四川盆地一次西南渦作用下大暴雨過程的短時(shí)強(qiáng)降水分析

何 躍，李 強(qiáng)，劉伯駿，鄧承之，牟 容

（1.重慶市氣象臺(tái)，重慶 401147；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610000）

持續(xù)性暴雨過程是造成嚴(yán)重洪澇的主要原因[1-3]，例如，1998 年長(zhǎng)江洪澇、2003 年和2007 年江淮流域洪澇。四川盆地內(nèi)也經(jīng)常發(fā)生持續(xù)性暴雨，尤其是西南低渦作用下的強(qiáng)降水頻發(fā)，例如2007年7 月16—18 日、2012 年7 月21—22 日和2013年6月30—7 月1 日。在大的降水過程中起主要作用的是某個(gè)或幾個(gè)時(shí)段內(nèi)的短時(shí)強(qiáng)降水的積累，研究暴雨過程的重點(diǎn)歸結(jié)到對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的分析[4]。

由于短時(shí)強(qiáng)降水往往是由中小尺度系統(tǒng)造成的，發(fā)生發(fā)展十分迅速，局地性較強(qiáng)，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)和時(shí)效的預(yù)報(bào)一直是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的研究主要集中在氣候特征和環(huán)流形勢(shì)分析[5-10]。隨著自動(dòng)站和雷達(dá)等高分辨率觀測(cè)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)許多強(qiáng)降水天氣發(fā)生發(fā)展的機(jī)理研究也不斷深入[11-12]，特別是新一代多普勒天氣雷達(dá)資料的應(yīng)用更使短時(shí)強(qiáng)降水的分析研究和短時(shí)預(yù)報(bào)水平得到提高。

2015 年8 月16—18 日川渝地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性大暴雨天氣過程，這次過程影響范圍廣，降雨強(qiáng)度大，造成川渝兩地多處出現(xiàn)暴雨洪澇災(zāi)害。本文擬采用常規(guī)觀測(cè)、自動(dòng)站、多普勒雷達(dá)及其反演資料等，診斷分析這次大暴雨過程的多尺度系統(tǒng)配置及西南低渦作用下短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征及強(qiáng)降水區(qū)域的局地環(huán)流特征，并與相似西南渦暴雨個(gè)例進(jìn)行對(duì)比，以加深對(duì)四川盆地該類事件的認(rèn)識(shí)。

1 降水實(shí)況

2015 年8 月16 日08：00（北京時(shí)）至8 月18 日20：00（圖1），川渝地區(qū)經(jīng)歷了2015 年最強(qiáng)的一次持續(xù)性大暴雨天氣過程（以下簡(jiǎn)稱“8·17”大暴雨過程）。盆地中部區(qū)域出現(xiàn)大范圍的暴雨到大暴雨天氣，過程雨量50 mm 以上的降水范圍達(dá)11×104km2以上，100 mm 以上降水范圍達(dá)5×104km2。降水集中時(shí)段（16 日20：00—17 日20：00）最大雨量出現(xiàn)在四川省中江市倉(cāng)山站，24 h 雨量達(dá)329.1 mm。過程總雨量也最強(qiáng)，達(dá)472.5 mm。最大小時(shí)雨量出現(xiàn)在重慶市永川區(qū)花橋站，17 日04：00 雨強(qiáng)為106.3 mm·h-1。

圖1 8 月16 日08：00—18 日20：00 四川盆地累計(jì)降水量（單位：mm）

1 h 雨量超過1、5、10 mm 及20 mm 的站數(shù)逐時(shí)序列顯示（圖2），不同強(qiáng)度的降水曲線均呈現(xiàn)“一主多次”的多峰型結(jié)構(gòu)，降水主峰值均出現(xiàn)在17日06：00—08：00，出現(xiàn)時(shí)間非常接近。1 h 雨量≥20 mm 短時(shí)強(qiáng)降水站數(shù)的峰值出現(xiàn)時(shí)間略提前于其他強(qiáng)度降水站數(shù)的峰值出現(xiàn)時(shí)間。前期降水具有明顯晝?nèi)跻箯?qiáng)的特征，17 日05：00 有103 站出現(xiàn)雨量≥20 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水。

