李 琴 鄧承之

重慶市氣象臺(tái)，重慶 401147

提 要： 利用常規(guī)觀測(cè)、多普勒雷達(dá)、FY-2F衛(wèi)星、加密自動(dòng)站等數(shù)據(jù)和ERA-Interim 0.125°× 0.125°再分析資料，對(duì)2019年4月19日重慶極端短時(shí)強(qiáng)降水事件的環(huán)境條件和發(fā)展機(jī)制進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在天氣尺度垂直運(yùn)動(dòng)較弱的背景下，此事件由準(zhǔn)靜止的β中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MβCS)形成。對(duì)流發(fā)展前本地水汽充足，“上干下濕”的層結(jié)不穩(wěn)定特征顯著。對(duì)流發(fā)生發(fā)展于云貴高原向四川盆地過渡的綦江河谷附近，河谷三面環(huán)山，地勢(shì)由西南向東北傾斜。γ中尺度對(duì)流從河谷南側(cè)下山增強(qiáng)，導(dǎo)致河谷內(nèi)的局地強(qiáng)降水和冷池。冷池與河谷東坡上暖濕氣團(tuán)間的強(qiáng)中尺度水平溫度梯度，有利于近地面西南風(fēng)加速向東側(cè)山體輻合，促使已移至河谷內(nèi)的γ中尺度對(duì)流向東坡移動(dòng)并加強(qiáng)為一個(gè)孤立的MβCS。受冷池的持續(xù)增強(qiáng)、東側(cè)地形的阻擋、兩個(gè)γ中尺度對(duì)流的并入和弱環(huán)境氣流引導(dǎo)的共同影響，MβCS得以較長(zhǎng)時(shí)間維持并影響同一局地區(qū)域，導(dǎo)致綦江、萬盛局地發(fā)生極端短時(shí)強(qiáng)降水。

引 言

強(qiáng)降水在重慶時(shí)有發(fā)生，是當(dāng)?shù)匮雌谥饕臑?zāi)害性天氣之一。大量研究指出，重慶強(qiáng)降水多發(fā)生在有利的天氣尺度背景下，其中包括高原槽(渦)、西南低渦、切變線、低空急流和地面冷鋒等天氣系統(tǒng)，強(qiáng)降水的產(chǎn)生常是多尺度天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果(周國(guó)兵等，2006；王中和陳艷英，2007；劉德等，2012；孫一昕，2012；劉婷婷等，2014；孟曉文等，2017；鄧承之等，2019)。如盧萍等(2014)對(duì)2010年重慶夏季兩次暴雨過程的熱力、動(dòng)力演變進(jìn)行了分析，指出西南渦造成的降水落區(qū)位于低渦中心附近，整個(gè)降水過程雨帶分布與低渦移動(dòng)路徑相一致。鄧承之等(2018)通過個(gè)例研究指出中尺度對(duì)流系統(tǒng)生成并維持于西南渦前部次級(jí)環(huán)流的上升支內(nèi)?？祶沟?2008)指出2007年7月中旬的川渝大暴雨過程是西南渦和高原渦兩個(gè)天氣系統(tǒng)逐步耦合的結(jié)果，副熱帶高壓的西進(jìn)北抬為此次過程提供了有利的水汽輸送條件。

