肖紅茹 王佳津 肖遞祥 龍柯吉 諶 蕓

1 四川省氣象臺(tái)，成都 610072 2 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072 3 國家氣象中心，北京 100081

提 要： 給出四川盆地暖區(qū)暴雨的定義，并根據(jù)天氣形勢(shì)和影響系統(tǒng)將其分為西南渦型、副熱帶高壓邊緣型、西南急流型和東南風(fēng)型四類。然后利用2008—2018年5—9月常規(guī)和自動(dòng)站逐時(shí)降水資料統(tǒng)計(jì)分析四類暖區(qū)暴雨的時(shí)空分布特征和降水性質(zhì)，并選取典型個(gè)例，對(duì)暴雨中尺度特征和成因進(jìn)行了分析。主要結(jié)論包括：四類暖區(qū)暴雨易發(fā)于山脈迎風(fēng)坡、喇叭口地形、平原和丘陵山地不均勻下墊面附近。西南渦型和西南急流型暴雨范圍廣且成片，西南渦型暴雨主要位于盆地中部和南部，西南急流型暴雨主要出現(xiàn)在盆地中部到龍門山脈北段和大巴山脈；副熱帶高壓邊緣型和東南風(fēng)型暴雨分散，主要出現(xiàn)在盆地西部；降水都具有明顯的日變化，呈現(xiàn)為單峰型，夜間加強(qiáng)，白天減弱；暖區(qū)暴雨由對(duì)流性和穩(wěn)定性降水組成，降水量級(jí)越大，對(duì)流性越明顯，其中，副熱帶高壓邊緣型和東南風(fēng)型對(duì)流性降水明顯，西南渦型和西南急流型穩(wěn)定性降水明顯；暖區(qū)暴雨直接由β中尺度云團(tuán)發(fā)展造成，西南渦型和西南急流型中尺度對(duì)流系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間≥6 h，副熱帶高壓邊緣型和東南風(fēng)型中尺度對(duì)流系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間≤6 h，但四類暖區(qū)暴雨單站對(duì)流性降水(20～50 mm·h-1)的持續(xù)時(shí)間一般不超過3 h，≥50 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降水維持時(shí)間不超過1 h，若超過1 h易造成極端降水事件，西南渦型和西南急流型容易出現(xiàn)極端強(qiáng)降水；四類暖區(qū)暴雨發(fā)生在高能高濕不穩(wěn)定環(huán)境條件下，平均CAPE值超過1 000 J·kg-1，K指數(shù)在40℃左右，850 hPa平均假相當(dāng)位溫在85℃左右，平均比濕可達(dá)16 g·kg-1。

引 言

暖區(qū)暴雨的概念首先由黃世松(1986)提出，他將一般發(fā)生在地面鋒面系統(tǒng)前端200～300 km位置或更遠(yuǎn)的暖區(qū)，或是南嶺附近至南海北部沒有鋒面存在、華南未受冷空氣或變性冷高脊控制，或者發(fā)生在西南風(fēng)和東南風(fēng)的匯合氣流中，甚至無切變的西南氣流里的暴雨稱為暖區(qū)暴雨。這類暴雨具有強(qiáng)度大、范圍小、對(duì)流性強(qiáng)、降水時(shí)段集中(林良勛，2006；趙玉春等，2008)，以及突發(fā)性強(qiáng)和階段性明顯(張曉美等，2009；徐珺等，2018)的特點(diǎn)。暴雨是不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，研究表明歐亞中高緯低槽、西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)、南亞高壓及副熱帶高、低空急流是華南暖區(qū)暴雨主要的天氣尺度系統(tǒng)(丁治英等，2009；2011；廖慕科等，2010；何立富等，2016)，典型的環(huán)流系統(tǒng)配置(林良勛，2006；陳翔翔等，2012；何立富等，2016)為中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)的發(fā)生發(fā)展提供了有利的物理環(huán)境條件(高能高濕、強(qiáng)烈的低層輻合和強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng))，有組織的MCS是華南暖區(qū)暴雨的直接影響系統(tǒng)(夏茹娣等，2006；張曉美等，2009；葉朗明和徐碧裕，2014；Wu and Luo，2016)，而中尺度喇叭口地形作用(夏茹娣等，2006)、海岸線附近山體(Wang et al，2014)、地面中尺度輻合線(葉朗明和徐碧裕，2014；伍志方等，2018)、對(duì)流產(chǎn)生的地面中尺度冷池(Liu et al，2018)、重力波的傳播(徐燚等，2013)等激發(fā)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)、觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放導(dǎo)致暖區(qū)暴雨的發(fā)生。

除華南地區(qū)外，我國其他地區(qū)也受到暖區(qū)暴雨的嚴(yán)重影響(徐珺等，2014；周明飛等，2014；陳云輝等，2015；周長春等，2015；孔凡超等，2016)。對(duì)2012年北京“7·21”特大暴雨的極端性分析(諶蕓等，2012；孫軍等，2012)表明，降水過程由暖區(qū)降水和鋒面降水組成，暖區(qū)降水開始時(shí)間早、強(qiáng)度大、中心較為分散、持續(xù)時(shí)間長，且降水大部分是由地形觸發(fā)對(duì)流單體并形成準(zhǔn)靜止線性MCS，傳播進(jìn)入北京造成極端強(qiáng)降水，距離冷鋒到來還有一段時(shí)間。暖區(qū)暴雨影響系統(tǒng)相對(duì)于鋒面暴雨不明顯，預(yù)報(bào)信號(hào)較弱，數(shù)值預(yù)報(bào)模式難以很好描述暖區(qū)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展(Huang and Luo 2017；諶蕓等，2018；覃武等，2020)，預(yù)報(bào)員也很難對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行有效訂正(方翀等，2012；宗志平等，2013；王淑莉等；2015)，因而揭示暖區(qū)暴雨的降水特點(diǎn)和成因具有重要意義。Luo et al(2016)分析2011—2015年中國極端小時(shí)降水的天氣背景類型，揭示了地面鋒面型、低渦/切變線型、熱帶氣旋型、其他型(即天氣尺度系統(tǒng)弱動(dòng)力強(qiáng)迫下的暖區(qū)型)的發(fā)生頻次/強(qiáng)度、日變化、季節(jié)變化等時(shí)空分布；陳玥等(2016)統(tǒng)計(jì)了長江中下游地區(qū)的暖區(qū)暴雨過程，得到了特定天氣背景下暖區(qū)暴雨過程的時(shí)空統(tǒng)計(jì)特征，并建立了三種天氣概念模型：冷鋒型、暖切變型和副高邊緣型；汪玲瑤等(2018)統(tǒng)計(jì)了江南地區(qū)暖區(qū)暴雨的時(shí)空分布特征和降水性質(zhì)，并對(duì)暖區(qū)暴雨的成因進(jìn)行了初步分析，最后給出四類暖區(qū)暴雨的系統(tǒng)配置：暖切變型、冷鋒鋒前型、副高型和強(qiáng)西南急流型。