圖2 8 月16 日14：00—18 日20：00 不同量級(jí)1 h 雨量的站數(shù)逐時(shí)序列

參考孫修貴等[13]不同閾值雨強(qiáng)的分類和統(tǒng)計(jì)辦法，考慮降水的基本特征和實(shí)際業(yè)務(wù)的需要，分別按照雨強(qiáng)為20～30 mm·h-1、30～50 mm·h-1、≥50 mm·h-13 種情況統(tǒng)計(jì)不同級(jí)別雨強(qiáng)的出現(xiàn)頻數(shù)，并討論它們的空間分布特征。圖3 給出不同閾值雨強(qiáng)出現(xiàn)頻數(shù)的空間分布。雨強(qiáng)為20～30 mm·h-1的站點(diǎn)空間分布范圍廣，覆蓋了四川盆地的大部地區(qū)（圖3a），頻數(shù)以1 次為主，降水頻數(shù)數(shù)值由盆地四周向盆地中部逐漸增大，在遂寧、廣安以及重慶的西部有明顯的大范圍高值區(qū)存在，頻數(shù)達(dá)到3 次及以上。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雨強(qiáng)為30～50 mm·h-1站點(diǎn)分布范圍略小，頻數(shù)空間分布特征大體相似（圖3b）。雨強(qiáng)大于50 mm·h-1頻數(shù)均在3 次以下，站點(diǎn)分布較為分散（圖3c）。同時(shí)，各級(jí)雨強(qiáng)出現(xiàn)頻數(shù)的分布與此次大暴雨過程的降水量分布（圖1）也相似，即本次過程中，總降水量大的地方，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻數(shù)也較大。

2 環(huán)流背景分析

短時(shí)強(qiáng)降水是由中小尺度系統(tǒng)直接引發(fā)的，而中小尺度系統(tǒng)又是在有利的大尺度背景下發(fā)生發(fā)展起來的，因此分析大尺度天氣背景是揭示中小尺度天氣系統(tǒng)演變過程以及短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生原因的基礎(chǔ)。

2015 年8 月17 日02：00—20：00，200 hPa 高空急流在東亞地區(qū)位于35°N 以北，重慶位于急流中心出口區(qū)的南側(cè)，有輻散場(chǎng)與之配合。500 hPa 中高緯環(huán)流經(jīng)向度大，17 日02：00（圖4a），45°N 附近有兩個(gè)低渦存在，一個(gè)位于蒙古高原西部，另一個(gè)位于我國(guó)東北地區(qū)，2 個(gè)低渦之間的蒙古東部受高壓脊控制。蒙古高原西部的低渦底部不斷分裂出小槽沿西風(fēng)帶移至盆地北部，槽后脊前的偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下。17 日02：00（圖4a），700 hPa 和850 hPa在盆地中部到重慶西部有西南低渦生成。17 日08：00 至20：00（圖4b~4d），西南低渦增強(qiáng)后穩(wěn)定維持，低渦南北兩側(cè)冷暖空氣交匯顯著。大暴雨過程中第15 號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鵝”向西北方向移動(dòng)使得副高穩(wěn)定少動(dòng)，西南地區(qū)西風(fēng)槽和西南低渦東移速度減慢，有利于重慶和川東地區(qū)維持“北槽南渦[11]”的形勢(shì)，對(duì)西南低渦和短時(shí)強(qiáng)降水的維持提供了有利的環(huán)流背景。

圖3 2015 年8 月16 日14：00—18 日20：00 四川盆地不同閾值的短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)頻數(shù)分布

圖4 500 hPa高度場(chǎng)（黑色等值線，單位：dagpm）、850 hPa風(fēng)場(chǎng)（紅色風(fēng)羽，單位：m·s-1）

3 短時(shí)強(qiáng)降水的機(jī)制分析

3.1 水汽條件

短時(shí)強(qiáng)降水的形成機(jī)制與高降水率對(duì)應(yīng)，需具備高水汽含量。利用水汽收支方程可估算出此次大暴雨過程中目標(biāo)區(qū)域（100°～110°E，25°～33°N）的水汽收支情況，所用計(jì)算方法參考丁一匯等[14]的研究。水汽收支方程為：

式（1）中a 項(xiàng)為水汽局地變化項(xiàng)，b 項(xiàng)為水汽通量散度項(xiàng)，c 項(xiàng)為水汽垂直輸送項(xiàng)，m 為水汽凝結(jié)量。