在強(qiáng)降水天氣中，Doswell Ⅲ(2001)將小時(shí)雨量達(dá)到或超過50 mm的強(qiáng)降水事件歸類為極端強(qiáng)對(duì)流天氣，俞小鼎(2013)將1 h雨量≥50 mm或3 h雨量≥100 mm的降水事件定義為極端短時(shí)強(qiáng)降水事件。這類事件形成的暴洪危害極大，尤其是天氣尺度強(qiáng)迫較弱形勢(shì)下的極端短時(shí)強(qiáng)降水事件，突發(fā)性和局地性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度極大，已引起廣泛關(guān)注(徐珺等，2018；曾智琳等，2019；范元月等，2020)。Luo et al(2016)指出2011—2015年中國(guó)大陸5 800次極端小時(shí)強(qiáng)降水的天氣形勢(shì)可劃分為4類，其中弱天氣強(qiáng)迫類極端小時(shí)強(qiáng)降水占39.0%，且主要發(fā)生在中國(guó)東南、華北、西南和東北的東部地區(qū)，而2003—2012年中國(guó)臺(tái)灣的弱天氣強(qiáng)迫天氣形勢(shì)下的極端小時(shí)強(qiáng)降水占9%～13%(Wu et al,2017)。Lin et al(2011)調(diào)查了2005—2008年中國(guó)臺(tái)灣弱天氣強(qiáng)迫天氣形勢(shì)下的暖季雷暴的時(shí)空分布特征，指出有午后雷暴日與無午后雷暴日的地面風(fēng)場(chǎng)、溫度、露點(diǎn)溫度有明顯的日變化。孫繼松等(2006)在分析一次北京局地暴雨過程中指出，在天氣尺度垂直運(yùn)動(dòng)并不利于強(qiáng)降水發(fā)生的背景下，城市和郊區(qū)因下墊面熱力性質(zhì)差異造成的中尺度輻合線對(duì)對(duì)流單體有明顯的組織作用。肖現(xiàn)等(2015)通過數(shù)值模擬研究了兩次處于弱天氣系統(tǒng)強(qiáng)迫和弱層結(jié)背景下的北京風(fēng)暴過程，表明局地冷池和環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的相互配合是造成山上對(duì)流風(fēng)暴是否能夠順利傳播下山的關(guān)鍵機(jī)制。孫靖和程光光(2017)指出在弱天氣尺度環(huán)流影響下，雷暴自身強(qiáng)弱是其下山后強(qiáng)度可否增強(qiáng)的主要因素之一。Wang et al(2018)指出，弱天氣尺度背景下一次發(fā)生在中國(guó)臺(tái)灣西南部的晨間對(duì)流主要是在向岸的西南風(fēng)涌與離岸的陸/山風(fēng)之間觸發(fā)的。

目前對(duì)于重慶地區(qū)弱天氣系統(tǒng)強(qiáng)迫下極端短時(shí)強(qiáng)降水事件的研究，尚不多見。由于這類過程往往無明顯主導(dǎo)天氣尺度或大尺度系統(tǒng)，強(qiáng)降水突發(fā)性和局地性特征明顯，目前對(duì)其的預(yù)報(bào)還存在很大的不確定性(張楠等，2018)，往往容易漏報(bào)。同時(shí)，重慶位于長(zhǎng)江上游，西接四川盆地，東北部雄踞大巴山地，東南部斜貫有巫山、七曜山、大婁山和武陵山等山脈，地形地貌復(fù)雜(圖1)，自然生態(tài)環(huán)境脆弱，突發(fā)性的局地強(qiáng)降水常帶來嚴(yán)重的次生地質(zhì)危害。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)此類降水天氣過程的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)2019年4月19日發(fā)生在重慶局地的極端短時(shí)強(qiáng)降水案例進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)匚磥泶祟愄鞖獾念A(yù)報(bào)提供參考。

圖1 重慶及周邊地區(qū)地形高度Fig.1 Terrain height of Chongqing and its surrounding area

1 天氣實(shí)況概述

2019年4月19日00—12時(shí)(UTC，下同)，重慶出現(xiàn)了一次強(qiáng)降水天氣過程，重慶南部的綦江、萬盛地區(qū)出現(xiàn)了暴雨到大暴雨天氣(圖2紫色方框區(qū)域)，11個(gè)區(qū)域加密自動(dòng)氣象觀測(cè)站的12 h累計(jì)降水量≥100 mm，其中萬盛的銅鼓灘站最大，達(dá)170.7 mm。強(qiáng)降水區(qū)域同時(shí)伴有雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、陣性大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣(圖3)。綦江、萬盛的降水主要發(fā)生在午后，持續(xù)時(shí)間約為6 h(05—11時(shí))，萬盛的南門和銅鼓灘站于09時(shí)發(fā)生了>100 mm·h-1的極端短時(shí)強(qiáng)降水天氣(俞小鼎，2013)，小時(shí)雨強(qiáng)分別高達(dá)109.7 mm·h-1和100.2 mm·h-1。這次極端強(qiáng)降水事件歷時(shí)短、局地性強(qiáng)、突發(fā)性明顯，具有顯著的中小尺度特征。強(qiáng)降水突發(fā)在重慶南部地形復(fù)雜的綦江河谷附近，極端短時(shí)強(qiáng)降水事件發(fā)生后，綦江、萬盛局地出現(xiàn)了山洪地質(zhì)災(zāi)害，造成綦江(1人)、萬盛(4人)共計(jì)5人死亡，6人受傷，給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳柏?cái)產(chǎn)造成了重大損失。

