四川盆地東北部地區(qū)一次暴雨天氣過(guò)程分析

摘要 利用常規(guī)天氣觀測(cè)資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達(dá)、FY-4衛(wèi)星云圖資料對(duì)2022年7月21—22日發(fā)生在四川盆地東北部的一次強(qiáng)降雨天氣過(guò)程進(jìn)行了診斷分析。研究表明：（1）貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強(qiáng)后東移，與四川盆地700 hPa、850 hPa切變輻合系統(tǒng)、低空急流配合，共同構(gòu)成了此次暴雨的大尺度環(huán)流形勢(shì)，十分有利于暴雨的發(fā)生；（2）此次暴雨持續(xù)時(shí)間短，降雨效率高，低層高比濕、顯著的上升運(yùn)動(dòng)、深厚的暖云以及中等偏強(qiáng)且呈狹長(zhǎng)分布的對(duì)流有效位能是降雨效率高的關(guān)鍵原因；（3）低空急流為強(qiáng)降雨區(qū)域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運(yùn)動(dòng)；（4）物理量指標(biāo)變化能很好地反映各個(gè)階段降雨強(qiáng)度變化，對(duì)預(yù)報(bào)有指示意義；（5）過(guò)程中云團(tuán)的初生、發(fā)展、移出與降雨實(shí)況對(duì)應(yīng)良好，強(qiáng)降雨期間雷達(dá)回波具有明顯的后向傳播和列車效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 暴雨；診斷分析；降水效率；低空急流

中圖分類號(hào)：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）05–0118-04

Analysis of A Rainstorm Weather Process in Northeast Sichuan Basin

Long Jun-tian et al（Nanchong Key Laboratory for Strong Weather Research in Northeast Sichuan， Nanchong， Sichuan" 637000）

Key words Presented a diagnostic analysis for a heavy rainfall weather process that occurred in the northeastern Sichuan basin on July 21-22， 2022 used conventional weather observation data， 0.25°×0.25°reanalysis data of ERA5， new generation Doppler weather radar， and FY-4 Satellite Data. The study showed that：（1）The Baikal trough and the plateau trough merged and strengthened and then moved eastward， and cooperated with the 700 hPa and 850 hPa shear convergence systems and low-level jet in the Sichuan basin， which together constituted the large-scale circulation situation of the storm and was very favorable to the occurrence of the storm; （2）The duration of the storm was short， the rainfall efficiency was high， the low-level high specific humidity， significant upward motion， deep warm clouds and moderately strong and narrowly The low-level high specific humidity， significant upward motion， deep warm clouds and moderately strong and narrowly distributed convective effective potential energy are the key reasons for the high rainfall efficiency; （3）The rapid low-level flow provides sufficient water vapor and energy for the area of heavy rainfall， as well as significant upward motion; （4）The changes of physical quantity indicators can well reflect the changes of rainfall intensity in each stage， which is indicative for forecasting; （5）The initial generation， development and migration of cloud masses during the process correspond well with the actual rainfall， and the radar echoes during the heavy rainfall have obvious backward propagation and train effect.

Key words Heavy rainfall; Diagnostic analysis; Precipitation efficiency; Low-level jet

暴雨天氣是四川盆地最常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣之一，對(duì)四川地區(qū)暴雨的研究一直廣受重視，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)四川盆地暴雨的觸發(fā)機(jī)制和成因做了大量的研究[1-6]。陶詩(shī)言[7]指出：副高西北側(cè)大氣層結(jié)常常是高能、高濕的，是暴雨的頻發(fā)區(qū)，中、小尺度天氣系統(tǒng)是造成暴雨的直接天氣系統(tǒng)。肖遞祥等[8]對(duì)四川盆地極端暴雨過(guò)程的基本特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)極端暴雨過(guò)程具有低層高比濕、整層相對(duì)濕度大、暖云層厚、CAPE呈狹長(zhǎng)形態(tài)等特征，因此，降雨效率高。同時(shí)，850 hPa比濕和假相當(dāng)位溫具有顯著正距平，過(guò)程結(jié)束后，850 hPa假相當(dāng)位溫明顯下降。顧青源[9]、周懿[10]等對(duì)低空急流在暴雨中的作用進(jìn)行了研究，提出低空急流為強(qiáng)降雨區(qū)域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運(yùn)動(dòng)，且具有觸發(fā)作用。