四川盆地受青藏高原和秦嶺的阻擋作用，冷空氣不易入侵，且盆地西、北部地勢(shì)高，東、南部地勢(shì)低，夏季南來的水汽和能量易在盆地積聚，有利暖區(qū)暴雨的發(fā)生。周長春等(2015)、楊康權(quán)等(2017；2019)對(duì)盆地西部暖區(qū)暴雨的個(gè)例分析發(fā)現(xiàn)，盆地暖區(qū)暴雨具有強(qiáng)度大、對(duì)流強(qiáng)、多發(fā)生于夜間的特點(diǎn)，且大多出現(xiàn)在龍門山脈一線，致災(zāi)性強(qiáng)。受地形影響，高原渦和西南渦暴雨是四川盆地典型的致災(zāi)性暴雨(肖遞祥等，2017)，對(duì)此兩類暴雨的成因、對(duì)流觸發(fā)機(jī)制等的研究較多(陳忠明等，2004；顧清源等，2008；肖紅茹等，2009；肖遞祥等，2012；宗志平等，2013；師銳等，2015)，而專門針對(duì)盆地暖區(qū)暴雨的研究較少，且目前全球和區(qū)域數(shù)值模式對(duì)暖區(qū)降水的預(yù)報(bào)能力有限，對(duì)預(yù)報(bào)員指導(dǎo)意義不大，預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中常出現(xiàn)漏報(bào)、預(yù)報(bào)強(qiáng)度偏弱和強(qiáng)降水時(shí)間偏差大的情況，因此揭示盆地暖區(qū)暴雨的降水特點(diǎn)是很有必要的，以便對(duì)模式預(yù)報(bào)的訂正提供參考。本文首先給出四川盆地暖區(qū)暴雨概念，再根據(jù)主要影響系統(tǒng)進(jìn)行分類，然后利用多年常規(guī)和非常規(guī)觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析盆地暖區(qū)暴雨的時(shí)空分布、降水性質(zhì)等特征，并針對(duì)典型個(gè)例做了初步成因分析。

1 資料和四川盆地暖區(qū)暴雨的定義

本文所用資料包括：(1)2008—2018年5—9月常規(guī)地面、高空觀測(cè)和FY-2衛(wèi)星TBB資料,四川盆地109個(gè)國家站和2 684個(gè)區(qū)域自動(dòng)站(圖1)的逐小時(shí)降水觀測(cè)數(shù)據(jù)；(2)地形數(shù)據(jù)為SRTM提供的分辨率為90 m的地形高程數(shù)據(jù)(http:∥rtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp)，該數(shù)據(jù)由美國太空總署和國防部國家測(cè)繪局聯(lián)合測(cè)量。

圖1 四川地形圖及站點(diǎn)分布Fig.1 Sichuan topographic map and distribution of stations

本文對(duì)四川盆地(28°～33°N、102.5°～108.5°E)暖區(qū)暴雨統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：降水發(fā)生在地面冷鋒前部至少100 km以外的暖區(qū)一側(cè)或熱低壓環(huán)流區(qū)域中，且降雨區(qū)降水發(fā)生時(shí)不受地面冷空氣影響，850 hPa沒有冷平流入侵降雨區(qū)，盆地有3個(gè)及以上相鄰國家站或5個(gè)及以上分散國家站日降水量(20時(shí)至次日20時(shí)，北京時(shí)，下同)≥50 mm的降水過程，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm·h-1)。

按照上述定義，對(duì)2008—2018年四川盆地暖區(qū)暴雨過程進(jìn)行篩選，共有58例，根據(jù)主要影響系統(tǒng)和相似天氣形勢(shì)進(jìn)行分類(具有代表性，個(gè)例數(shù)少于5例不進(jìn)行歸類)，首先判斷有無西南渦，如有則為西南渦型；其次判斷700 hPa(27°～33°N、102°～109°E)范圍內(nèi)有無西南急流，如有則為西南急流型；然后再看副高588 dagpm線的位置；最后將盆地暖區(qū)暴雨分為表1所列四大類型，其中有12例無法歸類。

表1 四川盆地暖區(qū)暴雨分類Table 1 Classfication of warm-sector rainstorms over Sichuan Basin

2 四川盆地暖區(qū)暴雨降水特征

利用自動(dòng)站逐時(shí)降水資料，對(duì)四川盆地(以下簡(jiǎn)稱盆地)暖區(qū)暴雨的站點(diǎn)日平均雨量、降水頻次的空間分布及站點(diǎn)降水的時(shí)間分布特征，不同強(qiáng)度小時(shí)雨量對(duì)總降水的貢獻(xiàn)進(jìn)行分析。

