摘要：2021年8月7—8日，四川盆地中東部出現(xiàn)大暴雨、局地特大暴雨，是重慶2021年度社會影響最大的一次暴雨過程。采用多源觀測及ERA5再分析資料，對此次大暴雨過程進行診斷分析。結果表明：大暴雨發(fā)生在低槽移入四川盆地誘發(fā)暖性西南低渦背景下，具有顯著的階段性、跳躍性和極端性特征。大暴雨先后形成于西南低渦中心東南部、西南低渦東側和西南低渦南側暖濕的邊界層輻合線附近。各階段大暴雨均由移動緩慢、維持時間達3～6 h 的β中尺度對流系統(tǒng)影響形成，暖濕不穩(wěn)定和弱垂直風切變?yōu)棣轮谐叨葘α飨到y(tǒng)的形成提供了有利的環(huán)境條件。渦度分析表明，西南低渦的發(fā)展主要源于低空輻合及垂直渦度輸送效應，但暴雨區(qū)的正渦度發(fā)展與西南低渦并不完全相同，水平渦度傾側效應較為顯著。第一階段暴雨區(qū)正渦度主要源于對流層中低層西南低渦中心附近顯著的低空輻合、渦度垂直輸送及水平渦度傾側效應；第二階段和第三階段暴雨區(qū)正渦度主要源于邊界層輻合及邊界層以上的水平渦度傾側效應，邊界層輻合觸發(fā)暖濕大氣中的中尺度對流活動促進了第二階段和第三階段大暴雨的形成。

關鍵詞：暴雨；暖性西南低渦；中尺度對流系統(tǒng)；四川盆地

中圖法分類號： P458.1+21.1" 文獻標志碼： A"" DOI：10.12406/byzh.2022-024

Mesoscale analysis on one warm Southwest Vortex rainstorm in the Sichuan basin

DENG Chengzhi， ZHANG Yan， LI Qiang， LUO Juan， LIAO Zhiyi， WU Zhengqian，HU Chunmei， LIU Tingting， ZHOU Yingying

（Chongqing Meteorological Observatory， Chongqing 401147）

Abstract： Torrential rain with the greatest social impact in Chongqing in the year of 2021 occurred in the central and eastern parts of Sich- uan basin from August 7 to August 8. Using multi-source observation and ERA5 reanalysis data， the characteristics of mesoscale convective systems during the heavy rain process were analyzed. The heavy rainfall occurred under the background of the warm Southwest Vortex in- duced by the trough moving into the Sichuan basin， and had evident characteristics of stages， bounds， and extremes. The heavy rainfall formed successively in the southeast of the Southwest Vortex center and near the boundary layer convergence line in the east and south of the Southwest Vortex. The heavy rainfall of each stage was produced by mesoscale-β convective systems which moved slowly and maintained for 3～6 h. Warm and humid instability and weak vertical wind shear provided favorable environment for the development of mesoscale convec- tive systems. Vorticity analysis showed that the development of the Southwest Vortex was mainly due to the low-level convergence and verti- cal vorticity transport. However， the development of positive vorticity in the rainstorm area was not exactly the same as that of the Southwest Vortex， and the horizontal vorticity tilting effect was relatively significant. The positive vorticity of the heavy rainstorm area in the first stage was mainly due to the significant low-level convergence， vertical vorticity transport， and horizontal vorticity tilting effect near the Southwest Vortex center in the middle and low level troposphere. The positive vorticity of the heavy rainstorm area in the second and third stages were mainly due to the horizontal vorticity tilting effect above the boundary layer and the convergence in the boundary layer. The boundary conver- gence triggered mesoscale convective activities in the warm and humid atmosphere， which promoted the heavy rain in the second and the third stages.