盆地東北部處于大巴山暴雨區(qū)，因其地形復(fù)雜，預(yù)報(bào)難度一直很大，加之近年盆地東北部極端暴雨天氣多發(fā)頻發(fā)[11-14]，造成了大量人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此，提高盆地東北部暴雨預(yù)報(bào)能力具有重要意義。

2022年7月21—22日盆地東北部發(fā)生了一次強(qiáng)降雨天氣過(guò)程，此次過(guò)程總體預(yù)報(bào)效果較好，降雨實(shí)況與預(yù)報(bào)落區(qū)基本一致，但預(yù)報(bào)的量級(jí)偏小。利用常規(guī)觀測(cè)資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達(dá)、FY-4衛(wèi)星云圖資料從暴雨的成因和物理量變化等方面進(jìn)行分析，尋找預(yù)報(bào)偏差原因，以期對(duì)盆地東北部暴雨預(yù)報(bào)提供一定的理論參考。

1 暴雨天氣過(guò)程概況

2022年7月21日20：00—7月22日20：00（北京時(shí)，下同），盆地東北部出現(xiàn)了1次區(qū)域暴雨天氣，暴雨及以上量級(jí)降雨落區(qū)呈狹長(zhǎng)帶狀，主要集中在南充、巴中及達(dá)州的北部（圖1）。累計(jì)最大降雨量出現(xiàn)在巴中三江，為276.3 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為南充車龍，為70.0 mm，100 mm以上的有161站，其中，15站超過(guò)200 mm。此次過(guò)程預(yù)報(bào)落區(qū)基本準(zhǔn)確，但預(yù)報(bào)的量級(jí)偏小。通過(guò)小時(shí)與分鐘雨強(qiáng)實(shí)況分析得出，強(qiáng)降雨主要集中在夜間，22日00：00～04：00有多站小時(shí)雨強(qiáng)超40 mm/h，分鐘雨量最大達(dá)5 mm/min，選取三江和車龍2個(gè)加密區(qū)域自動(dòng)站小時(shí)雨量分析顯示（圖2），最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在22日01：00～06：00，白天降雨減弱，降雨持續(xù)時(shí)間較短，短時(shí)強(qiáng)降水特征明顯。

2 環(huán)流背景分析

暴雨出現(xiàn)在一定的大尺度環(huán)流形勢(shì)下，分析高空探空實(shí)況可知，貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強(qiáng)后東移，與四川盆地700、850 hPa切變輻合系統(tǒng)、低空急流配合，共同構(gòu)成了此次暴雨的大尺度環(huán)流形勢(shì)。

過(guò)程開(kāi)始前，21日08：00，200 hPa高空急流位于35°N左右，東亞地區(qū)中高緯500 hPa形勢(shì)為“兩槽一脊”，西太平洋副高脊線位于24°N左右，西西伯利亞500 hPa低渦引導(dǎo)亞歐大陸中高緯冷空氣南下，中高緯冷平流使貝加爾湖低槽發(fā)展并南壓，貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強(qiáng)，并自西向東移動(dòng)影響四川，深厚的高空槽在東移過(guò)程中受到西太平洋副高阻擋而移動(dòng)緩慢，盆地東北部受副高588線邊緣的西南氣流影響，大氣層結(jié)高能高濕。700 hPa盆地存在顯著的西南氣流，在甘肅南部到盆地中部有一切變，切變受高空槽引導(dǎo)南壓。

