四川盆地東北部地區一次暴雨天氣過程分析

摘要 利用常規天氣觀測資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達、FY-4衛星云圖資料對2022年7月21—22日發生在四川盆地東北部的一次強降雨天氣過程進行了診斷分析。研究表明：（1）貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強后東移，與四川盆地700 hPa、850 hPa切變輻合系統、低空急流配合，共同構成了此次暴雨的大尺度環流形勢，十分有利于暴雨的發生；（2）此次暴雨持續時間短，降雨效率高，低層高比濕、顯著的上升運動、深厚的暖云以及中等偏強且呈狹長分布的對流有效位能是降雨效率高的關鍵原因；（3）低空急流為強降雨區域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運動；（4）物理量指標變化能很好地反映各個階段降雨強度變化，對預報有指示意義；（5）過程中云團的初生、發展、移出與降雨實況對應良好，強降雨期間雷達回波具有明顯的后向傳播和列車效應。

關鍵詞 暴雨；診斷分析；降水效率；低空急流

中圖分類號：P458.1+21.1 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0118-04

Analysis of A Rainstorm Weather Process in Northeast Sichuan Basin

Long Jun-tian et al（Nanchong Key Laboratory for Strong Weather Research in Northeast Sichuan， Nanchong， Sichuan" 637000）

Key words Presented a diagnostic analysis for a heavy rainfall weather process that occurred in the northeastern Sichuan basin on July 21-22， 2022 used conventional weather observation data， 0.25°×0.25°reanalysis data of ERA5， new generation Doppler weather radar， and FY-4 Satellite Data. The study showed that：（1）The Baikal trough and the plateau trough merged and strengthened and then moved eastward， and cooperated with the 700 hPa and 850 hPa shear convergence systems and low-level jet in the Sichuan basin， which together constituted the large-scale circulation situation of the storm and was very favorable to the occurrence of the storm; （2）The duration of the storm was short， the rainfall efficiency was high， the low-level high specific humidity， significant upward motion， deep warm clouds and moderately strong and narrowly The low-level high specific humidity， significant upward motion， deep warm clouds and moderately strong and narrowly distributed convective effective potential energy are the key reasons for the high rainfall efficiency; （3）The rapid low-level flow provides sufficient water vapor and energy for the area of heavy rainfall， as well as significant upward motion; （4）The changes of physical quantity indicators can well reflect the changes of rainfall intensity in each stage， which is indicative for forecasting; （5）The initial generation， development and migration of cloud masses during the process correspond well with the actual rainfall， and the radar echoes during the heavy rainfall have obvious backward propagation and train effect.

Key words Heavy rainfall; Diagnostic analysis; Precipitation efficiency; Low-level jet

暴雨天氣是四川盆地最常見的災害性天氣之一，對四川地區暴雨的研究一直廣受重視，國內外學者對四川盆地暴雨的觸發機制和成因做了大量的研究[1-6]。陶詩言[7]指出：副高西北側大氣層結常常是高能、高濕的，是暴雨的頻發區，中、小尺度天氣系統是造成暴雨的直接天氣系統。肖遞祥等[8]對四川盆地極端暴雨過程的基本特征進行了分析，發現極端暴雨過程具有低層高比濕、整層相對濕度大、暖云層厚、CAPE呈狹長形態等特征，因此，降雨效率高。同時，850 hPa比濕和假相當位溫具有顯著正距平，過程結束后，850 hPa假相當位溫明顯下降。顧青源[9]、周懿[10]等對低空急流在暴雨中的作用進行了研究，提出低空急流為強降雨區域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運動，且具有觸發作用。

盆地東北部處于大巴山暴雨區，因其地形復雜，預報難度一直很大，加之近年盆地東北部極端暴雨天氣多發頻發[11-14]，造成了大量人員傷亡和經濟損失，因此，提高盆地東北部暴雨預報能力具有重要意義。

2022年7月21—22日盆地東北部發生了一次強降雨天氣過程，此次過程總體預報效果較好，降雨實況與預報落區基本一致，但預報的量級偏小。利用常規觀測資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達、FY-4衛星云圖資料從暴雨的成因和物理量變化等方面進行分析，尋找預報偏差原因，以期對盆地東北部暴雨預報提供一定的理論參考。

