韋惠紅，黃小彥，劉文婷，章翠紅，周金蓮，李康麗，魏凡

(1.武漢中心氣象臺，武漢 430074；2.湖北省荊門市氣象局，荊門 448000)

引言

暴雨是我國夏季頻繁出現(xiàn)的一種災(zāi)害性天氣，具有持續(xù)性、突發(fā)性的特點(diǎn)，往往給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。長期以來，暴雨強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展機(jī)理、預(yù)報(bào)技術(shù)的研究一直受到氣象學(xué)者和業(yè)務(wù)人員的重點(diǎn)關(guān)注(陶詩言，1980；丁一匯，1993；張家國等，2018)。暴雨與地形關(guān)系密切，我國夏季各地大到暴雨日頻數(shù)和雨量分布均受地形影響，其中地形對降水的動力作用，即迎風(fēng)坡對暖濕氣流的抬升作用、喇叭口地形的作用、地形阻滯作用等，對暴雨觸發(fā)、維持具有顯著影響(崔春光等，2002；劉冀彥等，2013；吳翠紅等，2013)。當(dāng)垂直于山體的氣流隨高度減小時(shí)，地形作用表現(xiàn)為迎風(fēng)坡上水平輻合，造成氣旋式渦度增加，產(chǎn)生風(fēng)場切變，對迎風(fēng)坡降水具有明顯的增幅作用(孫繼松，2005)。在不同氣候和天氣條件下，不同大小和形狀的地形對降水有不同的增強(qiáng)機(jī)制(Smith，1979)。引發(fā)地形強(qiáng)降水的天氣和中尺度環(huán)境包括強(qiáng)的低空急流、強(qiáng)的不穩(wěn)定氣流，陡峭的地形和準(zhǔn)靜止天氣系統(tǒng)(Lin et al.，2001)。中尺度對流系統(tǒng)(MCS)是暴雨的直接制造者，地形通過動力和熱力作用影響近地層中尺度系統(tǒng)發(fā)展演變，從而對MCS發(fā)展、傳播產(chǎn)生影響(趙玉春等，2012)。大別山西側(cè)、太行山東側(cè)地形對雷暴冷池的阻擋，使得冷空氣在山前堆積形成回流，導(dǎo)致MCS出現(xiàn)后向傳播并呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)常在山前一定距離處形成極端強(qiáng)降水(張家國等，2015；徐姝等，2019)。山地是指海拔高度在500 m以上的高地，是一個多山集中區(qū)域(李國平，2016)。山地復(fù)雜下墊面熱力和動力作用影響暴雨的生消過程，山地降水量分布與地形關(guān)系密切，迎風(fēng)坡及喇叭口地形區(qū)雨量偏多，不同高度上雨量分布也有差異(陳明等，1995)。James和Houze(2005)指出，地形對山區(qū)降水的增幅作用是一個多尺度過程，中尺度氣團(tuán)在復(fù)雜地形作用下可影響大氣流場的斜壓性。近年來，我國部分山地多次出現(xiàn)暴雨引發(fā)的山洪、泥石流、滑坡等重大地質(zhì)災(zāi)害，山地暴雨預(yù)報(bào)和研究成為氣象學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的科學(xué)問題。由于山地地面和高空觀測資料相對缺乏、不完善以及山地復(fù)雜下墊面特征，導(dǎo)致利用現(xiàn)有觀測資料研究山地降水特征十分困難。以往山地暴雨研究主要集中在天氣診斷分析、數(shù)值模擬、氣候特征統(tǒng)計(jì)等方面(周秋雪等，2019；高珩洲和李國平，2020；黃楚惠等，2020)，而針對山地MCS相關(guān)研究相對較少，特別是山地MCS結(jié)構(gòu)及觸發(fā)機(jī)理研究更少，而MCS演變特征和機(jī)理研究則是做好山地極端暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警最有效的手段。

恩施州位于湖北省(以下簡稱湖北或湖北地區(qū))西南山區(qū)，全州海拔高度500～3 000 m，局部河谷地形低于500 m，北部為巫山山脈，東南部為武陵山脈，西部為大婁山山脈北延段，全州地勢三山鼎立，呈北部、西部和東南部高且逐漸向中、南部傾斜而相對較低的地貌，中部一線從南到北開口逐漸變小，形成向南開口的倒“V”字喇叭口地形，建始峽谷位于恩施喇叭口地形北端(見圖1b)。2020年7月26日凌晨至上午，建始峽谷出現(xiàn)極端暴雨過程，6 h內(nèi)MCS在該峽谷產(chǎn)生超過200 mm的強(qiáng)降水，引發(fā)建始縣多處滑坡和內(nèi)澇，導(dǎo)致嚴(yán)重人員傷亡與重大經(jīng)濟(jì)損失。為此，本文利用常規(guī)觀測資料以及天氣雷達(dá)產(chǎn)品、地面區(qū)域自動站資料和ERA5再分析資料等，分析當(dāng)年7月26日造成建始峽谷特大暴雨的準(zhǔn)靜止型MCS發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件及其結(jié)構(gòu)和傳播特征，期望揭示此型MCS在山地環(huán)境下的形成機(jī)制，為今后山地暴雨臨近預(yù)報(bào)預(yù)警提供有益的參考。

1 降水實(shí)況與特征

2020年7月25日20時(shí)(北京時(shí)，下同)—26日20時(shí)，湖北西南地區(qū)發(fā)生特大暴雨(圖1a)，南北各有一強(qiáng)降水帶，北降水帶呈準(zhǔn)東西向，位于建始至巴東境內(nèi)，共6個自動氣象觀測站(含區(qū)域站)出現(xiàn)特大暴雨，站點(diǎn)均位于建始峽谷內(nèi)，特大暴雨區(qū)范圍方圓近50 km，呈狹長形，局地性強(qiáng)，建始和頭壩堰站24 h累積雨量分別為262.2 mm和358.6 mm，均突破其有氣象記錄以來日降水量極值。因此，本文主要分析建始峽谷內(nèi)致災(zāi)強(qiáng)降水。這次致災(zāi)強(qiáng)降水可分為兩個階段，分別在26日01—08時(shí)和26日08—12時(shí)(圖1c)，茅田、頭壩堰、建始3個觀測站分別位于建始峽谷北部、中部和南部，3站逐小時(shí)雨量變化均表現(xiàn)為雙峰型特征，主峰出現(xiàn)在前一階段，降水中心從北向南發(fā)展，依次通過茅田(02—03時(shí))、頭壩堰(04—06時(shí))、建始(07—08時(shí))，最大雨強(qiáng)為90.3 mm·h-1(茅田站)；次峰出現(xiàn)在后一階段，降水中心從南向北發(fā)展，依次通過建始(09時(shí))、頭壩堰(10時(shí))和茅田(11時(shí))，最大雨強(qiáng)41.1 mm·h-1(頭壩堰站)，相比前一階段，此階段最大雨強(qiáng)和累積雨量明顯偏小。圖1d給出建始峽谷內(nèi)6個特大暴雨站上述兩階段12 h累積雨量對比圖，從中看到，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在第一階段，頭壩堰站第一、二階段累積降水量分別為269.3 mm和82.4 mm。因此，從致災(zāi)性出發(fā)，對建始第一階段降水特征作進(jìn)一步分析。

