四川地區一次暴雨過程的觀測分析與數值模擬

李琴1, 2 崔曉鵬2 曹潔2

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四川地區一次暴雨過程的觀測分析與數值模擬

李琴崔曉鵬曹潔

1成都信息工程學院，成都610225;2中國科學院大氣物理研究所云降水物理與強風暴實驗室，北京100029

本文首先利用多種資料，對2010年8月18～19日四川地區一次引發了泥石流次生災害的暴雨天氣過程開展了觀測分析，進一步利用中尺度模式WRF對此次降水過程開展了高分辨率數值模擬，并利用模擬資料對暴雨過程進行了初步診斷分析。結果指出：（1）此次暴雨過程具有強降水持續時間短、短時降水強度大、局地性強等特點，在空間和時間上都具有明顯中尺度特征；強降水主要發生在汶川—雅安斷裂帶陡峭地形附近，與地形關系密切；（2）中高緯度“兩脊一槽”環流形勢及其緩慢變化、副熱帶高壓（簡稱副高）與高壓脊疊加形成“東高西低”形勢，為此次暴雨天氣過程提供了有利的大尺度條件；西南渦的發展加強及其與副高西側邊緣強風速帶的相互作用，增強了川西陡峭地形的抬升效應，促發暴雨發生；而四川盆地中多個中尺度云團的發生、發展與暴雨的發生直接相關；（3）WRF模式較好地模擬再現了此次降水過程，模擬結果初步診斷分析顯示，在四川盆地復雜地形及大尺度環流背景發展和演變的影響下，穩定層結蓋的進退、低層東南風的加強和減弱以及不穩定能量的累積與釋放控制著暴雨過程的發生與結束。

暴雨 四川盆地 泥石流 數值模擬

1 引言

四川北鄰秦嶺，南接云貴高原，西依青藏高原，地形十分復雜，天氣過程也復雜多變，而暴雨是四川地區的主要災害性天氣之一。統計研究表明：四川盆地周圍山區降水多于盆地中，最大值中心在盆地西南部（邵遠坤等，2005）, 位于川西的雅安以“天漏”聞名，被稱為“雨城”（彭貴康，1994）。郁淑華（1984，1986）和蔣興文等（2008）分別將1959～1982年和1981～2000年的四川盆地大暴雨過程分為盆西型、盆東型和全川移動三種類型，其中，盆西型暴雨最多。

影響四川地區暴雨的中尺度系統主要有西南渦和高原低渦等，四川的特大暴雨與盆地附近上空強烈發展的西南渦密切相關（程麟生和郭英華，1988），暴雨、大暴雨與西南渦強度關系密切，西南渦增強階段的降水強度明顯大于減弱階段（李明等，2013）。白愛娟等（2011）指出，傍晚前后在高原中部生成的對流系統，受西風帶影響，夜間到達高原東部邊緣地區，并于后半夜到達四川盆地，導致對流活動頻繁出現在夜間，形成當地著名的“夜雨”現象，“夜雨”形成不僅受大尺度環境場影響，還與地形因素有關（沈沛豐和張耀存，2011），四川盆地周邊地形對西南渦和特大暴雨的形成，以及降水的落區和強度有重要影響（趙玉春和王葉紅，2010；葛晶晶等，2008）。四川西部地區地形十分復雜，汶川—雅安地震斷裂帶位于其中，這一地區常常發生強降水，并常引發泥石流等次生地質災害，相關暴雨研究與預報備受重視。郁淑華（1984，1986）和蔣興文等（2008）指出，盆西暴雨主要出現在106°E以西的四川盆地內, 且主要出現在綿陽地區和成都市以及江油、雅安附近，暴雨發生時, 500 hPa中高緯為東高西低環流形式（肖洪郁和郁淑華，2003）。盆西暴雨主要集中在盛夏，局地性強、多夜雨（盧萍等，2009），地形抬升作用顯著（趙玉春和王葉紅，2010；趙玉春等，2012），沿盆地西部斷裂帶陡峭地形形成一條近似南北向的多雨帶（徐裕華等，1991），復雜陡峭的地形擾動有利于中尺度渦旋的形成，地形與渦旋的活動及降水的分布密切相關（何光碧，2006），高原地形可以影響高原附近以東地區物理量場的分布（郁淑華等，1998）。