2.1 降水空間分布

從日雨量超過50 mm站點(diǎn)頻次分布(圖2)來看，暖區(qū)暴雨發(fā)生的高頻區(qū)主要位于盆地中部至龍門山脈北段和大巴山脈一帶，以及盆地西、南部，其次是盆地南、東部。從暴雨日平均雨量≥100 mm·d-1的站點(diǎn)分布來看，強(qiáng)降水中心容易出現(xiàn)在山脈的迎風(fēng)坡(A)、喇叭口地形(B)和平原、丘陵山地不均勻下墊面(C)附近，不同類型的暖區(qū)暴雨其空間分布又存在差異。

圖2 四川盆地暖區(qū)暴雨降水空間分布(彩色圓點(diǎn)為≥50 mm·d-1站點(diǎn)降水頻次，◇為至少一次日平均雨量≥100 mm站點(diǎn)，灰度填色為地形高度，黑色橢圓圈為強(qiáng)降水中心)Fig.2 Spatial distribution of warm-sector rainstorms over Sichuan Basin[Color dots are for the frequency of rainstorms (≥50 mm·d-1)， ◇ for daily mean severe rain≥100 mm， gray color for terrain height, black ellipse for severe rainfall center]

西南渦型(圖3a)暖區(qū)暴雨高頻區(qū)降水成片較集中，呈現(xiàn)盆地中部、南部多，其余地方少的特點(diǎn)。強(qiáng)降水中心和西南渦發(fā)生、發(fā)展演變密切相關(guān)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)有9例西南渦生成于川西高原南部，其中5例移出高原進(jìn)入盆地，造成盆地中部到南部成片強(qiáng)降水，未移出高原的主要造成盆地西南部強(qiáng)降水。4例西南渦生成于盆地，然后向東北或偏東方向移動(dòng)，或者原地發(fā)展，主要造成西南部、南部和中部成片強(qiáng)降水，西南渦穩(wěn)定維持，容易導(dǎo)致極端強(qiáng)降水，例如，2013年6月30日至7月1日，西南渦穩(wěn)定維持在盆地中部，造成遂寧6月30日08時(shí)至7月1日08時(shí)的24 h降水量達(dá)415.9 mm。13例中強(qiáng)度超過200 mm·d-1的占比為46.15%，最強(qiáng)中心為392 mm·d-1。

副高邊緣型(圖3b)暖區(qū)暴雨降水比較分散，與副高位置有關(guān)，當(dāng)副高加強(qiáng)西伸到盆地西部控制整個(gè)盆地，高原東側(cè)(30°～35°N、99°～105°E)一般有東北—西南向切變線存在，或者副高與青藏高壓對(duì)峙，在盆地形成兩高之間切變線，從而在588 dagpm線邊緣形成強(qiáng)降水，但超過100 mm·d-1的強(qiáng)降水中心均出現(xiàn)在盆地西部，250 mm·d-1以上強(qiáng)降水中心均出現(xiàn)在龍門山脈北段，中心超過200 mm·d-1的占比為38.46%，最強(qiáng)中心為343 mm·d-1。

西南急流型(圖3c)暖區(qū)暴雨高頻降水區(qū)廣且成片，集中發(fā)生在盆地中部、北部。急流型發(fā)生時(shí)，對(duì)流層高層盆地北部為高空急流分流區(qū)，中層有西風(fēng)低槽與之配合，副高一般偏東，低空急流強(qiáng)，南風(fēng)分量大，強(qiáng)降水區(qū)和中心偏北，有7例強(qiáng)中心都出現(xiàn)在廣元、巴中兩個(gè)市；當(dāng)西南急流的位置偏南偏東，強(qiáng)降水區(qū)也偏南偏東，降水中心易出現(xiàn)在華鎣山脈。暴雨中心超過200 mm·d-1的暴雨過程頻次占比為50%，最強(qiáng)降水中心為259 mm·d-1，均偏北。

東南風(fēng)型(圖3d)暖區(qū)暴雨發(fā)生時(shí)對(duì)流層中低層無明顯天氣尺度系統(tǒng)，850 hPa從華南至盆地有一支東南風(fēng)氣流，且存在風(fēng)速脈動(dòng)，在盆地西部出現(xiàn)明顯的風(fēng)速或風(fēng)向輻合，強(qiáng)降水區(qū)沿山脈走向，落點(diǎn)分散，若華南沿海有臺(tái)風(fēng)登陸(9例中有3例)，臺(tái)風(fēng)外圍的東南風(fēng)急流會(huì)導(dǎo)致向盆地的暖濕輸送加強(qiáng)，東南氣流遇盆地西部大地形強(qiáng)迫抬升，從而造成更強(qiáng)降水，一般出現(xiàn)在龍門山脈北段，中心超過200 mm·d-1的占比為20%，最強(qiáng)中心為337 mm·d-1。

圖3 (a)西南渦型、(b)副高邊緣型、(c)西南急流型和(d)東南風(fēng)型降水空間分布(彩色圓點(diǎn)為≥50 mm·d-1站點(diǎn)降水頻次，◇為至少一次日平均雨量≥100 mm站點(diǎn)，灰度填色為地形高度)Fig.3 Spatial distribution of precipitation with (a) SWV, (b) ESH, (c) SWJ and (d) SEW[Color dots are for the frequency of rainstorms (≥50 mm·d-1)， ◇ for daily mean severe rain ≥100 mm， gray color for terrain height]

綜上所述，盆地四類暖區(qū)暴雨空間分布因其影響系統(tǒng)的差異而存在不同，西南渦和西南急流型暴雨落區(qū)范圍廣而成片，副高邊緣型和東南風(fēng)型暴雨落區(qū)分散，東南風(fēng)型雨帶沿山體走向，但四類暴雨均表現(xiàn)為強(qiáng)降水中心多發(fā)于山脈迎風(fēng)坡、喇叭口地形、平原和丘陵山地不均勻下墊面附近。

