雅安一次極端強(qiáng)降水的超級(jí)單體風(fēng)暴特征及成因分析

邱 雙

(四川省雅安市氣象局，四川 雅安 625000)

0 引言

雅安位于盆地與高原的過(guò)渡地帶，擁有迎風(fēng)坡、喇叭口的特殊地形[1]，降水較多，是四川盆地西部的一個(gè)暴雨中心。每年7—8月是雅安出現(xiàn)暴雨的主要時(shí)段，強(qiáng)降水常常導(dǎo)致山區(qū)地段出現(xiàn)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。近幾年來(lái)，雅安年降水量呈下降趨勢(shì)，但極端強(qiáng)降水事件卻在顯著增加，給雅安山區(qū)地區(qū)帶來(lái)了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。2020年8月10—12日雅安出現(xiàn)了一次連續(xù)性的大暴雨、特大暴雨天氣過(guò)程，蘆山國(guó)家站24 h(20—20時(shí))降雨量達(dá)到425.2 mm，是蘆山有氣象記錄(65 a)以來(lái)最大日降雨量，突破了歷史極值。極端強(qiáng)降水造成了全市8個(gè)區(qū)縣76個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)，造成7人死亡，7人失聯(lián)。過(guò)去我們對(duì)極端性天氣研究較少，在這次過(guò)程中對(duì)其極端性的把握明顯不足，預(yù)報(bào)量級(jí)明顯偏小。因此隨著極端強(qiáng)降水的頻發(fā)，對(duì)這類強(qiáng)降水天氣的成因做深入分析是非常有必要的。

極端強(qiáng)降水事件常常與強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴有直接關(guān)系，超級(jí)單體風(fēng)暴因其伴隨的突發(fā)性冰雹、大風(fēng)，龍卷和暴洪給人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅。過(guò)去由于雅安本地沒(méi)有雷達(dá)，對(duì)強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)難度較大，2018年建立本地雷達(dá)以來(lái)，由于強(qiáng)降水超級(jí)單體觀測(cè)個(gè)例也較少，對(duì)強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)和發(fā)展成因研究也相對(duì)較少，認(rèn)識(shí)不深。而此次特大暴雨天氣過(guò)程中，具有明顯的強(qiáng)降水超級(jí)單體回波特征，本文希望通過(guò)利用雷達(dá)資料、實(shí)況資料、區(qū)域自動(dòng)站加密以及NCEP再分析資料，分析此次強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的特征以及其產(chǎn)生的原因，從而提高對(duì)雅安強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

1 極端強(qiáng)降水天氣特征

1.1 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累積雨量大

2020年8月10—12日受副高外圍切變線和冷空氣的共同影響，雅安自北向南出現(xiàn)了區(qū)域大暴雨天氣過(guò)程,其中蘆山縣出現(xiàn)特大暴雨。此次過(guò)程主要分為2個(gè)時(shí)段：10日夜間到11日白天，降雨落區(qū)主要集中在雅安北部區(qū)縣，達(dá)到區(qū)域大暴雨，大暴雨99站,特大暴雨7站，4個(gè)站點(diǎn)超過(guò)400 mm，最大值在蘆山蘆陽(yáng)洛河430.2 mm。蘆山國(guó)家站24 h降雨量達(dá)到了425.2 mm，是蘆山有氣象記錄(65 a)以來(lái)最大日降雨量(原紀(jì)錄188.6 mm，1978年7月27日)，為全省歷史第2大日降雨量，僅次于峨眉山市的524.7 mm(1993年7月29日)。11日夜間到12日白天整個(gè)雨帶略有南壓，在雅安的中部和南部出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，暴雨141站,大暴雨10站，大暴雨區(qū)位于石棉的中部和南部，全市最大值在石棉栗子坪雨量為163.4 mm。

整個(gè)暴雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積雨量大，其中雅安8個(gè)區(qū)縣365個(gè)自動(dòng)站有145站累積雨量在100～200 mm之間,52站累積雨量在200～300 mm之間，2站累積雨量在300～400 mm之間，6站累積雨量超過(guò)400 mm，最大值在蘆山蘆陽(yáng)洛河降雨量達(dá)到了485.8 mm。