21日20：00（圖3a），200 hPa南亞高壓脊線在28°N附近，盆地位于南亞高壓東部脊線上、200 hPa高空急流入口區(qū)右側(cè)，具有反氣旋性切變，高空存在強(qiáng)烈的輻散抽吸作用，有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生與持續(xù)；500 hPa高空槽東移至川西高原，槽后為大片顯著降溫區(qū)（-0.5～6.3 ℃/24 h），副高588位置基本維持；700 hPa切變已經(jīng)移至盆地東北部，西南氣流加強(qiáng)為急流，有利于孟加拉灣的水汽持續(xù)向四川盆地輸送，盆地東北部位于急流區(qū)左前方，有正切變渦度區(qū)，低空急流為強(qiáng)降雨區(qū)域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運(yùn)動(dòng)，且具有觸發(fā)作用，對(duì)暴雨的持續(xù)和降雨效率都非常有利。

850 hPa盆地東北部風(fēng)場(chǎng)較弱，但存在一定輻合，根據(jù)地面實(shí)況圖（圖略），此時(shí)冷鋒位于秦嶺以北，因此前期降雨為暖區(qū)降雨。22日08：00（圖3b），500 hPa高空槽已經(jīng)東移至四川中部，副高588線略有東退，冷鋒已經(jīng)影響盆地東北部；低層切變南壓至盆地東北部邊緣，850 hPa盆地東北部風(fēng)力從夜間的急流強(qiáng)度減弱為顯著氣流。22日20：00，500 hPa高空槽移出盆地東北部，低層轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，過(guò)程結(jié)束。

3 物理量診斷

3.1 探空物理量分析

達(dá)州探空分析顯示，21日08：00，大氣層結(jié)呈上干下濕，垂直風(fēng)切變較小。500 hPa與850 hPa之間的假相當(dāng)位溫差為-13.4 ℃，θse850達(dá)到81.3 ℃，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度大。21日20：00，濕度明顯增加，濕層更為深厚，LCL高度較低（0.9 km），而零度層高度達(dá)到5.5 km，暖云云層厚度達(dá)4.7 km左右。SI指數(shù)由前一時(shí)次的1.84轉(zhuǎn)為-1.67，K指數(shù)由35.4轉(zhuǎn)為39，CAPE值由137.9 J/kg轉(zhuǎn)為1 662 J/kg，屬于中等偏強(qiáng)，且呈狹長(zhǎng)形。

22日08：00，濕層高度達(dá)到400 hPa左右，其他物理量基本維持。因此，過(guò)程前和過(guò)程中的探空條件十分有利于暴雨的出現(xiàn)，并且深厚的暖云和中等偏強(qiáng)且呈狹長(zhǎng)分布的對(duì)流有效位能分布有利于高降雨效率。22日20：00，各物理量迅速變差，層結(jié)均趨于穩(wěn)定，850 hPa假相當(dāng)位溫明顯下降，降雨結(jié)束。

3.2 動(dòng)力條件分析

圖4是巴中三江的時(shí)間垂直剖面圖，21日20：00—22日05：00具有明顯的暖平流特征，近地面為偏東風(fēng)，低層及以上為西南風(fēng)，低層風(fēng)向隨高度發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，暖平流產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)會(huì)維持和增強(qiáng)降雨。在21日20：00前，雖然700 hPa有偏南急流，但850 hPa風(fēng)場(chǎng)較弱，各層沒(méi)有明顯的上升運(yùn)動(dòng)，隨后850 hPa南風(fēng)逐漸增強(qiáng)成急流，垂直風(fēng)切變較大，22日00：00左右整個(gè)對(duì)流層有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，這與850 hPa南風(fēng)的加強(qiáng)至急流有明顯關(guān)系，同一時(shí)刻在 400 hPa附近產(chǎn)生了垂直速度強(qiáng)中心，中心強(qiáng)度為-130×10-2 Pa/s。21日22：00—22日09：00都有顯著的上升運(yùn)動(dòng)，顯著的上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生暴雨的必要條件之一，這與該區(qū)域小時(shí)雨量變化有所對(duì)應(yīng)。