圖1 2020年7月25日20時(shí)—26日20時(shí)湖北省累積降水量分布(a,單位:mm)，26日00—08時(shí)(黑色數(shù)字)雨團(tuán)移動路徑(b，彩線閉合區(qū)為雨量超過20 mm·h-1區(qū)域，A、B、C、D、E、F分別為茅田、刺竹坪、頭壩堰、建始、白楊坪、紅瓦屋的位置，填色為地形高度(單位:m))，26日00—12時(shí)3個代表站逐小時(shí)雨量變化(c,單位:mm)，以及26日01—08時(shí)和08—12時(shí)兩個階段不同站點(diǎn)累積降水量(d,單位:mm)Fig.1(a)The 24-hour accumulated precipitation(unit:mm)in Hubei province from 20∶00 BT 25 to 20∶00 BT 26 July 2020,(b)the moving path of rain masses from 00∶00 BT to 08∶00 BT 26 July,(c)hourly rainfall(unit:mm)at the three typical stations from 00∶00 BT to 12∶00 BT 26 July,and(d)accumulated precipitation(unit:mm)at the different stations from 00∶00 BT to 08∶00 BT and 00∶08 BT to 12∶00 BT 26 July 2020.In(b)color-filled areas denote terrain height(unit:m),black numbers represent time,closed area formed by color lines is areas with rainfall above 20 mm·h-1,and symbols A,B,C,D,E and F mark Maotian,Cizhuping,Toubayan,Jianshi,Baiyangping and Hongwawu stations,respectively.

雨團(tuán)活動是造成強(qiáng)降水的直接原因，其發(fā)展演變是強(qiáng)降水過程MCS的體現(xiàn)(孫晶等，2007)。建始峽谷第一階段降水為后向發(fā)展傳播的MCS產(chǎn)生的中尺度雨團(tuán)所致，為分析該中尺度雨團(tuán)，圖1b給出25日23時(shí)—26日08時(shí)疊加了高清地形的建始峽谷及其周邊地區(qū)逐時(shí)雨團(tuán)活動路徑圖(其中，彩線閉合區(qū)為小時(shí)降水量≥20 mm的雨團(tuán))。從中看到:中尺度雨團(tuán)26日00時(shí)(指25日23時(shí)到26日00時(shí)，依此類推)至03時(shí)先向西，04—08時(shí)再轉(zhuǎn)向西南方向移動，雨團(tuán)長軸00—01時(shí)先為南北向、02—03時(shí)轉(zhuǎn)為東西向，04—08時(shí)再轉(zhuǎn)為西南—東北向；26日03—08時(shí)，降水中心從北到南先后出現(xiàn)在建始峽谷內(nèi)，即茅田(A)→刺竹坪(B)→頭壩堰(C)→建始(D)→白楊坪(E)，雨團(tuán)經(jīng)歷了從向南加強(qiáng)—減弱—加強(qiáng)的過程，03—04時(shí)雨團(tuán)迅速向南擴(kuò)張，04—05時(shí)南邊界穩(wěn)定在頭壩堰，05時(shí)雨團(tuán)范圍最小，06時(shí)后雨團(tuán)南邊界南壓，范圍增大，07—08時(shí)雨團(tuán)南邊界穩(wěn)定在白楊坪，雖其南邊界已南壓，但頭壩堰強(qiáng)降水維持，該站5 h雨強(qiáng)均≥30 mm·h-1。

2 天氣系統(tǒng)與環(huán)境條件分析

極端強(qiáng)降水的產(chǎn)生依賴于穩(wěn)定的環(huán)流背景、天氣系統(tǒng)之間相互作用和充足的水汽(孫軍等，2012)。本次過程主要受穩(wěn)定少動的副高熱帶高壓(以下簡稱副高)、東移南壓的蒙古低渦和大陸高壓共同影響，副高外圍增強(qiáng)的西南氣流為暴雨提供了充足水汽和不穩(wěn)定條件。500 hPa天氣圖上，25日20時(shí)(圖2a)，高緯地區(qū)環(huán)流形勢維持兩脊一槽型，蒙古國有冷渦發(fā)展，位于青藏高原的大陸高壓和華南的副高對峙，在四川盆地東部形成一條穩(wěn)定的東北—西南向輻合線，蒙古冷渦底部的西北氣流與副高外圍的偏西氣流在陜南形成一條東北—西南向輻合線，恩施地區(qū)處于副高西北側(cè)。隨著蒙古冷渦、大陸高壓緩慢東移南壓，到26日08時(shí)(圖2b)，冷渦底部與大陸高壓東部偏北氣流合并增強(qiáng)南下，副高環(huán)流和外圍西南風(fēng)維持，大陸高壓和副高維持對峙狀態(tài)；25日20時(shí)—26日08時(shí)，兩高輻合區(qū)內(nèi)渦度增大(圖略)，兩高之間輻合增強(qiáng)。25日20時(shí)地面圖上(圖2c)，從貴州到四川盆地東部有西南—東北向低壓發(fā)展，建始處于低壓倒槽東北部，低壓從地面伸展到850 hPa附近，青海到川西有地面冷高壓發(fā)展。26日02時(shí)(圖略)，冷空氣從西北側(cè)進(jìn)入低壓內(nèi)，鋒生作用導(dǎo)致低壓發(fā)展，低壓區(qū)大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)。

圖2 2020年7月25日20時(shí)(a)和26日08時(shí)(b)500 hPa天氣圖(藍(lán)色等值線為位勢高度，單位:dagpm)，以及25日20時(shí)地面圖(c，等值線為等壓線，單位:hPa)與25日20時(shí)—26日08時(shí)850 hPa輻合線動態(tài)變化(d)圖a、b、c中，紫色實(shí)線箭頭為500 hPa流線，棕色實(shí)線為槽線，D、G分別為低壓、高壓中心；圖d中，紅色實(shí)線箭頭為850 hPa流線，雙線為切變線；藍(lán)色三角形為降水中心位置Fig.2 Weather maps((blue contours denote geopotential height,unit:dagpm)at 500 hPa at(a)20∶00 BT on 25 and(b)08∶00 BT on 26 July 2020,and(c)surface synoptic chart(contours denote isobaric lines,unit:hPa)at 20∶00 BT on 25 and(d)dynamic change of convergence lines at 850 hPa from 20∶00 BT on 25 to 08∶00 BT on 26 July 2020.In(a),(b)and(c),purple solid lines with arrow denote streamlines at 500 hPa,brown solid lines denote trough lines,and symbols D and G mark low and high centers,respectively.In(d),red solid lines with arrow denote streamlines at 850 hPa,double lines denote convergence lines,and blue triangle marks the center of precipitation.

