李玉婷,譚貴蓉，何興潼，曾 娜

(四川省瀘州市氣象局，瀘州 646000)

引言

暴雨是四川盆地主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，夏季暴雨易造成洪澇、山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大威脅。近年來(lái)，在全球氣候變暖的大背景下，極端天氣發(fā)生的次數(shù)呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。預(yù)報(bào)員對(duì)往年的暴雨過(guò)程原因都進(jìn)行了總結(jié)[1-3]，暴雨的形成主要需要三大條件，其中充足的水汽是暴雨產(chǎn)生的先決條件，因此分析暴雨過(guò)程中的水汽特征對(duì)研究暴雨成因具有重大的意義。。

針對(duì)暴雨水汽輸送特征的分析一直備受氣象學(xué)者的關(guān)注[4-7]。廖曉農(nóng)等[8]指出在北京“2012.7.21”特大暴雨過(guò)程中，主要水汽輸送來(lái)源于孟加拉灣地區(qū)，這種長(zhǎng)距離的水汽輸送是在不同尺度天氣系統(tǒng)的共同作用下完成的。徐祥德等[9]研究了南亞季風(fēng)水汽輸送對(duì)四川盆地的影響。戴竹君等[10]利用HYSPLIT軌跡追蹤發(fā)現(xiàn)孟加拉灣地區(qū)的水汽對(duì)熱帶風(fēng)暴Bilis暴雨過(guò)程有重要影響。Brimelow 等[11]利用 HYSPLIT_4 模式研究了馬更些河流域的 3 次極端降水概念。本文選取 2019 年9月7～8日盆地南部的特大暴雨過(guò)程，引入拉格朗日軌跡模型 HYSPLIT 對(duì)影響此次降水的水汽源地、輸送特征定性分析，在解決上述疑問(wèn)的同時(shí)進(jìn)一步加深對(duì)暴雨水汽輸送特征的認(rèn)識(shí)，從而為本地的降水預(yù)報(bào)提供合理的參考依據(jù)。

1 特大暴雨過(guò)程概況及形勢(shì)分析

2019年9月7日15時(shí)～9月10日08時(shí)，受深厚低渦切變及低空急流共同影響，瀘州出現(xiàn)了一次大暴雨，局部特大暴雨的天氣過(guò)程(圖略)。此次過(guò)程累計(jì)雨量大，局地性強(qiáng)，具有明顯的對(duì)流性，特大暴雨主要出現(xiàn)在古藺境內(nèi)；古藺41個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站(包括40個(gè)區(qū)域自動(dòng)站中和1個(gè)國(guó)家氣象站)，累計(jì)降水量在250mm以上2站、100～249mm20站、50～99mm13站、35～49mm6站、15～34mm6站，累計(jì)最大降水量出現(xiàn)在古藺護(hù)家鳳田為285.6mm。整個(gè)過(guò)程國(guó)家站中最大日降雨量為古藺170.6mm，刷新了歷史極值；境內(nèi)與有氣象記錄以來(lái)同期相比，41個(gè)站點(diǎn)中39個(gè)突破歷史極值。古藺護(hù)家鳳田站(圖略)的小時(shí)降雨量呈現(xiàn)中間多，兩頭少的分布，強(qiáng)降水時(shí)段主要在7日22時(shí)～8日06時(shí)，特大暴雨過(guò)程集中，小時(shí)雨強(qiáng)非常大，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在7日23時(shí)，達(dá)57.6mm。