Key words： Sichuan Basin; warm Southwest Vortex; rainstorm; mesoscale convective system

引言

西南低渦是青藏高原特殊地形和一定環(huán)流條件下發(fā)生于西南地區(qū)（100°—108°E，26°—33°N）700 hPa或850 hPa等壓面上的氣旋性環(huán)流或有閉合等高線的α中尺度渦旋，也是影響西南地區(qū)暴雨的重要天氣系統(tǒng)（朱乾根等，2000；李國平和陳佳，2018；Liu et al.，2018；李國平，2021；Ma et al.，2021）。西南低渦造成的暴雨天氣的強度、頻數(shù)和范圍僅次于臺風，我國歷史上許多罕見特大暴雨洪澇災害都與西南低渦活動密切相關（陳忠明等，2003；宗志平和張小玲，2005；趙思雄和傅慎明，2007；高正旭等，2009；何光碧，2012；鄧承之等，2021）。西南低渦及其對流系統(tǒng)的東傳也有利于下游地區(qū)氣旋和對流的發(fā)展（Zhang et al.，2018）。

西南低渦在不同發(fā)展階段的結構是不同的。典型西南低渦在其初生階段是一個暖性淺薄天氣系統(tǒng)，成熟階段強烈發(fā)展的西南低渦是一個深厚的暖濕低壓系統(tǒng)，減弱階段的西南低渦是一個斜壓淺薄系統(tǒng)，對流層低層低渦轉變?yōu)槔湫越Y構（陳忠明等，1998）。高原東移對流系統(tǒng)產(chǎn)生的非絕熱加熱導致位勢高度異常，也有利于強降雨和西南低渦的發(fā)展（Fu et al.，2019；Zhao et al.，2021）。移出源地向東傳播的西南低渦的垂直速度、渦度、散度等較準靜止的西南低渦更強（Lu et al.，2020）。移出源地發(fā)展的西南低渦溫濕場和垂直流場呈非對稱分布，低渦前部為暖平流、后部為冷平流，具有斜壓系統(tǒng)特征（丁治英和呂君寧，1991；韋統(tǒng)健和薛建軍，1996；Cheng et al.，2015）。渦區(qū)內(nèi)的冷暖平流及降雨凝結潛熱對西南低渦的形成和維持有重要影響（Li et al.，2017；高篤鳴等，2018；郁淑華等，2021；Zhai et al.，2021）。西南低渦前部暖濕平流、后部干冷平流的協(xié)同作用不僅有利于西南低渦的運動，而且有利于維持完整的氣旋性環(huán)流（Chen and Li，2022）。西南低渦強降水的強度、落區(qū)也與低渦的熱動力特征有密切關系。在西南低渦的早期研究中，將距離鋒區(qū)較遠、形成于暖區(qū)內(nèi)的西南低渦稱為暖性西南低渦（盧敬華，1988；李國平等，1991）。在深厚西南低渦形成的四川盆地暖季夜間強降水中，呈垂直分布的西南低渦比向北傾斜、具有弱斜壓性質的西南低渦降水更強（Feng et al.，2016）。屠妮妮等（2012）通過模式邊界溫度增減試驗模擬冷暖空氣入侵對西南低渦的影響，發(fā)現(xiàn)增加模式北邊界溫度將使得西南低渦和降水落區(qū)偏南，雨強和范圍增大。韓林君和白愛娟（2019）對比四川盆地內(nèi)不同區(qū)域西南低渦的降水特征發(fā)現(xiàn)，在無冷空氣入侵的情況下，西南低渦降水位置偏南。

李躍清和徐祥德（2016）指出，西南低渦及其影響的研究和預報是天氣學領域的重點和難點，其降雨的時空分布及云系、雨團演變等具有顯著的區(qū)域特征。在業(yè)務預報中，初生和發(fā)展階段的暖性西南低渦暴雨的預報不確定性及難度更大。2021年8月7—8日，四川盆地出現(xiàn)一次暖性西南低渦影響下的大暴雨天氣，造成重慶及四川東北部多地出現(xiàn)暴雨洪澇災害，是重慶地區(qū)2021年度社會影響最大的一次暴雨過程。因此，有必要對此次西南低渦暴雨天氣的環(huán)流成因及中尺度特征開展分析，以期為此類西南低渦暴雨天氣的理解和預報提供參考。