圖2d是基于ERA5再分析資料繪制的25日20時(shí)—26日08時(shí)逐3 h的850 hPa輻合線和低渦(D)演變圖，結(jié)合850 Pa風(fēng)場資料(圖略)分析表明，從西至東分別形成川東低渦輻合線、建始輻合線、江漢平原輻合線，川東低渦輻合線和建始輻合線對極端強(qiáng)降水的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。25日20時(shí)—26日08時(shí)建始輻合線穩(wěn)定少動，給建始峽谷強(qiáng)降水提供了穩(wěn)定的輻合抬升條件。25日23時(shí)貴州北部形成低渦，隨著兩高輻合增強(qiáng)，該低渦北上東移發(fā)展，26日08時(shí)渦前南風(fēng)明顯增強(qiáng)，恩施探空站850 hPa偏南風(fēng)增至14 m·s-1，南風(fēng)發(fā)展為強(qiáng)降水區(qū)提供了豐富的水汽、不穩(wěn)定和抬升條件，建始附近MCS在增大南風(fēng)的作用下發(fā)展增強(qiáng)，引發(fā)建始第一階段強(qiáng)降水。此階段降水在低層輻合線與偏南急流共同作用以及與山地地形的耦合作用下形成，EC全球模式和華東區(qū)域模式對此階段降水預(yù)報(bào)明顯偏弱，而對低渦影響下的第二階段降水預(yù)報(bào)較好，因此有必要針第一階段降水作進(jìn)一步分析。

恩施站探空圖顯示，25日20時(shí)(圖3a)，600 hPa以下為濕層，600—300 hPa為干層，“上干下濕”垂直分布明顯，對流有效位能(CAPE)高達(dá)3 337 J·kg-1，對流抑制能(CIN)較小，僅37.8 J·kg-1，K指數(shù)高達(dá)41℃，大氣層結(jié)非常不穩(wěn)定，對流一旦被觸發(fā)就會強(qiáng)烈發(fā)展。26日08時(shí)(圖3b)，中低層南風(fēng)發(fā)展，850 hPa風(fēng)速增大到14 m·s-1，濕層增厚，恩施地區(qū)水汽充足、不穩(wěn)定能量強(qiáng)，抬升凝結(jié)高度(LCL)和自由對流高度(LFC)下降到近地面，表明無需強(qiáng)的動力抬升條件低層水汽就會凝結(jié)，且易抬升到LFC，觸發(fā)CAPE釋放，產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(孫繼松，2012)。根據(jù)云的微物理理論，降水系統(tǒng)中暖云層越厚越有利于形成高降水效率，暖云層厚度由LCL到0℃層高度之間的厚度來估計(jì)，從恩施站探空圖看到，25日20時(shí)—26日08時(shí)，暖云層厚度均大于4.5 km，屬深厚暖云層(Davis，2001)；850 hPa露點(diǎn)溫度大于18℃，低層水汽幾乎飽和，且溫度直減率接近但略高于濕絕熱直減率，CAPE形狀呈狹長型，均有利于高降水效率的產(chǎn)生(俞小鼎，2013)。

圖3 2020年7月25日20時(shí)(a)和26日08時(shí)(b)恩施站探空圖Fig.3 Sounding chart at the Enshi station at(a)20∶00 BT on 25 and(b)08∶00 BT on 26 July 2020.

大氣可降水量(簡稱PWV)可表征整層大氣的水汽含量，從湖北GPS/MET組網(wǎng)探測的PWV分布圖上看到(圖略)，7月25日20時(shí)，建始附近PWV在50～60 mm之間，26日凌晨略有增大，其最高值達(dá)65 mm。以往研究(Tian et al.，2015)指出，PWV達(dá)到70 mm是大氣中非常極端的水汽條件。相比2016年7月19日荊門極端暴雨過程和北京“7·21”極端暴雨過程PWV達(dá)60 mm以上(趙嫻婷等，2020；孫軍等，2012)、局部達(dá)70 mm，恩施這次過程雖未達(dá)到極端水汽條件，但水汽條件也較好。

3 MCS的結(jié)構(gòu)特征分析

依據(jù)MCS結(jié)構(gòu)和傳播特征，產(chǎn)生建始峽谷第一階段強(qiáng)降水的MCS可分為3個階段:一是東西向回波帶組織形成階段(7月25日23時(shí)—26日02時(shí))；二是準(zhǔn)靜止后向傳播階段(26日02—05時(shí))；三是準(zhǔn)靜止合并階段(26日05—08時(shí))。建始峽谷強(qiáng)降水主要發(fā)生在MCS準(zhǔn)靜止階段(第二、三階段)。MCS發(fā)展高度較低且范圍小，26日05時(shí)后，受低渦云系東部的高云遮擋，衛(wèi)星云圖上看不到MCS完整的演變特征。因此，本文主要利用恩施雷達(dá)資料分析準(zhǔn)靜止MCS。恩施雷達(dá)站海拔高度1.7 km，造成該高度以下雷達(dá)產(chǎn)品缺失，給MCS特征分析帶來一定困難。

3.1 東西向回波帶組織形成階段

7月25日23時(shí)35分(圖4a)，鄂西北南部、重慶與恩施交界處有分散對流回波向建始、巴東、宜昌一線聚集，在該地區(qū)形成東西向回波帶，在承載層平均偏西風(fēng)作用下，回波帶整體呈列車效應(yīng)向東移動。巫山到建始北部處于副高北部和建始輻合線附近，不斷有γ中尺度對流單體(圖4a白色圓圈)新生、發(fā)展并入回波帶西側(cè)；回波帶在東移過程中東段減弱，西段因γ中尺度單體并入，回波較強(qiáng)，局部達(dá)55 dBz，受其影響，26日00時(shí)巴東中部最大小時(shí)雨量為45.3 mm。00時(shí)36分(圖4b)，回波帶西南側(cè)的巴東中部對流單體出現(xiàn)北移(白色圓圈)，與北側(cè)回波帶上單體聚集且合并增強(qiáng)，形成緊密團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，≥50 dBz強(qiáng)回波范圍增大，26日01時(shí) 小 時(shí)最 大 雨量增 至63.9 mm。01時(shí)38分(圖4c)，≥50 dBz強(qiáng)回波區(qū)向西發(fā)展到建始北部，回波中心強(qiáng)度局部達(dá)60 dBz。沿強(qiáng)回波發(fā)展方向(圖4c白色實(shí)線)所作的反射率因子垂直剖面圖上(圖4d)，MCS回波結(jié)構(gòu)的多單體特征明顯，新生單體(圖中紅色圓圈1區(qū))位于強(qiáng)回波區(qū)左側(cè)，成熟單體(圖中紅色圓圈2區(qū))位于強(qiáng)回波區(qū)右側(cè)，左側(cè)的新生單體沿風(fēng)暴承載層偏西風(fēng)向東移動，并入右側(cè)成熟回波單體；≥45 dBz強(qiáng)回波高度在5 km以下，由恩施探空資料可知，25日20時(shí)和26日08時(shí)0℃層均在6 km以下，說明云中粒子主要以水滴為主，低質(zhì)心的暖云降水結(jié)構(gòu)具有高降水效率，有利強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖4 2020年7月25日23:35(a)與26日00:35(b)、01:38(c)恩施雷達(dá)組合反射率因子(圖中一個距離圈代表50 km，下同)以及沿圖c中白色實(shí)線的反射率因子垂直剖面(d)圖a、b中白色圓圈表示對流單體，圖d中紅色圓圈1、2分別表示新生單體和成熟單體Fig.4 Composite reflectivity factor(unit:dBz)from Enshi radar at(a)23∶35 BT on 25 and(b)00∶35 BT and(c)01∶38 BT on 26 July 2020,and(d)the vertical cross sections of reflectivity factor(unit:dBz)along the white solid line in(c).In(a),a distance circle represents 50 km,and the same hereafter.In(a)and(b),the white circles denote convective cells,and in(d)the red circles 1 and 2 denote newborn cell and mature cell,respectively.