3.3 水汽條件分析

水汽通量表示源地的水汽主要通過(guò)大規(guī)模的水平氣流被輸送至降雨區(qū)，其輸送量的大小用水汽通量表示，單位：g/（cm·s），而比濕可以反映該地空氣中整體的濕氣含量，單位為g/kg。分析850 hPa水汽通量與比濕填圖（圖5）可知，從南海到盆地東北部有明顯的水汽輸送。21日12：00，降雨開(kāi)始前就已經(jīng)在南充地區(qū)有水汽通量輻合，此時(shí)南充和巴中地區(qū)850 hPa比濕為12～16 g/kg，濕度條件較好，22日04：00，水汽通量明顯增大，輻合區(qū)域覆蓋，850 hPa比濕普遍增加至15～18 g/kg，濕度條件變好明顯。850 hPa濕度條件的變化和850 hPa南風(fēng)逐漸變強(qiáng)到急流標(biāo)準(zhǔn)有所對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步說(shuō)明了急流對(duì)水汽輸送的作用。分析700 hPa水汽通量與比濕填圖（圖略）可知，南充和巴中地區(qū)，700 hPa水汽來(lái)自孟加拉灣，整個(gè)過(guò)程中比濕基本維持在12～14 g/kg，十分有利于暴雨的發(fā)生。

顯著的上升運(yùn)動(dòng)、低層高比濕、深厚的暖云以及中等偏強(qiáng)且呈狹長(zhǎng)分布的對(duì)流有效位能分布是此次過(guò)程降雨效率的關(guān)鍵原因。本次過(guò)程中，21日20：00—22日08：00的物理量指標(biāo)有利于出現(xiàn)強(qiáng)降雨，而實(shí)際強(qiáng)降雨主要集中時(shí)間段為21日21：00—22日09：00，達(dá)州站的物理量指標(biāo)變化很好地反映了各個(gè)階段降雨強(qiáng)度的變化，對(duì)預(yù)報(bào)有指示意義。白天預(yù)報(bào)時(shí)考慮夜間各物理量會(huì)有一定改善，但依舊預(yù)估不足，各站點(diǎn)地面相對(duì)濕度由白天的60%左右，至夜間明顯增大接近100%，低層比濕的增加也超出預(yù)期，因此，預(yù)報(bào)偏小的原因之一便是對(duì)低空急流等有利條件改善物理量的作用預(yù)估不充分。

4 中小尺度系統(tǒng)分析

4.1 衛(wèi)星云圖特征

此次過(guò)程的環(huán)流背景和物理量條件十分有利于中尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展。21日21：00（圖6a），受深厚的高空槽影響，甘肅到四川西北部形成了一條NE-SW向的對(duì)流云團(tuán)帶，處于副高邊緣的盆地東北部有本地分散的對(duì)流云團(tuán)初生。與此同時(shí)，南充地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)分散降雨，初生時(shí)云團(tuán)強(qiáng)度弱，面積小，隨后迅速發(fā)展成結(jié)構(gòu)緊密的β中尺度對(duì)流云團(tuán)。22日00：00（圖6b），已基本覆蓋盆地東北部，并在巴中地區(qū)出現(xiàn)TBB低值中心，為-75 ℃，南充和巴中部分地區(qū)位于對(duì)流云團(tuán)的TBB高梯度帶，之后3個(gè)時(shí)次均有超30 mm/h降雨的大片對(duì)流雨團(tuán)維持。22日03：00（圖6c），地面實(shí)況圖顯示，此時(shí)冷鋒逼近，有利于本地對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，云圖上2個(gè)β中尺度對(duì)流云團(tuán)進(jìn)行合并加強(qiáng)，形成了一個(gè)近277 km×918 km的α中尺度的對(duì)流云團(tuán)，并在南充地區(qū)出現(xiàn)TBB低值中心，為-80 ℃，該區(qū)域小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)70 mm，說(shuō)明強(qiáng)降雨發(fā)生在TBB低值中心附近和TBB高梯度帶區(qū)域。22日05：00（圖6d），對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)度依然較強(qiáng)，但組織結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)松散，強(qiáng)中心不明顯，之后是逐漸減弱并沿引導(dǎo)氣流向東北移動(dòng)的過(guò)程。22日17：00，對(duì)流云團(tuán)基本移出四川，此時(shí)降雨趨于結(jié)束，在此過(guò)程中，云團(tuán)的初生、發(fā)展、移出與降雨實(shí)況對(duì)應(yīng)良好。

