周 文 王曉芳 楊 浩 王婧羽 李山山

中國(guó)氣象局武漢暴雨研究所暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430205

提 要： 利用中國(guó)氣象局地面站降水資料、歐洲中心ERA5再分析資料、FY-4A相當(dāng)黑體亮溫資料，分析了造成貴州水城2019年7月23日山體滑坡的大暴雨成因。結(jié)果表明，最強(qiáng)降水是由TBB低于-82℃的對(duì)流云帶造成的，影響本次強(qiáng)降水的天氣系統(tǒng)主要為貴州西部750～700 hPa低槽及四川盆地北部冷鋒。暴雨發(fā)生之前，四川盆地北部冷鋒迫使盆地內(nèi)高能氣團(tuán)向貴州西北部移動(dòng)。隨著水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)南側(cè)偏南氣流發(fā)展，為強(qiáng)降水發(fā)生提供充足的水汽條件，同時(shí)因暖濕氣流的增強(qiáng)使得雞場(chǎng)鎮(zhèn)低層對(duì)流不穩(wěn)定性增強(qiáng)。降水初期(22日20時(shí))上升運(yùn)動(dòng)主要位于700 hPa以下，這與雞場(chǎng)鎮(zhèn)地面偏東氣流遇到地形阻擋、沿地形爬坡產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)影響有關(guān)。隨天氣尺度氣旋性環(huán)流擴(kuò)展到貴州境內(nèi)，降水只發(fā)生在氣旋性環(huán)流內(nèi)較狹窄的帶中。通過(guò)Barnes帶通濾波分析，天氣尺度的氣旋性流場(chǎng)內(nèi)存在一些小尺度的氣旋、反氣旋系統(tǒng)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)西側(cè)有兩個(gè)小氣旋環(huán)流，它們北側(cè)的強(qiáng)氣流匯合帶正好是降水發(fā)生區(qū)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)此時(shí)還位于一個(gè)小尺度鞍形場(chǎng)區(qū)域中，明顯有利于中低層氣流匯合，疊加地形性上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致突發(fā)性暴雨發(fā)生，造成了山體滑坡的形成。

引 言

我國(guó)夏季暴雨頻發(fā)，對(duì)人民生命及財(cái)產(chǎn)安全造成了極大影響(陶詩(shī)言，1980;Li et al,2016;Fu et al,2016)。暴雨由中小尺度系統(tǒng)直接決定，但受多種尺度系統(tǒng)共同影響。而中尺度與大尺度動(dòng)力學(xué)存在較大的不同,暴雨成因復(fù)雜(丁一匯和張建云,2009)。其中，突發(fā)性暴雨雨量大、局地性強(qiáng)、變化快且降水前環(huán)流特征不明顯，增加了預(yù)報(bào)難度(黃儀方和琚建華,2002;王勁松等,2002;侯瑞欽等,2003)。

近年來(lái)，隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的學(xué)者投入到突發(fā)性暴雨事件的研究。肖遞祥等(2012)對(duì)2011年7月四川盆地發(fā)生的兩次(7月3日和23日)突發(fā)性暴雨過(guò)程展開(kāi)了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩次過(guò)程均發(fā)生于高能不穩(wěn)定的狀態(tài)下。張雅斌等(2017)分析診斷了2014年8月12日陜西關(guān)中地區(qū)突發(fā)性暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)500 hPa內(nèi)蒙古中部天氣尺度橫槽是突發(fā)性暴雨的直接影響系統(tǒng)，地面切變線是暴雨的觸發(fā)條件。紀(jì)曉玲等(2007)利用常規(guī)氣象資料分析了發(fā)生在寧夏2004年8月3日的突發(fā)性暴雨過(guò)程，主要影響系統(tǒng)為切變線和低渦，深厚的中低層輻合促進(jìn)了不穩(wěn)定能量的積累，也為短時(shí)強(qiáng)降水提供了動(dòng)力抬升機(jī)制。慕建利等(2005)研究發(fā)現(xiàn)誘發(fā)2003年7月14—15日陜西地區(qū)突發(fā)性暴雨的天氣系統(tǒng)為副熱帶高壓及新疆干冷空氣，700 hPa低渦、切變線是暴雨形成的觸發(fā)機(jī)制。趙榆飛和杜繼穩(wěn)(2005)對(duì)比分析了陜北地區(qū)4次突發(fā)性暴雨和2次系統(tǒng)性暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)兩者機(jī)理差別較大。突發(fā)性暴雨主要出現(xiàn)在副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)少動(dòng)的天氣形勢(shì)下，水汽主要來(lái)源于暴雨發(fā)生前大氣低層的輸送，上升運(yùn)動(dòng)與暴雨同步加強(qiáng)。而系統(tǒng)性暴雨則出現(xiàn)在副高位置變動(dòng)較大的天氣形勢(shì)下，水汽主要來(lái)源于暴雨發(fā)生過(guò)程中的補(bǔ)充，垂直運(yùn)動(dòng)形成于暴雨發(fā)生之前。