影響降水生成和發(fā)展的β中尺度系統(tǒng)包括中尺度輻合線、中尺度切變線、中尺度渦旋等，多個中尺度系統(tǒng)相互協(xié)同作用導(dǎo)致降水增強(qiáng)(張杰，2006)。由多普勒雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品可以看到中尺度輻合線增強(qiáng)和移動的趨勢。從26日00時(shí)36分(圖5a)恩施雷達(dá)0.5°仰角徑向速度圖上可見，在偏南風(fēng)環(huán)境下，巴東北部有β中尺度偏北風(fēng)入流區(qū)(藍(lán)色圓圈)；01時(shí)38分(圖5b)，偏北入流區(qū)向西南方向推進(jìn)(藍(lán)色箭頭所示)，偏北風(fēng)的范圍和風(fēng)速增大，逐漸向建始北部移動，與環(huán)境南風(fēng)形成中尺度輻合線，該輻合線高度3～4 km，位于中層。隨著中層輻合線南壓，26日01—02時(shí)建始北部的MCS西段明顯增強(qiáng)，02—03時(shí)在輻合線靠近建始北部時(shí)其降水迅速增大，03時(shí)雨量最大達(dá)到90.3 mm，為本次過程最大小時(shí)雨量。中層偏北風(fēng)入侵形成的中尺度輻合線與850 hPa建始輻合線的協(xié)同作用，導(dǎo)致MCS西端降水明顯增強(qiáng)。

圖5 2020年7月26日00∶36(a)和01∶38(b)恩施雷達(dá)0.5°仰角徑向速度圖(單位:m·s-1)(藍(lán)色圓圈和藍(lán)色箭頭線分別表示偏北風(fēng)入流區(qū)及其移動方向)Fig.5 Radial velocities(unit:m·s-1)at 0.5°elevation angle from Enshi radar at(a)00∶36 BT and(b)01∶38 BT on 26 July 2020.Blue circle and blue lines with arrow indicate the northerly inflow areas and its moving direction,respectively.

3.2 準(zhǔn)靜止后向傳播階段

7月26日02時(shí)22分(圖6a)，位于建始北部≥50 dBz強(qiáng)回波由東西向轉(zhuǎn)為西南—東北向，其西南側(cè)有西南—東北向?qū)α骶€在建始峽谷內(nèi)迅速發(fā)展。03時(shí)48分(圖6b)，≥50 dBz強(qiáng)回波區(qū)由建始峽谷北部南壓到中部，且強(qiáng)回波范圍增大，建始峽谷內(nèi)形成結(jié)構(gòu)緊密的西南—東北向回波帶。從南向北沿著中心回波帶(圖6a、b中白色實(shí)線)所作的反射率因子剖面圖上，圖6c中從南到北分別為新生單體、成熟單體、消亡單體(紅色圓圈1、2、3)，新生單體位于最南側(cè)，與成熟單體南側(cè)有一定距離；圖6d中，紅色圓圈1、2、3從南到北分別為新生單體、成熟單體、消亡單體，新生單體在緊鄰成熟單體的南側(cè)發(fā)展。結(jié)合環(huán)境場分析表明，26日02時(shí)，風(fēng)暴承載層平均風(fēng)為西南風(fēng)，新生單體向西南方向傳播，與風(fēng)暴承載層平均風(fēng)方向相反，具有后向傳播特征，建始峽谷內(nèi)的對流單體發(fā)展可能是MCS后向傳播引發(fā)，前期單體傳播以不連續(xù)快速后向傳播為主，后期后向傳播緩慢，MCS呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，后向傳播和準(zhǔn)靜止形成的機(jī)制見本文第4節(jié)分析。從26日03—04時(shí)，中尺度雨團(tuán)迅速南擴(kuò)(圖1b)，雨團(tuán)降水中心先后由北向南發(fā)展，依次造成03時(shí)茅田90.3 mm降水、04時(shí)刺竹坪61.3 mm降水；雨團(tuán)長軸由東西向轉(zhuǎn)為西南—東北向(圖1b)，雨團(tuán)長軸的變化是MCS后向傳播的特征之一。

圖6 2020年7月26日02∶22(a)和03∶48(b)恩施雷達(dá)組合反射率因子，以及分別沿圖a、b中白色實(shí)線的反射率因子垂直剖面(c,d)(紅色圓圈1、2、3分別表示新生、成熟與消亡單體)Fig.6 Composite reflectivity factor(unit:dBz)from Enshi radar at(a)02∶22 BT and(b)03∶48 BT on 26 July 2020,and(c,d)the vertical cross sections of reflectivity factor(unit:dBz)along the white solid line in(a)and(b),respectively.Red circles 1,2 and 3 denote newborn,mature and extinct cells,respectively.