1資料與方法

1.1資料說明

采用的資料包括：（1）由國家氣象信息中心提供的地面自動站數(shù)據(jù)，用于分析降水演變和地面輻合特征。（2）由歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）提供的 ERA5全球逐小時再分析數(shù)據(jù)，時間段為2021年8月7日08時—9日08時，空間分辨率為0.25°×0.25°，垂直

37層，用于分析環(huán)流背景和主要影響系統(tǒng)特征。（3）由國家氣象信息中心提供的沙坪壩站和達州站探空數(shù)據(jù)，用于分析大氣環(huán)境特征。（4）由國家衛(wèi)星氣象中心提供的 FY-2F衛(wèi)星TBB資料和由重慶市氣象局提供的永川、萬州、重慶多普勒天氣雷達逐6 min體掃資料，用于分析對流系統(tǒng)的演變。

1.2研究方法

西南低渦的判定采取以下標準：700 hPa等壓面上生成于西南地區(qū)（100°—108°E，26°—33°N）、連續(xù)出現(xiàn)兩個以上時次且有閉合等高線的中尺度低壓系統(tǒng)（朱乾根等，2000；李國平和陳佳，2018；李國平，2021）。

分析大氣環(huán)境特征時，使用了對流有效位能 CAPE、K指數(shù)和 SI指數(shù)等物理量。其中，CAPE （ECAP）為氣塊在給定環(huán)境中上升時熱浮力的垂直積分，代表氣塊作加速垂直運動時的不穩(wěn)定能量，不穩(wěn)定能量越大，氣塊可能產(chǎn)生的上升速度越大而對流性天氣越強（李耀東等，1998；朱乾根等，2000；章麗娜等，2016）。K 指數(shù)（K）側重反映對流層中低層溫濕分布對穩(wěn)定度的影響，K值越大，越不穩(wěn)定（孫繼松等，2014）。SI指數(shù)可以定性的判斷對流層中層（850—500 hPa）是否存在熱力不穩(wěn)定層結，SI指數(shù)（Is）小于零，表示層結不穩(wěn)定（孫繼松等，2014）。上述物理量計算方法如下：

其中，Rd 為干空氣的氣體常數(shù)，pEL為平衡高度，pLFC為自由對流高度，Tv 和 v 分別為氣塊和環(huán)境的虛溫。T500指500 hPa實際溫度，Ts 指氣塊從850 hPa開始沿干絕熱線上升到凝結高度，再沿濕絕熱線抬升到500 hPa的溫度，T850為850 hPa溫度，Td850為850 hPa露點溫度，（T-Td）700為700 hPa溫度露點差。

采用渦度方程診斷分析西南低渦系統(tǒng)的演變特征（張元春等，2012；趙宇等，2013；肖遞祥等，2016）。西南低渦是中尺度系統(tǒng)，但在零級近似下，靜力方程仍成立（盧敬華和李雙林，1990）。不考慮摩擦和積云對渦度的垂直輸送效應，p坐標系中的渦度方程為

上式中，ζ為相對渦度，ζa 為絕對渦度，u ，v ，ω分別為 p 坐標下的水平及垂直速度，D 為水平散度。ζh 為絕對渦度平流項，是由絕對渦度的水平分布不均引起的；ζv 為渦度的垂直輸送項，代表非均勻渦度場中，由于垂直運動引起的渦度局地變化；ζd 為散度項，表示由于水平輻合（輻散）引起垂直渦度的增加（減?。沪芻 為傾側項，表示當有水平渦度存在時，由于垂直運動的水平分布不均而引起渦度垂直分量的變化。方程右邊四項的累加代表了相對渦度的局地變化。

