呂 斌 , 劉 毅 , 孫 俊 , 鄧國衛(wèi) , 張 敏 , 王騰蛟

（1. 四川省德陽市氣象局，德陽 618000；2. 重慶市氣象臺，重慶 401147；3. 高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072；4. 中國氣象局氣象干部培訓學院四川分院，成都 610072；5. 四川省氣候中心，成都 610072；6. 四川省遂寧市氣象局，遂寧 627000）

引言

四川地區(qū)位于青藏高原東側，地形跨越一二級階梯，受高原系統東移影響，暴雨天氣頻發(fā)。持續(xù)性暴雨過程在暴雨中所占比例不高但影響卻極大，往往誘發(fā)泥石流、山洪等次生災害，給當地生產生活造成嚴重影響。過去多從發(fā)生機理[1?3]、數值模擬[4?7]、物理量診斷[8?11]等角度對四川盆地暴雨進行研究，持續(xù)性暴雨研究相對較少[12?14]。陶詩言等[15]將產生持續(xù)性暴雨的物理條件總結為三個方面：一是大尺度天氣形勢穩(wěn)定，二是水汽的輸送和輻合，三是對流不穩(wěn)定能量的釋放和再生，尤其需要注意天氣尺度降水系統相遇、移速減慢或停滯的時候各種物理條件發(fā)生的變化。臺風作為夏季降水的重要影響系統，它的活動不僅直接給東南沿海帶來強烈的風雨天氣，也能直接或間接影響我國內陸地區(qū)。卓嘎等[16]研究表明降水與臺風最密切的地區(qū)除了沿海還有青藏高原東側?？祶沟萚17]通過對1002號臺風登陸后四川盆地大暴雨的研究發(fā)現，臺風低壓環(huán)流東側偏南氣流和副高西側偏南氣流長時間的融合貫通，既有利于副高穩(wěn)定且東退緩慢，又有利于西南低渦發(fā)展維持。2015年6月22～24日和2018年7月10～12日四川盆地持續(xù)性暴雨均伴有臺風的登陸，前者臺風從廣西登陸，后者從福建登陸，臺風從不同地點登陸，造成的降水落區(qū)也不相同。對這兩次臺風登陸造成四川盆地持續(xù)性暴雨過程進行研究，有利于加深對登陸臺風導致的四川盆地持續(xù)性暴雨過程的認知，對提高預報水平具有積極意義。

1 資料與方法

本文選取了2015年6月22～24日及2018年7月10～12日四川盆地兩次持續(xù)性暴雨過程作為研究對象，所選過程均有30%以上的站次連續(xù)兩日出現暴雨，屬同一天氣過程造成的持續(xù)性影響。本文所用的資料包括：中國氣象局自動站與 CMORPH降水數據融合的逐時降水量0.1°網格數據集（1.0版）；國家衛(wèi)星氣象中心提供的逐小時FY-2E衛(wèi)星的云頂亮溫（TBB）資料，水平分辨率為0.1°×0.1°，時間分辨率為1h；歐洲氣象資料中心（ERA-interim）的再分析資料，空間分辨率為0.5°×0.5°，時間分辨率為6h。站點降水資料來自于中國氣象局國家氣象信息中心（http://www.nmic. gov.cn/），臺風路徑文件來自于中國氣象局熱帶氣旋資料中心（http://tcdata.typhoon.org.cn/）。