3.3 準(zhǔn)靜止合并階段

隨著西南渦加強(qiáng)發(fā)展、東移，低渦東側(cè)偏南風(fēng)影響恩施地區(qū)，不穩(wěn)定偏南氣流內(nèi)不斷有孤立的對流回波形成、發(fā)展，孤立回波單體東北移并入MCS南側(cè)，7月26日05時(shí)27分(圖7a)，≥50 dBz強(qiáng)回波區(qū)緩慢南壓到建始峽谷中南部。隨著低渦渦旋回波帶緩慢移入恩施境內(nèi)，06時(shí)54分(圖7b)，渦旋回波帶前側(cè)的分散回波單體增多(圖7b紅色圓圈)，并繼續(xù)北上與MCS合并，MCS在建始峽谷中南部維持，呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)。沿雷達(dá)徑向(圖7b白色實(shí)線)所作的反射率因子和徑向速度剖面圖上(圖7c、d)，多個對流單體(圖7c紅色圓圈1、2)先后并入建始回波帶，≥45 dBz強(qiáng)回波分布在5 km以下，維持低質(zhì)心回波結(jié)構(gòu)；紅色圓圈3為成熟單體區(qū)，對應(yīng)徑向速度剖面圖上2 km以下的小范圍偏北入流區(qū)(圖7d紅色圓圈4)，其可能是冷出流形成的偏北氣流。此階段，中尺度雨團(tuán)沿建始峽谷繼續(xù)緩慢南移，26日07時(shí)和08時(shí)中尺度雨團(tuán)南邊界穩(wěn)定在白楊坪，南風(fēng)中產(chǎn)生的對流單體與建始峽谷的MCS合并使雨團(tuán)范圍和強(qiáng)度增大，07時(shí)和08時(shí)白楊坪站小時(shí)雨量均超過80 mm。08時(shí)后，隨著川東低渦渦旋回波帶東移進(jìn)入建始境內(nèi)，建始峽谷轉(zhuǎn)受渦旋回波帶影響，建始峽谷第一階段降水結(jié)束，第二階段降水開始。

圖7 2020年7月26日05:27(a)和06:54(b)恩施雷達(dá)組合反射率因子以及沿圖b中白色實(shí)線的反射率因子(c)和徑向速度(d)的垂直剖面(圖b中的紅色圓圈表示分散回波單體；圖c、d中的紅色圓圈1、2分別表示低渦前側(cè)對流單體，紅色圓圈3、4分別為MCS成熟單體和冷出流區(qū)域)Fig.7 Composite reflectivity factor(unit:dBz)from Enshi radar at(a)05:27 BT and(b)06:54 BT on 26 July 2020,and the vertical cross sectionsof(c)reflectivity factor(unit:dBz)and(d)radial velocities(unit:m·s-1)along the white solid line in(b).In(b)red circles denote echo cells,and in(c)and(d)both red circles 1 and 2 denote convective cells in front of the vortex,red circles 3 and 4 denote the mature cells of the MCS and the cold outflow areas,respectively.

綜合上述環(huán)流背景和MCS演變分析可知，MCS前期在建始輻合線的組織下形成了穩(wěn)定的東西向回波帶，隨著β中尺度偏北風(fēng)入侵，MCS西段回波增強(qiáng)，降水強(qiáng)度增大；在準(zhǔn)靜止后向傳播階段，MCS西南側(cè)即建始峽谷內(nèi)有對流回波快速發(fā)展，具有后向傳播特征，MCS演變?yōu)槲髂稀獤|北向，主體MCS在建始峽谷呈準(zhǔn)靜止態(tài)；準(zhǔn)靜止合并階段，加強(qiáng)北抬的低渦前側(cè)不穩(wěn)定偏南急流中激發(fā)出對流回波合并到建始峽谷MCS中，該MCS穩(wěn)定少動并增強(qiáng)，導(dǎo)致雨強(qiáng)增大。建始峽谷的強(qiáng)降水主要發(fā)生在MCS的準(zhǔn)靜止后向傳播階段和準(zhǔn)靜止合并階段。在建始峽谷復(fù)雜山地地形背景下，MCS維持準(zhǔn)靜止態(tài)的機(jī)制是什么？MCS是如何與低空中小尺度天氣系統(tǒng)相互作用的？這種相互作用如何影響MCS傳播和發(fā)展演變？均是值得深入探討的問題。

4 準(zhǔn)靜止MCS發(fā)展演變機(jī)制探討

由于恩施州地形復(fù)雜，海拔高度落差大，地面加密站點(diǎn)稀疏，觀測資料少，且站點(diǎn)海拔高度不同各站之間氣象要素很難比較，給中尺度分析帶來較大困難。為此，利用有代表性的不同高度的地面區(qū)域站資料和雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品等，從冷出流、低空急流和峽谷山地地形三個方面對MCS的后向傳播及準(zhǔn)靜止機(jī)制進(jìn)行探討。

4.1 冷出流與MCS后向傳播

MCS移動主要取決于其風(fēng)暴承載層平均風(fēng)速度和傳播速度，當(dāng)風(fēng)暴承載層風(fēng)向與傳播方向交角大于90°，則稱為后向傳播，由于后向傳播抵消或近似抵消了MCS的平流矢量，導(dǎo)致MCS移動緩慢或呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)常會造成強(qiáng)降水(Schumacher and Johnson，2005)。雷暴冷出流是MCS傳播的主導(dǎo)因素之一(陳明軒等，2013)，尤其是峽谷山地對流性暴雨過程中，由于風(fēng)暴冷出流受到峽谷山地地形的阻擋、引流等作用，地面冷出流對MCS演變的作用機(jī)制異常復(fù)雜。

4.1 .1冷出流演變

在平原地區(qū)可通過影響區(qū)域內(nèi)加密觀測站風(fēng)場、溫度場變化分析冷出流的發(fā)展，而在山區(qū)由于站點(diǎn)的海拔高度不同，冷出流分析難度較大。因此，本文選取建始峽谷中南部從北到南4個海拔高度不同的鄰近站點(diǎn)即刺竹坪、頭壩堰、建始、白楊坪(圖1b中B、C、D、E點(diǎn))，通過站點(diǎn)逐5 min溫度、降水、極大風(fēng)速和2 min平均風(fēng)速演變(圖8)分析MCS冷出流演變。

圖8 2020年7月26日02∶00—04∶00刺竹坪(a)、頭壩堰(b)、建始(c)和04∶10—06∶10白楊坪(d)站逐5 min降水(單位:mm)、溫度(單位:℃)及2 min平均風(fēng)((①),風(fēng)向桿)和極大風(fēng)(②,風(fēng)向桿)演變Fig.8 The 5-minute precipitation(unit:mm),temperature(unit:℃)and the 2-minute average wind(①,barbs)and extreme gale(②,barbs)at(a)Cizhuping,(b)Toubayan and(c)Jianshi stations from 02∶00 BT to 04∶00 BT and(d)Baiyangping station from 04∶10 BT to 06∶10 BT on 26 July 2020.