2暴雨概況

2021年8月7日08時—9日08時（北京時，下同），重慶及四川東北部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，局地特大暴雨。重慶及四川境內(nèi)共有61個雨量站超過250 mm，640個雨量站超過100 mm，2011個雨量站超過50 mm 。重慶境內(nèi)最大累計雨量265 mm，最大小時雨量85.9 mm；四川境內(nèi)最大累計雨量543.2 mm，最大小時雨量193.6 mm 。大暴雨對重慶及四川造成了嚴重影響，多地出現(xiàn)塌方、滑坡、泥石流等災害，多處道路中斷。

暴雨過程的演變具有顯著的階段性和跳躍性特征。主要降水過程可分為三個階段：8月7日08—12時，大暴雨主要出現(xiàn)在四川遂寧及重慶西部的潼南，12時以后迅速減弱（圖1a—b）；8月8日02—14時，大暴雨在四川東北部的大竹、渠縣等地發(fā)展并緩慢移至臨近的重慶東北部的梁平（圖1c—e）；8月8日14—20時，大暴雨在重慶中部的長壽、涪陵等地再次快速發(fā)展，20時以后向南移動（圖1f—h）。暴雨過程中自動站觀測雨量呈現(xiàn)顯著的極端性，重慶涪陵站（國家站）創(chuàng)建站以來的日雨量極值，極值從此次暴雨過程前的117.9 mm 突破至175.2 mm，四川東部的大竹站（國家站）也突破了當?shù)厝沼炅繕O值，大竹站日雨量極值從此前的183.9 mm大幅突破至325.3 mm 。重慶境內(nèi)的潼南、長壽、涪陵、巴南、梁平等多地的區(qū)域自動站日雨量突破了建站以來極值，其中梁平桂花橋水庫、涪陵酒井村、涪陵長益村等多個區(qū)域自動站創(chuàng)建站以來的小時雨量極值。

3環(huán)流形勢和主要天氣系統(tǒng)發(fā)展演變

暴雨發(fā)生在有利的環(huán)流背景下。8月7—8日，200 hPa上高空急流軸位于42°N附近，500 hPa副熱帶高壓（以下簡稱副高）北進并控制貴州、湖南等地，臺風

“盧碧”穿越臺灣海峽逐漸北上。川渝地區(qū)受副高北側的緯向環(huán)流控制，多波動槽東移。

7日08時，500 hPa波動槽東移影響四川盆地，西南低渦在盆地中部形成，700 hPa以下各標準等壓面層均存在低渦環(huán)流，低渦前側有顯著的暖濕舌和低空急流（圖2a）。在西南低渦影響下，7日08—12時四川遂寧及重慶潼南等地出現(xiàn)大暴雨。8日02—14時，500 hPa波動槽東移，西南低渦仍維持于盆地中部，但低渦前側暖切變線延伸至盆地東北部（圖2b）。在低渦暖切變線南側存在暖濕的邊界層輻合線，其附近的四川大竹和重慶梁平等地出現(xiàn)大暴雨。8日14時之后，500 hPa再次有高原波動槽東移影響川渝地區(qū)，西南低渦東移至盆地東北部后南移，低空急流及暖濕舌維持，低渦南側暖濕區(qū)有邊界層輻合線發(fā)展。在低渦及其南側邊界層輻合線的影響下，8日14—20時重慶中部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨。

盧敬華（1988）、李國平等（1991）將形成于暖區(qū)內(nèi)的西南低渦稱為暖性西南低渦。由前述分析可知，此次暴雨期間西南低渦在700 hPa上位于高相當位溫形成的暖濕舌內(nèi)，低渦前部西南急流顯著，而后部偏北風較弱。850 hPa溫度平流也表明（圖3），西南低渦的東南象限與東北象限維持顯著的暖平流，而低渦的西北象限與西南象限僅存在分散的弱冷平流，四川盆地以北無顯著冷鋒南下影響渦區(qū)，這表明了此次暴雨期間西南低渦的暖性特征。需要注意的是，在西南低渦外圍的秦嶺-大巴山系及武陵山系一帶，存在與山脈走向接近平行的冷平流區(qū)，其出現(xiàn)可能與山脈對氣溫分布的影響有關。