以上簡要回顧可知，氣象學者針對四川暴雨，尤其是盆地西部地震斷裂帶陡峭地形附近的暴雨過程，開展了大量有意義的研究工作，內容涉及諸多方面，但暴雨過程的發生十分復雜，涉及多尺度天氣系統影響，加之復雜地形的作用，使得我們對該地區暴雨過程的理解和認識仍然十分欠缺，相關預報水平仍然較低，大尺度環流背景演變特征、中尺度系統發展演變等過程，如何與復雜地形效應相結合，并最終導致強降水發生、發展等問題，仍需要深入分析。2008年“汶川大地震”嚴重襲擊之后，四川地區土層變得更加松散，泥石流產生所需物源條件常可得到滿足，如遇較長時間雨水侵襲或突發性強降水，極易引發泥石流等次生地質災害，而2013年四川“雅安大地震”更加重了這一地區的受災風險。因此，對四川地區暴雨天氣過程，尤其是易于引發泥石流等次生災害的盆地西部暴雨天氣過程的深入理解和認識以及相關預報水平的提高變得十分重要和迫切。本文選取2010年8月18～19日發生在四川盆地西部的一次引發了泥石流災害的暴雨過程開展分析，首先利用地面自動站、常規探空、衛星（FY-2E）相當黑體亮溫（Black-Body Temperature，TBB）資料以及每6 h一次的1°×1°分辨率NCEP/NCAR再分析資料對此次降水過程開展觀測分析，進一步利用WRF模式對降水過程開展高分辨率的數值模擬，并與實況進行對比，最后利用模擬資料開展初步診斷分析，從大尺度環流特征及演變、中尺度系統發生、發展，配合復雜地形的作用等角度，綜合考查此次暴雨過程發生、發展及演變特征和可能機制。

2 暴雨過程觀測分析

2.1 降水實況

2010年8月18日12時～19日12時（協調世界時，下同），四川盆地西部地區出現了一次區域性大暴雨天氣過程（圖1a，見文后彩圖），50 mm以上的強降水集中在盆地西部山脈與盆地中部較平坦地形之間、呈東北—西南走向的狹長陡峭地形附近區域（即汶川—雅安地震帶附近），強降水南起滎經、雅安，北至綿竹、北川和青川等地；整個降水過程共存在5個主要強降水中心，基本沿汶 川—雅安斷裂帶的復雜地形分布，15個自動站的過程雨量超過100 mm，3個自動站超過 200 mm，達到特大暴雨量級（綿竹、大邑和蒲江站過程雨量分別達294.8、277.2和203.2 mm），降水空間分布極不均勻，具有很強局地性；逐時雨量觀測顯示，超過20、30和50 mm的觀測站次分別達43、19和4，18日19～20時，綿竹發生了約96 mm/h的強降水（圖1b，見文后彩圖），此次降水過程短時降水強度大、強降水持續時間短、局地性強、極端性強，空間和時間上都具有明顯的中尺度特征。這次過程雖然不是四川全省范圍的暴雨過程，但是強降水主要出現在汶川—雅安地震帶陡峭地形附近，引發趙公山一帶等地震災區出現多處泥石流、滑坡等次生地質災害，嚴重影響災區重建。

圖1 （a）2010年8月18日12時到19日12時（UTC）四川地區24小時累積降水量（等值線，單位：mm），彩色陰影為地形高度；（b）2010年8月18日12時到19日12時（UTC）綿竹和大邑地面自動氣象站逐時雨量（單位：mm）