水汽收支方程中的各項(xiàng)能直觀地反映出和降水相關(guān)的水汽收支狀況。對(duì)水汽收支方程中左側(cè)的3項(xiàng)進(jìn)行區(qū)域平均可得到該區(qū)域水汽收支各項(xiàng)的垂直分布（圖5）。在大暴雨發(fā)生的整個(gè)過程中，水汽收支主要受水汽通量散度項(xiàng)和局地變化項(xiàng)影響，垂直輸送項(xiàng)作用較小。水汽通量散度項(xiàng)顯示，16 日14：00在850～600 hPa 之間有水汽輻散，850 hPa 以下出現(xiàn)了較明顯的水汽輻合。16 日20：00 至17 日08：00，850 hPa 以下的水汽輻合增強(qiáng)，850～600 hPa 之間由水汽輻散轉(zhuǎn)為水汽輻合，深厚的水汽輻合層一直到達(dá)400 hPa，這一時(shí)段短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)烈發(fā)展。同樣水汽通量散度的垂直分布也表明，發(fā)生強(qiáng)烈短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)段，700 hPa 以下四川盆地均處于水汽的強(qiáng)輻合區(qū)。故對(duì)于暴雨區(qū)，水汽通量散度項(xiàng)在水汽收支方程的三項(xiàng)中貢獻(xiàn)是最顯著的?？梢?，降水發(fā)生期間，水汽通量散度項(xiàng)為短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展提供了主要的水汽條件。

3.2 渦度、散度和垂直速度條件

圖5 2015 年8 月16—18 日不同時(shí)刻區(qū)域平均的水汽收支垂直廓線

圖6 給出了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)平均的渦度、散度、垂直速度的分布圖。短時(shí)強(qiáng)降水開始前（16 日08：00）（圖6a），700 hPa 以下為弱的正渦度，約1×10-5s-1，散度和垂直速度在零值附近擺動(dòng)。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)展階段（16 日20：00，圖6b），輻合略有增強(qiáng)，正渦度向上發(fā)展，600 hPa 附近達(dá)3×10-5s-1。上升運(yùn)動(dòng)顯著發(fā)展，在200 hPa 以上。短時(shí)強(qiáng)降水維持階段（17 日08：00—17 日20：00，圖6c、6d），正渦度進(jìn)一步發(fā)展，17 日20：00，700 hPa 渦度值達(dá)到最大，約5×10-5s-1。散度的垂直分布上，17 日08：00 呈現(xiàn)下輻合上輻散的特征，17 日20：00，該特征有所減弱。上升運(yùn)動(dòng)在17 日08時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，600 hPa 附近的中心值接近-0.6 Pa·s-1。上述分析表明正渦度達(dá)到最大值的時(shí)間滯后于散度和垂直速度達(dá)到最大值的時(shí)間，也滯后于短時(shí)強(qiáng)降水范圍達(dá)到最大的時(shí)間。短時(shí)強(qiáng)降水減弱階段（18 日08：00）（圖6e），正渦度值減小，散度和垂直速度再次回到零值附近。

經(jīng)綜合考慮，初步擬定采用包裹式接頭型式。考慮旁多工程覆蓋層深，地震設(shè)計(jì)烈度高，地處高海拔地區(qū)，一期與二期心墻之間、心墻與過渡料之間、分期施工及蓄水后心墻變形及應(yīng)力條件復(fù)雜。為驗(yàn)證包裹式接頭型式的合理性，選擇合理瀝青砂漿配合比和砂漿厚度等參數(shù)，保證接頭具有良好的適應(yīng)變形能力、抗?jié)B性能、抗震性能等，需開展包裹式接頭型式專項(xiàng)研究。