2 降水實況和環(huán)流背景對比

2.1 降水實況

2015年6月22日08:00～24日08:00（圖1a），四川盆地東北部到中部出現了持續(xù)性暴雨過程（簡稱過程一），最大雨量達到313.5mm。2018年7月10日08:00～12日08:00（圖1b），在四川盆地西北部出現了持續(xù)性的暴雨過程(簡稱過程二)，最大雨量達到481.7mm。這兩次持續(xù)性的暴雨過程均伴隨臺風的活動，過程二降水范圍比過程一集中，降水強度較過程一更強。過程一臺風“鯨魚”沿海南島東南部一直往西北方向移動（圖1c），到11日臺風經過海南島后持續(xù)西北移動，最終從廣西登陸，使得副高北抬，是造成此次四川盆地雨帶偏北的重要原因之一。過程二臺風“瑪利亞”也沿西北路徑移動（圖1d），從西太平洋向西經過臺灣島北部從福建東部登陸，隨后繼續(xù)向西北方向移動，在湖北境內維持熱低壓，臺風從東部沿海登陸使副高西伸加強，是造成此次四川盆地降水雨帶偏西的重要原因之一。

圖1 降水實況（a. 2015年6月22日08:00～24日08:00降水，b. 2018年7月10日08:00～12日08:00降水，單位：mm）與臺風路徑（c. 2015年6月22～24日臺風路徑，d. 2018年7月10～12日臺風路徑）

2.2 環(huán)流背景場對比分析

2.2.1 環(huán)流背景分析

過程一，6月22日08時200hPa上（圖略），四川盆地位于高空急流出口區(qū)的左側，高層的強輻散導致低層上升運動產生強烈的抽吸作用。500hPa上，6月22日08時～24日08時，中緯度巴湖以西有一冷槽，其底部分裂的低槽東移至瑪多?九龍一線，高原上多短波槽活動。隨著臺風“鯨魚”的西北移動，副高從廣東、廈門一帶逐漸北抬，形成東高西低的阻擋形勢，四川盆地的低槽在盆地北部維持。23日08時（圖2a），隨著臺風的進一步西北移，副高阻塞形勢穩(wěn)定加強，巴湖以北的低槽分裂短波槽快速東移補充至四川的低槽，使得該低槽加深。23日20時，四川盆地低槽北收，副高外圍和臺風外圍的南風風速明顯減小。700hPa上，盆地西北部的氣旋性曲率逐漸發(fā)展成為切變線，23日08時（圖2c）切變南壓，位于盆地漢中經成都至木里，其右側的急流加強，最大達到了14m/s。23日20時由于臺風和副高的阻擋作用，700hPa切變維持，其右側的風速較23日08時略有減弱，但仍維持著急流的強度。850hPa（圖略）盆地為偏東南氣流，結合地形的動力抬升作用在盆地北部造成強降水。23日20時盆地東部有低渦發(fā)展，低渦右側的偏南風也加大，最大風速達到了14m/s。

圖2 500hPa、700hPa高空形勢場（a、c. 2015年6月23日08:00，b、d. 2018年7月11日08:00，彩色區(qū)表示風速≥12 m/s，棕色線代表槽線和切變線，藍色線代表等高線，等高線單位: gpm）

過程二，7月10日08時200hPa上（圖略），四川盆地受反氣旋環(huán)流控制，反氣旋環(huán)流為四川盆地提供強烈的輻散氣流。11日08時（圖2b）500hPa上，貝湖冷渦渦底的高空槽經向度大，高空槽攜帶冷空氣影響四川盆地，由于臺風“瑪莉亞”的西北移動，副高西伸北抬形成阻塞致使盆地高空槽東移緩慢。700hPa 上，10日08時盆地內有切變線和低空急流存在（圖略），11日08時（圖2d）～11日20時冷空氣從盆地西北部南下影響整個四川盆地，700hPa切變線穩(wěn)定少動。850hPa上（圖略），10日08 時重慶一帶已有急流生成；隨著冷空氣的進入，11日08時成都北風達18m/s，850hPa達州仍有12m/s的急流存在；11日20時冷空氣進入全盆地，850hPa盆地均由偏北氣流控制，宜賓西北風達12m/s，負變溫達?3.8℃，此次降水過程趨于結束。