圖2 2010年8月18日12時高、低空環流形勢。實線為500hPa高度場（單位：dagpm），粗實線代表588 dagpm等值線；虛線為500hPa溫度場（單位：°C）；陰影代表200hPa大于或等于30m/s的風速；矢量表示850 hPa大于或等于10 m/s的風場；長方形區域表示四川地區所處位置

2.2 環流背景

2010年8月18日00時（圖略），500 hPa上，中高緯呈現“兩脊一槽”的環流形勢，一個高壓脊位于巴爾喀什湖以東，另一高壓脊位于鄂霍茨克海附近，兩脊之間為貝加爾湖—蒙古低壓槽，中低緯度被相對穩定而強大的副熱帶高壓控制，200 hPa高空急流位于低壓槽底部，隨低壓槽一起東移，低壓槽與副熱帶高壓（簡稱副高）之間形成一條東北—西南走向的低壓帶，而四川地區正位于低壓帶內高空急流南側；18日06時（圖略），副高西伸北跳，西脊點達87°E附近，控制面積擴大，中心強度增強，其北側與鄂霍次克海高壓脊幾乎同位相疊加，這種配置一方面為引導來自海上的暖濕氣流進入四川地區提供了有利的環流條件，另一方面使得“東高西低”的環流形勢建立起來，阻礙和減緩了上游低壓系統的東移，有利于降水在四川地區發生和維持；18日12時（圖2），副高西脊點略東退，位于約94°E附近，但強度加強，經向度略加大，有利于暖濕空氣進一步向四川地區輸送，西風槽略東移，引導槽后冷空氣進一步南下，貝加爾湖以東地區，高壓脊與西風槽相互作用明顯，兩者之間高空急流加強，四川地區上空出現一低值系統，588位勢什米等值線出現較明顯氣旋性彎曲，850 hPa流場出現明顯偏東分量；18日18時（圖略）副高主體較穩定維持，西風槽略有東移，與副高之間低空急流加強，向北暖濕輸送增強；此后（19日12時）（圖略），副高雖進一步加強，經向度也明顯加大，但由于西風槽明顯東移，四川地區所受影響明顯減弱，強降水也基本結束。

2.3 暴雨前后探空曲線分析

選取位于降水帶內的溫江站探空曲線進行分析。強降水發生前的18日00時（圖3a），四川盆地850 hPa上空存在一低渦（圖略），低渦中心位于眉山和資陽交界處，溫江站處于850 hPa低渦弱偏東風控制中，其上至500 hPa為西南氣流控制，對流層整層相對濕度均較大，強降水所需水汽條件十分充足；18日12時（圖3b），強降水發生，地面到400 hPa相對濕度均大于80％，濕層深厚，而 300 hPa附近可能存在干空氣侵入，露點溫度和相對濕度較12小時前急劇減小，對流層上、下干濕對比加大，有利于對流不穩定的發生、發展；此時對流有效位能（CAPE）值遠大于12小時前，達1696 J/kg，而對流抑制能量（CIN）值由12小時前的115 J/kg減少至0 J/kg，暴雨區大氣處于強烈不穩定狀態中，850 hPa東南風增強；19日00時（圖3c），由于強降水消耗了大量水汽和能量，不穩定能量顯著減弱，除近地面層之外的整個對流層相對濕度和露點溫度均急劇下降，相對濕度下降到約25％左右，其中，近地面層的高濕區可能與降水物質的蒸發有關；19日12時（圖3d），對流層中低層氣流轉為偏北或者偏東北氣流，CAPE值減弱至118 J/kg，降水趨于結束，此時對流層中低層濕度又出現較明顯增加，地面至500 hPa相對濕度均超過80%，為下階段降水做好了準備。

圖3 2010年8月四川溫江站（a）18日00時，（b）18日12時，（c）19日00時，（d）19日12時的探空曲線。綠色粗實線為相對濕度（RH），黑色粗實線為露點；紅色粗實線代表層結曲線；天藍色粗實線代表狀態曲線