3.3 螺旋度、風(fēng)場(chǎng)和假相當(dāng)位溫條件

螺旋度是一個(gè)描述環(huán)境風(fēng)場(chǎng)氣流沿運(yùn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的物理參數(shù)，它反映了大氣的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)特征，能夠很好地描述大氣運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和特點(diǎn)[15]，圖7 是沿本次大暴雨中心105.5°E 的垂直螺旋度、風(fēng)場(chǎng)及假相當(dāng)位溫經(jīng)向剖面圖。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)展階段（圖7a），600 hPa 以下30°N 附近垂直螺旋度為100×10-8hPa·s-2，中低層以偏南風(fēng)為主，此時(shí)該地區(qū)上升運(yùn)動(dòng)較弱。02：00—08：00（圖7b、7c）400 hPa 以下中低層的正垂直螺旋度迅速增大，600 hPa 附近垂直螺旋度中心值超過500×10-8hPa·s-2，400 hPa以上負(fù)的垂直螺旋度迅速變小，高空負(fù)值中心低于-200×10-8hPa·s-2，高層的負(fù)中心近乎垂直疊加在低層正中心之上，有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。風(fēng)場(chǎng)垂直剖面上，500 hPa 以下30°～35°N 為偏北風(fēng)，30°N 以南低層以偏南風(fēng)為主，干冷空氣與θse 高值區(qū)的暖濕氣流交匯，促使不穩(wěn)定能量釋放，使得低層θse 高值中心位置略有南壓。在此期間，盆地內(nèi)短時(shí)強(qiáng)降水站數(shù)、強(qiáng)度迅速增加，永川花橋站出現(xiàn)106.3 mm·h-1的過程最大雨強(qiáng)。20：00（圖7d）隨著30°N 附近低層正負(fù)螺旋度的減弱，等值線變得稀疏，垂直上升運(yùn)動(dòng)也趨于減弱，θse 高值區(qū)范圍進(jìn)一步向南收縮，預(yù)示著整個(gè)降水過程減弱。

上述分析表明，螺旋度發(fā)展演變對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水有指示意義，當(dāng)螺旋度等值線密集（稀疏）時(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水加強(qiáng)（減弱）。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，總是伴隨著高（低）空負(fù)（正）垂直螺旋度的耦合。同時(shí)假相當(dāng)位溫也反映了短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)冷空氣和暖濕空氣在四川盆地對(duì)峙的情況。

4 引發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水的局地環(huán)流的中尺度分析

圖6 西南低渦不同階段渦度（紅線，單位：10-5 s-1）、散度（棕線，單位：10-5 s-1）及垂直速度（藍(lán)線，單位：10-3hPa·s-1）的垂直變化

圖7 沿105.5°E 的垂直螺旋度（單位：10-8 hPa·s-2）、風(fēng)場(chǎng)及假相當(dāng)位溫經(jīng)向剖面

本研究所選用的反演方法為Sun 等[16]建立的多普勒天氣雷達(dá)資料四維變分同化方法，劉婷婷等[17]利用重慶雷達(dá)資料比較了反演風(fēng)場(chǎng)與多普勒天氣雷達(dá)徑向速度的一致性。圖8a～8c 為永川花橋站出現(xiàn)最大短時(shí)強(qiáng)降水前（02：22）組合反射率因子與雷達(dá)反演的1.5、3、5 km 水平風(fēng)場(chǎng)（重慶雷達(dá)站海拔高度以上）疊加圖，圖8d 是根據(jù)圖8a～8c 得到的中尺度分析圖，主要分析了輻合線、急流、氣旋性渦旋等中尺度動(dòng)力條件。需要注意的是，雷達(dá)附近，即圖中坐標(biāo)（0，0）附近的風(fēng)場(chǎng)反演由于受到地物回波的影響，一般不可靠。17 日02：22，永川花橋站附近組合反射率因子在45dBZ 以上，中心強(qiáng)度達(dá)到50 dBZ 以上，強(qiáng)回波區(qū)移動(dòng)緩慢。1.5 km（圖8a）和3 km（圖8b）高度上均存在偏東風(fēng)和偏北風(fēng)形成的輻合線，強(qiáng)回波區(qū)主要位于輻合線附近的偏東氣流中?！?·17”過程環(huán)流系統(tǒng)深厚，在1.5 km（圖8a）、3.0 km（圖8b）和5 km（圖8c）高度上均反演出小的氣旋性渦旋[18]，尺度大概在40～50 km。1.5、3 km 和5 km 的渦旋中心分別位于永川花橋站的東南側(cè)、偏北一側(cè)和北側(cè)，3 km 渦旋中心與5 km 的渦旋中心相距大約50 km（圖8d）。在1.5 km 上，除了渦旋東側(cè)顯著的東南風(fēng)急流外，西側(cè)還存在明顯的偏北氣流（圖8d）。