2.2.2 TBB影響分析

TBB（Black Body Temperature）是云頂黑體輻射溫度，TBB 溫度越低，表明云頂越高，對流越旺盛。

過程一 22日10時（圖3a）過去1小時降水主要發(fā)生在川西高原，對應09時TBB（圖3e）顯示四川盆地此時沒有強的對流云發(fā)展。隨后臺風“鯨魚”外圍云系不斷向北移動，23日00時以后盆地中部出現了＞?55°C以上的β中尺度對流云團（圖3f），該對流云團從盆地西部逐漸東移，在盆地中部停留了6h以上，云頂亮溫超過?52°C，達到MCC標準，1小時累計最大雨量超過30mm（圖3b）。隨著盆地東北部低渦生成以及臺風外圍云系不斷往北擴展，23日20時～24日05時盆地東北部維持較強的β中尺度對流云團（圖3g～h），對應這一時段在盆地東部有＞30mm的小時強降水出現（圖3c～d）。隨著登陸臺風云系的減弱，副高東退，盆地低渦東移，降水減弱。

圖3 過程一的小時降水量（a. 22日10:00，b. 23日00:00，c. 23日20:00，d. 23日21:00，單位：mm）；對應前一時刻的紅外云圖云頂亮溫（e. 22日09:00，f. 22日23:00，g. 23日19:00，h. 23日20:00，單位：℃）

過程二 隨著高空低槽東移以及臺風“瑪麗亞”在福建地區(qū)登陸，副高北抬，西伸。10日20～21時，四川盆地大部都處在強β中尺度對流云團控制下，最大云頂亮溫超過了?55°C(圖4e～f)，強對流云團的偏心率以及持續(xù)時間不滿足MCC的條件。但孟加拉灣的暖濕氣流不斷向北輸送，使得不斷有暖濕云系并入四川盆地的對流云團中，對應這一時段四川盆地北部到西部多個時次也出現了＞30mm的小時強降水 (圖4a～b)。11日10時以后，隨著臺風登陸后減弱，副高明顯東退，高空槽東移，冷空氣明顯入川，對應強TBB的范圍也明顯減小，四川盆地東北到西南一帶僅有零星的＞?50°C的TBB出現（圖4g～h）。對應這一時段的強降水雨帶收縮，僅在盆地中部部分地區(qū)出現＞25mm的小時降水(圖4c～d)。

圖4 過程二的小時降水量（ a. 10日21:00，b. 10日22:00，c. 11日11:00，d. 11日14:00，單位：mm）；對應前一時刻的紅外云圖云頂亮溫（ e. 10日20:00，f. 10日21:00，g. 11日10:00，h. 11日13:00，單位：℃）

對比兩次過程發(fā)現，過程一有MCC發(fā)展，過程二雖然也有中尺度對流云團發(fā)生發(fā)展，但沒有形成MCC。過程一臺風在中南半島，臺風外圍云系在南風的引導下深入四川盆地，對四川盆地中β對流云及MCC的形成有重要作用；同時低渦發(fā)展造成對流云成橢圓形分布，較長時間保持強的β中尺度對流云團。過程二臺風從東部沿海登陸，雖然造成副高西伸也使得四川盆地形成阻塞形勢，但東面的臺風云系對四川盆地的降水并沒有貢獻；前24h中尺度對流云團是切變線和急流云系疊加造成，屬于暖區(qū)降水，降水強度偏強；后24h是高原槽疊加低層的切變云系造成，以層狀云降水為主；四川盆地的中尺度對流云在整個降水期間排列成帶狀分布。

3 物理量場對比分析

3.1 渦度和散度場分析對比分析

過程一強降水過程中6月23日08時沿105°E的垂直剖面(圖5a)顯示，31°～33°N有明顯的低層輻合高層輻散，且輻合層高度隨緯度增加明顯上升，說明斜壓性強。從2.2.1的分析可以看到，此次降水期間，500hPa為后傾槽，后傾槽影響系統穩(wěn)定，斜壓性強，持續(xù)時間較長；同時渦度場也呈現典型的斜壓特征，低層輻合中心配合較強的正渦度值，800～700hPa出現了渦度的大值10×10?5s?1。過程二7月11日08時沿105°E的垂直剖面(圖5b)顯示，31°～32°N也有明顯的低層輻合高層輻散，且同樣具有明顯的斜壓性，輻合中心隨緯度增加而抬升。從2.2.1的分析可知，過程二強降水期間500hPa也為后傾槽，所以系統較為穩(wěn)定，降水持續(xù)時間長；低層輻合有較強的正渦度配合，最大正渦度為6×10?5s?1，出現在700hPa。