張小玲等(2002)和貝耐芳等(2003)則對(duì)江淮地區(qū)造成暴雨的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)1998年7月武漢突發(fā)性特大暴雨是由沿低渦切變線相繼生成的β中尺度對(duì)流系統(tǒng)所引發(fā)。在暴雨發(fā)生前，大氣層結(jié)近乎整層飽和,并且蘊(yùn)涵著大量對(duì)流有效位能，有利于暴雨的發(fā)生。暴雨發(fā)生過(guò)程中，高、低空正渦度區(qū)疊加、耦合，促進(jìn)了低層切變線發(fā)展(馮伍虎和程麟生，2002)，而低層切變線又進(jìn)一步促進(jìn)了MCS強(qiáng)烈發(fā)展。周文等(2020)對(duì)一次東移并引發(fā)強(qiáng)降水的高原對(duì)流云團(tuán)展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)流云團(tuán)在不同階段能量演變特征顯著不同，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，背景場(chǎng)對(duì)強(qiáng)降水的影響明顯增強(qiáng)。

通過(guò)前人大量研究工作，人們對(duì)造成突發(fā)性暴雨的天氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)在不斷完善。除天氣系統(tǒng)外，地形對(duì)暴雨的影響也尤為明顯。地形的熱力、動(dòng)力作用可影響局地天氣，極易誘發(fā)局地強(qiáng)降水(孫明生等，2013;趙玉春等，2012)。金少華等(2014)分析總結(jié)出700 hPa切變線移至云南后，受到地形阻擋，形成與山脈同向的切變線，中低層切變線為短時(shí)強(qiáng)降水提供了動(dòng)力抬升機(jī)制。而冷鋒則轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止鋒。受冷空氣影響，暖濕氣流上升產(chǎn)生暴雨(許美玲等，2003；2013；紀(jì)曉玲等，2007)。

我國(guó)西南地區(qū)地處青藏高原東部，地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，地形復(fù)雜。結(jié)合西南地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造，在發(fā)生強(qiáng)降水之后容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，比如山體滑坡、泥石流、崩塌等(余峙丹和張輝,2008；馬力等,2002；池再香等,2011 )。西部山地突發(fā)性暴雨已然成為我國(guó)重大自然災(zāi)害之一，其預(yù)警與防范是國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)重大戰(zhàn)略需求。因此，對(duì)西部山地突發(fā)性暴雨展開(kāi)研究是十分有意義的。

本文結(jié)合中國(guó)氣象局國(guó)家站及區(qū)域站小時(shí)降水量、高時(shí)空分辨率ERA5再分析資料(時(shí)間分辨率為1 h，空間分辨率為0.25°×0.25°)及FY-4A衛(wèi)星相當(dāng)黑體亮溫(TBB)資料(時(shí)間分辨率為5 min，空間分辨率為4 km)，從強(qiáng)降水對(duì)山體滑坡的影響、強(qiáng)降水成因以及MCS的演變等方面對(duì)2019年7月23日發(fā)生于貴州水城的一起特大型山體滑坡事件展開(kāi)了研究，以期為相關(guān)的科研、業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)以及防災(zāi)減災(zāi)工作提供一定參考。

1 濾波器選擇

本文選用陳忠明(1992)修訂的Barnes帶通濾波器, 可更好排除高頻和低頻干擾。經(jīng)過(guò)兩次修訂后的濾波器初值場(chǎng)函數(shù)FL如下：

第一次修訂后的初值場(chǎng)

式中:

Dn(x，y)=Fn(x，y)-F0(x，y)

由原始觀測(cè)值確定的初值場(chǎng)

式中:

En(x，y)=F1(x，y)-F0(x，y)

式中：F代表要素值，Dn和En代表要素值與初值的差值，W代表權(quán)重函數(shù)，r代表測(cè)站與格點(diǎn)的距離。

修訂后的濾波器響應(yīng)函數(shù)RL如下：

RL=R1+(R1-R0)(3/4-R0)

式中：

R0=exp(-4π2c/λ2)

式中：λ為波長(zhǎng)，c和G為濾波常數(shù)。濾波器的性能取決于c和G。當(dāng)G取0.35，c1、c2分別取5 000 km和70 000 km時(shí)，最大響應(yīng)波長(zhǎng)為500 km，可較好地保留300～800 km中尺度波動(dòng)系統(tǒng)(圖1)。

圖1 修訂后的Barnes帶通濾波響應(yīng)函數(shù)(實(shí)線)(虛線為低通濾波響應(yīng)函數(shù))Fig.1 Revised Barnes filter response function (solid line) (Dashed line represents the low-pass filter response function)