2.2 降水時(shí)間分布特征

2.2.1 站點(diǎn)降水日變化

統(tǒng)計(jì)四類暖區(qū)暴雨中雨強(qiáng)分別≥10、20、50 mm·h-1的站點(diǎn)數(shù)隨時(shí)間的變化發(fā)現(xiàn)(圖4)：降水具有明顯的日變化，夜間加強(qiáng)，白天明顯減弱，四類暴雨均呈現(xiàn)為明顯的單峰型。其中，西南渦型日變化略平緩，降水峰值出現(xiàn)在凌晨至早晨(03—07時(shí))，21時(shí)對(duì)流明顯開始發(fā)展，主要集中在凌晨到上午(00—11時(shí))，且這一時(shí)段的短時(shí)強(qiáng)降水分布也相對(duì)均勻，23時(shí)到次日11時(shí)，每個(gè)小時(shí)都有≥50 mm·h-1的強(qiáng)降水出現(xiàn)，但站數(shù)較少(圖4a)。副高邊緣型、西南急流型和東南風(fēng)型日變化都較劇烈，副高邊緣型降水峰值出現(xiàn)在黎明到早晨(05—08時(shí))，09時(shí)后降水迅速減弱，21時(shí)開始就有較明顯對(duì)流發(fā)生，午夜時(shí)逐漸增強(qiáng)，強(qiáng)盛期主要集中在05—09時(shí)，有明顯的≥50 mm·h-1的強(qiáng)降水(圖4b)，表明副高邊緣對(duì)流發(fā)展很旺盛；西南急流型降水峰值出現(xiàn)在黎明到早晨(04—08時(shí))，09時(shí)后降水迅速減弱，對(duì)流發(fā)生略晚，午夜前后(23時(shí))迅速發(fā)展，短時(shí)強(qiáng)降水主要集中在00—10時(shí)，且分布較均勻(圖4c)；東南風(fēng)型強(qiáng)降水峰值出現(xiàn)在午夜至凌晨(00—03時(shí))，04時(shí)開始降水明顯減弱，強(qiáng)對(duì)流在23時(shí)快速發(fā)展，持續(xù)到03時(shí)、04時(shí)對(duì)流明顯減弱，在08—10時(shí)對(duì)流再次發(fā)展，但強(qiáng)度比夜間弱(圖4d)。從上面的分析來看，盆地暖區(qū)暴雨的日變化和同緯度江南地區(qū)暖區(qū)暴雨日變化有明顯不同，江南地區(qū)暖區(qū)暴雨日變化有單峰型，峰值出現(xiàn)在03—08時(shí)或14—21時(shí)，也有雙峰型，峰值出現(xiàn)在19—23時(shí)及00—04時(shí)(汪玲瑤等，2018)。

圖4 (a)西南渦型、(b)副高邊緣型、(c)西南急流型和(d)東南風(fēng)型暖區(qū)暴雨不同小時(shí)雨量站點(diǎn)數(shù)的時(shí)間序列Fig.4 Time series of precipitation with (a) SWV, (b) ESH, (c) SWJ and (d) SEW

2.2.2 站點(diǎn)降水持續(xù)時(shí)間

從四類暴雨站點(diǎn)降水持續(xù)時(shí)間(圖5)可見：西南渦型和西南急流型總降水時(shí)間均較長，分別有94.32% 和93.85%的站點(diǎn)降水集中在8～23和8～21 h，這可能與西南渦、急流形成后系統(tǒng)比較穩(wěn)定，維持時(shí)間較長有關(guān)；副高邊緣型和東南風(fēng)型總降水時(shí)間則更短，分別有85.04%和80.64%的站點(diǎn)降水集中在6～16 h，這也表明了副高控制和弱天氣系統(tǒng)強(qiáng)迫環(huán)流形勢(shì)下，不利于降水的持續(xù)維持。

圖5 (a)西南渦型、(b)副高邊緣型、(c)西南急流型和(d)東南風(fēng)型暖區(qū)暴雨站點(diǎn)的降水持續(xù)時(shí)間(圓點(diǎn)表示站點(diǎn)降水強(qiáng)度≥20 mm·h-1，顏色越深表示站點(diǎn)數(shù)越多；圓圈表示站點(diǎn)降水強(qiáng)度≥50 mm·h-1，符號(hào)越大站點(diǎn)數(shù)越多，圓圈由小到大分別對(duì)應(yīng)：1～5、5～10和10～30站；虛線框表示站點(diǎn)總降水時(shí)間集中時(shí)段)Fig.5 Precipitation duration of (a) SWV, (b) ESH, (c) SWJ and (d) SEW(dots: ≥20 mm·h-1, deeper color for more stations; circle: ≥50 mm·h-1, bigger pattern for more stations; black dashed box for the concentrated duration of station precipitation)

對(duì)于短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm·h-1)的持續(xù)時(shí)間(圖5中圓點(diǎn))，西南渦型、西南急流型和東南風(fēng)型暴雨短時(shí)強(qiáng)降水總時(shí)間較長，可以達(dá)到6～7 h，但西南渦型和西南急流型短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間大多集中在1～3 h，占比分別為95.8%和96.46%，東南風(fēng)型普遍(90.89%)集中在1～2 h(圖5d)；副高邊緣型暴雨短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間較短，最長可持續(xù)4 h，但占比不到1%，普遍(95.24%)集中在1～2 h(圖5b)。對(duì)于雨強(qiáng)≥50 mm·h-1的極端降水來說，四類暖區(qū)暴雨持續(xù)時(shí)間普遍不超過1 h，副高邊緣型發(fā)生概率最大，為15.19%，東南風(fēng)型發(fā)生概率次之，為11.28%，西南渦型和西南急流型發(fā)生概率較小，分別為6.91%和5.44%，但西南渦型和西南急流型有單站持續(xù)時(shí)間達(dá)到2～3 h的情況，且對(duì)流降水(20～50 mm·h-1)的持續(xù)時(shí)間可達(dá)4～7 h(圖5a、5c)，表明這兩類暖區(qū)暴雨容易出現(xiàn)局地極端性降水。