1 暴雨天氣過程概況

2022年7月21日20：00—7月22日20：00（北京時，下同），盆地東北部出現了1次區域暴雨天氣，暴雨及以上量級降雨落區呈狹長帶狀，主要集中在南充、巴中及達州的北部（圖1）。累計最大降雨量出現在巴中三江，為276.3 mm，最大小時雨強為南充車龍，為70.0 mm，100 mm以上的有161站，其中，15站超過200 mm。此次過程預報落區基本準確，但預報的量級偏小。通過小時與分鐘雨強實況分析得出，強降雨主要集中在夜間，22日00：00～04：00有多站小時雨強超40 mm/h，分鐘雨量最大達5 mm/min，選取三江和車龍2個加密區域自動站小時雨量分析顯示（圖2），最強時段出現在22日01：00～06：00，白天降雨減弱，降雨持續時間較短，短時強降水特征明顯。

2 環流背景分析

暴雨出現在一定的大尺度環流形勢下，分析高空探空實況可知，貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強后東移，與四川盆地700、850 hPa切變輻合系統、低空急流配合，共同構成了此次暴雨的大尺度環流形勢。

過程開始前，21日08：00，200 hPa高空急流位于35°N左右，東亞地區中高緯500 hPa形勢為“兩槽一脊”，西太平洋副高脊線位于24°N左右，西西伯利亞500 hPa低渦引導亞歐大陸中高緯冷空氣南下，中高緯冷平流使貝加爾湖低槽發展并南壓，貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強，并自西向東移動影響四川，深厚的高空槽在東移過程中受到西太平洋副高阻擋而移動緩慢，盆地東北部受副高588線邊緣的西南氣流影響，大氣層結高能高濕。700 hPa盆地存在顯著的西南氣流，在甘肅南部到盆地中部有一切變，切變受高空槽引導南壓。

21日20：00（圖3a），200 hPa南亞高壓脊線在28°N附近，盆地位于南亞高壓東部脊線上、200 hPa高空急流入口區右側，具有反氣旋性切變，高空存在強烈的輻散抽吸作用，有利于強對流的發生與持續；500 hPa高空槽東移至川西高原，槽后為大片顯著降溫區（-0.5～6.3 ℃/24 h），副高588位置基本維持；700 hPa切變已經移至盆地東北部，西南氣流加強為急流，有利于孟加拉灣的水汽持續向四川盆地輸送，盆地東北部位于急流區左前方，有正切變渦度區，低空急流為強降雨區域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運動，且具有觸發作用，對暴雨的持續和降雨效率都非常有利。

850 hPa盆地東北部風場較弱，但存在一定輻合，根據地面實況圖（圖略），此時冷鋒位于秦嶺以北，因此前期降雨為暖區降雨。22日08：00（圖3b），500 hPa高空槽已經東移至四川中部，副高588線略有東退，冷鋒已經影響盆地東北部；低層切變南壓至盆地東北部邊緣，850 hPa盆地東北部風力從夜間的急流強度減弱為顯著氣流。22日20：00，500 hPa高空槽移出盆地東北部，低層轉為偏北風，過程結束。

3 物理量診斷

3.1 探空物理量分析

達州探空分析顯示，21日08：00，大氣層結呈上干下濕，垂直風切變較小。500 hPa與850 hPa之間的假相當位溫差為-13.4 ℃，θse850達到81.3 ℃，大氣層結不穩定度大。21日20：00，濕度明顯增加，濕層更為深厚，LCL高度較低（0.9 km），而零度層高度達到5.5 km，暖云云層厚度達4.7 km左右。SI指數由前一時次的1.84轉為-1.67，K指數由35.4轉為39，CAPE值由137.9 J/kg轉為1 662 J/kg，屬于中等偏強，且呈狹長形。

22日08：00，濕層高度達到400 hPa左右，其他物理量基本維持。因此，過程前和過程中的探空條件十分有利于暴雨的出現，并且深厚的暖云和中等偏強且呈狹長分布的對流有效位能分布有利于高降雨效率。22日20：00，各物理量迅速變差，層結均趨于穩定，850 hPa假相當位溫明顯下降，降雨結束。