2 災(zāi)情及降水概況

2.1 災(zāi) 情

水城縣是貴州省地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、嚴(yán)重縣區(qū)之一，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生以自然因素為主(司江福等，2012)。據(jù)水城縣人民政府網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2019年7月23日，水城縣共有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)241處。其中山體滑坡是水城縣最主要的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型,隱患點(diǎn)為148處，占61.41%(圖2)。

圖2 水城縣地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)概況Fig.2 Overview of sites with hidden perils for the geological hazards in Shuicheng County

據(jù)水城縣人民政府網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2019年貴州水城縣一共發(fā)生了三起自然災(zāi)害，因?yàn)?zāi)死亡43人，失蹤9人，傷病11人，緊急轉(zhuǎn)移安置災(zāi)民825人。全年因?yàn)?zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失2.216 5億元。

這三起自然災(zāi)害中，包含一起特大型山體滑坡事件。該事件發(fā)生于2019年7月23日21時(shí)貴州省六盤(pán)水市水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)，災(zāi)害點(diǎn)位于26.254 2°～26.266 7°N、104.666 7°～104.675 0°E范圍內(nèi)。本次山體滑坡共造成近1 600人受災(zāi)，43人死亡，還有9人失蹤。2019年水城縣因?yàn)?zāi)造成的人員傷亡均發(fā)生于此次特大型山體滑坡事件中。此外，本次滑坡事件還造成100多間房屋倒塌，2 300余間房屋遭到了不同程度損壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.9億元，占全年因?yàn)?zāi)損失的85.72%。

水城縣以山體滑坡為首的地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)情況，已嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，威脅著人民生產(chǎn)生活及生命安全(司江福等，2012)。因此圍繞“7·23”山體滑坡事件展開(kāi)分析，對(duì)水城縣防災(zāi)減災(zāi)是具有重要意義的。

綜合降水量(圖3)和地形特點(diǎn)(圖4)來(lái)分析此次災(zāi)情。從地理位置而言，水城縣位于貴州西部，地處云貴高原中部斜坡及烏蒙山脈東側(cè)。海拔高度633～2 861 m，地形起伏大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜(司江福等，2012)。水城縣是四周高、中間低的地形(圖4)，呈現(xiàn)為近似于西北—東南向斷陷盆地特征。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，災(zāi)害點(diǎn)位于山坡處，地勢(shì)陡峭，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降水時(shí)，雨水易向低地勢(shì)處匯集。土體受到強(qiáng)烈沖刷，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了基本條件(肖攀等，2015)。另一方面，中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所調(diào)查發(fā)現(xiàn)雞場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)生山體滑坡的斜坡上存在多處古崩滑堆積體(http:∥www.eq-icd.cn/Index/show/catid/248/id/4655.html)。由于這些崩滑堆積體結(jié)構(gòu)較為松散，遇持續(xù)性降水或強(qiáng)降水后，山體穩(wěn)定性下降，易引發(fā)山體滑坡。

圖3 2019年7月20—24日貴州省國(guó)家站及區(qū)域自動(dòng)站24 h累計(jì)降水量分布(a)20日08時(shí)至21日08時(shí)，(b)21日08時(shí)至22日08時(shí)，(c)22日08時(shí)至23日08時(shí)，(d)23日08時(shí)至24日08時(shí)(黃色空心圓圈為雞場(chǎng)鎮(zhèn)災(zāi)害發(fā)生點(diǎn))Fig.3 Distribution of 24 h accumulated precipitation at Guizhou national stations and regional stationsfrom (a) 08:00 BT 20 to 08:00 BT 21， (b) 08:00 BT 21 to 08:00 BT 22, (c) 08:00 BT 22 to 08:00 BT 23, (d) 08:00 BT 23 to 08:00 BT 24 July 2019(Yellow hollow circle represents the disaster spot in Jichang Town)

圖4 (a)貴州省地形及(b)災(zāi)害點(diǎn)附近地形(填色)(藍(lán)點(diǎn)代表災(zāi)害點(diǎn)，紅點(diǎn)為2019年7月22日08時(shí)至23日08時(shí)水城縣24 h累計(jì)降水量超過(guò)100 mm的觀測(cè)站)Fig.4 (a) Terrain (colored) in Guizhou Province and (b) near the disaster spot(Blue dot represents the disaster spot; red dots represent the regional stations with 24 h accumulated precipitation exceeding 100 mm in Shuicheng from 08:00 BT 22 to 08:00 BT 23 July 2019)