暴雨期間西南低渦的移動路徑如圖4a所示，7日08時開始700 hPa低渦中心北移，850 hPa低渦中心在擺動的同時逐漸北移，8日700 hPa和850 hPa低渦整體上呈現(xiàn)先向東、再向南的移動趨勢。西南低渦的最大渦度經(jīng)歷三段發(fā)展過程，分別為7日上午、8日凌晨和8日下午，如圖4b所示。西南低渦的三次增渦度強過程也對應著三次階段性的強降雨發(fā)展過程，其中西南低渦在第一階段發(fā)展最為顯著。

4環(huán)境條件

從各階段距離大暴雨位置最近的探空觀測來看，7日08時沙坪壩站（圖5a）、7日20時達州站（圖5b）及8日08時沙坪壩站（圖5c）的CAPE均達到1200 J·kg-1以上，K指數(shù)達到40℃以上，SI在-1～-2℃之間，表明暴雨開始前大氣存在顯著的濕不穩(wěn)定層結。925—500 hPa垂直風切變均在10 m·s-1以下，垂直風切變?nèi)酢?00—500 hPa之間風主要維持順轉特征，僅沙坪壩站7日08時和8日20時（圖5d）在900 hPa以下存在一定的逆轉特征，表明對流層中低層以暖平流為主，與暖性西南低渦特征相符。可見，各階段暴雨開始前，暴雨區(qū)附近的大氣具有顯著的暖濕不穩(wěn)定和弱垂直風切變特征，對流層中低層以暖平流為主，有利于中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，為極端強降雨的發(fā)生提供了充足的水汽和能量條件。

5中尺度對流系統(tǒng)演變

從8月7—8日衛(wèi)星云圖TBB演變可以看出，此次

大暴雨過程主要由三個中尺度對流系統(tǒng)（MCS）形成。7日08時西南低渦前側的 MCS-A位于四川中部至重慶西部地區(qū)（圖6a），09—10時發(fā)展加強，云頂亮溫降至-70℃（圖6b）。永川雷達顯示，7日08時四川南充到重慶潼南為逐漸減弱的層狀云回波，但資陽東部和遂寧南部有β中尺度強回波A1和A2生成發(fā)展，A1和 A2逐漸增強并向重慶潼南緩慢移動（圖7a）。10時前后 A1和 A2合并形成回波 A，結構密實，水平尺度約60 km，中心強度接近60 dBz，最大小時雨量達84.7 mm （圖7b）?；夭ˋ呈準靜止狀態(tài)，在潼南境內(nèi)維持約3 h 之后減弱（圖7c）。重慶潼南第一階段大暴雨主要出現(xiàn)在MCS-A 發(fā)展及成熟階段，由準靜止的β中尺度對流單體A形成。

8日凌晨隨著西南低空急流加強，西南低渦東側暖切變線以南有對流云系 MCS-B 形成（圖6c），03時以后發(fā)展為近圓形的中尺度對流云系，云頂亮溫低于-70℃（圖6d）。萬州雷達顯示，四川東北部有分散新生回波發(fā)展合并，8日01時以后在達州西南部的邊界層輻合線附近形成較強的團狀回波 B，至02時回波B水平尺度約40 km左右，中心強度超過60 dBz （圖7d）?；夭?B移動速度緩慢，其西南側不斷有新生對流單體并入，生命史維持達6 h以上（圖7e—f）。受其影響，達州南部持續(xù)出現(xiàn)100 mm以上的小時雨量，最大小時雨量達193.6 mm 。08時后，雷暴 B 逐漸進入北側的層狀云區(qū)。可見，第二階段大暴雨主要出現(xiàn)在西南低渦東側暖切變線以南的中尺度對流系統(tǒng) MCS-B中，由暖區(qū)中生命史較長的β中尺度對流單體形成。