分析降水過(guò)程的天氣形勢(shì)(圖1)，中高緯是“兩槽一脊”的形勢(shì)，副熱帶高壓呈明顯的塊狀分布。暴雨是由500hPa高空槽、700hPa切變線和850hPa低渦及低空西南急流的共同影響造成的。7日20時(shí)，攀西地區(qū)500hPa高度層有低槽東移，地面有輻合線從重慶伸向盆地南部；在700hPa上盆地內(nèi)有偏北風(fēng)與西南風(fēng)的切變存在，盆地南部處于切變前部的西南氣流中。850hPa高度層上的低渦位于盆地南部，且盆地南部處在急流軸左前方；700hPa高度層上盆地大部處在一致的西南氣流中，有1支西南急流穿過(guò)貴州北部，急流中心值達(dá)14m/s。8日08時(shí)，500hPa高度層上有低槽東移，槽線徑向度明顯加大，地面仍受輻合線控制；700hPa高度層上西南風(fēng)明顯增強(qiáng)，最大風(fēng)速達(dá)16m/s，切變加強(qiáng)發(fā)展成低渦；850hPa高度層上的切變穩(wěn)定少動(dòng)，但850hPa高度層上低渦維持，高低層配置，耦合作用明顯。因此，這次暴雨過(guò)程是在典型的四川暴雨形勢(shì)下產(chǎn)生的。

2 水汽條件分析

產(chǎn)生暴雨必須有源源不斷的水汽輸送，也就是充足的水汽條件。分析暴雨發(fā)生期間的水汽輸送特征是研究暴雨形成機(jī)制的一個(gè)重要方法。從水汽通量和水汽通量散度上可以更為直觀地分析出水汽的存在。由于大氣中的水汽大部分集中在對(duì)流層低層，因此主要分析暴雨期間700hPa、850hPa的水汽通量和水汽通量散度的分布。

從低層水汽通量圖上(圖2)可以看到，暴雨期間進(jìn)入四川盆地的水汽流主要是熱帶西南季風(fēng)氣流經(jīng)孟加拉灣和中南半島向北輸送進(jìn)入四川盆地。850hPa來(lái)自南海的氣流在盆地南部匯聚加強(qiáng)形成一個(gè)水汽通量的顯著大值帶。圖3 是特大暴雨期間的水汽通量散度，由圖中可以看到，7日20時(shí)和8日02時(shí)700hPa上盆地南部都沒(méi)有明顯的水汽輻合中心，而隨著高度層的降低，水汽輻合的大值中心明顯向盆地南部擴(kuò)展，尤其在7日20時(shí)，盆地南部有一個(gè)顯著的水汽輻合大值區(qū)。

3 水汽輸送過(guò)程模擬

為進(jìn)一步定量分析水汽的輸送條件，引入拉格朗日軌跡模式，根據(jù)9月7～8日暴雨過(guò)程降水量，選取古藺護(hù)家鳳田(27.95°N，105.87°E)為模擬氣團(tuán)后向軌跡的起始點(diǎn)。模擬的起始時(shí)間選取為9月7日21時(shí)(BT)暴雨開(kāi)始的時(shí)刻，由于水汽的輻合主要位于對(duì)流層低層，因此模擬的高度分別選取1000m、1500m、3000m。追蹤時(shí)長(zhǎng)為120h，每間隔6h輸出一次空氣團(tuán)的地理位置，并將相應(yīng)的位置插值到軌跡點(diǎn)上，最后再對(duì)每個(gè)高度上產(chǎn)生的軌跡進(jìn)行聚類(lèi)分析。

基于GDAS資料，運(yùn)用能真實(shí)反映流場(chǎng)三維變化的拉格朗日軌跡模型HYSPLIT對(duì)暴雨區(qū)不同高度的氣團(tuán)進(jìn)行模擬，追蹤水汽來(lái)源，并通過(guò)聚類(lèi)分析的方法計(jì)算不同水汽通道的貢獻(xiàn)率，結(jié)果見(jiàn)圖4。

近地面 1000m 高度上(圖4a)，通過(guò)對(duì)氣團(tuán)軌跡進(jìn)行聚類(lèi)，得到 4 條水汽傳輸通道。氣團(tuán)的第一路徑為偏東路徑，在偏東氣流的引導(dǎo)下，將貴州本地的水汽向?yàn)o州輸送，水汽貢獻(xiàn)率達(dá) 56%，是主要的水汽通道源地。西南水汽通道由源自孟加拉灣附近的 2 號(hào)、4 號(hào)水汽通道組成，水汽貢獻(xiàn)率分別占 19%和6%。而第3條路徑總體水汽貢獻(xiàn)率達(dá) 19%，源自南海，在偏南氣流的引導(dǎo)下到達(dá)瀘州境內(nèi)。