圖2 2019年4月19日00—12時(shí)重慶市地面自動(dòng)氣象站和區(qū)域加密自動(dòng)氣象觀測(cè)站的12 h累計(jì)降水量分布(填色)[紫色圓點(diǎn)為沙坪壩站(SPB)，藍(lán)色三角形依次為江津站(JJ)、綦江站(QJ)和萬盛站(WS)，紫色三角形為永川(YC)雷達(dá)站]Fig.2 The 12 h accumulated precipitation of the conventional meteorology observation stations and dense automatic weather stations in Chongqing from 0000 UTC to 1200 UTC 19 April 2019 (colored)[purple dot and triangle represent Shapingba (SPB) Weather Station and Yongchuan (YC) Radar Station, blue triangle and black abbreviation denote weather stations of Jiangjin (JJ), Qijiang (QJ), and Wansheng (WS), respectively]

圖3 2019年4月19日00—12時(shí)重慶強(qiáng)對(duì)流天氣(地閃:綠色十字和短線;陣性大風(fēng):風(fēng)向桿,單位:m·s-1；最大小時(shí)雨強(qiáng)：圓點(diǎn)，單位:mm·h-1。地閃數(shù)據(jù)來自中國(guó)ADTD*地閃探測(cè)網(wǎng)；陣性大風(fēng)和最大小時(shí)強(qiáng)降水?dāng)?shù)據(jù)來源于地面自動(dòng)氣象站和區(qū)域加密自動(dòng)氣象觀測(cè)站)Fig.3 The convective weather in Chongqing from 0000 UTC to 1200 UTC 19 April 2019(cloud-to-ground lightning flash: green short-line and cross; gale: wind barb, unit: m·s-1； maximum hourly severe rainfall: dot, unit: mm·h-1.The lightning data, gale and the maximum hourly severe rainfall data are from the ADTD lightning network, the conventional meteorology observation station and dense automatic weather station network in China, respectively)

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 環(huán)流背景

極端短時(shí)強(qiáng)降水開始前，19日06時(shí)重慶地區(qū)為“東高西低”的環(huán)流形勢(shì)，500 hPa青藏高原上為寬廣的低壓槽區(qū)，重慶及其以東地區(qū)為弱脊區(qū)(圖4a)，中低層重慶上空均為較弱的偏南風(fēng)，重慶西部位于暖性弱低壓區(qū)，而其東部為高壓脊區(qū)，高壓脊穩(wěn)定且強(qiáng)大，有利于阻礙或延緩上游低值系統(tǒng)東移(圖4b,4c)?？梢?，降水開始前重慶地區(qū)存在天氣尺度的抬升運(yùn)動(dòng)，但由于地面至500 hPa風(fēng)場(chǎng)都較弱、垂直風(fēng)切變很小，天氣尺度的垂直運(yùn)動(dòng)較弱，極端短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在弱天氣尺度系統(tǒng)強(qiáng)迫環(huán)境下。19日06時(shí)貴州北部—重慶南部的可降水量達(dá)到46～48 mm，為季節(jié)性的高值，且存在較明顯的水汽通量輻合和西南—東北走向的水汽舌，利于局地強(qiáng)降水的發(fā)生(圖4d)。