圖5 沿105°E的渦度和散度垂直剖面（a. 2015年6月23日08:00，b. 2018年7月11日08:00，黑色實線代表渦度，填色代表散度，單位：10?5 s?1）

從上述分析可見，這兩次臺風登陸造成的盆地暴雨過程，高空槽均為后傾，渦度和散度場都有明顯的斜壓性特征。過程一的短波槽在前24h渦度比過程二的高原槽弱，但后24h隨著低渦的生成和發(fā)展，渦度比過程二明顯偏強（圖略）。而過程二在降水前24h由于高原低槽加深，一直維持較高的渦度；隨著冷空氣的南下和降水的產生，系統逐漸減弱，后24h渦度明顯減小。

3.2 假相當位溫和垂直速度對比分析

過程一強降水中心的假相當位溫和垂直速度疊加圖(圖6a)顯示，整個降水期間22日08時～24日08時對流層中低層都維持較強的上升運動，其中23日08時開始上升運動明顯加強，最強達到?60Pa·s?1，最大伸展高度達200hPa。22日20時開始到降水結束，對流層中低一直處在對流不穩(wěn)定中。從2.2.2的分析中可以看到，23日00時以后盆地在不穩(wěn)定層結的驅動下，對流云團強烈發(fā)生 、發(fā)展，較長時間維持＞?50°C的TBB。此次降水過程主要屬于不穩(wěn)定降水，多地小時雨強超過30mm。

過程二10日08時～11日14時強降水中心有強烈的上升運動(圖6b)，且上升運動分兩個大值中心，分別出現在10日白天和11日夜間，最強上升運動 發(fā) 展 到200hPa，速 度 超 過60Pa·s?1，大 值 中 心 位 于700hPa以下。對應這一時段的假相當位溫表明大氣處于不穩(wěn)定層結中。11日10時后隨著冷空氣南下，南風維持，大氣層結逐漸轉為穩(wěn)定。從2.2.2的分析可見，四川盆地對流云系明顯減弱，僅有零星地方出現＞?50°C的TBB。

圖6 假相當位溫和垂直速度的時間剖面（a. 2015年6月22～24日沿106°E，32°N；b. 2018年7月10～12日沿105°E，31°N；黑色實線代表假相當位溫，單位：K；填色代表垂直速度，單位：Pa·s?1）

3.3 水汽條件對比分析

從強降水中心的水汽通量散度和垂直速度時間-垂直剖面圖(圖7a)可見，過程一21日20時開始，水汽通量散度輻合逐漸增強、增厚，持續(xù)到24日08時，700hPa以下為強的水汽通量輻合，中心數值超過?2.5×10?7g·cm?2·hPa?1·s?1且持續(xù)了36個小時。23日夜間到白天，水汽通量輻合區(qū)對應強的上升運動。對應這一時刻四川盆地東北部有低渦發(fā)展，低層低渦的發(fā)展加強進一步增加了水汽輻合和上升運動。從最強降水中心通江站的小時降水時間分布（圖7c）可以看到，主要降水從23日凌晨開始逐漸增強，這與水汽通量輻合和上升運動的最強時段吻合，與3.2節(jié)中的分析一致；由于強度輻合和持續(xù)性的大氣層結不穩(wěn)定，使得小時雨強多個時次＞10mm。