4.2 雷達(dá)回波特征

圖7是南充雷達(dá)0.5°仰角回波特征圖，分析可知，此次降雨回波具有對(duì)流性特征，回波單體的結(jié)構(gòu)緊密、邊緣清晰，最大回波強(qiáng)度達(dá)55 dBz以上。22日03：00，整個(gè)回波區(qū)出現(xiàn)片絮狀和塊狀相混合的結(jié)構(gòu)，表明此時(shí)為層狀云和積狀云混合降雨回波。過(guò)程中存在明顯的后向傳播和列車效應(yīng)，成熟對(duì)流單體產(chǎn)生的下沉氣流向外流出抬升，對(duì)流單體后部的西南暖濕氣流不斷激發(fā)新的對(duì)流單體生成，產(chǎn)生了與西南引導(dǎo)氣流相反的后向傳播。由巴中雷達(dá)0.5°～2.4°仰角徑向速度圖分析可知（圖略），對(duì)流層中低層有暖平流和風(fēng)場(chǎng)輻合，在22日00：00～05：00反復(fù)出現(xiàn)-12～20 m/s的風(fēng)速極值，此時(shí)存在低空急流，有利于強(qiáng)回波發(fā)展和高頻次列車效應(yīng)的產(chǎn)生，造成南充、巴中地區(qū)上空反復(fù)出現(xiàn)≥50 dBz的對(duì)流性降雨回波。在后向傳播和列車效應(yīng)的作用下，強(qiáng)降雨落區(qū)相對(duì)穩(wěn)定。

利用巴中雷達(dá)資料，對(duì)其反射率因子的垂直剖面（圖8）進(jìn)行分析可知，強(qiáng)回波主要集中在5 km高度以下，分布在深厚的暖云層，低質(zhì)心暖云降雨特征明顯，降雨效率較高，這是典型的強(qiáng)降雨回波剖面特征。圖8顯示有強(qiáng)回波接地（55 dBz），說(shuō)明對(duì)流單體已經(jīng)發(fā)展至成熟階段，在b區(qū)域有下沉氣流，結(jié)合a區(qū)域的速度剖面圖（圖略）可知，a區(qū)域有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，存在后側(cè)入流急流，有利于對(duì)流單體新生。同時(shí)，強(qiáng)垂直風(fēng)切變導(dǎo)致回波垂直結(jié)構(gòu)傾斜，在傾斜結(jié)構(gòu)中，a區(qū)域的上升氣流和b區(qū)域的下沉氣流不會(huì)沖突，使得強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)回波可以維持，對(duì)應(yīng)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)65 mm/h。

5 結(jié)論與討論

利用常規(guī)天氣觀測(cè)資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達(dá)、FY-4衛(wèi)星云圖資料對(duì)此次暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行了診斷分析，得出以下結(jié)論：

（1）貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強(qiáng)后東移，與四川盆地700、850 hPa切變輻合系統(tǒng)、低空急流配合，共同構(gòu)成了此次暴雨的大尺度環(huán)流形勢(shì)而十分有利于暴雨的發(fā)生。

（2）此次暴雨持續(xù)時(shí)間短，降雨效率高，低層高比濕、顯著的上升運(yùn)動(dòng)、深厚的暖云以及中等偏強(qiáng)且呈狹長(zhǎng)分布的對(duì)流有效位能分布是降雨效率高的關(guān)鍵原因。

（3）低空急流為強(qiáng)降雨區(qū)域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運(yùn)動(dòng)。

（4）物理量指標(biāo)變化能很好地反映各個(gè)階段降雨強(qiáng)度的變化，對(duì)預(yù)報(bào)有指示意義。

（5）過(guò)程中云團(tuán)的初生、發(fā)展、移出與降雨實(shí)況對(duì)應(yīng)良好，強(qiáng)降雨期間雷達(dá)回波具有明顯的后向傳播和列車效應(yīng)。

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責(zé)任編輯：黃艷飛