2.2 不穩(wěn)定層結(jié)條件

沙坪壩站的T-logp圖(圖5)表明，19日00時(shí)700 hPa以下為濕層，而500 hPa以上溫度露點(diǎn)差較大(如400 hPa上約為38℃)，垂直方向“上干下濕”的特征顯著，這有利于位勢(shì)不穩(wěn)定的發(fā)展加強(qiáng)(丁一匯，2005；孫明生等，2012；孫繼松等，2014；鄭永光等，2017;雷蕾等，2011)。在降水開始前，19日00時(shí)盡管對(duì)流有效位能(CAPE)數(shù)值不高(134 J·kg-1)，但根據(jù)對(duì)流發(fā)展前的最高氣溫(26.2℃)訂正后的CAPE高達(dá)1 486 J·kg-1(圖5)，“狹長(zhǎng)型”的CAPE形態(tài)有利于強(qiáng)降雨的發(fā)生。19日00時(shí)異常偏強(qiáng)的負(fù)沙氏指數(shù)(-3.3℃)和K指數(shù)(41℃)都表明重慶西部地區(qū)處于顯著的不穩(wěn)定狀態(tài)。雖然對(duì)流層中低層風(fēng)速小，垂直風(fēng)切變?nèi)?，不利于?duì)流的傾斜發(fā)展和傳播，但由于承載層風(fēng)速弱，同樣有利于局地對(duì)流發(fā)展后在源地附近影響更長(zhǎng)時(shí)間。過程開始前，存在一定的對(duì)流抑制能量(CIN為258 J·kg-1)，不利于初始對(duì)流的觸發(fā)。但需要注意的是，重慶綦江、萬盛南部位于云貴高原向四川盆地的過渡帶，由于山坡上抬升的初始?xì)鈮K海拔較高，實(shí)際氣塊抬升需要穿透的阻力較沙坪壩站(海拔高度約為200 m)更小，且降水開始后抬升凝結(jié)高度(LCL)持續(xù)降低，在對(duì)流層低層高濕環(huán)境中，低LCL表明只需要較弱抬升就可以觸發(fā)對(duì)流，有利于對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展(Brooks et al，2003)。

圖5 2019年4月19日03時(shí)沙坪壩站訂正探空曲線(基于00時(shí)沙坪壩探空資料)(藍(lán)色實(shí)線：露點(diǎn)溫度，單位：℃；紅色粗實(shí)線：層結(jié)曲線；黑色實(shí)線：狀態(tài)曲線；藍(lán)色和橙色陰影：CIN和CAPE)Fig.5 The revised sounding of Shapingba Station at 0300 UTC 19 April 2019based on sounding data of Shapingba Station at 0000 UTC 19(blue solid line： dew-point temperature， unit: ℃; red thick solid line： strtification curve; black solid line： condition curve； blue and orange shadings： CIN and CAPE)

3 中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展機(jī)制分析

高強(qiáng)度的降水往往是由中小尺度系統(tǒng)直接產(chǎn)生(鄭永光等，2017)，因此有必要在分析環(huán)流背景的同時(shí)，進(jìn)一步利用精細(xì)化資料對(duì)該過程的中小尺度特征進(jìn)行分析。

3.1 β中尺度對(duì)流系統(tǒng)的演變

根據(jù)Orlanski(1975)的尺度劃分標(biāo)準(zhǔn)、馬禹等(1997)的判別方法，本文將水平尺度在20～200 km，云頂亮溫(TBB)≤-32℃的中尺度對(duì)流云團(tuán)定義為β中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MβCS)。FY-2F衛(wèi)星TBB資料表明(圖6)，19日06時(shí)，綦江—萬盛地區(qū)已經(jīng)新生出一個(gè)孤立對(duì)流云團(tuán)，08時(shí)云團(tuán)加強(qiáng)發(fā)展成一個(gè)圓形的MβCS；09時(shí)MβCS覆蓋面積進(jìn)一步增大，長(zhǎng)軸達(dá)110 km左右，隨后東移減弱消亡。從云團(tuán)發(fā)展演變過程來看，這個(gè)云團(tuán)呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，在整個(gè)過程中TBB均高于-52℃，云蓋較暖。結(jié)合圖2可知，綦江、萬盛南部的極端短時(shí)強(qiáng)降水事件主要發(fā)生在此MβCS發(fā)展加強(qiáng)的過程中。