2.2 貴州水城降水概況

21日08時(shí)國(guó)家站24 h累計(jì)降水量顯示西南地區(qū)發(fā)生系統(tǒng)性降水(圖略)，貴州西部受西南地區(qū)系統(tǒng)性降水影響。其中，貴州省六盤(pán)水市水城縣主要為中雨，但是在水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)有大雨發(fā)生(圖3a)。該時(shí)段影響降水的天氣系統(tǒng)主要為700 hPa低槽(圖略)。隨后24 h內(nèi)，低槽位置向北移動(dòng)，西南地區(qū)雨團(tuán)隨之北上。貴州地區(qū)系統(tǒng)性降水明顯減弱，僅六盤(pán)水市與黔西南交界處有一條東北—西南向的局地大暴雨帶(圖3b)。緊接著在貴州西部有一低渦生成，低槽南伸，西南地區(qū)降水增強(qiáng)，有大暴雨發(fā)生。其中，雞場(chǎng)鎮(zhèn)附近存在一條東西向的大暴雨帶(圖3c)。23日08時(shí)至24日08時(shí)(北京時(shí),下同)期間，低渦向東南移動(dòng)，700 hPa低槽向東南伸展，云南降水增強(qiáng)(圖略)，貴州降水范圍擴(kuò)大，但強(qiáng)度減弱(圖3d)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)降水轉(zhuǎn)為中雨。貴州水城山體滑坡事件正發(fā)生于此時(shí)段。

研究表明，在引發(fā)山體滑坡的眾多因素中，降水是觸發(fā)山體滑坡發(fā)生的主要原因之一(馬力等，2008)。一方面，發(fā)生強(qiáng)降水后，土壤吸水，坡體自重增加；另一方面，降水可軟化坡體的滑動(dòng)面，坡體抗剪強(qiáng)度隨之降低(李向紅等，2013)。結(jié)合圖3，山體滑坡事件發(fā)生當(dāng)天以及前幾天，水城縣均有降水發(fā)生(并且有大暴雨發(fā)生)。因此推斷降水或?yàn)楸敬紊襟w滑坡的重要影響因素。為了驗(yàn)證這一推斷，我們對(duì)災(zāi)害點(diǎn)附近降水概況展開(kāi)了分析。

2.3 雞場(chǎng)鎮(zhèn)降水概況

2019年7月22日08時(shí)至23日08時(shí)期間，水城縣24 h累計(jì)降水量超過(guò)100 mm(大暴雨量級(jí))的站點(diǎn)有2個(gè)(如圖4紅點(diǎn)所示), 站號(hào)為R8266和R8269。其中R8266測(cè)站距離雞場(chǎng)鎮(zhèn)坪地村山體滑坡點(diǎn)(如圖4中藍(lán)點(diǎn)所示)更近。后續(xù)主要圍繞該觀測(cè)站展開(kāi)分析。

7月1日00時(shí)至山體滑坡當(dāng)日，雞場(chǎng)鎮(zhèn)7月累計(jì)降水量達(dá)到了288.9 mm(如圖5藍(lán)色實(shí)線所示)，降水主要在中旬發(fā)生。而7月中旬開(kāi)始，雞場(chǎng)鎮(zhèn)雨量開(kāi)始增多。如圖中紅色虛線所示，山體滑坡發(fā)生前10天累計(jì)降水量已達(dá)到236.9 mm。其中，在災(zāi)情發(fā)生24 h內(nèi)有短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生，集中于22日20時(shí)至23日04時(shí)，最大小時(shí)降水量甚至達(dá)到了56.9 mm(22日22時(shí))。因此后續(xù)分析中將圍繞這一時(shí)段展開(kāi)研究。

圖5 水城縣R8266區(qū)域自動(dòng)站2019年7月(a)1—24日逐時(shí)降水概況(黑色柱)及累計(jì)降水量(藍(lán)色實(shí)線代表從1日00時(shí)開(kāi)始計(jì)算的累計(jì)降水量，紅色虛線代表從13日00時(shí)開(kāi)始計(jì)算的累計(jì)降水量)；(b)22日17時(shí)至23日06時(shí)逐時(shí)降水Fig.5 (a) Hourly precipitation (black bar) and accumualted precipitationat the R8266 Regional Station in Shuicheng from 1 to 24 July 2019 (blue solid line: accumulated precipitation calculated from 00:00 BT 1 July, red dotted line: accumulated precipitation calculated from 00:00 BT 13 July)， and (b) hourly precipitation from 17:00 BT 22 to 06:00 BT 23 July 2019

需要注意的是，強(qiáng)降水于23日凌晨結(jié)束，但山體滑坡并未隨即發(fā)生，而是在23日夜間發(fā)生，滯后約16 h。這是因?yàn)榻邓M(jìn)入土體后，需要時(shí)間累積其對(duì)滑動(dòng)面的潤(rùn)滑、軟化作用。因此，有相當(dāng)數(shù)量的山體滑坡事件并不是在強(qiáng)降水結(jié)束后立馬發(fā)生的，而是一般發(fā)生于強(qiáng)降水結(jié)束后的幾天內(nèi)(馬力等，2008)。