綜上所述，四類暖區(qū)暴雨總降水和短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間不同，但大部分站點(diǎn)出現(xiàn)對(duì)流性降水(20～50 mm·h-1)的持續(xù)時(shí)間不超過3 h，≥50 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降水維持時(shí)間≤1 h，如果超過1 h就容易造成極端降水事件。

2.3 降水性質(zhì)

進(jìn)一步分析不同強(qiáng)度降水對(duì)總降水量的貢獻(xiàn)來討論四類暖區(qū)暴雨的降水性質(zhì)。表2是不同雨強(qiáng)的總降水量占日降水量的比例，從小時(shí)降水量對(duì)日降水量的貢獻(xiàn)來看，當(dāng)日降水量≥50 mm時(shí)：副高邊緣型短時(shí)強(qiáng)降水最明顯，其降水總量占日降水量的比重最高(49.0%)；其次是東南風(fēng)型，為42.5%；西南渦型和西南急流型短時(shí)強(qiáng)降水總降水量占日降水量的比例相對(duì)較低，不足30%，而穩(wěn)定性降水(R<10 mm·h-1)總降水量在日降水量中占比均超過42%，明顯高于副高邊緣型和東南風(fēng)型。當(dāng)日降水量≥100 mm時(shí)：四類暴雨短時(shí)強(qiáng)降水總雨量占日降水量的比例都明顯增加，其中副高邊緣型和東南風(fēng)型占比均超過一半，分別為63.4%和60.6%，西南渦型和西南急流型占比相對(duì)較低，分別為44.7%和45.5%；而穩(wěn)定性降水總降水量占日降水量比例明顯降低，均低于30%。

表2 四類暖區(qū)暴雨中不同雨強(qiáng)(R)降水總雨量占日降水量比例Table 2 Proportion of precipitation caused by different hourly rainfall (R)in daily rainfall amount in four types of warm-sector rainstorms

綜上分析，四類暖區(qū)暴雨均由對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水和穩(wěn)定性弱降水共同組成。其中，對(duì)于一般暴雨量級(jí)(50～100 mm)的暖區(qū)暴雨而言，副高邊緣型暖區(qū)暴雨短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)總降水量貢獻(xiàn)最大，東南風(fēng)型次之，西南渦型和西南急流型穩(wěn)定性降水貢獻(xiàn)相對(duì)較大，但當(dāng)日降水量達(dá)到大暴雨量級(jí)(≥100 mm)時(shí)，四類暖區(qū)暴雨短時(shí)強(qiáng)降水占總降水量的比重都接近或超過一半，表明降水量級(jí)越大，降水的對(duì)流性越明顯。由此可見，中尺度短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)暖區(qū)暴雨的貢獻(xiàn)十分顯著。

3 對(duì)流云團(tuán)演變

從降水性質(zhì)的分析中得知，四類暖區(qū)暴雨中有明顯的對(duì)流性降水，下面通過分析每一類中典型個(gè)例中尺度云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展演變，探討不同類型暖區(qū)暴雨的成因。

2013年6月29日20時(shí)至30日20時(shí)是一次典型的西南渦暖區(qū)暴雨過程，29日20時(shí)西南渦在川西高原南部生成，30日白天東移出高原進(jìn)入盆地西南部后，準(zhǔn)靜止夜間開始向東北方向移動(dòng)(肖紅茹等，2014)，造成30日盆地大范圍的強(qiáng)降水。對(duì)流云團(tuán)的演變清晰反映了盆地強(qiáng)降水的發(fā)生，上半夜到黎明(22—05時(shí))西南渦在對(duì)流層中低層西南氣流的引導(dǎo)下緩慢東移，其東部、南部西南氣流中不斷有對(duì)流觸發(fā)，29日21時(shí)盆地內(nèi)有A、B兩個(gè)β中尺度云團(tuán)生成發(fā)展，云頂亮溫達(dá)-52℃，產(chǎn)生兩個(gè)>20 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)(圖6a)；隨后云團(tuán)A向南、云團(tuán)B向北發(fā)展，30日00時(shí)合并為α中尺度云團(tuán)C，云頂亮溫達(dá)到-72℃，在此過程中形成一條準(zhǔn)南北向的短時(shí)強(qiáng)降水雨帶，有≥50 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)生成，最大降水強(qiáng)度為81.5 mm·h-1(圖6b)，云團(tuán)C維持6 h后開始減弱；07時(shí)西南渦移到盆地西南部，此時(shí)云團(tuán)C云頂亮溫為-52℃，但結(jié)構(gòu)比較松散，對(duì)應(yīng)盆地有分散的小塊短時(shí)強(qiáng)降水雨團(tuán)(圖6c)；09時(shí)起云團(tuán)C再次加強(qiáng)，10時(shí)(圖6d)云頂亮溫降低到-72℃，中心正好位于遂寧地區(qū)上空，在盆地中部再次形成一條準(zhǔn)南北向短時(shí)強(qiáng)降水雨帶，遂寧市區(qū)出現(xiàn)一個(gè)≥50 mm·h-1的中尺度雨團(tuán)，中心雨強(qiáng)達(dá)到95.1 mm·h-1；云團(tuán)C維持了7 h后，16時(shí)開始結(jié)構(gòu)變得松散，但-52℃的冷云區(qū)一直處于遂寧市上空直到18時(shí)才開始減弱，短時(shí)強(qiáng)降水雨團(tuán)區(qū)范圍明顯減小(圖6e)，造成遂寧本站持續(xù)7 h的短時(shí)強(qiáng)降水，≥40 mm·h-1的強(qiáng)降水持續(xù)了4 h，最強(qiáng)為54.2 mm·h-1，到20時(shí)，遂寧本站累計(jì)降水為327 mm，中心遂寧市安居區(qū)累計(jì)降水為392.5 mm。對(duì)流云團(tuán)在低渦右側(cè)生成—合并—發(fā)展—衰減—再次發(fā)展—再減弱消失的過程造成了持續(xù)的強(qiáng)降水。