圖6 2019年4月19日(a)06時(shí)、(b)08時(shí)、(c)09時(shí)和(d)11時(shí)TBB分布(填色表示TBB≤-32℃)Fig.6 The brightness temperature at 0600 UTC (a), 0800 UTC (b), 0900 UTC (c) and 1100 UTC (d) 19 April 2019(TBB≤-32℃ in colored zones)

由宜賓和永川等天氣雷達(dá)(重慶雷達(dá)缺資料)同步組網(wǎng)觀測(cè)得到的組合反射率因子拼圖顯示(圖7)，19日03:42—04:00，江津、綦江以南的谷地產(chǎn)生了γ中尺度對(duì)流單體A、B和C。在緩慢下山過程中，單體A和C減弱消散，B略微加強(qiáng)。05:24，綦江河谷中又新生對(duì)流單體D、E和F，隨后它們加強(qiáng)組織成帶狀對(duì)流G，G在06:06發(fā)展為“弓”形后減弱分裂，在此期間單體B仍在緩慢下山。單體B到達(dá)綦江河谷后迅速增強(qiáng)，隨后向河谷東坡緩慢移動(dòng)且加劇發(fā)展，逐漸形成了MβCS。該單體在07:18反射率因子由低到高向東南傾斜，開始出現(xiàn)弱回波區(qū)和其上的懸垂回波結(jié)構(gòu)(圖8a)，該單體進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)暴階段。05:48和07:42各有一個(gè)孤立的γ中尺度對(duì)流單體H和I在高海拔地區(qū)新生，在北移或下山過程中增強(qiáng)后，它們又分別于07:30和08:42并入雷暴B，東北—西南向的帶狀雷暴B得以維持。07:30—08:48有界弱回波區(qū)結(jié)構(gòu)清晰(圖8b,8c)，在此期間徑向速度圖上出現(xiàn)了β中尺度輻合線(王福俠等，2014)，如:08:22，2.4°仰角徑向速度圖在綦江河谷東側(cè)山坡上顯示了徑向速度輻合(圖9a紫色方框區(qū)域), 并出現(xiàn)了較大的負(fù)速度中心，6.0°仰角徑向速度顯示了較強(qiáng)的風(fēng)暴頂輻散(圖9b)，β中尺度輻合線的形狀和位置與強(qiáng)降水回波帶非常吻合(圖7，圖9a)，08:48萬盛南門站和銅鼓灘站附近最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz，雷暴B發(fā)展強(qiáng)盛。直至09時(shí)，雷暴B的東段一直穩(wěn)定位于極端強(qiáng)降水區(qū)上空，09時(shí)萬盛地區(qū)產(chǎn)生了極端短時(shí)強(qiáng)降水，南門和銅鼓灘站小時(shí)雨強(qiáng)分別高達(dá)109.7 mm·h-1和100.2 mm·h-1，08—09時(shí)，分鐘雨強(qiáng)分別為4.3 mm·min-1和3.7 mm·min-1(圖10)。雷暴B在發(fā)展成熟后，其垂直剖面顯示該風(fēng)暴單體的有界弱回波區(qū)結(jié)構(gòu)消失(圖8d)，在高層偏西風(fēng)的引導(dǎo)下東移，其主體于10:42移出重慶，隨后減弱消亡，降水停歇。垂直反射率因子剖面圖表明(圖8)，雷暴B是伴有有界弱回波區(qū)和懸垂回波結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜止強(qiáng)風(fēng)暴，有利于局地強(qiáng)降水的發(fā)生，甚至可能出現(xiàn)冰雹，但并未收到冰雹的觀測(cè)報(bào)告。