2.4 對(duì)流云團(tuán)發(fā)生發(fā)展分析

影響本次強(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)是貴州西北部MCS與高原東移MCS合并之后發(fā)展演變而成(圖略)。本文主要關(guān)注短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段前后貴州西北部MCS演變特征。

22日18:15 對(duì)流云團(tuán)主體位于四川盆地，呈橢圓形，主要受西南渦影響。在貴州西北部低空切變線影響下，從四川盆地云團(tuán)主體南部延伸出一條東北—西南向?qū)α髟茙?。切變線附近TBB達(dá)到-72℃ 以下，對(duì)流活動(dòng)較強(qiáng)，貴州西北部地區(qū)產(chǎn)生降水(圖略)。雞場(chǎng)鎮(zhèn)位于-72℃TBB南端，對(duì)流活動(dòng)較其北部偏弱。此時(shí)雞場(chǎng)鎮(zhèn)相對(duì)濕度較低，未產(chǎn)生降水。隨著四川盆地西南渦減弱，貴州西北部切變線也減弱，進(jìn)而導(dǎo)致切變線云帶對(duì)流活動(dòng)減弱(圖6b)。由于貴州西部有低渦形成，因此局地對(duì)流活動(dòng)增強(qiáng)。雞場(chǎng)鎮(zhèn)上空21:53形成了TBB<-82℃ 的對(duì)流云活動(dòng)區(qū)，對(duì)流活動(dòng)區(qū)呈東西向(圖6c)，與22日雞場(chǎng)鎮(zhèn)大暴雨帶位置及走向基本一致(圖3c)。約22:15之后，雞場(chǎng)鎮(zhèn)對(duì)流強(qiáng)度開(kāi)始減弱(圖略)。但是在降水期間，TBB仍維持在-62℃以下(圖6d)，有利于降水的維持。

圖6 FY-4A在2019年7月22日(a)18:15，(b)19:38，(c)21:53的TBB水平分布(“+”代表災(zāi)害點(diǎn))；(d)災(zāi)害點(diǎn)處在22日18:15至23日04:53期間的TBB時(shí)間序列Fig.6 Horizontal distribution of TBB by FY-4A at 18:15 BT (a), 19:38 BT (b), 21:53 BT (c) 22 July 2019 (+: disaster spot); (d) time series of TBB over the disaster spot from 18:15 BT 22 to 04:53 BT 23 July 2019

3 氣象條件分析

3.1 四川盆地北部冷鋒對(duì)雞場(chǎng)鎮(zhèn)降水的影響

22日08時(shí)(圖7a)，北方冷空氣南下，在四川盆地北部形成冷鋒。鋒前暖濕氣流受鋒面南壓影響，沿鋒面爬升。22日14時(shí)(圖7b)，地面鋒線已到達(dá)四川盆地內(nèi)。鋒后干冷空氣沿四川盆地北邊界滑入盆底，強(qiáng)迫盆地內(nèi)氣流向南運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)致暴雨發(fā)生前四川盆地內(nèi)高能區(qū)向貴州暴雨區(qū)伸展(圖7d)。因此，雞場(chǎng)鎮(zhèn)低層假相當(dāng)位溫不斷升高，于17時(shí)達(dá)到最強(qiáng)(圖7d)，假相當(dāng)位溫最大可超過(guò)363 K。四川盆地向南移動(dòng)的高能氣團(tuán)為災(zāi)害點(diǎn)暴雨發(fā)生蓄積了能量。突發(fā)性暴雨發(fā)生前(20時(shí)之前)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)上空假相當(dāng)位溫隨高度減小，大氣層結(jié)為對(duì)流性不穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，四川盆地內(nèi)受冷鋒南壓影響而向南運(yùn)動(dòng)的氣流為貴州地區(qū)強(qiáng)降水發(fā)生提供了前期熱力條件。

除此之外，四川盆地內(nèi)受冷鋒強(qiáng)迫向南運(yùn)動(dòng)的氣流對(duì)貴州地區(qū)降水還存在動(dòng)力抬升影響。當(dāng)?shù)孛驿h線進(jìn)入四川盆地后，盆地內(nèi)氣流北風(fēng)分量增強(qiáng)。氣流經(jīng)過(guò)四川盆地南邊界時(shí)，受地形阻擋，氣流爬坡。因此在盆地南邊界附近開(kāi)始形成較強(qiáng)的上升氣流(圖7b)。隨著盆地內(nèi)鋒區(qū)繼續(xù)南壓，四川盆地南邊界的上升支也隨之向南移動(dòng)。當(dāng)上升支移至貴州時(shí)，降水發(fā)生(圖7c)。但冷鋒南壓帶來(lái)的動(dòng)力強(qiáng)迫僅在降水初期有較明顯的影響。降水最強(qiáng)的時(shí)候，雞場(chǎng)鎮(zhèn)上升運(yùn)動(dòng)主要受到局地氣旋性環(huán)流影響。