圖6 2013年6月29—30日西南渦型暖區(qū)暴雨TBB云圖和短時(shí)強(qiáng)降水分布(a)29日21時(shí)，(b)30日00時(shí)，(c)30日07時(shí)，(d)30日10時(shí)，(e)30日18時(shí)(陰影為TBB，藍(lán)色圓點(diǎn)為≥20 mm·h-1站點(diǎn)，紅色圓點(diǎn)為≥50 mm·h-1站點(diǎn)，紅色D為西南渦中心；A，B，C為對(duì)流云團(tuán)，下同)Fig.6 TBB and the flash sever precipitation distribution of warm-sector rainstorms in the type of SWV at (a) 21:00 BT 29, (b) 00:00 BT 30, (c) 07:00 BT 30, (d) 10:00 BT 30, (e) 18:00 BT 30 June 2013(shaded area: TBB, blue dot: ≥20 mm·h-1, red dot: ≥50 mm·h-1, red D for the center of SWV; A, B, C: convective cloud cluster, same as follow)

副高邊緣型暖區(qū)暴雨強(qiáng)降水分散，持續(xù)時(shí)間短，以2017年8月20日20時(shí)至21日20時(shí)過程為例，本次過程副高較強(qiáng)，20日20時(shí)588 dagpm線西段位于川西高原東部，且邊緣多中尺度對(duì)流單體生消(圖7a，7b)，20日20時(shí)至21日03時(shí)，每個(gè)單體的生命史均不超過3 h，小時(shí)雨量大多<20 mm，≥20 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降水較分散，量級(jí)一般不超過50 mm·h-1，且主要分布在盆地西南部雅安地區(qū)，這可能和副高西南側(cè)北上的偏南氣流輸送到喇叭口地形產(chǎn)生強(qiáng)烈輻合有關(guān)；21日04時(shí)，盆地西北部和西南部各有一個(gè)β中尺度對(duì)流云團(tuán)A、B生成，分散的短時(shí)強(qiáng)降水也主要位于雅安地區(qū)(圖7c)；然后云團(tuán)A原地發(fā)展，云團(tuán)B向A發(fā)展移動(dòng)，07時(shí)，云團(tuán)A、B中TBB值為-32℃的云區(qū)相接，-52℃云區(qū)范圍明顯擴(kuò)大，兩個(gè)云團(tuán)TBB中心值均達(dá)到-72℃，對(duì)應(yīng)成都市區(qū)和德陽市區(qū)都出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水雨團(tuán)，最強(qiáng)中心位于成都市區(qū)，小時(shí)雨量達(dá)62.8 mm，在這個(gè)過程中副高略有東退，08時(shí)588 dagpm線西北段位于盆地中部，云團(tuán)A、B合并為α中尺度云團(tuán)C，低于-72℃的云頂亮溫中心位于成都、德陽兩個(gè)市，短時(shí)強(qiáng)降水也主要出現(xiàn)在兩地，該中心維持2 h，09時(shí)發(fā)展最強(qiáng)，造成德陽市區(qū)降水量達(dá)83 mm·h-1(圖7e)，隨后云團(tuán)C開始快速減弱；11時(shí)，TBB為-72℃的云區(qū)已經(jīng)消失(圖7f)，但仍造成綿陽附近短時(shí)強(qiáng)降水雨區(qū)，最強(qiáng)中心達(dá)62.2 mm·h-1；12時(shí)開始TBB為-52℃的云區(qū)開始解體，降水明顯減弱，無短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。β中尺度云團(tuán)在盆地西南部喇叭口地形和西北部龍門山脈迎風(fēng)坡生成，南部云團(tuán)自西南向東北方向快速移動(dòng)發(fā)展—合并—減弱導(dǎo)致了強(qiáng)降水。

圖7 2017年8月20—21日副高邊緣型暖區(qū)暴雨TBB云圖和短時(shí)強(qiáng)降水分布(a)20日21時(shí)，(b)21日01時(shí)，(c)21日04時(shí)，(d)21日07時(shí)，(e)21日09時(shí)，(f)21日11時(shí)(陰影為TBB；藍(lán)色圓點(diǎn)為≥20 mm·h-1站點(diǎn)，紅色圓點(diǎn)為≥50 mm·h-1站點(diǎn)，黑色等值線為副高588 dagpm線：圖7a～7c為20日20時(shí)，圖7d～7f為21日08時(shí))Fig.7 TBB and the flash sever precipitation distribution of warm-sector rainstorms in the type of ESH at (a) 21:00 BT 20, (b) 01:00 BT 21, (c) 04:00 BT 21, (d) 07:00 BT 21, (e) 09:00 BT 21, (f) 11:00 BT 21 August 2017(shaded area: TBB; blue dot:≥20 mm·h-1; red dot:≥50 mm·h-1;black line for 588 dagpm： 20:00 BT 20 in Figs.7a-7c; 08:00 BT 21 in Figs.7d-7f)