8日14時減弱的對流云系 MCS-B位于重慶中部（圖6e），16時以后MCS-B與四川東移過來的低槽云系合并為 MCS-C，合并后的對流云團迅速增強，云頂亮溫發(fā)展至-75℃以下（圖6f）。重慶雷達顯示，8日13—14時，重慶西部及中部地區(qū)有分散對流單體新生，隨著四川低槽云系東移，形成兩條近乎平行的東北-西南向的對流帶（圖7g）。隨后西側回波帶減弱，東側回波帶 C發(fā)展增強，水平尺度超過100 km，內(nèi)部鑲嵌著多個中心強度超過60 dBz的對流單體（圖7h）。此時重慶中部降水進入強盛階段，涪陵酒井村小時雨量達到85.9 mm。20時以后 MCS-C減弱南壓，強回波主要影響重慶南部（圖7i）?？梢?，第三階段大暴雨主要出現(xiàn)在西南低渦南側的中尺度對流系統(tǒng)MCS-C中，由增強的中尺度強回波帶形成。

從沿著回波移動方向的雷達反射率因子的垂直剖面可以看出（圖8a—c），各階段MCS移動方向的上游均有新生單體形成，并逐漸合并入緩慢移動的 MCS 中，具有一定的后向傳播特征，有利于 MCS的維持和發(fā)展。

6中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展機制

6.1西南低渦及邊界層輻合分析

850 hPa （圖略）和925 hPa （圖9）風、相當位溫及地面6 h降雨量分布表明，7日08時，850 hPa高溫高濕的西南低渦中心位于遂寧附近，925 hPa低渦中心位于重慶西部，低渦中心從925—850 hPa向西北方向傾斜，傾斜發(fā)展的暖濕渦區(qū)產(chǎn)生強烈的上升運動。結合衛(wèi)星及雷達分析可知，850 hPa西南低渦的東南象限，即重慶潼南附近有β中尺度對流系統(tǒng)合并發(fā)展，產(chǎn)生大暴雨（圖9a）。8日02時，西南低渦北移至遂寧以北，低渦東側的850 hPa暖切變線南側、925 hPa暖切變線附近有β中尺度對流系統(tǒng)開始發(fā)展（圖9b）。發(fā)展旺盛的對流系統(tǒng)緩慢移動并維持至8日上午，在低渦925 hPa暖切變線附近的暖濕舌頂端產(chǎn)生了極端強降雨（圖9c）。8日14時，西南低渦東移后南壓，低渦南側的850 hPa偏南暖濕氣流內(nèi)有分散對流發(fā)展，在925 hPa偏西風與東南風形成的輻合線附近合并發(fā)展成百公里以上的β中尺度對流系統(tǒng)，對流系統(tǒng)緩慢移動，在重慶中部地區(qū)再次形成極端性的大暴雨天氣（圖9d）。

可見，第一階段大暴雨形成于傾斜發(fā)展的西南低渦中心東南部，由西南低渦抬升低空暖濕空氣形成；第二階段大暴雨形成于波動槽影響下的西南低渦暖切變線南側，大暴雨位于邊界層輻合線附近和低空暖濕舌頂端，形成后緩慢向東南方向移動；第三階段大暴雨形成于西南低渦南側、低空偏南暖濕氣流內(nèi)的暖濕邊界層輻合線附近。