圖7 2019年4月19日(a)03:42、(b)04:00、(c)05:06、(d)05:24、(e)05:48、(f)06:06、(g)06:30、(h)06:48、(i)07:12、(j)07:30、(k)07:42、(l)08:12、(m)08:42、(n)08:48、(o)09:00和(p)10:42的雷達(dá)組合反射率演變(填色)(黑色三角形和圓點(diǎn)分別表示萬盛的南門、銅鼓灘地面加密氣象觀測(cè)站)Fig.7 Evolution of composite radar reflectivity mosaic (colored) at (a) 0342, (b) 0400 UTC, (c) 0506 UTC, (d) 0524 UTC, (e) 0548 UTC, (f) 0606 UTC, (g) 0630 UTC, (h) 0648 UTC, (i) 0712 UTC, (j) 0730 UTC, (k) 0742 UTC, (l) 0812 UTC, (m) 0842 UTC, (n) 0848 UTC, (o) 0900 UTC and (p) 1042 UTC 19 April 2019(Black dots and triangles indicate Nanmen and Tonggutan automatic weather stations in Wansheng)

圖8 2019年4月19日(a)07:18、(b)07:30、(c)08:48和(d)09:30沿著左側(cè)經(jīng)過雷暴B的紅線的永川雷達(dá)反射率因子剖面(填色，單位：dBz)Fig.8 The Yongchuan radar reflectivity mosaic profile along the left red lines through thunderstorm B (colored, unit: dBz) at (a) 0718 UTC, (b) 0730 UTC, (c) 0848 UTC and (d) 0930 UTC 19 April 2019

圖9 2019年4月19日08:22(a)2.4°和(b)6.0°仰角永川雷達(dá)基本徑向速度(填色)Fig.9 The base velocity (colored) at (a) 2.4° and (b) 6.0° from Yongchuan Radar at 0822 UTC 19 April 2019

圖10 2019年4月19日南門、銅鼓灘地面加密氣象觀測(cè)站(a)01時(shí)至20日00時(shí)逐時(shí)雨量和(b)08—09時(shí)逐分鐘雨量Fig.10 (a) Hourly rainfall from 0100 UTC 19 to 0000 UTC 20, and (b) minutely rainfall from 0800 UTC to 0900 UTC 19 April 2019 at Nanmen and Tonggutan automatic weather stations

綜上所述，初始對(duì)流在綦江南側(cè)的高海拔谷地附近被觸發(fā)，在其北移下坡過程中，大部分對(duì)流消散，同時(shí)又有多個(gè)γ中尺度對(duì)流在綦江河谷中新生，且發(fā)展為“弓”狀對(duì)流后減弱消散。然而綦江河谷南坡上的對(duì)流B北移下山加強(qiáng)，并在向綦江河谷東側(cè)山坡移動(dòng)的過程中發(fā)展為孤立的MβCS，隨后有兩個(gè)在高海拔地帶新生且向北移動(dòng)加強(qiáng)的γ中尺度對(duì)流先后并入其中，MβCS得以在綦江河谷東坡上維持2 h以上，造成了綦江、萬盛南部局地的極端短時(shí)強(qiáng)降水。

3.2 β中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展機(jī)制分析

重慶江津、綦江、萬盛等地及與其相鄰的貴州習(xí)水縣位于云貴高原向四川盆地的過渡地帶，地勢(shì)南高北低，以山地為主，多小尺度地形，其間分布有習(xí)水河和綦江河(圖11a)。從整體上來看，習(xí)水河谷較綦江河谷位置偏南且海拔高0.4 km左右，綦江河谷西側(cè)和南側(cè)山脈高大連綿，而東側(cè)山脈低矮且不連續(xù)，此次強(qiáng)降水主要分布在綦江河谷及其周圍坡地上。

19日04時(shí)，在江津、綦江、萬盛南部的高位溫區(qū)有γ中尺度對(duì)流單體新生(圖略)。05時(shí)，綦江河谷南坡上轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)(圖11i)，單體B逐漸北移下坡并加強(qiáng)發(fā)展，當(dāng)?shù)亻_始有弱降水產(chǎn)生(圖11c)，且出現(xiàn)了4℃以上的降溫(圖略)，這導(dǎo)致綦江河谷南坡上形成一個(gè)弱的冷空氣堆(圖11j)，即冷池(Weckwerth and Parsons,2006)。斜坡地形使得弱冷池出流加速北下，并與偏北氣流間有地面輻合線生成(圖11j)，在其附近觸發(fā)多個(gè) γ中尺度對(duì)流單體D、E和F(圖7)，這些單體呈西北—東南向排列，并于06時(shí)組織發(fā)展為向北凸出的“弓”狀對(duì)流G，對(duì)流G很快分裂減弱，但對(duì)流G產(chǎn)生的降水導(dǎo)致綦江北部冷池范圍南擴(kuò)，此時(shí)江津、綦江及萬盛等地的位溫呈“鞍型”分布(圖11j)，習(xí)水河谷西側(cè)山體和萬盛東部區(qū)域的位溫較高，對(duì)流單體H于06時(shí)在習(xí)水河谷西側(cè)的高位溫山區(qū)內(nèi)被觸發(fā)。