刺竹坪位于建始峽谷中部東側(cè)，海拔高度1 475 m，7月26日02時(shí)30—50分，地面溫度下降明顯，降幅達(dá)1.3℃，降溫的同時(shí)伴有降水發(fā)生；02時(shí)30分，2 min平均風(fēng)由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，02時(shí)50分，極大風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，03時(shí)15分，2 min平均風(fēng)速和極大風(fēng)速增大，說明此時(shí)冷出流下山增強(qiáng)(圖8a)。頭壩堰和建始處于建始峽谷底部，前期頭壩堰和建始的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，但風(fēng)速較弱。從02時(shí)35分開始，頭壩堰極大風(fēng)速和2 min平均風(fēng)速均緩慢增強(qiáng)，02時(shí)35—40分，5 min溫度下降了0.3℃，而此時(shí)頭壩堰僅有微量降水，溫度下降應(yīng)是冷出流到達(dá)本站造成的結(jié)果；02時(shí)50分，降水開始增大，頭壩堰經(jīng)歷了先風(fēng)速增大、溫度下降和后降水發(fā)展的過程(圖8b)。建始站位于建始峽谷南部，海拔高度比頭壩堰略低，02時(shí)50分極大風(fēng)速和2 min平均風(fēng)速緩慢增大的同時(shí)伴有溫度緩慢下降，1 h內(nèi)溫度下降了1.0℃，期間建始未出現(xiàn)降水，說明冷出流此時(shí)已到達(dá)(圖8c)。白楊坪位于建始南部13 km處，05時(shí)左右，溫度下降，風(fēng)速增大，地面極大風(fēng)向先后由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，此時(shí)冷出流到達(dá)(圖8d)，因白楊坪2 min平均風(fēng)數(shù)據(jù)缺失，圖中未給出數(shù)據(jù)。

地面資料分析結(jié)果表明：地面存在一支冷出流沿峽谷從高海拔到低海拔依次通過刺竹坪(02時(shí)30分，海拔1 745 m)、頭壩堰(02時(shí)35分，海拔641 m)、建始(02時(shí)50分，海拔609 m)和白楊坪(05時(shí)，海拔770 m)。建始峽谷北部強(qiáng)降水引發(fā)冷出流，由于山谷地形引導(dǎo)和高海拔落差的共同作用，冷池出流經(jīng)歷了快速下山和平緩移動兩個階段：從高海拔的刺竹坪到低海拔的建始為快速下山階段，冷出流前沿移速快(20 km距離歷時(shí)20 min)、風(fēng)速大(極大風(fēng)速6～9 m·s-1)；從低海拔的建始到海拔略高的白楊坪為平緩移動階段，冷出流前沿移動速度慢(13 km歷時(shí)130 min)、風(fēng)速小(極大風(fēng)速2～4 m·s-1)。在冷出流影響期間，刺竹坪、頭壩堰、建始、白楊坪的1 h溫度降幅均在1℃左右，溫度緩慢下降，說明下山冷出流強(qiáng)度較弱。

4.1.2 MCS后向傳播

雷暴冷出流在MCS的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，一方面，冷出流是雷暴發(fā)展成熟的結(jié)果；另一方面，雷暴冷出流也是雷暴傳播的主導(dǎo)因素，冷出流演變的特征是MCS的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和移動速度的重要影響因子。如第3.1節(jié)中的分析表明，建始輻合線是第一階段(7月25日23時(shí)—26日02時(shí))建始北部東西向MCS形成的主要因素。輻合線北側(cè)的干冷氣流加強(qiáng)使動力輻合增強(qiáng)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，MCS西部明顯增強(qiáng)，降水強(qiáng)度增大(03時(shí)最大雨強(qiáng)90.3 mm·h-1)，同時(shí)也產(chǎn)生了冷出流。

冷出流形成于建始北部和建始峽谷東側(cè)半高山以上地區(qū)，第4.1.1節(jié)中的分析證實(shí)了冷出流從高海拔的刺竹坪(海拔1 475 m)快速向下流瀉至較低海拔的建始(海拔609 m)后沿峽谷底部緩慢移動至海拔相對較高的白楊坪(海拔770 m)。冷出流在峽谷內(nèi)向西南方向流動的過程中，在MCS西南側(cè)觸發(fā)新回波，即MCS向西南方向傳播的同時(shí)，環(huán)境風(fēng)場偏南急流風(fēng)速增強(qiáng)、急流增厚(圖9c、d)，引導(dǎo)新生MCS快速向東北方向移動，MCS形成傳播方向和平流方向完全相反的后向傳播結(jié)構(gòu)(見3.2節(jié))。此時(shí)，東西向MCS轉(zhuǎn)變成東北—西南向MCS(26日02—04時(shí))，對應(yīng)的雨團(tuán)也從東西向轉(zhuǎn)為東北—西南向(圖1b)。冷出流在峽谷內(nèi)向西南方向快速流瀉(26日02—03時(shí))，致使MCS向西南方向傳播速度大于其向東北方向的平流速度，MCS向西南方向發(fā)展移動，與之對應(yīng)04時(shí)雨團(tuán)的南邊界也快速南壓(圖1b)，改變了MCS和雨團(tuán)的形態(tài)特征；冷出流在峽谷底部緩慢向南移動(26日03—05時(shí))，MCS的傳播速度和平流速度方向相反、大小近乎相等，呈后向傳播的準(zhǔn)靜止特征(見第3.3節(jié))，其南邊界南壓速度緩慢，雨團(tuán)的南邊界也南壓緩慢(圖1b)。

4.2 低空急流與MCS演變

低空急流發(fā)展對中尺度對流系統(tǒng)的傳播和發(fā)展起重要作用，低空急流脈動是觸發(fā)對流的一種重要機(jī)制(孫淑清等，1979)。本文利用時(shí)間分辨率更高的加密站資料和恩施雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品分析低空急流演變，進(jìn)而揭示其與MCS演變的關(guān)系。

雷達(dá)站、楊家灣站(圖9b紅點(diǎn)1、2)位于恩施喇叭口地形中部，海拔高度分別為1 740 m和1 174 m，其風(fēng)場變化大致能反映低空偏南氣流的演變。因此，分析兩站逐小時(shí)極大風(fēng)速(圖9a)可知，兩站7月26日03時(shí)小時(shí)極大風(fēng)速均有一躍增過程，海拔較低的楊家灣站隨后風(fēng)速緩慢增加至08時(shí)，最大小時(shí)極大風(fēng)速達(dá)6.3 m·s-1，而海拔較高的雷達(dá)站05—06時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)第二次躍增，06時(shí)最大小時(shí)極大風(fēng)速達(dá)11.4 m·s-1。恩施雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品可用來分析該站半徑30 km范圍內(nèi)的低空平均氣流垂直演變，圖9c給出恩施雷達(dá)26日01—08時(shí)風(fēng)廓線產(chǎn)品整點(diǎn)垂直風(fēng)(紅線區(qū)內(nèi)為風(fēng)速≥6 m·s-1的大風(fēng)區(qū))，大風(fēng)區(qū)在01—08時(shí)向下、向上擴(kuò)展，同時(shí)風(fēng)速逐漸增大，最大風(fēng)速達(dá)10 m·s-1；03時(shí)大風(fēng)速區(qū)下邊界最低(海拔高度1.8 km)，與地面雷達(dá)站風(fēng)速躍增對應(yīng)，05時(shí)風(fēng)廓線最低高度偏南風(fēng)增至最大，達(dá)8 m·s-1，海拔較低的楊家灣站同期風(fēng)速持續(xù)加強(qiáng)，可推斷03—05時(shí)低空急流在建始峽谷有一下沉的過程；06—08時(shí)，中低層偏南風(fēng)速進(jìn)一步增大，同時(shí)大于10 m·s-1大風(fēng)軸下邊界快速上抬至3 km以上。可見，26日01—08時(shí)，中低層偏南風(fēng)有一加強(qiáng)增厚的過程，03時(shí)偏南急流下沉至近地面，05時(shí)近地面風(fēng)速達(dá)到最強(qiáng)；06時(shí)后，中低層偏南風(fēng)速進(jìn)一步增大，大風(fēng)軸上抬。