圖7 2019年7月22日(a)08時(shí)，(b)14時(shí)，(c)20時(shí)雞場(chǎng)鎮(zhèn)溫度平流(填色，單位：10-5 ℃·s-1)、假相當(dāng)位溫(實(shí)線，單位：K)、風(fēng)場(chǎng)(v-w，單位：m·s-1)經(jīng)向剖面；(d)22日08時(shí)至23日07時(shí)在775 hPa高度上沿104.50°～104.75°E 經(jīng)向平均假相當(dāng)位溫(單位：K)時(shí)間-緯度剖面(圖7d中帶箭頭的虛線指示盆地內(nèi)高能氣團(tuán)向雞場(chǎng)鎮(zhèn)伸展)Fig.7 Meridional section of temperature advection (colored, unit: 10-5 ℃·s-1), potential pseudo-equivalent temperature (solid line, unit: K) and wind field (v-w, unit: m·s-1) at 08:00 BT (a), 14:00 BT (b), 20:00 BT (c) 22 July 2019; (d) time-height cross-section of potential pseudo-equivalent temperature (unit: K) at 775 hPa along Jichang Town from 08:00 BT 22 to 07:00 BT 23 July 2019 (Dash line with arrow represents the air with large energy flow from the basin to Jichang Town in Fig.7d)

3.2 大暴雨日形勢(shì)場(chǎng)分析

22日整體形勢(shì)如下：對(duì)流層中層，原貴州西北部500 hPa高空槽發(fā)展、南伸，有形成高空氣旋的趨勢(shì)。高空槽發(fā)展促使副高東退。貴州西部受500 hPa高空槽與副高外圍偏東氣流控制(圖8a)。700 hPa上，雞場(chǎng)鎮(zhèn)在21日位于低槽后(圖略)，主要受偏西風(fēng)影響，因此天氣晴好(圖3b)。22日，貴州西部與云南交界處，局地氣旋性環(huán)流增強(qiáng)，有低渦(26.5°N、103.5°E)形成，雞場(chǎng)鎮(zhèn)受西南氣流控制。在700 hPa低槽、四川盆地西南渦影響下，貴州西北部形成東北—西南向切變線。另一方面，貴州西北部比濕較前一日明顯增加(圖8b)。22日貴州地區(qū)，水汽通量顯著輻合(圖8c)，有利于大暴雨的產(chǎn)生。

圖8 2019年7月22日(a)日平均500 hPa流場(chǎng)、位勢(shì)高度(藍(lán)線，單位：dagpm)及溫度場(chǎng)(填色，單位：℃)，(b)700 hPa流場(chǎng)、位勢(shì)高度(藍(lán)線,單位：dagpm)及比濕場(chǎng)(填色，單位：g·kg-1)，(c)整層水汽通量(箭頭，單位：kg·m-1·s-1)、及其散度場(chǎng)(填色，單位：10-4 kg·m-2·s-1)Fig.8 (a) Daily average 500 hPa stream field, geopotential height (blue line, unit: dagpm) and temperature field (colored, unit: ℃), (b) 700 hPa stream field, geopotential height (blue line, unit: dagpm) and specific humidity field (colored, unit: g·kg-1), and (c) entire layer water vapor flux (arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence field (colored, unit: 10-4 kg·m-2·s-1) on 22 July 2019