圖11 2019年4月19日(a)00—12時(shí)重慶偏南地區(qū)12 h站點(diǎn)累計(jì)降水量(圓點(diǎn)，單位：mm)；(b)圖11a中兩個(gè)代表站A8154和A7494的逐時(shí)溫度(折線，單位：℃)和風(fēng)力(風(fēng)向桿，單位：m·s-1)；(c～h)06—11時(shí)逐時(shí)降水量(圓點(diǎn)，單位：mm·h-1)；(i～n)05—10時(shí)逐時(shí)位溫(填色)、相對(duì)濕度(等值線，單位：%)和地面觀測(cè)站風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿，單位：m·s-1)(圖11j～11n中棕色粗虛線為地面中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合線；圖11a、圖11c～11h中陰影為地形)Fig.11 (a) Distribution of 12 h accumulated rainfall amount at stations in southern Chongqing from 0000 UTC to 1200 UTC 19 (dot, unit: mm); (b) hourly temperature (polyline, unit: ℃) and surface wind (wind barb, unit: m·s-1) of two representative stations A8154 and A7494 shown in Fig.11a; (c-h) hourly rain (dot, unit: mm·h-1) from 0600 UTC to 1100 UTC 19;(i-n) potential temperature (colored), surface relative humidity (contour, unit: %), surface wind filed (wind barb, unit: m·s-1) and the mesoscale convergence lines of surface wind field (brown bold dashed line) from 0500 UTC to 1000 UTC 19 April 2019(In Figs.11a and 11c-11h, the shadings are terrain height)

09時(shí)后地面冷池進(jìn)一步加強(qiáng)(圖11m,11n)，隨著極端短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生(圖11g,11h)、不穩(wěn)定能量的釋放和邊界層風(fēng)垂直切變的減小，雷暴在發(fā)展成熟后，整體向東移出重慶并逐漸減弱(Weisman and Klemp，1982；肖現(xiàn)等，2015)。

地面中尺度輻合線與強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切(Mueller et al，1993；Wilson and Mueller，1993；李青春等，2011；王從梅等，2018)。此次過程中地面中尺度輻合線呈東北—西南走向和緩慢向東南移動(dòng)的趨勢(shì)，生命史約為5 h。上述分析表明雷暴B的位置、形態(tài)和持續(xù)時(shí)間與地面中尺度輻合線基本吻合。下面以圖11a所示的兩個(gè)站點(diǎn)A7487和A7494來分析地面中尺度輻合線的形成及演變情況。A7487站位于A7494站的西北方，兩者相距約4 km，降水開始前，19日02—04時(shí)這兩個(gè)測(cè)站都盛行偏南風(fēng)(圖12)，受綦江北部弱降水導(dǎo)致的冷池南下影響(圖11i)，A7487站于05時(shí)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，它與A7494站之間開始有地面中尺度輻合線形成，盡管此時(shí)這兩站的風(fēng)速很小，但在對(duì)流層低層高濕的不穩(wěn)定環(huán)境中，輕微的輻合就能觸發(fā)對(duì)流，06時(shí)A7487站已有降水產(chǎn)生(圖11c)，07時(shí)A7494站風(fēng)速明顯加強(qiáng)，增強(qiáng)的輻合導(dǎo)致了08時(shí)出現(xiàn)大于等于50 mm·h-1的極端強(qiáng)降水(圖11e)。地面中尺度輻合線維持了3 h后(圖12)，19日08時(shí)A7487站由偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，隨著冷池進(jìn)一步南擴(kuò)，A7494站由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為了偏北風(fēng)，這促使了地面中尺度輻合線向東向南移動(dòng)(圖11m,11n)。