2.4 水汽條件

從850 hPa水汽通量（圖4）可以看出，這次大暴雨過程水汽主要來源于副高西側、經南海轉向北的水汽輸送帶，并在汶川—雅安一帶陡峭地形附近地區輻合，同時，這支氣流伴隨西南低渦的發展，氣流在四川盆地內明顯轉向加強，配合陡峭地形的抬升，對強降水發生有明顯促發作用，而另外一支對我國夏季降水有重要貢獻的氣流，即西南季風水汽輸送，由于此時副高的強盛西伸（圖2），被明顯壓制在四川西南側（圖4a），對此次強降水過程貢獻不大。19日06時（圖4b），四川盆地強降水區附近由水汽通量輻合轉變為輻散，強水汽通量輻合區出現在四川東南部，陡峭地形附近的強降水隨之逐漸減弱。

圖4 850hPa水汽通量（流線）和水汽通量散度（陰影，單位：10?7g cm?2 s?1 hPa?1）：（a）2010年8月18日12時；（b）2010年8月19日06時

圖5 2010年8月18日（a）12時和（b）18時850 hPa環流形勢。灰色陰影代表大于等于1500 m的地形，彩色陰影代表相對渦度（單位：10?5 s?1），黑色等值線代表高度場（單位：gpm），矢量箭頭代表風場（單位：m/s），紅色虛線為溫度（單位：°C）

3 西南渦的作用

西南渦是發生在我國西南地區850或700 hPa上的氣旋性或有閉合等高線的低渦，尺度約為300～500 km（何光碧，2012）。18日06時（圖略），四川東部大部分地區受東南偏南氣流控制，向盆地地區源源不斷地輸送暖濕空氣，使得盆地一直處于有利于強降水發生的高溫、高濕環境條件下，此時一旦有觸發因素出現，便會產生強降水。18日12時（圖5a），伴隨高原低值系統東移發展，強盆地內風向發生明顯變化，轉為偏東南氣流，并且強度增加了3～4 m/s，這支東南氣流與川西東北—西南走向的陡峭地形幾乎正交，地形抬升作用加強，促發強降水（黃克慧，2006）；由于強風速帶轉向并南壓，原位于強風速帶西北側的氣旋式切變中心消失（圖略），而位于（28.5°N，105°E）的氣旋式切變發展加強，正渦度達8×10s；18日18時（圖5b），伴隨西南渦發展加強，風速繼續增大，氣流到達山腳后一方面受地形強迫抬升，從而沿著地形過渡帶（陡峭地形區域）激發對流，另一方面受地形阻擋發生繞流，向南的繞流有利于低渦的加強（趙玉春等，2012），此時西南低渦向北擴張，最大正渦度中心向北移動了約1個緯度，面積增大，強度增強，最強渦度值達10×10s；18時之后，西南低渦逐漸減弱、消亡，四川盆地大部分地區轉為受偏北或者偏東氣流控制，暴雨過程趨于結束，由于偏東氣流以及減弱的西南渦東側的偏南氣流繼續將水汽源源不斷向四川盆地輸送，使得盆地中由于強降水消耗的水汽很快得到補充，為下階段降水做好了準備，一旦出現新的促發因子，便會開始新一段降水過程。