3.2 動力條件分析

圖4是巴中三江的時間垂直剖面圖，21日20：00—22日05：00具有明顯的暖平流特征，近地面為偏東風，低層及以上為西南風，低層風向隨高度發生順時針旋轉，暖平流產生的上升運動會維持和增強降雨。在21日20：00前，雖然700 hPa有偏南急流，但850 hPa風場較弱，各層沒有明顯的上升運動，隨后850 hPa南風逐漸增強成急流，垂直風切變較大，22日00：00左右整個對流層有較強的上升運動，這與850 hPa南風的加強至急流有明顯關系，同一時刻在 400 hPa附近產生了垂直速度強中心，中心強度為-130×10-2 Pa/s。21日22：00—22日09：00都有顯著的上升運動，顯著的上升運動是產生暴雨的必要條件之一，這與該區域小時雨量變化有所對應。

3.3 水汽條件分析

水汽通量表示源地的水汽主要通過大規模的水平氣流被輸送至降雨區，其輸送量的大小用水汽通量表示，單位：g/（cm·s），而比濕可以反映該地空氣中整體的濕氣含量，單位為g/kg。分析850 hPa水汽通量與比濕填圖（圖5）可知，從南海到盆地東北部有明顯的水汽輸送。21日12：00，降雨開始前就已經在南充地區有水汽通量輻合，此時南充和巴中地區850 hPa比濕為12～16 g/kg，濕度條件較好，22日04：00，水汽通量明顯增大，輻合區域覆蓋，850 hPa比濕普遍增加至15～18 g/kg，濕度條件變好明顯。850 hPa濕度條件的變化和850 hPa南風逐漸變強到急流標準有所對應，進一步說明了急流對水汽輸送的作用。分析700 hPa水汽通量與比濕填圖（圖略）可知，南充和巴中地區，700 hPa水汽來自孟加拉灣，整個過程中比濕基本維持在12～14 g/kg，十分有利于暴雨的發生。

顯著的上升運動、低層高比濕、深厚的暖云以及中等偏強且呈狹長分布的對流有效位能分布是此次過程降雨效率的關鍵原因。本次過程中，21日20：00—22日08：00的物理量指標有利于出現強降雨，而實際強降雨主要集中時間段為21日21：00—22日09：00，達州站的物理量指標變化很好地反映了各個階段降雨強度的變化，對預報有指示意義。白天預報時考慮夜間各物理量會有一定改善，但依舊預估不足，各站點地面相對濕度由白天的60%左右，至夜間明顯增大接近100%，低層比濕的增加也超出預期，因此，預報偏小的原因之一便是對低空急流等有利條件改善物理量的作用預估不充分。

4 中小尺度系統分析

4.1 衛星云圖特征

此次過程的環流背景和物理量條件十分有利于中尺度天氣系統的發展。21日21：00（圖6a），受深厚的高空槽影響，甘肅到四川西北部形成了一條NE-SW向的對流云團帶，處于副高邊緣的盆地東北部有本地分散的對流云團初生。與此同時，南充地區開始出現分散降雨，初生時云團強度弱，面積小，隨后迅速發展成結構緊密的β中尺度對流云團。22日00：00（圖6b），已基本覆蓋盆地東北部，并在巴中地區出現TBB低值中心，為-75 ℃，南充和巴中部分地區位于對流云團的TBB高梯度帶，之后3個時次均有超30 mm/h降雨的大片對流雨團維持。22日03：00（圖6c），地面實況圖顯示，此時冷鋒逼近，有利于本地對流云團的發展，云圖上2個β中尺度對流云團進行合并加強，形成了一個近277 km×918 km的α中尺度的對流云團，并在南充地區出現TBB低值中心，為-80 ℃，該區域小時雨強達70 mm，說明強降雨發生在TBB低值中心附近和TBB高梯度帶區域。22日05：00（圖6d），對流云團強度依然較強，但組織結構開始出現松散，強中心不明顯，之后是逐漸減弱并沿引導氣流向東北移動的過程。22日17：00，對流云團基本移出四川，此時降雨趨于結束，在此過程中，云團的初生、發展、移出與降雨實況對應良好。

4.2 雷達回波特征

圖7是南充雷達0.5°仰角回波特征圖，分析可知，此次降雨回波具有對流性特征，回波單體的結構緊密、邊緣清晰，最大回波強度達55 dBz以上。22日03：00，整個回波區出現片絮狀和塊狀相混合的結構，表明此時為層狀云和積狀云混合降雨回波。過程中存在明顯的后向傳播和列車效應，成熟對流單體產生的下沉氣流向外流出抬升，對流單體后部的西南暖濕氣流不斷激發新的對流單體生成，產生了與西南引導氣流相反的后向傳播。由巴中雷達0.5°～2.4°仰角徑向速度圖分析可知（圖略），對流層中低層有暖平流和風場輻合，在22日00：00～05：00反復出現-12～20 m/s的風速極值，此時存在低空急流，有利于強回波發展和高頻次列車效應的產生，造成南充、巴中地區上空反復出現≥50 dBz的對流性降雨回波。在后向傳播和列車效應的作用下，強降雨落區相對穩定。