過程二9日20時開始，800hPa以下就有明顯水汽通量輻合存在，強水汽通量輻合一直持續(xù)到11日14時(圖7b)，水汽通量輻合最大值超過?2.5g·cm?2·hPa?1·s?1。此次過程水汽通量輻合從過程前期開始就有明顯的匯集，是過程二前24h暖區(qū)降水暴雨站次遠大于過程一的原因之一。但后期輻合層次較低，上升運動也較第一次過程偏小。從水汽通量散度的輻合伸展高度和垂直速度的大小也能反映出此次降水過程具有穩(wěn)定性降水的特征。從強降水中心羅江站的小時降水分布（圖7d）可以看到，強降水主要集中在11日夜間到次日白天，對應這一時段的水汽通量散度和垂直速度發(fā)展也最強，暖區(qū)降水特征明顯；11日14時以后小時降水明顯減弱。由3.2節(jié)分析可知，11日14時以后冷空氣入川，大氣層結轉為穩(wěn)定，以穩(wěn)定性降水為主，小時雨強大都在5mm以下。

圖7 垂直速度、水汽通量散度隨時間變化的垂直剖面（a. 2015年6月22～24日沿106°E，32°N；b. 2018年7月10～12日沿105°E，31°N；黑色實線表示垂直速度，單位：Pa/s；填色區(qū)域表示水汽通量散度，單位：g·cm?2·hPa?1·s?1）；對應時段最強降水中心的小時降水量（c. 過程一通江站；d. 過程二羅江站；單位：mm）

3.4 位渦對比分析

位渦理論常用于暴雨和強對流等天氣的診斷分析，通過對位渦的分析可以全面反映水汽、不穩(wěn)定能量以及動力抬升等條件。

根據降水持續(xù)時間繪制了500hPa位渦水平分布圖，過程一22日08時（圖8a），高位渦位于青海南部及川西高原，青海南部位渦最大值超過2.4PVU（位渦單位：1PVU=10?6m2·Ks?1·kg?1），川西高原最大位渦為1.2PVU，四川盆地此時沒有大的位渦存在。23日08時（圖8b），隨著高原低槽的東移，高位渦也往東移動，青海南部的高位渦數值減弱，四川北部出現了一大片＞1.2PVU的高位渦區(qū)，且高位渦呈東北-西南分布，四川盆地大部位于高位渦區(qū)。位渦分布也顯示這一時段四川盆地處在對流不穩(wěn)定的發(fā)展階段，利于強降水發(fā)生。對應的四川盆地區(qū)域自動站12h強降水分布圖（圖8g）可以看出，這期間盆地強降水開始出現，12h內有399個站降水達到大雨以上級別，且有91個站達到暴雨以上級別。24日08時（圖8c）四川北部的高位渦繼續(xù)往東移，大值區(qū)移到了華北境內，四川省北部仍然處在高位渦區(qū)，位渦最大值進一步降低，中心數值基本在0.6PVU，青藏高原仍有高位渦往四川北部輸送，對應這個時段四川盆地對流云系雖然減弱，但強降水中心仍然處于不穩(wěn)定層結下。23日08時～24日08時，盆地達到大雨以上級別的站次仍然有596個，暴雨級別站次達247個。

過程二10日08時(圖8d)高位渦位于青海南部到四川西部，最大位渦中心超過2.4PVU，但＞1.8PVU的范圍較過程一明顯偏小，川西地區(qū)位渦普遍在1.2PVU。11日08時(圖8e)隨著低空槽東移，高位渦也逐漸東移，整個四川地區(qū)位渦都＞0.6PVU，對應這一時段的對流云系發(fā)展旺盛，強降水區(qū)處于對流不穩(wěn)定層結中。從圖8h可以看到，這期間降水強度和范圍都開始明顯增加，12h內有850站降水達到大雨以上級別，其中暴雨以上級別占了608站。12日08時(圖8f)，位渦大值區(qū)分裂，青藏高原保留位渦大值區(qū)，四川盆地隨著冷空氣的入侵高位渦范圍明顯收縮，盆地大部地區(qū)和青海地區(qū)位渦均＜0.6PVU。對應這一時段，隨著副高東退，低空槽東移，槽后冷空氣快速南下控制四川盆地，強降水區(qū)轉為穩(wěn)定層結，小時雨強減弱。11日20時之前強降水還在維持，20時之后降水范圍明顯減弱，大雨以上級別從683站次遞減到389站次。