隨后中低層的渦旋中心逐漸向西北方向移動(dòng)，1.5 km 和3.0 km 上，偏北風(fēng)進(jìn)一步增強(qiáng)，并逐漸向東擴(kuò)展，尤其是3 km 上，風(fēng)速進(jìn)一步增強(qiáng)。渦旋發(fā)展的更加完整，對(duì)應(yīng)45～50 dBZ 組合反射率因子范圍有所擴(kuò)大，花橋站的降水強(qiáng)度顯著增強(qiáng)（04：00 雨強(qiáng)為106.3 mm·h-1）。花橋站發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水期間（03：56），45 dBZ 以上的強(qiáng)回波區(qū)主要位于1.5 km（圖9a）上偏東氣流和偏北氣流形成的輻合線附近，3.0 km（圖9b）上有完整的氣旋性渦旋，并且渦旋中心向西北方向移動(dòng)。5 km（圖9c）上渦旋中心位置變化不大，與3 km 的渦旋中心僅相距20～30 km（圖9d），表明渦旋加深，急流加強(qiáng)，為局地強(qiáng)降水的維持提供了動(dòng)力條件。

圖8 8 月17 日02：22 重慶CINRAD/SA 雷達(dá)組合反射率因子與雷達(dá)反演水平風(fēng)場(chǎng)疊加（a，b，c）和中尺度分析（d）

圖9 8 月17 日03：56 重慶CINRAD/SA 雷達(dá)組合反射率因子與雷達(dá)反演水平風(fēng)場(chǎng)疊加（a，b，c）和中尺度分析（d）

5 典型相似大暴雨過程的局地短時(shí)降水對(duì)比分析

5.1 實(shí)況和天氣形勢(shì)對(duì)比分析

為了加深對(duì)四川盆地該類事件的認(rèn)識(shí)，選取了2013 年6 月30 日08：00—7 月1 日08：00 的大暴雨過程進(jìn)行對(duì)比（以下簡(jiǎn)稱“6·30”大暴雨過程）?！?·30”大暴雨主要位于四川遂寧及重慶西部（圖10），四川遂寧的老池站24 h 累計(jì)雨量達(dá)510.9 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在重慶大足回龍站，達(dá)到103.3 mm·h-1。

圖10 2013 年6 月30 日08：00—7 月1 日08：00四川盆地累計(jì)降水量（單位：mm）

兩次大暴雨過程具有相似點(diǎn)，空間上兩次大暴雨過程均出現(xiàn)在四川盆地，強(qiáng)的降水時(shí)段主要發(fā)生在夜間，24 h 最大雨量均達(dá)到特大暴雨，最大小時(shí)雨強(qiáng)均在100 mm以上。同時(shí)兩次大暴雨過程也有各自不同的特征，“6·30”過程雨區(qū)呈明顯的南北向帶狀分布，暴雨中心在遂寧附近；“8·17”過程雨區(qū)呈“π”型，暴雨中心位于四川的中江及廣安附近。在降水持續(xù)時(shí)間上，“6·30”大暴雨過程維持時(shí)間只有24 h，“8·17”大暴雨過程維持時(shí)間超過60 h。

圖11 6 月30 日20：00 500 hPa高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）、500 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s-1）與200 hPa急流（填色區(qū)，單位：m·s-1）

6 月29 日20：00，200 hPa高急流位于35°～45°N，四川盆地處于急流右側(cè)南亞高壓控制的高空輻散區(qū)。500 hPa高原渦東移至盆地北部，700 hPa川西地區(qū)有西南渦生成，低渦前部暖濕急流顯著。30 日08：00 高原渦與東移的西南渦在盆地中部耦合，30 日20：00 形成從地面至300 hPa的深厚低渦，并在500 hPa上出現(xiàn)了閉合的等高線（圖11）。副熱帶高壓控制華東地區(qū)，制約了西南渦的東移，有利于西南渦在四川遂寧至重慶西部形成持續(xù)的抬升運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，南海強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“溫比亞”沿著副高外圍向西北方向移動(dòng)，風(fēng)暴外圍的水汽與能量輸送增強(qiáng)了暴雨區(qū)的水汽和能量條件[19]。

兩次大暴雨過程具有明顯的水汽和層結(jié)不穩(wěn)定條件（表1），過程最大小時(shí)雨強(qiáng)接近。但也有所不同，“6·30”大暴雨過程開始前具有顯著的本地水汽條件，大氣可降水量與K 指數(shù)均超過“8·17”過程，且對(duì)流有效位能高，24 h 累計(jì)雨量大。而“8·17”過程有冷空氣影響，西南渦持續(xù)時(shí)間比“6·30”過程更長(zhǎng)。