4 中尺度云團分析

暴雨是在一定大尺度環流形勢下，由嵌入天氣尺度系統的中小尺度系統直接造成的（章淹，1990）。四川地區地形復雜，常規觀測分布不均，多建于低洼地區（圖略），不能很好抓住中小尺度系統及其演變過程。下面根據Maddox（1980）和馬禹（1997）等的判別方法和標準，利用國家氣象中心FY-2E逐時TBB資料（水平分辨率0.1°×0.1°）分析中尺度系統的活動和演變。TBB資料分析顯示（圖6），2010年8月18日10時，1小時前位于四川中部的多個中尺度云團首先合并加強成為云團A，中心強度達－62°C以下，11時，云團A進一步加強，面積擴大，云團B減弱，兩者之間A東北側綿陽西南部上空出現另一中尺度云團C，12時，云團C強度加強，并與云團A外圍合并，形成東 北—西南向帶狀分布，云團A此時發展到最強，覆蓋成都大部分地區以及雅安東北部和眉山北部，受其影響，云團所對應的大邑及其周邊地區出現強度較大的對流性降水，其中大邑分別于18日12～13時、13～14時、14～15時出現了35.2 mm、48.5 mm、19.5 mm的較強降水（圖1b）；15時，在逐漸消散的云團A西南側，蘆山縣和蒲江縣上空又生成了一個中心TBB強度≤－62°C的對流云團D，之后其面積和強度逐漸增大，緩慢東移，成為主要影響系統，而其東北側原A和C組成的帶狀云帶逐漸消散，郫縣、丹棱、彭州、新津、綿竹等地出現較強降水；20時左右，云團D發展加強為覆蓋成都大部分地區、雅安西部和眉山大部的橢圓狀云團，綿竹站出現96 mm/h的極強降水；18日21時～19日06時，云團D逐漸東移、減弱消散，而在其西南和南部又相繼生成云團E、F和G，其中F發展最強，成為主要影響中尺度云團，但其主體已慢慢移出四川，四川境內只有零星降水。可見，對流云團的生消演變與此次強降水天氣的發生、發展緊密相關，而期間不同云團的新生發展可能與已有云團強降水冷池出流觸發以及復雜地形配合有關，相關分析將在后面工作中開展。

圖6 2010年8月18日09時到19日08時TBB逐時分布（單位：°C）

5 數值模擬及驗證

5.1 模擬方案設計

鑒于現有觀測資料時空分辨率及飽和度均較低，不利于此次強降水過程機理的細致分析，下面利用中尺度模式WRF（3.4.1版本），對此次暴雨過程開展高分辨率數值模擬。模擬選用歐拉質量坐標，Runge-Kutta 3階時間積分方案，模擬時段為2010年8月17日18時至2010年8月20日00時，共54小時，初始場選用每6 h一次的1°×1°分辨率NCEP/NCAR再分析資料生成，模擬采用三重嵌套，區域如圖7所示，垂直方向上分為28個不等距層，主要模擬參數及方案見表1。

圖7 數值模擬區域

表1 主要參數列表

5.2 降水對比

24小時累積降水量對比（圖8，見文后彩圖）顯示，模式模擬的雨帶走向、落區、范圍等與實況較為一致，強度也與觀測有較好對應，基本模擬出了兩個最主要的強降水中心（1和2），但細節上仍存在一定不足，如模擬的兩個最強降水中心位置與實況略有偏差，模擬的強降水中心1（圖8a中白色方框）較實況（圖8a、b中白色十字）偏西、偏北約0.11個經、緯度，強降水中心2較實況偏西約0.2個經度，偏南約0.06個緯度，大于250 mm的降水區范圍較實況偏小，這可能與模擬初始時間的選取、模式地形精度與實際地形的差異以及觀測站點分布不均等因素有關。

圖8 2010年8月18日12時～19日12時（UTC）24小時累積降水量（單位：mm）：（a）模擬；（b）觀測

圖9 2010年（a、b）8月18日12～18時，（c、d）18日18時～19日00時以及（e、f）19日00～06時6小時累積降水量（單位：mm）。（a、c、e）為模擬，（b、d、f）為實況

6小時累積降水量及演變對比顯示，8月18日12～18時（圖9a、b），四川中部和北部出現強降水，模擬的中部強降水（圖9a）較實況（圖9b）略偏西南，北部強降水略偏西，模式同時模擬出四川東北部出現較強降水，但觀測中沒有；由于觀測資料僅包含四川地區，因此盡管模式還模擬出甘肅和陜西南部的較強降水，但在觀測中沒有體現；18日18時～19日00時（圖9c、d），位于汶川—雅安斷裂帶陡峭地形附近的西南—東北走向中尺度雨帶形成，雖然模擬出的雨帶東北側的強降水中心量級較實況偏弱，但模式基本再現了實況雨帶的西南—東北走向，降水范圍等也與實況接近；19日00～06時（圖9e、f），中尺度雨帶維持，但強度減弱，范圍略有收縮，模擬的雨帶較前6 h也出現了一定的衰減，范圍收縮，降水量級與實況接近，但雨帶落區與實況略有偏差，沒有模擬出實況降水區“南寬北窄”的特征；19日06～12時（圖略），雨帶進一步衰減，模式模擬出了減弱的趨勢，但范圍較實況略偏大。總體看來，盡管模式模擬的24和6小時累積降水在細節上與實況仍存在一定差距，但對實況雨帶出現的時間、區域、衰減的趨勢等仍給出了較滿意的再現。