圖12 2019年4月19日01—11時(shí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站A7487和A7494的逐時(shí)風(fēng)力(風(fēng)向桿，單位：m·s-1)時(shí)間序列(灰色陰影表示這兩個(gè)測(cè)站間地面中尺度輻合線存在的時(shí)段)Fig.12 Hourly surface wind (wind barbs, unit: m·s-1) of A7487 and A7494 automatic weather stations from 0100 UTC to 1100 UTC 19 April 2019 (Gray shadow indicates the period of time with the surface mesoscale convergence line between the two stations)

4 結(jié)論與討論

利用常規(guī)觀測(cè)、地面加密自動(dòng)站、多普勒雷達(dá)、FY-2F衛(wèi)星等數(shù)據(jù)，結(jié)合ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析資料，對(duì)2019年4月19日00—12時(shí)重慶局地極端短時(shí)強(qiáng)降水事件進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

(1)這次次極端強(qiáng)降水事件歷時(shí)短、局地性強(qiáng)、突發(fā)性明顯，具有顯著的中尺度特征。

(2)盡管這次過程天氣尺度的垂直運(yùn)動(dòng)弱，但重慶偏南地區(qū)水汽通量有較明顯的輻合且可降水量達(dá)到季節(jié)性高值，水汽條件充足?！吧细上聺瘛钡臐穸忍卣骼诖髿獠环€(wěn)定層結(jié)的增強(qiáng)與維持。

(3)這次次極端短時(shí)強(qiáng)降水事件發(fā)生在云貴高原與四川盆地過渡地帶的綦江河谷附近，地形條件復(fù)雜，綦江河谷三面環(huán)山，河谷附近地勢(shì)由西南向東北傾斜。在充足的熱力條件下，γ中尺度對(duì)流在河谷南側(cè)高海拔谷地生成并北移下山發(fā)展，其產(chǎn)生的較強(qiáng)降水導(dǎo)致綦江河谷南坡逐漸形成較強(qiáng)的冷池。河谷冷池與其東坡暖區(qū)間的強(qiáng)水平溫度梯度，有利于近地面西南風(fēng)增速并在東側(cè)山坡前輻合抬升，促使對(duì)流向河谷東坡移動(dòng)且快速發(fā)展為一個(gè)孤立的MβCS。

(4)在近地面中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合線的組織作用下，MβCS先后與兩個(gè)在高海拔地帶新生且下山增強(qiáng)的γ中尺度對(duì)流合并，河谷內(nèi)冷池持續(xù)增強(qiáng)導(dǎo)致近地面西南氣流持續(xù)增速，在東側(cè)山體的阻擋和高空弱引導(dǎo)氣流作用下，中尺度對(duì)流系統(tǒng)得以在綦江河谷東坡上維持2 h以上，造成了綦江、萬盛局地的極端短時(shí)強(qiáng)降水。

復(fù)雜地形下，常規(guī)的高低空天氣分析圖上很難捕捉到中小尺度雷暴發(fā)生發(fā)展的詳細(xì)過程。根據(jù)已有的觀測(cè)結(jié)果，在對(duì)流不穩(wěn)定條件下，我們推測(cè)高海拔地帶的多個(gè)新生對(duì)流可能是因山地的熱力不穩(wěn)定而觸發(fā)。此過程的中尺度特征明顯，較低分辨率的全球模式對(duì)這類降水的預(yù)報(bào)能力有限，在今后的日常業(yè)務(wù)工作中，對(duì)此類強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)員應(yīng)特別關(guān)注地形復(fù)雜地區(qū)的局地中尺度環(huán)流以及局地地形影響。考慮到這種中小尺度對(duì)流發(fā)展機(jī)理的困難程度，將來有必要開展高分辨率數(shù)值模擬試驗(yàn)，更進(jìn)一步驗(yàn)證和探索此過程的發(fā)生發(fā)展物理機(jī)制。