降水開(kāi)始前，低層偏南風(fēng)為降水區(qū)輸送暖濕氣流(圖10a)，700 hPa之上有強(qiáng)輻散場(chǎng)，以下有強(qiáng)輻合場(chǎng)，促進(jìn)了低層上升運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)(圖10b)。降水初期(22日20時(shí))上升運(yùn)動(dòng)主要位于700 hPa以下(圖10b)。就800 hPa而言，22日20時(shí)槽前偏南風(fēng)與四川盆地偏北風(fēng)在貴州西北部形成切變線(圖9e黑色實(shí)線)，切變線南端有強(qiáng)降水產(chǎn)生。此時(shí)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)近地面層風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)(圖9e紅色框所示)。受雞場(chǎng)鎮(zhèn)西高東低地形影響，偏東氣流爬坡，有利于上升運(yùn)動(dòng)的形成，為降水發(fā)生提供動(dòng)力條件。貴州與云南交界處在750 hPa形成中尺度輻合中心(圖9b)，700 hPa對(duì)應(yīng)有低渦形成(圖9a)，切變線沿低渦向東北伸展。雞場(chǎng)鎮(zhèn)位于低渦東北部，位于氣流輻合區(qū)。降水初期，低層輻合開(kāi)始向中層延伸，高層輻散同時(shí)增強(qiáng)，有利于強(qiáng)降水發(fā)生(圖10b)。雞場(chǎng)鎮(zhèn)降水在22時(shí)最強(qiáng)，貴州西部700 hPa低渦消亡，與高原東南部低槽合并，雞場(chǎng)鎮(zhèn)位于槽前(圖9c,9d)，氣旋性環(huán)流達(dá)到最強(qiáng)(圖10a)。此時(shí)應(yīng)是中低層輻合上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)帶來(lái)大范圍的降水發(fā)生，但實(shí)際降水區(qū)域只發(fā)生在氣旋性環(huán)流內(nèi)較狹窄的帶中。通過(guò)Barnes帶通濾波后，最強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)雞場(chǎng)鎮(zhèn)附近流場(chǎng)變化顯著。貴州西部分離出氣旋，北部有反氣旋。雞場(chǎng)鎮(zhèn)位于濾波后的鞍形場(chǎng)中(圖9f)，疊加地面偏東氣流遇到山脈阻擋形成的上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致最強(qiáng)降水發(fā)生。

圖9 2019年7月22日(a,b)20時(shí)和(c,d)22時(shí)(a,c)700 hPa及(b,d)750 hPa流場(chǎng)、小時(shí)降水量(圓點(diǎn)，單位：mm);(e)20時(shí) 800 hPa風(fēng)場(chǎng)、小時(shí)降水量(圓點(diǎn)，單位：mm)，(f)22時(shí)750 hPa濾波后的流場(chǎng)、小時(shí)降水量(圓點(diǎn)，單位：mm)(紅色方框代表災(zāi)害點(diǎn)及其附近區(qū)域;圖9e中的黑色實(shí)線代表切變線)Fig.9 Stream field and hourly precipitation (dots, unit: mm) at (a, c) 700 hPa and (b, d) 750 hPa at (a, b) 20:00 BT and (c, d) 22:00 BT 22 July 2019; (e) wind and hourly precipitation at 800 hPa (dots, unit: mm) at 20:00 BT and (f) stream field at 750 hPa after Barnes filtering and hourly precipitation (dots, unit: mm) at 22:00 BT 22 July 2019(Red boxes represent disaster sites and its near area； black solid line represents shear line in Fig.9e)

3.3 大暴雨日物理量場(chǎng)分析

從圖10a可以發(fā)現(xiàn)，22日08時(shí)雞場(chǎng)鎮(zhèn)700 hPa以下受西南風(fēng)控制，配合四川盆地向南流動(dòng)的高能暖濕氣流，雞場(chǎng)鎮(zhèn)假相當(dāng)位溫開(kāi)始增加。隨后，中低層南風(fēng)分量逐漸增加,水汽通量也隨之增強(qiáng)，低層相對(duì)濕度不斷增加(圖10c)。19時(shí)，受貴州西部氣旋性環(huán)流增強(qiáng)的影響，低層已轉(zhuǎn)變?yōu)闁|南風(fēng)。20時(shí)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)附近偏東氣流增強(qiáng)導(dǎo)致的地形輻合增強(qiáng)(圖10b)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持。從圖10b可以發(fā)現(xiàn)，降水初期低層輻合、高層輻散增強(qiáng)，整層均為強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。除此之外，20時(shí)水汽通量達(dá)到最強(qiáng)，650 hPa高度附近大氣相對(duì)濕度超過(guò)95%，又由于雞場(chǎng)鎮(zhèn)上空為對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，受到動(dòng)力條件觸發(fā)，開(kāi)始產(chǎn)生降水(崔春光等, 2008)。但20時(shí)大氣飽和層相對(duì)淺薄(圖10c)。隨著降水的發(fā)生，能量釋放，假相當(dāng)位溫開(kāi)始減小(圖10a)。20時(shí)氣旋性環(huán)流達(dá)到最強(qiáng)(圖10a)，濕層增厚，配合強(qiáng)水汽通量及強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生最強(qiáng)降水。至暴雨結(jié)束時(shí)，雞場(chǎng)鎮(zhèn)上空僅低層維持有弱上升氣流，因此降水顯著減弱。

