），暴雨區(qū)在105°～106.5°E，從近地面到400hPa，??θse/?p <0，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，垂直的等θse線鋒區(qū)再次出現(xiàn)，隨著高空低壓槽的東移，北方冷空氣再次從盆地東部補(bǔ)充進(jìn)入。13日00時（圖7d），垂直的等θse線鋒區(qū)有所西移，說明冷空氣持續(xù)輸入盆地；在106°～107°E，近地面至600hPa，??θse/?p<0，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7 不同時刻沿降水中心假相當(dāng)位溫（等值線，單位：K）與垂直速度（填色，單位：10?3hPa·s?1）的高度-經(jīng)度剖面（a.10日18時，30.12°N；b.11日18時，30.5°N；c.12日12時，30.7°N；d.13日00時，31.5°N）

整個持續(xù)性暴雨過程中，盆地自西向東的大氣層均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。盆地東北部進(jìn)入的冷空氣，以及偏南氣流輸送的暖濕水汽，由于盆地特殊的地形抬升，最初在盆地中西部匯合，持續(xù)性降水過程開始發(fā)生。隨著中、低層低值系統(tǒng)的不斷東移，北方冷空氣的持續(xù)南下補(bǔ)充及西南暖濕氣流的維持，盆地自西向東出現(xiàn)持續(xù)性暴雨。

4 結(jié)論

利用ERA-interim再分析資料和國家級自動站觀測資料對四川盆地2020年8月10日～14日一次持續(xù)性強(qiáng)降水過程的降水特征及其成因進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）此次降水過程分為4個階段，降水帶自盆地西部向東移動。10日06時～11日00時，在深厚型高原低渦影響下，強(qiáng)降水中心位于盆地中西部；11日00時～12日18時，高空低槽配合西南低渦的東移、南壓，盆地中部降水明顯加強(qiáng)；13日00時～13日12時，在盆地東北部中、低層氣旋性切變影響下，降水帶北抬至盆地東北部。天氣尺度系統(tǒng)的有效配合給此次暴雨過程提供了有利的環(huán)流背景，在冷空氣及西南水汽的匯聚下，觸發(fā)此次持續(xù)性強(qiáng)降水過程，地面強(qiáng)降水落區(qū)均出現(xiàn)在中高緯低值系統(tǒng)（高原低渦、西南低渦、切變線）的東南側(cè)。

（2）各暴雨區(qū)在強(qiáng)降水時刻，低層正渦度、負(fù)散度的強(qiáng)輻合，高層負(fù)渦度、正散度的強(qiáng)輻散抽吸作用均利于大氣的上升運(yùn)動，給強(qiáng)降水的持續(xù)提供動力條件。各階段降水過程的渦度值均大于散度值，對于低渦類影響系統(tǒng)而言，渦度作用比散度更明顯。相較于第二、三階段降水，第一、四階段降水的渦度、散度及垂直速度數(shù)值明顯偏小，動力作用的偏弱，使得第一、四階段的累計降水量偏少。

（3）各階段強(qiáng)降水中心，水汽輻合、上升區(qū)均位于中高緯低值系統(tǒng)東南側(cè)。第二階段降水過程，500hPa以下大氣均為較強(qiáng)的水汽輻合區(qū)，整層大氣一致且極強(qiáng)的上升運(yùn)動將水汽抬升輸送至中高層，導(dǎo)致第二階段累計降水量最大。

（4）整個持續(xù)性暴雨過程，盆地上空大氣為不穩(wěn)定狀態(tài)。盆地東北部進(jìn)入的冷空氣，偏南氣流輸送的暖濕水汽，由于盆地特殊的地形抬升，最初在盆地中西部匯合，持續(xù)性降水過程開始發(fā)生；隨著中、低層低值系統(tǒng)的不斷東移，北方冷空氣的持續(xù)南下補(bǔ)充及西南暖濕氣流的維持，盆地自西向東出現(xiàn)持續(xù)性暴雨。