西南急流型暖區(qū)暴雨對(duì)流性降水成片，持續(xù)時(shí)間較長，以2012年7月6日20時(shí)至7日20時(shí)過程為例，6日20時(shí)，700 hPa從攀西地區(qū)經(jīng)盆地南部到東北部是一支西南急流，急流核(14 m·s-1)偏南，急流中的西南風(fēng)脈動(dòng)在盆地南部激發(fā)出一個(gè)β中尺度對(duì)流單體A(圖8a)，云頂最低亮溫為-52℃，在急流軸的左側(cè)有分散的單點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生，強(qiáng)度<30 mm·h-1，隨后云團(tuán)A快速發(fā)展，云頂亮溫最低達(dá)-72℃，并沿急流方向往北傳播，短時(shí)強(qiáng)降水位于急流左側(cè)云團(tuán)A附近和急流出口區(qū)左側(cè)，比較分散，強(qiáng)度普遍不超過50 mm·h-1，23時(shí)發(fā)展成一個(gè)α中尺度云團(tuán)，云頂亮溫低于-72℃；7日00時(shí)發(fā)展到最強(qiáng)，形成一個(gè)橢圓形α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，云頂亮溫低于-72℃的云區(qū)面積約為98 000 km2，TBB中心達(dá)-82℃，造成遂寧、南充兩地形成一片呈東北—西南向的短時(shí)強(qiáng)降水區(qū)(圖8b)，強(qiáng)度普遍為30～50 mm·h-1，最強(qiáng)中心為83.5 mm·h-1；04時(shí)，云團(tuán)A開始減弱，-72℃的云區(qū)分裂為南北兩塊云團(tuán)B、C，對(duì)應(yīng)2個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水雨區(qū)，強(qiáng)中心位于盆地中部遂寧地區(qū)，為61.1 mm·h-1(圖8c)，該狀態(tài)維持2 h 后，隨著急流向北推進(jìn)，云團(tuán)C變得松散，B加強(qiáng)發(fā)展，短時(shí)強(qiáng)降水區(qū)主要位于急流出口左側(cè)；08時(shí)，急流核位于達(dá)州，對(duì)應(yīng)其左側(cè)的云團(tuán)B云頂亮溫低于-72℃ 的云區(qū)明顯增大，導(dǎo)致急流出口區(qū)左側(cè)巴中地區(qū)出現(xiàn)明顯的短時(shí)強(qiáng)降水，降水中心達(dá)70.6 mm·h-1，而云團(tuán)C的-72℃云區(qū)基本消失(圖8d)，但隨后云團(tuán)B快速減弱，云團(tuán)C低于-52℃ 的云區(qū)面積也在減少，對(duì)應(yīng)降水明顯減弱；12時(shí)，云團(tuán)C低于-52℃的云區(qū)面積再次增大，同時(shí)其左側(cè)又激發(fā)出一個(gè)云頂亮溫低于-52℃ 的中心D，并造成云團(tuán)C、D附近個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，最強(qiáng)達(dá)到74.7 mm·h-1(圖8e)，云團(tuán)D維持5 h 后消失，云團(tuán)C維持7 h后也減弱消失(圖略)，對(duì)應(yīng)過程也結(jié)束。一個(gè)β中尺度云團(tuán)在急流核左側(cè)生成，沿急流方向發(fā)展為強(qiáng)大的α中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)，MCS維持—分裂—發(fā)展—減弱—再發(fā)展—逐漸消失的過程導(dǎo)致了強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖8 2012年7月6—7日急流型暖區(qū)暴雨TBB云圖、700 hPa風(fēng)場(chǎng)(圖8a、8b、8c為6日20時(shí)，圖8d、8e為7日08時(shí))和短時(shí)強(qiáng)降水分布(a)6日20時(shí)，(b)7日00時(shí)，(c)7日04時(shí)，(d)7日08時(shí)，(e)7日12時(shí)(陰影為TBB，藍(lán)色圓點(diǎn)為≥20 mm·h-1站點(diǎn)，紅色圓點(diǎn)為≥50 mm·h-1站點(diǎn))Fig.8 TBB， 700 hPa wind for 20:00 BT 6 in Figs.8a-8c, 08:00 BT 7 in Figs.8d, 8e and the severe rain distribution of warm-sector rainstorms in the type of SWJ at (a) 20:00 BT 6; (b) 00:00 BT 7; (c) 04:00 BT 7; (d) 08:00 BT 7; (e) 12:00 BT 7 July 2012(shaded area: TBB, blue dot: ≥20 mm·h-1， red dot:≥50 mm·h-1)

東南風(fēng)型暖區(qū)暴雨對(duì)流性強(qiáng)降水分散，一般持續(xù)時(shí)間較短，以2017年7月21日20時(shí)至22日20時(shí)過程為例，本次過程副高偏強(qiáng)偏西，控制整個(gè)四川，西脊點(diǎn)位于青海玉樹附近，700 hPa云貴到盆地是一支西南氣流，850 hPa從華南到盆地是一支東南氣流，兩層偏南風(fēng)風(fēng)速均≤10 m·s-1，在盆地西部均有明顯的風(fēng)速輻合。21日21時(shí)，在成都平原地區(qū)和西南部山前分別有一個(gè)β中尺度對(duì)流單體A、B生成發(fā)展(圖9a)；但短時(shí)強(qiáng)降水不明顯，1 h后云團(tuán)A云頂亮溫-52℃云區(qū)范圍增大，云團(tuán)B出現(xiàn)了-52℃的云頂亮溫，造成成都、德陽兩個(gè)市和西南部山前出現(xiàn)分散的20～40 mm·h-1短時(shí)強(qiáng)降水(圖9b)；23時(shí)A、B合并，云頂亮溫維持在-52℃，在德陽、綿陽兩個(gè)市出現(xiàn)明顯的短時(shí)強(qiáng)降水區(qū)，西南部山前也出現(xiàn)了分散的短時(shí)強(qiáng)降水(圖9c)，強(qiáng)度普遍在20～45 mm·h-1，最強(qiáng)為74 mm·h-1；合并后的云團(tuán)向西移動(dòng)，短時(shí)強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在龍門山脈及其山前，落區(qū)分散，最強(qiáng)降水可達(dá)83 mm·h-1(圖9d),維持3 h后該云團(tuán)移入高原減弱解體；02—07時(shí)在平原或山前有分散的對(duì)流單體生消(圖9e)，生命史為1～2 h，對(duì)應(yīng)短時(shí)強(qiáng)降水也分散，強(qiáng)度普遍在20～40 mm·h-1。07時(shí)后無明顯對(duì)流發(fā)生，過程結(jié)束。β中尺度對(duì)流單體在喇叭口地形和城市熱島快速生成發(fā)展，然后合并西移上高原減弱消失，發(fā)展的云團(tuán)尺度小于前三類，生消快、移速快是該類暴雨產(chǎn)生強(qiáng)降水的特征。