從相對(duì)濕度時(shí)間-高度剖面圖(圖10c)還可以發(fā)現(xiàn)，22日降水開(kāi)始前，低層相對(duì)濕度及比濕均增加，而高層相對(duì)濕度及比濕減小，增強(qiáng)了大氣層結(jié)的對(duì)流性不穩(wěn)定(崔春光等, 2008)，有利于降水的發(fā)生。為了進(jìn)一步驗(yàn)證22日大氣層結(jié)穩(wěn)定度演變特征，我們還引入了對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)(I)，通常I為500 hPa假相當(dāng)位溫及850 hPa假相當(dāng)位溫的差值。當(dāng)I>0時(shí)，大氣層結(jié)為對(duì)流穩(wěn)定層結(jié)；當(dāng)I<0時(shí)，為對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié);并且I越小表示層結(jié)越不穩(wěn)定(劉建文等，2005)。由于貴州西部地形較高，為了避免地形帶來(lái)的誤差，我們引入了朱莉等(2013)修正后的對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)(Icon)，選取為350 hPa假相當(dāng)位溫與700 hPa假相當(dāng)位溫的差值(Icon=θse350-θse700)。朱莉等(2013)研究表明，修正后的對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)對(duì)強(qiáng)對(duì)流暴雨的預(yù)報(bào)同樣具備較好的指示意義。從圖10c可以發(fā)現(xiàn)，22日09時(shí)對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)驟減。至22日15時(shí)達(dá)到最低，此時(shí)Icon<-7℃，表明降水發(fā)生前對(duì)流不穩(wěn)定達(dá)到最強(qiáng)。隨后對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)開(kāi)始小幅增加，在強(qiáng)降水期間維持在-7～-5℃，對(duì)流不穩(wěn)定性開(kāi)始減弱。至暴雨結(jié)束后，Icon顯著增加，大氣層結(jié)不穩(wěn)定性進(jìn)一步減弱。

圖10 2019年7月22日08時(shí)至23日07時(shí)雞場(chǎng)鎮(zhèn)(a)水汽通量(填色，單位：kg·cm-1·s-1·hPa-1)、水平風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)、假相當(dāng)位溫(白線，單位:K)及渦度(綠線，單位：10-5 s-1)，(b)散度場(chǎng)(填色，單位：10-5 s-1)及垂直速度(黑線，ω≤-0.1 Pa·s-1)，(c)相對(duì)濕度(填色，單位：%)、比濕(黑線，單位：g·kg-1)及修正后的對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)(紅線，單位：℃)時(shí)間-高度剖面Fig.10 Time-height cross-sections of (a) water vapor flux (colored, unit: kg·cm-1·s-1·hPa-1), horizontal wind (wind bar), potential pseudo-equivalent temperature (white line, unit: K) and vorticity (green line, unit: 10-5 s-1), (b) divergence field (colored, unit: 10-5 s-1) and vertical velocity (black line, ω≤-0.1 Pa·s-1), and (c) relative humidity (colored, unit: %), specific humidity (black line, unit: g·kg-1) and revised convection stability index (red line, unit: ℃) at Jichang Town from 08:00 BT 22 to 07:00 BT 23 July 2019

4 結(jié)論與討論

本文利用地面站降水資料、高時(shí)空分辨率的ERA5再分析資料及FY-4A衛(wèi)星TBB資料，對(duì)2019年7月23日引發(fā)貴州水城雞場(chǎng)鎮(zhèn)山體滑坡的大暴雨成因展開(kāi)分析。得出以下主要結(jié)論：

影響本次突發(fā)性暴雨的主要天氣系統(tǒng)為四川盆地北部冷鋒、貴州西部低渦及750～700 hPa低槽。四川盆地北部冷鋒南壓為貴州水城降水發(fā)生提供了熱力和動(dòng)力條件：冷鋒南下，迫使四川盆地內(nèi)高能氣團(tuán)向南流動(dòng)。結(jié)合低槽西南暖濕氣流影響，增強(qiáng)了雞場(chǎng)鎮(zhèn)低層大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定性。降水初期低層偏東氣流受地形阻擋而產(chǎn)生的地形性上升運(yùn)動(dòng)、貴州西部低渦及低槽為降水發(fā)生進(jìn)一步提供有利的動(dòng)力條件。在前期水汽聚積條件下，22時(shí)濕層增厚。配合低槽前上升運(yùn)動(dòng)，促使雞場(chǎng)鎮(zhèn)對(duì)流發(fā)展，能量釋放，從而造成強(qiáng)降水發(fā)生。通過(guò)Barnes帶通濾波分析，雞場(chǎng)鎮(zhèn)位于濾波后的鞍形場(chǎng)附近，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成。通過(guò)FY-4A高時(shí)空分辨率云圖可以發(fā)現(xiàn)，貴州水城大暴雨帶是TBB<-82℃對(duì)流云團(tuán)造成的。

需要指出的是本文僅是對(duì)一次強(qiáng)降水致災(zāi)過(guò)程分析研究。而強(qiáng)降水變化復(fù)雜，降水的演變特征、發(fā)展機(jī)理及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型均有差別。因此，將來(lái)還需開(kāi)展更多相關(guān)研究工作，以期對(duì)防災(zāi)減災(zāi)工作提供更有價(jià)值的參考。