6.2地面輻合線分析

圖10為依據(jù)地面自動站數(shù)據(jù)繪制的地面流場及相當位溫分布。第一階段暴雨開始時，7日08時（圖10a），重慶西部地區(qū)存在暖濕的地面輻合中心，輻合中心散度低于-14×10-5 s-1。結合前述分析可知，地面至700 hPa形成了向西北方向傾斜的低渦輻合區(qū)。第二階段暴雨期間，8日03時開始（圖10b），達州南部形成暖濕的地面中尺度輻合中心并維持，輻合中心散度低于-10×10-5 s-1，地面至925 hPa維持有利的中尺度輻合和暖濕舌配置。至8日08時（圖10c），達州附近地面輻合逐漸減弱。第三階段暴雨期間，8日14時開始（圖10d），重慶中部維持異常暖濕的地面輻合線，輻合中心散度低于-20×10-5 s-1，地面至925 hPa維持有利的中尺度輻合和高相當位溫條件?？梢?，暴雨與高溫高濕的地面輻合中心或輻合線相伴出現(xiàn)，地面異常暖濕的中尺度輻合對暴雨的觸發(fā)和維持提供了有利的熱動力條件。

6.3相當位溫、渦度及散度特征

暴雨中心附近的降水、風、相當位溫、渦度和散度的垂直分布表明，第一階段（圖11a1—a4）重慶西部潼南區(qū)的暴雨主要發(fā)生在傾斜抬升的暖濕舌附近，低空急流結合高相當位溫的暖濕空氣傾斜向上發(fā)展，西南低渦從低層到高層形成向西北傾斜的正渦度柱，具有顯著的低空輻合、高空輻散特征，暴雨主要由傾斜西南低渦引起的暖濕氣流強烈抬升作用形成。第二階段（圖11b1—b4）發(fā)生在四川東北部的西南低渦暖切變以南的暴雨和第三階段（圖11c1—c4）發(fā)生在重慶中部的暴雨，邊界層內(nèi)異常暖濕特征顯著，雨強也顯著強于第一階段，但基于ERA5資料繪制的正渦度柱和低空輻合特征弱于第一階段。綜上可知，第二階段和第三階段的暴雨與邊界層異常暖濕的大氣環(huán)境和邊界層輻合線的抬升作用有密切聯(lián)系，中尺度對流系統(tǒng)的活動更加顯著。

6.4西南低渦發(fā)展機制

由西南低渦區(qū)域（104.5°—109°E，29°—33°N）平均的散度和相對渦度局地變化演變可以看出（圖12），對流層中低層西南低渦的渦度增長與輻合增強相伴隨，主要分為三個階段，分別對應7日上午、8日凌晨到上午、8日午后三個階段性大暴雨時段，與圖4分析一致。渦度方程右端的各項演變顯示（圖13），低空輻合和正渦度垂直輸送是西南低渦正渦度增長的主要渦源，絕對渦度平流項以負效應為主，傾側項為負效應或弱正效應。可見，西南低渦的發(fā)展主要源于低空輻合及其引起的垂直渦度輸送效應。

但對比暴雨過程中的散度和暴雨落區(qū)分布可知，西南低渦的低空輻合范圍顯著大于實際發(fā)生的暴雨范圍，區(qū)域平均的渦度方程分析對邊界層內(nèi)尺度更小的輻合輻散特征表現(xiàn)不足。結合前述分析，高溫高濕的邊界層輻合與中尺度對流及暴雨的發(fā)生發(fā)展密切相關，因此為了更好的表征邊界層輻合及其作用，分別選取各暴雨階段的代表站開展渦度分析。

由各階段大暴雨中心附近的代表站重慶潼南站（圖14）、四川大竹站（圖略）及重慶涪陵站（圖略）的渦度方程右端各項可以看出，在第一階段暴雨期間（7日08—12時），潼南站附近正渦度的快速發(fā)展主要源于對流層中低層的渦度垂直輸送項、散度項和傾側項。以潼南站為代表的第一階段暴雨區(qū)位于西南低渦中心東南側，具有強烈的中低層輻合、旋轉和垂直上升運動。但第一階段暴雨區(qū)渦度發(fā)展與西南低渦不同的是，水平渦度傾側項的影響增強，表明在強降雨發(fā)生區(qū)域，垂直運動水平分布不均造成的水平渦度傾側效應在暴雨區(qū)正渦度發(fā)展過程中有重要作用。而在第二階段暴雨期間（8日02—14時）和第三階段暴雨期間（8日14—20時），大暴雨開始前，邊界層內(nèi)高溫高濕且輻合顯著，暴雨區(qū)正渦度發(fā)展更多源于900 hPa以下的邊界層輻合和900 hPa以上的渦度傾側項。邊界層輻合和垂直運動的水平分布不均造成的水平渦度傾側效應是暴雨區(qū)附近正渦度的主要制造者，結合前述分析可知，第二和第三階段暴雨的發(fā)展與邊界層輻合線抬升低空暖濕大氣形成的中尺度對流活動關系更加密切。