5.3 環流形勢對比

此次四川暴雨的主要大尺度影響系統包括中高緯低壓槽、高壓脊以及西伸北進的副熱帶高壓等，從模擬與NCEP資料高、低空環流對比可以看出（圖10），模擬的高、低空環流與實況吻合得較好。模式較好地模擬出了中高緯度“兩脊一槽”環流形勢、高空強風速帶、副高以及850 hPa強風速的分布和演變過程，較好的再現了副高與鄂霍茨克海高壓脊的疊加以及與低壓槽形成的“東高西低”有利環流形勢，同時也很好地模擬出了副高西側強風速帶向四川暴雨區輸送暖濕空氣以及西南渦發展引起的四川地區低層風向轉變的過程等（圖5）。這也從側面進一步說明了模式對此次強降水過程24和6小時累積降水給出與實況較為接近的模擬效果的原因。

圖10 2010年（a、b）8月18日12時和（c、d）19日00時高、低空環流形勢。（a、c）為模擬，（b、d）為觀測。等值線為500 hPa高度場（單位：dagpm），粗實線代表588 dagpm等值線，矢量為850 hPa ≥10 m/s的風場（單位：m/s），陰影為200 hPa ≥30 m/s的風場（單位：m/s）

6 模擬結果初步分析

過圖8a中強降水中心做垂直剖面（圖11），分析顯示，18日00時（圖11a），四川盆地近地面溫度達24°C以上，盆地東南部暖濕空氣聚集，（29°N, 105°E）附近近地面比濕達19 g/kg以上，70％以上的高濕區從地面一直向上延伸到300 hPa附近，為暴雨的發生提供了很好的暖濕空氣條件，高原上空400 hPa以上以及（29°N，105°E）附近上空500～300 hPa存在相對干區，兩者之間陡峭地形附近上空為相對濕區，其中（29°N，105°E）附近上空的相對干區可能與副高控制有關，并在此次暴雨過程中起重要作用；05時（圖略），近地面溫度增加至28°C以上，大于17 g/kg的高比濕空氣向西推進至陡峭地形附近；07時（圖11b），近地面溫度繼續升高，（29°N，105°E）附近近地面溫度增加至32°C以上，高比濕空氣進一步在盆地對流層低層聚集，低層溫度和比濕垂直梯度從05時開始均明顯增大，但相對濕度卻顯著下降，大于90%的區域面積明顯減小，這主要是因為相對濕度與比濕和飽和比濕有關，而飽和比濕與溫度有關，因此比濕的明顯增加，并不一定帶來相對濕度的明顯增加；13時（圖11c），近地面仍維持最高達32°C以上的較高溫度，高濕區進一步向陡峭地形附近聚集，陡峭地形附近地區上空相對濕度較前一時刻出現較明顯升高，90%以上的高相對濕度區從850 hPa至400 hPa廣泛分布，水汽條件充足，降水逐漸開始；20時（圖11d），陡峭地形附近的暴雨區上空，強烈上升氣流把水汽、能量等輸送到高空，對應著從900 hPa一直延伸至300 hPa高度以上的大于90%的相對濕度高值區，此時模擬降水強度很強，降水物質下落蒸發，吸收熱量，使近地面溫度降低，而垂直上升運動，使得暴雨區上空水汽含量增加，比濕分布出現向上突起。之后，隨著中高緯度環流系統緩慢東移（圖10），有利的大尺度環流背景條件逐漸消失，支持強降水的偏東南氣流和上升運動逐漸減弱，加之降水物質下落的拖曳作用，陡峭地形附近地區的強降水逐漸減弱。