5.2 雷達(dá)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)特征對(duì)比分析

對(duì)比兩次過程的雷達(dá)組合反射率因子特征可以發(fā)現(xiàn)，“6·30”是以積狀云為主的混合性降水回波，強(qiáng)反射率因子面積大，且較為集中。6 月30 日08：00遂寧附近有離散的強(qiáng)回波單體逐漸發(fā)展。10：00 遂寧地區(qū)的強(qiáng)回波單體經(jīng)過發(fā)展、合并，形成資中、安岳至遂寧地區(qū)較強(qiáng)的MCS。MCS 呈東北—西南走向，回波中心強(qiáng)度超過50 dBZ?；夭ǔ瘱|北方向移動(dòng)，移向與回波帶的走向交角很小，有利于短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)。雷達(dá)徑向速度圖上30 日09：36—09：48 在遂寧、安岳及樂至等地均觀測(cè)到中氣旋出現(xiàn)。30 日13：00—18：00，MCS 仍維持在遂寧地區(qū)，但逐漸減弱為鑲嵌著孤立強(qiáng)回波單體的層狀云降水回波。30日19：00開始，MCS 略東移至安岳及遂寧東部再次發(fā)展。至23：00，MCS 位于重慶西部的潼南、銅梁及大足等地（圖12a）?；夭ㄖ行膹?qiáng)度增強(qiáng)至55 dBZ 以上?；夭ㄒ葡蚺c回波帶的走向仍然非常接近，形成重慶西部地區(qū)的持續(xù)性強(qiáng)降水。22：08—23：08，雷達(dá)徑向速度圖上重慶潼南、銅梁、合川等地識(shí)別出多個(gè)中氣旋的存在，50 dBZ 的強(qiáng)回波中心高度一般低于4 km，低質(zhì)心暖云降水特征明顯（圖12b）。重慶西部銅梁和大足等地因?yàn)榱熊囆?yīng)而出現(xiàn)多個(gè)50 mm·h-1以上的強(qiáng)降雨中心，大足回龍站達(dá)103.3 mm·h-1。

表1 “6·30”和“8·17”個(gè)例實(shí)況和環(huán)境條件對(duì)比

“8·17”大暴雨過程以層狀云為主的混合性降水回波，強(qiáng)反射率因子面積小于“6·30”過程，且較為分散。大暴雨過程中有數(shù)個(gè)MCS 生成發(fā)展，持續(xù)60 余小時(shí)。16 日21：00—17 日00：00，盆地中部MCS 形成。17 日00：00—05：00，受冷空氣影響，重慶西部的MCS 增強(qiáng)與盆地中部的MCS 合并發(fā)展。17 日03：13，永川附近已經(jīng)有強(qiáng)回波在發(fā)展，回波強(qiáng)度最大達(dá)到48dBZ，隨后回波強(qiáng)度一直維持在45～50 dBZ，并在03：48 再次增強(qiáng)至60 dBZ 圖13a）。由反射率因子剖面圖看出，03：48 強(qiáng)回波中心在4 km左右（圖13b）。1.5°仰角徑向速度圖顯示重慶西部速度輻合明顯，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)。03：00—04：00 正是重慶西部包括永川在內(nèi)短時(shí)強(qiáng)降水最強(qiáng)的時(shí)段，永川花橋站小時(shí)雨量達(dá)103.3 mm。

圖12 2013 年6 月30 日23：00 組合反射率因子（a）和沿藍(lán)色實(shí)線從左向右的空間剖面（b）

圖13 2015 年8 月17 日03：48 組合反射率因子（a）和沿藍(lán)色實(shí)線從左向右空間剖面（b）

兩次暴雨過程短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)的雷達(dá)特征對(duì)比表明（表2），“8·17”過程降水回波范圍大，覆蓋了四川盆地大部地區(qū)，但50 dBZ 以上強(qiáng)回波反射率因子面積小且分散，回波質(zhì)心在3~5 km，發(fā)展高度高，徑向速度圖上有明顯的輻合特征?！?·30”過程降水回波范圍相對(duì)于“8·17”過程較小，僅出現(xiàn)在遂寧及渝西地區(qū)，但50 dBZ 以上強(qiáng)回波反射率因子面積大且集中，回波質(zhì)心在2~4 km，發(fā)展高度低，徑向速度圖上伴有中氣旋活動(dòng)。