利用巴中雷達資料，對其反射率因子的垂直剖面（圖8）進行分析可知，強回波主要集中在5 km高度以下，分布在深厚的暖云層，低質心暖云降雨特征明顯，降雨效率較高，這是典型的強降雨回波剖面特征。圖8顯示有強回波接地（55 dBz），說明對流單體已經發展至成熟階段，在b區域有下沉氣流，結合a區域的速度剖面圖（圖略）可知，a區域有強烈的上升運動，存在后側入流急流，有利于對流單體新生。同時，強垂直風切變導致回波垂直結構傾斜，在傾斜結構中，a區域的上升氣流和b區域的下沉氣流不會沖突，使得強上升運動和強回波可以維持，對應小時雨強達65 mm/h。

5 結論與討論

利用常規天氣觀測資料、ERA5的0.25°×0.25°再分析資料、新一代多普勒天氣雷達、FY-4衛星云圖資料對此次暴雨天氣過程進行了診斷分析，得出以下結論：

（1）貝加爾湖低槽和高原低槽合并增強后東移，與四川盆地700、850 hPa切變輻合系統、低空急流配合，共同構成了此次暴雨的大尺度環流形勢而十分有利于暴雨的發生。

（2）此次暴雨持續時間短，降雨效率高，低層高比濕、顯著的上升運動、深厚的暖云以及中等偏強且呈狹長分布的對流有效位能分布是降雨效率高的關鍵原因。

（3）低空急流為強降雨區域提供了充足的水汽和能量，以及顯著的上升運動。

（4）物理量指標變化能很好地反映各個階段降雨強度的變化，對預報有指示意義。

（5）過程中云團的初生、發展、移出與降雨實況對應良好，強降雨期間雷達回波具有明顯的后向傳播和列車效應。

參考文獻

[1] 孫建華，李娟，沈新勇，等.2013年7月四川盆地一次特大暴雨的中尺度系統演變特征[J].氣象，2015，41（5）：533-543.

[2] 肖遞祥，肖丹，周長春，等.低層偏南氣流對一次暴雨過程的動力作用分析和數值模擬[J].氣象，2013，39（3）：281-290.

[3] 羅可生.四川盆地暴雨天氣過程形成的物理機制分析[J].四川氣象，1994（1）： 18-24.

[4] 周長艷，唐信英，鄧彪.一次四川特大暴雨災害降水特征及水汽來源分析[J].高原氣象，2015，34（6）：1636-1647.

[5] 俞小鼎.短時強降水臨近預報的思路與方法[J].暴雨災害，2013，32（3）：202-209.

[6] 喻謙花，呂哲源，李姝霞，等.鄭州“7·20”特大暴雨衛星云圖和雙偏振雷達特征分析[J].氣象與環境科學，2022， 45（2）： 102-111.

[7] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980.

[8] 肖遞祥，楊康權，俞小鼎，等.四川盆地極端暴雨過程基本特征分析[J].氣象， 2017，43（10）：1165-1175.

[9] 顧清源，肖遞祥，黃楚惠，等.低空急流在副高西北側連續性暴雨中的觸發作用[J].氣象，2009，35（4）：59-67.

[10] 周懿，青逸雨，郭云云，等.四川盆地“8·11”暴雨過程中低空急流作用分析[J].高原山地氣象研究，2022，42（1）：51-60.

[11] 李曉容，高青云，付世軍.四川盆地東北部三次持續性暴雨過程水汽輸送特征分析[J].暴雨災害，2020，39（3）：234-240.

[12] 張芳麗，李國平，羅瀟.四川盆地東北部一次突發性暴雨事件的影響系統分析[J].高原氣象，2020，39（2）：321-332.

[13] 高夢醒，肖天貴.基于衛星云圖對四川盆地東北部“9.13”暴雨特征分析[J].成都信息工程大學學報，2016，31（1）： 102-109.

[14] 顧清源，康嵐，徐琳娜.川北兩次特大暴雨天氣過程成因的對比分析[J].氣象科技，2004（1）：29-33.

責任編輯：黃艷飛