為清晰地揭示MCS發(fā)展與低空急流演變的關(guān)系，沿低空急流方向從恩施喇叭口中部到建始峽谷北部(圖9b中紅色虛線)作雷達(dá)反射率因子剖面，統(tǒng)計(jì)7月26日01—08時(shí)剖面上雷達(dá)回波強(qiáng)度分別大于30 dBz、40 dBz的逐時(shí)平均面積，以其分別表征MCS、強(qiáng)MCS的平均空間尺度變化(圖9d)。從中看到，雷達(dá)回波大于30 dBz的平均面積持續(xù)增大，其中01—03時(shí)增速快(斜率大)，04—08時(shí)增速緩慢；雷達(dá)回波大于40 dBz平均面積在01—05時(shí)持續(xù)增大，06—08時(shí)開始緩慢減小，其中02—05時(shí)增速快(斜率大)。究其原因，MCS和強(qiáng)MCS的發(fā)展與低空急流演變密切相關(guān)：02—05時(shí)低空急流風(fēng)速加大且大風(fēng)區(qū)下邊界下沉，MCS和強(qiáng)MCS均持續(xù)發(fā)展；06—08時(shí)中低空急流增強(qiáng)但大風(fēng)軸下邊界上升，MCS增速緩慢，但強(qiáng)MCS緩慢減弱。因此，MCS的發(fā)展過程與低層急流風(fēng)速垂直分布密切相關(guān)，低層急流的風(fēng)速增大和大風(fēng)區(qū)下邊界下沉有利于MCS和強(qiáng)MCS發(fā)展，而低空急流大風(fēng)軸下邊界上升不利于強(qiáng)MCS發(fā)展。

圖9 2020年7月25日21時(shí)—26日08時(shí)恩施雷達(dá)站(圖b中紅點(diǎn)1)和楊家灣站(圖b中紅點(diǎn)2)逐小時(shí)極大風(fēng)速(a,單位:m·s-1)與恩施州地形分布(b)，以及7月26日01—08時(shí)恩施風(fēng)廓線雷達(dá)逐時(shí)風(fēng)(c，風(fēng)向桿)和雷達(dá)反射率因子(RF)≥30 dBz、≥40 dBz回波剖面面積(d,單位:km2)的逐時(shí)變化

MCS準(zhǔn)靜止后向傳播階段(26日02—05時(shí))，低空急流的發(fā)展、下邊界下沉，加強(qiáng)了低層暖濕空氣的輸送和地形的動力抬升作用，有利于降水增強(qiáng)(劉淑媛等，2003)；中低層風(fēng)速隨高度減小，有利于在迎風(fēng)坡上形成氣旋性輻合，產(chǎn)生強(qiáng)降水(孫繼松，2005)；近地層急流與從高山下來的冷出流形成對峙，減緩了MCS的傳播速度，形成準(zhǔn)靜止后向傳播的MCS，造成長歷時(shí)強(qiáng)降水(黃小彥等，2020)。MCS準(zhǔn)靜止合并階段(26日05—08時(shí))，近地層急流維持，冷出流繼續(xù)向南緩慢移動，MCS沿建始峽谷向南緩慢傳播；中低層風(fēng)速增加，急流脈動觸發(fā)的對流單體快速北移并入準(zhǔn)靜止MCS，有利于MCS維持發(fā)展。

4.3 地形作用

統(tǒng)計(jì)1961年以來恩施喇叭口地形內(nèi)站點(diǎn)(宣恩、來鳳、咸豐、恩施、建始，圖9b)大暴雨日數(shù)分布可知(圖略)，大暴雨發(fā)生頻數(shù)與站點(diǎn)所處恩施喇叭口地形內(nèi)位置有關(guān)，建始位于喇叭口地形北部，大暴雨日數(shù)最多，為61 d；恩施位于喇叭口地形中部，大暴雨日數(shù)次之，為46 d；宣恩、來鳳、咸豐位于喇叭口地形的南部，大暴雨日數(shù)比恩施少，分別為30、29、34 d。從南到北，恩施喇叭口地形內(nèi)大暴雨日數(shù)逐漸增加，北部建始站大暴雨日數(shù)比南部宣恩站多1倍。氣候統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，恩施喇叭口地形的北部站點(diǎn)比南部站點(diǎn)更易出現(xiàn)強(qiáng)降水，偏南氣流在喇叭口地形的狹管效應(yīng)下迅速增強(qiáng)，喇叭口地形北部的狹管效應(yīng)更顯著。建始峽谷位于恩施喇叭口地形的北端，從南到北，海拔高度逐漸升高，從建始站到建始北部海拔高度落差在1 km左右，具有迎風(fēng)坡地形特征。偏南急流在建始迎風(fēng)坡峽谷地形和恩施喇叭口地形的共同作用下，在建始峽谷內(nèi)形成更強(qiáng)的峽谷風(fēng)和輻合上升氣流，強(qiáng)降水更易出現(xiàn)。

在建始峽谷內(nèi)，頭壩堰、建始站、白楊坪從北到南分布，頭壩堰與建始、建始與白楊坪之間的距離均在10 km左右，建始站冷出流影響時(shí)間比頭壩堰晚15 min，而白楊坪比建始站晚130 min，為什么冷出流從建始移到白楊坪需要這么長時(shí)間呢？分析建始峽谷地形發(fā)現(xiàn)，從頭壩堰到建始為下坡地形，從建始到白楊坪為上坡地形，白楊坪海拔高度為770 m，位于建始峽谷南部γ中尺度山丘上，比建始站高161 m，建始站比周邊海拔高度低，處于γ中尺度盆地內(nèi)，當(dāng)冷出流下山進(jìn)入建始盆地內(nèi)，較弱的冷出流在盆地內(nèi)緩慢堆積增厚，當(dāng)其灌滿建始盆地后向南溢出，冷出流才開始影響白楊坪。建始南部山丘對弱冷出流的阻擋和偏南急流與盆地溢出冷出流的對峙，減緩了冷出流向南流瀉的速度，這可能是MCS向南延緩傳播的一個重要原因。