表2 “6·30”和“8·17”雷達(dá)特征對(duì)比

6 結(jié)論與討論

本文研究了2015 年8 月16—18 日發(fā)生在四川盆地由西南渦引發(fā)的一次大暴雨過程，本次過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)，累積雨量大。通過對(duì)大暴雨過程中短時(shí)強(qiáng)降水的演變特征及其動(dòng)力、水汽、能量條件的診斷分析，并且對(duì)比了2013 年6 月30 日相似大暴雨過程在天氣形勢(shì)和雷達(dá)特征上的共性和差異，得出如下主要結(jié)論：

（1）不同強(qiáng)度的降水曲線均呈現(xiàn)“一主多次”的多峰型結(jié)構(gòu)，1 h 雨量≥20 mm短時(shí)強(qiáng)降水站數(shù)的峰值出現(xiàn)時(shí)間略提前于其他強(qiáng)度降水站數(shù)的峰值出現(xiàn)時(shí)間。各級(jí)雨強(qiáng)出現(xiàn)頻數(shù)的分布與此次暴雨過程的降水量分布相似，即總降水量大的地方，各級(jí)雨強(qiáng)出現(xiàn)頻數(shù)較大。

（2）環(huán)流形勢(shì)上，200 hPa高層強(qiáng)烈輻散，500 hPa 亞洲中高緯雙渦結(jié)構(gòu)向單渦結(jié)構(gòu)緩慢轉(zhuǎn)變，小槽東移攜帶冷空氣南下入侵四川盆地，副高相對(duì)穩(wěn)定使得盆地內(nèi)西風(fēng)槽和西南低渦東移速度減慢，有利于重慶和川東地區(qū)維持“北槽南渦”形勢(shì)，對(duì)西南低渦和短時(shí)強(qiáng)降水的維持提供了有利的環(huán)流背景。

（3）短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段，正渦度達(dá)到最大值的時(shí)間滯后于散度和垂直速度達(dá)到最大值的時(shí)間，也滯后于短時(shí)強(qiáng)降水范圍達(dá)到最大的時(shí)間；當(dāng)螺旋度等值線密集（稀疏）時(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水增強(qiáng)（減弱），同時(shí)伴隨著高（低）空負(fù)（正）垂直螺旋度的耦合。水汽收支方程分析表明，水汽通量輻合項(xiàng)提供了主要的水汽來源。

（4）天氣雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)的反演表明，此次強(qiáng)降水的局地環(huán)流形勢(shì)有低空急流和低層輻合的特點(diǎn)，反演的風(fēng)場(chǎng)可以提供西南渦內(nèi)局地氣旋性渦旋的演變特征，深厚的氣旋性渦旋有利于短時(shí)強(qiáng)降水的維持。就本文個(gè)例而言，伴隨較深厚的局地氣旋性渦旋出現(xiàn)的降水強(qiáng)度較大。

通過對(duì)比相似大暴雨過程短時(shí)強(qiáng)降水的環(huán)流和中小尺度特征發(fā)現(xiàn)，“6·30”大暴雨過程低渦前側(cè)偏南暖濕急流明顯，暖平流建立了顯著的對(duì)流不穩(wěn)定，是暖平流強(qiáng)迫類短時(shí)強(qiáng)降水過程。“8·17”大暴雨過程低渦前部偏南暖濕急流及低渦后部東北冷流均較強(qiáng)，冷暖空氣交匯，是斜壓鋒生類短時(shí)強(qiáng)降水過程?！?·30”大暴雨過程具有明顯的本地水汽條件，且對(duì)流有效位能高，24 h 累計(jì)雨量大。雷達(dá)組合反射率因子顯示該過程強(qiáng)反射率因子面積大且集中，回波質(zhì)心發(fā)展低，并伴有中氣旋活動(dòng)?！?·17”大暴雨過程中有冷空氣影響，且西南渦持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，該過程強(qiáng)反射率因子面積小且分散，回波質(zhì)心發(fā)展較高，有明顯的輻合特征。

雖然本文針對(duì)2015 年“8·17”大暴雨過程中重慶西部強(qiáng)降水開展了反演工作，在不同高度上反演出了氣旋性渦旋，但不同高度上氣旋性渦旋的耦合作用還需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，關(guān)于西南渦內(nèi)部局地氣旋性渦旋與西南渦的相互關(guān)系也需要深入研究。

致謝：感謝NCAR 孫娟珍博士提供的變分同化算法源程序。