綜上分析，四類暖區(qū)暴雨強(qiáng)降水均由β中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展直接造成，西南渦型和西南急流型暴雨由初生的β中尺度系統(tǒng)發(fā)展為α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，并維持6 h以上導(dǎo)致持續(xù)的短時(shí)強(qiáng)降水，副高邊緣型和東南風(fēng)型初生對(duì)流單體也是β中尺度系統(tǒng)，但發(fā)展后低于-52℃云區(qū)面積明顯小于上述兩類，維持時(shí)間≤6 h，導(dǎo)致短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間也短。

4 四川盆地暖區(qū)暴雨環(huán)境物理量特征

對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生與環(huán)境大氣的溫濕條件有密切關(guān)系，根據(jù)四川盆地暖區(qū)暴雨發(fā)生的日變化特征，選取暴雨過程發(fā)生臨近時(shí)刻20時(shí)與暴雨區(qū)鄰近的探空站(溫江、宜賓、達(dá)州和重慶沙坪壩四個(gè)探空站)的實(shí)況觀測(cè)資料，對(duì)盆地暖區(qū)暴雨發(fā)生的環(huán)境條件進(jìn)行分析，表3給出了四類暖區(qū)暴雨過程中表征大氣層結(jié)和溫濕條件的物理量平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看到四類暖區(qū)暴雨發(fā)生臨近時(shí)刻平均CAPE值都超過1 000 J·kg-1,K指數(shù)平均在40℃左右，SI指數(shù)均為負(fù)值，850 hPa平均假相當(dāng)位溫在85℃左右，平均比濕可達(dá)16 g·kg-1,700 hPa平均比濕為11 g·kg-1,表明四川盆地大氣環(huán)境處于高能高濕不穩(wěn)定狀態(tài)，比較而言，副高邊緣型和東南風(fēng)型暖區(qū)暴雨各物理量平均值都高于另兩類暴雨，尤其是副高邊緣型平均CAPE值為2 394 J·kg-1，K指數(shù)為41.45℃，850 hPa平均假相當(dāng)位溫為87.28℃，比濕為16.50 g·kg-1,700 hPa平均比濕為11.68 g·kg-1,明顯高于其他三類，東南風(fēng)型次之，這也詮釋了前文分析的副高邊緣型暖區(qū)暴雨對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水最明顯，東南風(fēng)型次之，西南渦型和西南急流型相對(duì)較弱的結(jié)論。

表3 四類暖區(qū)暴雨物理量特征Table 3 Physical characteristics of the four types of warm-sector rainstorms

5 結(jié) 論

四川盆地暖區(qū)暴雨按天氣形勢(shì)和主要影響系統(tǒng)可分為西南渦型、副高邊緣型、西南急流型和東南風(fēng)型。四類暖區(qū)暴雨因影響系統(tǒng)不同，在時(shí)空分布特征和降水性質(zhì)上各有異同點(diǎn)，主要結(jié)論如下：

盆地暖區(qū)暴雨易出現(xiàn)在盆地中部并向北擴(kuò)展到龍門山脈北段和大巴山脈、盆地西南部和南部。西南渦型和西南急流型暴雨落區(qū)范圍廣且成片，副高邊緣型和東南風(fēng)型暴雨落區(qū)分散，但均表現(xiàn)為強(qiáng)降水中心多發(fā)于山脈迎風(fēng)坡、喇叭口地形、平原和丘陵山地不均勻下墊面附近。

盆地暖區(qū)暴雨主要出現(xiàn)在6—8月，降水具有明顯的日變化，呈現(xiàn)為單峰型，夜間加強(qiáng)，白天明顯減弱，有別于同緯度江南地區(qū)暖區(qū)暴雨日變化特征。西南渦型和西南急流總降水時(shí)間較長，分別為8～23和8～21 h，降水峰值分別出現(xiàn)在03—07時(shí)、04—08時(shí)，副高邊緣型和東南風(fēng)型總降水時(shí)間略短，均為6～16 h，但副高邊緣型降水峰值出現(xiàn)在05—08時(shí)，東南風(fēng)型降水峰值出現(xiàn)在00—03時(shí)。

盆地暖區(qū)暴雨均由對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水和穩(wěn)定性降水組成，且降水量級(jí)越大，短時(shí)強(qiáng)降水越明顯，其中，副高邊緣型和東南風(fēng)型暴雨對(duì)流性降水明顯，西南渦型和西南急流型暴雨穩(wěn)定性降水明顯，這與四類暖區(qū)暴雨發(fā)生前大氣環(huán)境處于高能高濕不穩(wěn)定密切相關(guān)，且CAPE值和溫濕物理量值越大，短時(shí)強(qiáng)降水越明顯。四類暖區(qū)暴雨強(qiáng)降水均由β中尺度系統(tǒng)的發(fā)展直接造成，β中尺度系統(tǒng)一般在上半夜初生，初生階段短時(shí)強(qiáng)降水分散，西南渦型和西南急流型在午夜時(shí)分發(fā)展為強(qiáng)盛的α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，并且能維持6 h以上，副高邊緣型在下半夜黎明時(shí)分對(duì)流發(fā)展旺盛，東南風(fēng)型在午夜時(shí)分對(duì)流發(fā)展旺盛，這兩類暴雨發(fā)展成熟的對(duì)流云團(tuán)持續(xù)時(shí)間均≤6 h。四類暖區(qū)暴雨大部分站點(diǎn)出現(xiàn)對(duì)流性降水(20～50 mm·h-1)的持續(xù)時(shí)間不超過3 h，≥50 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降水維持時(shí)間不超過1 h，若超過1 h容易造成極端強(qiáng)降水事件，西南渦型和西南急流型暴雨易出現(xiàn)局地極端強(qiáng)降水。