1500m高度上(圖4b)，聚類(lèi)得到的水汽傳輸通道也是4條，與1000m高度相似，主要分為西南路徑、偏東路徑和偏南路徑，但水汽通道的源地略有不同，不同通道的水汽貢獻(xiàn)率也有較明顯的差別。西南路徑由 2 號(hào)、4 號(hào)通道組成，水汽貢獻(xiàn)率分別占 14%和17%，分別來(lái)源于孟加拉灣和印度洋，約占總水汽貢獻(xiàn)的三分之一。水汽通道3在偏南氣流的作用下將南海附近水汽向北輸送，同時(shí)相比近地層，水汽貢獻(xiàn)率有明顯的增大，達(dá)25%。1號(hào)通道是周邊省份貢獻(xiàn)的水汽，達(dá)44%，比近地層貢獻(xiàn)率偏小。

3000m高度上(圖4c)，聚類(lèi)得到的水汽傳輸通道也是 4 條，但與1000m 、1500m高度的水汽通道相差較大，主要分為偏南路徑、偏西路徑。偏南路徑是 4 號(hào)通道，水汽貢獻(xiàn)率為 14%，占比較小，主要來(lái)源于南海。偏西路徑由1、2、3通道組成。水汽通道1在偏西氣流的作用下將云南本地的水汽向東輸送，水汽貢獻(xiàn)率達(dá)42%，2、3號(hào)通道水汽貢獻(xiàn)率都為 22%，主要源自孟加拉灣及其周邊國(guó)家。

另外，通過(guò)分析軌跡的三維空間分布可以發(fā)現(xiàn)，三個(gè)高度的不同路徑的氣團(tuán)主要來(lái)自于對(duì)流層低層。由此說(shuō)明瀘州特大暴雨過(guò)程發(fā)生時(shí)，來(lái)自不同路徑的強(qiáng)盛的暖濕空氣不斷向上抬升，最終在暴雨區(qū)交匯，從而形成特大暴雨。

4 結(jié)論與討論

本文主要利用HYSPLIT后向追蹤方法對(duì)瀘州2019年9月7～8日的一次特大暴雨過(guò)程的水汽輸送進(jìn)行研究，結(jié)論如下：

(1) 此次特大暴雨是由深厚的高空低槽、低渦切變以及顯著增強(qiáng)的低空急流共同影響導(dǎo)致的，具有很強(qiáng)的對(duì)流性質(zhì)，強(qiáng)降水時(shí)段主要出現(xiàn)在夜間，強(qiáng)降水發(fā)生區(qū)域與850hPa低渦位置具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(2) 通過(guò)暴雨區(qū)水汽通量和水汽通量散度計(jì)算表明，850hPa偏南氣流在引發(fā)這場(chǎng)特大暴雨的水汽輸送和水汽輻合中起著至關(guān)重要的作用。強(qiáng)降水形成階段(7日20時(shí))850hPa的水汽通量散度是8日02時(shí)的2倍，而700hPa變化不大。

(3) 運(yùn)用HYSPLIT模式發(fā)現(xiàn)，影響此次強(qiáng)降水的水汽主要來(lái)源于南海、孟加拉灣和貴州、湖南等周邊省份，其中周邊省份的本地水汽貢獻(xiàn)最大，850hPa(1500m)上水汽貢獻(xiàn)率達(dá)44%，孟加拉灣和南海兩者的水汽貢獻(xiàn)率也占了非常大的比例，達(dá)39%。

(4) 通過(guò)軌跡的三維空間發(fā)現(xiàn)，特大暴雨的水汽主要匯集在對(duì)流層低層，絕大部分是來(lái)源于850hPa高度附近或以下區(qū)域。