圖11 2010年8月18日（a）00時、（b）07時、（c）13時和（d）20時沿圖8a中直線MN的垂直剖面。黑色實線為比濕（單位：g/kg），紅色虛線為溫度（單位：°C），灰色陰影代表地形，彩色陰影代表相對濕度，白色三角形指示強降水中心

18日00時（圖12a），強降水尚未開始，四川盆地上空500～300 hPa存在穩定層結，像一個蓋子蓋在盆地上空，其下為顯著的對流不穩定，近地面假相當位溫高值中心位于盆地東南部，暖濕空氣聚集，其西北側一直到陡峭地形附近地區存在假相當位溫低值中心，伴隨近地面層較弱偏西北氣流，盆地上空對流層中下層以較弱偏東南氣流為主，不斷向盆地輸送暖濕空氣，暖濕空氣被壓制在500～300 hPa之間的穩定層結之下，為強降水的發生做好了準備；11時（圖12b）與00時相比，最明顯的變化為：（1）500～300 hPa之間的穩定層結明顯減弱東退，（2）近地面層暖濕空氣明顯增強，存在兩個主要的假相當位溫高值中心，一個位于（30°N，104°E）附近，最大值達367 K以上，較00時該地區的最高值增加了近17 K，另一個高值中心位于（29°N，105°E）附近，較00時這一地區的最高值增加了近6 K，達364 K以上，暖濕空氣顯著聚集，（3）盆地東南部對流層低層偏東南風增強，（4）盆地內900～700 hPa之間假相當位溫垂直梯度顯著增加，低層對流不穩定性顯著增強；13時（圖12c）與11時情形相似，偏東南氣流進一步增強，不穩定能量不斷累積，氣流遇到高原陡峭地形后沿地形緩沖帶抬升，激發對流，降水逐漸開始，不穩定能量開始釋放；20時（圖12d）最主要的變化為：（1）伴隨強降水的強上升運動，暖濕空氣強烈向上輸送，造成暴雨區上空假相當位溫等值線十分陡直，（2）受降水區強烈垂直輸送及其他因素影響，穩定層結蓋重新向西推進，蓋住盆地上空，僅留下強降水區狹窄的空間與對流層上部打通，消耗穩定蓋下的不穩定能量和水汽，產生強降水，（3）對流層低層假相當位溫明顯下降，尤其是暴雨區附近。

圖12 2010年8月18日（a）00時、（b）11時、（c）13時和（d）20時沿圖8a中直線MN的垂直剖面。等值線為假相當位溫（單位：K），矢量代表剖面風場（為分析方便，垂直速度w×10)，灰色陰影代表地形，彩色陰影為垂直上升運動速度（單位：0.1m/s），白色三角形指示強降水中心

以上初步分析可見，此次強降水過程是在有利的大尺度環流背景條件影響下，西南渦、副高西側強風速帶以及四川西部汶川—雅安斷裂帶陡峭地形相互作用的共同結果，地形的抬升效應在低渦以及副高邊緣強風速帶的共同作用和影響下，顯著增強，促發強降水，突破穩定層結，釋放不穩定能量；而伴隨著環流調整、降水發生以及降水物質的下落拖曳作用等因素又使得穩定層結蓋得以重新在盆地上空建立起來，在有利條件下，重新蓄積能量，為下一次暴雨過程做準備。

7 結論與討論

本文利用多種觀測資料以及高分辨率數值模式WRF，對2010年8月18日12時～19日12時發生在四川地區的暴雨天氣過程開展了觀測分析和數值模擬研究，得到的主要結論如下：