4.4 準(zhǔn)靜止MCS演變的概念模型

上述4.1—4.3節(jié)通過觀測資料分析了冷出流演變、低空急流發(fā)展、地形在準(zhǔn)靜止MCS發(fā)展過程中的作用，探討了MCS在建始峽谷內(nèi)的形成發(fā)展機(jī)制?？偨Y(jié)準(zhǔn)靜止MCS的形成機(jī)制，沿建始峽谷給出MCS準(zhǔn)靜止后向傳播階段和準(zhǔn)靜止合并階段的概念模型(圖10a、b)：(1)準(zhǔn)靜止后向傳播階段，建始峽谷北部強(qiáng)降水引發(fā)冷出流，地形斜坡引導(dǎo)冷出流快速下山，在弱冷出流和地形迎風(fēng)坡作用下，加強(qiáng)了偏南暖濕氣流的被迫抬升，MCS出現(xiàn)后向傳播；偏南氣流的加強(qiáng)與下沉既有利于MCS在山前迎風(fēng)坡上發(fā)展，也與近地層南下的冷出流形成輻合線，減緩了冷出流南下的速度。下沉低空急流與冷出流相互作用，在MCS西南方向觸發(fā)新的回波，新回波加強(qiáng)后在西南風(fēng)引導(dǎo)下向東北方向平流，形成后向傳播的準(zhǔn)靜止態(tài)MCS。圖10a中，中低層偏南風(fēng)隨高度減小，沿恩施喇叭口地形北上的低空急流與下山冷出流在建始峽谷山前形成中尺度輻合區(qū)，在迎風(fēng)坡上輻合抬升作用最強(qiáng)，低空急流與弱冷出流、迎風(fēng)坡地形相互作用是維持準(zhǔn)靜止后向傳播的主要原因。(2)準(zhǔn)靜止合并階段，建始盆地冷墊增厚，26日05時(shí)冷出流越過建始南部γ中尺度山丘南下，冷出流受到低空急流和建始南部山丘的阻擋南移緩慢，MCS在建始峽谷中南部維持準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)；南方暖區(qū)中低空偏南風(fēng)持續(xù)增強(qiáng)增厚，大風(fēng)軸上抬，其脈動不斷觸發(fā)新的對流單體向東北方向移動并入MCS，MCS得以維持。

圖10 準(zhǔn)靜止后向傳播階段(a)和準(zhǔn)靜止合并階段(b)MCS演變的概念模型Fig.10 Conceptual model of the MCS evolution in(a)quasi-stationary backward propagation and(b)quasi-stationary merging stages.

5 結(jié)論與討論

本文利用常規(guī)觀測、地面區(qū)域站、雷達(dá)資料和ERA5再分析資料等，結(jié)合地形特點(diǎn)，分析了引發(fā)鄂西南山地(建始峽谷)特大暴雨的準(zhǔn)靜止MCS的環(huán)流背景、結(jié)構(gòu)演變特征及其形成機(jī)制，主要得出以下結(jié)論：

(1)受東移南下大陸高壓和蒙古冷渦與穩(wěn)定副熱帶高壓共同影響，MCS在副高北部、低層輻合線附近形成，穩(wěn)定少動的中低層輻合線和低層低渦前側(cè)偏南急流發(fā)展給準(zhǔn)靜止MCS發(fā)展維持提供了有利環(huán)境條件。

(2)建始峽谷極端強(qiáng)降水由向后傳播的準(zhǔn)靜止MCS造成，可分為準(zhǔn)靜止后向傳播和準(zhǔn)靜止合并兩個階段。準(zhǔn)靜止后向傳播階段，MCS的傳播和平流的速度方向相反、大小相近；準(zhǔn)靜止合并階段，主體MCS為準(zhǔn)靜止后向傳播結(jié)構(gòu)，其南側(cè)偏南急流脈動觸發(fā)的對流回波向北移動合并到主體MCS。

(3)在山谷地形和高海拔落差下，峽谷北側(cè)高山上強(qiáng)降水引發(fā)冷出流經(jīng)歷了快速下山和平緩移動兩個階段。冷出流的移動影響了MCS向南傳播速度，使得MCS初期快速后向傳播、中后期傳播速度減緩。

(4)在建始峽谷和恩施喇叭口復(fù)雜地形下，冷出流與持續(xù)加強(qiáng)、下沉的低空偏南急流相互作用是準(zhǔn)靜止MCS形成和發(fā)展的重要影響因素。準(zhǔn)靜止后向傳播階段，冷出流沿地形斜坡快速向下流瀉，在谷底緩慢南移，加強(qiáng)和下沉的偏南暖濕氣流在弱冷出流和地形強(qiáng)迫抬升作用下，對流回波在建始峽谷迎風(fēng)坡上迅速發(fā)展；MCS出現(xiàn)后向傳播，由于后向傳播與平流相抵，MCS在建始峽谷表現(xiàn)出準(zhǔn)靜止特征。準(zhǔn)靜止合并階段，冷出流受低空急流和建始南部山丘阻擋而南移緩慢，MCS在建始峽谷中南部維持準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)；中低層偏南急流脈動使不穩(wěn)定能量增強(qiáng)，在MCS南側(cè)暖區(qū)中不斷觸發(fā)的對流單體北移并入MCS。低空急流躍增過程、中低層偏南風(fēng)垂直分布特征與準(zhǔn)靜止后向傳播階段、準(zhǔn)靜止合并階段對應(yīng)較好。

(5)恩施喇叭口和建始峽谷地形對準(zhǔn)靜止MCS形成發(fā)展起重要作用。由于峽谷風(fēng)效應(yīng)和迎風(fēng)坡動力抬升作用，低空偏南急流在建始峽谷內(nèi)匯流，低空偏南急流加強(qiáng)，輻合上升運(yùn)動加劇，促使MCS增強(qiáng)發(fā)展；建始峽谷北部地形斜坡引導(dǎo)雷暴冷出流向下快速流瀉，與山前迎風(fēng)坡抬升的偏南氣流形成輻合區(qū)，使得MCS快速后向傳播；建始峽谷南部γ中尺度山丘對下山冷出流的阻擋，使冷出流南壓緩慢，MCS傳播速度減緩而呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)。

本文嘗試應(yīng)用不同海拔高度加密站溫度和風(fēng)場變化分析低空中小尺度系統(tǒng)演變，結(jié)合復(fù)雜山地特點(diǎn)，對于加深對山地暴雨特征及MCS發(fā)生發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識有一定幫助。但由于恩施山地海拔高度落差大，下墊面復(fù)雜，地面氣象觀測站資料較為稀疏，且雷達(dá)監(jiān)測不到近地層降水信息，利用觀測分析方法研究山地MCS形成機(jī)制非常困難。下一步，將應(yīng)用有關(guān)高分辨率觀測資料和數(shù)值模擬方法對山地MCS的形成機(jī)制進(jìn)行深入剖析，以期對引發(fā)山地極端降水的MCS的活動和結(jié)構(gòu)演變特征有更加全面的了解。