7結論與討論

采用多源觀測及 ERA5再分析資料，對2021年8月7—8日四川盆地中東部的一次暖性西南低渦大暴雨的環(huán)流背景、中尺度系統(tǒng)的演變特征及熱動力機制進行了診斷分析，得出如下結論：

（1）此次暴雨產(chǎn)生在低槽移入四川盆地誘發(fā)暖性西南低渦背景下。西南低渦形成后，由四川盆地中部緩慢移向盆地北部，次日東移至盆地東北部后逐漸南移。暴雨的演變呈現(xiàn)顯著的階段性、跳躍性和極端性特征。主要暴雨過程分為三個階段：8月7日08—12時四川遂寧及重慶西部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨；8月8日02—14時四川東北部及重慶東北部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，局地特大暴雨；8月8日14時之后重慶中部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，局地特大暴雨。四川及重慶地區(qū)多站創(chuàng)建站以來的日雨量極值和小時雨量極值。

（2）大暴雨先后在西南低渦中心東南部、西南低渦東側和西南低渦南側暖濕的邊界層輻合線附近形成并發(fā)展，各階段大暴雨均由移動緩慢、維持時間達3～6 h的β中尺度對流系統(tǒng)直接影響形成。主要β中尺度對流系統(tǒng)在維持期間具有后向傳播特征，低空偏南暖濕氣流中不斷有對流單體形成后并入，使得β中尺度對流系統(tǒng)維持且移速緩慢，產(chǎn)生由持續(xù)性強降雨形成的中尺度大暴雨區(qū)。

（3）主要β中尺度對流系統(tǒng)均發(fā)生在大氣暖濕不穩(wěn)定和弱垂直風切變條件下，大氣環(huán)境具有中等的 CAPE、高K指數(shù)和負SI指數(shù)特征，對流層中低層以暖平流為主。

（4）渦度分析表明，西南低渦的發(fā)展主要源于低空輻合及其引起的垂直渦度輸送效應，絕對渦度平流項以負效應為主，傾側項為負效應或弱正效應。暴雨區(qū)正渦度的發(fā)展與西南低渦有所不同。第一階段暴雨期間，暴雨區(qū)正渦度主要源于對流層中低層西南低渦中心附近顯著的低空輻合、渦度垂直輸送及水平渦度傾側效應；第二階段和第三階段暴雨期間，暴雨區(qū)正渦度更多源于西南低渦東側或西南低渦南側的邊界層輻合作用，以及與中尺度對流活動有關的邊界層以上的水平渦度傾側效應，邊界層輻合觸發(fā)暖濕大氣中的中尺度對流活動促進了第二階段和第三階段大暴雨的形成及暴雨區(qū)正渦度的發(fā)展。

由于在傳統(tǒng)的渦度理論分析中引入邊界層摩擦效應后的數(shù)學處理困難很多，且忽略了摩擦效應后的渦度分析仍能解釋很多觀測事實，因此在此次暴雨過程的渦度分析中忽略了湍流摩擦效應。但實際上湍流摩擦效應在邊界層內(nèi)特定高度以下仍具有較大影響，且暴雨過程的β中尺度對流特征較為顯著，靜力平衡可能并不滿足，因此采用不考慮摩擦效應的p 坐標系渦度方程開展分析是有其局限性的，需要進一步開展針對中尺度對流系統(tǒng)的熱動力機制分析。

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（責任編輯唐永蘭）