（1）此次降水過程具有強降水持續時間短、短時降水強度大、局地性和極端性強等特點，在空間和時間上都具有明顯的中尺度特征。強降水主要發生在汶川—雅安斷裂帶陡峭地形附近，與地形關系密切；中高緯度“兩脊一槽”環流形勢、副高與高壓脊貫通形成“東高西低”有利形勢以及上述環流形勢的緩慢東移，為此次暴雨過程的生消創造了有利條件。

（2）西南渦的發展加強及其與副高西側邊緣強風速帶的相互作用，增強了川西陡峭地形的抬升效應，促發暴雨發生；而盆地中多個中尺度云團的發生、發展、合并和加強與暴雨的發生直接相關。

（3）WRF模式較好的模擬再現了此次暴雨過程降水帶走向、落區、范圍和降水中心特征和演變，同時也較好地再現了高低空環流形勢及演變等。利用模擬結果的初步分析顯示，在四川盆地特殊地形條件下，在大尺度環流背景發展和演變的影響下，穩定層結蓋的進退、低層東南風的加強和減弱、不穩定能量的累積與釋放控制著暴雨過程的發生和結束。

下面工作將在本文基礎上，利用高分辨模擬結果進一步分析造成此次暴雨過程的中尺度系統的結構特征和發展演變等，探討此類暴雨過程的發生機理。應該指出的是，本文僅僅針對一個個例開展了觀測分析和初步的模擬診斷研究，未來工作應在此基礎上開展更多個例分析，本文所提及的環流形勢、不穩定能量和穩定層結等的演變特征在川西陡峭地形附近地區夏季的降水過程中可能常常出現，伴隨強降水在汶川—雅安斷裂帶陡峭地形附近地區經常發生，本文的研究結果對理解和認識夏季四川盆地西部陡峭地形附近的強降水過程機理可能具有一定普適性，這同樣有待未來工作中應用多個例進行進一步分析和驗證。

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Observational Analysis and Numerical Simulation of a Heavy Rainfall Event in Sichuan Province

LI Qin, CUI Xiaopeng, and CAO Jie

1,610225;2,,,100029

A variety of data are used to analysis and diagnose torrential rain during August 18 and 19, 2010, which brought secondary disasters such as debris flows. By using the nonhydrostatic WRF (weather research forecast) model, this torrential rain is simulated in high resolution, and the simulation data are used to make a preliminary diagnosis of this rainfall. The results show that: (1) This torrential rain event was characterized by its short duration, heavy intensity in short-term precipitation, and localization, all of which show mesoscale features spatially and temporally. Heavy rain closely associated with the terrain mainly occurs in the vicinity of the Wenchuan-Yaan fault zone steep terrain.（2）There exist two ridges in a trough atmospheric circulation pattern in the middle and high latitudes. The same phase super-position of the northwest subtropical high and an anticyclonic ridge form typical weather patterns with high pressure to the east and low pressure to the west. These systems, spreading eastward slowly, provide a favorable large scale circulation situation for precipitation processes. The development of a southwest vortex and its interaction with the strong wind belt of the subtropical high western edge strengthen the upward-effect of the western Sichuan steep terrain and contribute to the occurrence of heavy rain. The occurrence, development, merger, and strengthening of several mesoscale cloud clusters in the Sichuan basin is directly related to the occurrence of heavy rain. (3) The WRF model successfully simulates the precipitation process, and our analysis of the simulation results indicates that, under the influence of the development and evolution of the large scale circulation background, the movement of a stable stratification cover, the development or decrease of lower southeast wind, and the accumulation and release of unstable energy dominate the formation and cessationof precipitation.

Torrential rainfall, Sichuan Basin, Debris flow, Numerical simulation

1006?9895(2014)06?1095?14

中國分類號 P445

A

10.3878/j.issn.1006-9895.1401.13255

2013?09?02，2014?01?14收修定稿

中國科學院重點部署項目KZZD-EW-05-01

李琴，女，1988年出生，碩士研究生，主要從事暴雨過程數值模擬與診斷研究。E-mail: liqin@mail.iap.ac.cn

崔曉鵬，E-mail: xpcui@mail.iap.ac.cn