圖8 500hPa位渦分布（a. 22日08時，b. 23日08時，c. 24日08時，d. 10日08時，e. 11日08時，f. 12日08時，單位：PVU）；降水實況（g. 2015年6月22～24日，h. 2018年7月10～12日）

從位渦的發(fā)展和移動來看，高位渦與強降水的發(fā)生時段吻合，根據位渦來指示四川盆地的暴雨落區(qū)具有重要的參考價值。

4 兩次過程異同對比

從表1可以看到，兩次過程的相同之處是500hPa和700hPa影響系統都為后傾槽，均有臺風，切變線和急流；動力場上斜壓性特征均非常明顯，且強降水中心都伴隨有東移的高位渦。不同之處在于過程一850hPa有低渦生成，過程二僅為輻合流場；過程一冷空氣較弱，過程二深厚的高空低槽伴強冷空氣；過程一渦度由弱變強，過程二渦度由強變弱；過程一整個降水期間基本都是不穩(wěn)定層結，過程二由不穩(wěn)定層結轉穩(wěn)定層結；過程一水汽通量輻合范圍大，過程二輻合范圍??；過程一由于臺風外圍云系往北移動，觸發(fā)了盆地的MCC生成，過程二沒有MCC生成，但不斷有對流云系補充到強降水云團之中。

表1 兩次過程的異同對比

5 結論與討論

通過兩次臺風登陸造成的阻塞形勢下四川盆地持續(xù)性暴雨過程的對比分析，可以得到以下結論：

（1）從兩次過程的環(huán)流背景分析來看，均受登陸臺風影響，副高穩(wěn)定維持，東高西低的阻塞形勢使得高原東移的低值系統在盆地停滯，進而使得強降水持續(xù)；從兩次過程副高位置來看，受臺風登陸位置不同影響，副高位置也有所不同。臺風在廣西登陸時，副高北抬，盆地降水主要發(fā)生在北部；臺風在東部登陸時，副高西伸，盆地降水主要發(fā)生在西部。過程二冷空氣入川之前的暖區(qū)降水，由于有充足的水汽支持，使得前24h降水強度較過程一明顯偏強。

(2)過程一和過程二都是后傾槽產生的降水，斜壓特征明顯。過程一由于后期有低渦的生成，渦度是前弱后強。過程二高空低槽雖然比過程一強，但隨著降水的產生，沒有新生系統的補充，渦度逐漸減弱。由于過程一降水期間臺風云系不斷北上，觸發(fā)了四川盆地的中尺度對流云系發(fā)展，所以整個降水期間四川盆地基本都處在不穩(wěn)定層結中，過程二前24h主要受西南急流的影響，大氣層結不穩(wěn)定，后24h槽東移，冷空氣控制四川盆地，層結轉為穩(wěn)定。過程一由于是對流型降水所以小時雨強多個時次超過30mm，而過程二前24h有多個時次＞30mm的強降水，后24h以穩(wěn)定性降水為主。

(3)高原高位渦的東傳，強降水時段與高位渦出現的時段一致，表明位渦對四川盆地的暴雨落區(qū)有重要的指示意義。

夏季東高西低的阻塞形勢是四川盆地區(qū)域性暴雨產生的典型形勢，而持續(xù)性暴雨是暴雨過程中少發(fā)但影響較大的天氣過程。本文對臺風登陸后形成阻塞背景下的持續(xù)性暴雨過程進行了對比，揭示了此種持續(xù)性區(qū)域暴雨的特征，其余不同影響背景下的持續(xù)性暴雨過程特征還有待進一步研究。