1.2 小時(shí)雨強(qiáng)大、對(duì)流性明顯、具有明顯的夜雨特征

本文挑選了北部和南部區(qū)縣從小時(shí)雨強(qiáng)的時(shí)序演變可知，此次過(guò)程具有明顯的夜雨特征，連續(xù)2 d強(qiáng)降水時(shí)段都主要集中在后半夜，白天有一個(gè)間歇期。其中前24 h 10日夜間到11日白天北部區(qū)縣出現(xiàn)了大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水，降水強(qiáng)度較大，以對(duì)流性降水為主：最大小時(shí)雨強(qiáng)蘆山蘆陽(yáng)洛河為156.8 mm·h-1, 天全、雨城最大小時(shí)雨強(qiáng)100 mm·h-1以上(圖1a、1b、1c)；最強(qiáng)時(shí)段23—02時(shí)超過(guò)300 mm有4個(gè)站，最大蘆山大板347.9 mm。

圖1 雅安市4個(gè)區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)雨量演變Fig.1 Hourly rainfall chart evolution of four regional automatic stations in Ya'an

后24 h 11日夜間到12日白天短時(shí)強(qiáng)降水的范圍減小，大部分地方對(duì)流性降水減弱，以穩(wěn)定性降水為主，其中南部區(qū)縣的石棉栗子坪最大小時(shí)雨強(qiáng)38.6 mm·h-1(圖2d)。

圖2 雷達(dá)回波(a、b、c、d)風(fēng)暴追蹤信息(e、f、g、h)Fig.2 Radar combined reflectivity(a、b、c、d)storm tracking information(e、f、g、h)

因此無(wú)論是從24 h降水、持續(xù)時(shí)間、最大累積降水量、最大小時(shí)雨強(qiáng)來(lái)看，按照雅安市暴雨綜合強(qiáng)度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，此次過(guò)程是屬于4級(jí)(特重)，屬于一次極端性的強(qiáng)降水過(guò)程。

2 強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的特征

2.1 強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的演變

此次特大暴雨強(qiáng)降雨時(shí)段集中，降水強(qiáng)度大，極端性較強(qiáng)，無(wú)論是小時(shí)雨強(qiáng)還是累積雨量都突破極值，尤其是4 h累積雨量接近400 mm，而強(qiáng)降水常常與強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴密切相關(guān)。超級(jí)單體風(fēng)暴可分為3種：經(jīng)典超級(jí)單體風(fēng)暴、弱降水超級(jí)單體風(fēng)暴、強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴。強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴與其他兩種的主要區(qū)別在于強(qiáng)降水區(qū)中包裹著中氣旋。

為探究此次極端降水中風(fēng)暴的演變和結(jié)構(gòu)特征，我們對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行了分析。

從風(fēng)暴追蹤信息可知，影響蘆山出現(xiàn)特大暴雨的風(fēng)暴z4在20時(shí)24分天全境內(nèi)生成，生成后2 h內(nèi)在天全境內(nèi)穩(wěn)定少動(dòng)，夜間隨著西南氣流的增強(qiáng)，22時(shí)z4開始向東北方向移動(dòng)，同時(shí)雨城區(qū)也有一對(duì)流風(fēng)暴v7發(fā)展并逐漸向西北方向移動(dòng)，2個(gè)對(duì)流風(fēng)暴在23時(shí)以后開始進(jìn)入蘆山境內(nèi)，合并增強(qiáng)發(fā)展為強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴z4。該風(fēng)暴具有一個(gè)寬廣的高反射率因子的鉤狀回波區(qū)，中心最大回波達(dá)到60 dBz以上(1 h雨量達(dá)到90 mm)，到00時(shí)以后，強(qiáng)風(fēng)暴鉤狀特征漸漸不明顯，轉(zhuǎn)為線狀回波，線狀回波移動(dòng)緩慢，在蘆山的南部移動(dòng)路徑先呈氣旋式，后又呈反氣旋式，使得強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴位置穩(wěn)定少動(dòng)，一直到02時(shí)以后才開始移出蘆山。

因此造成此次極端強(qiáng)降水的主要原因是強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴z4在蘆山境內(nèi)的穩(wěn)定少動(dòng)。為探究此次強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的類型，本文對(duì)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。

2.2 低的強(qiáng)回波質(zhì)心、有界弱回波區(qū)、V型缺口

強(qiáng)降水主要發(fā)生在雅安雷達(dá)100 km范圍以內(nèi)，由于雷達(dá)的局限性，距離雷達(dá)越近，可以探測(cè)的回波高度越低，因此，在此次過(guò)程中垂直剖面圖呈楔形。對(duì)影響此次降水的風(fēng)暴做剖面圖可知，22時(shí)44分前后有3個(gè)對(duì)流單體(圖3中A、B、C)側(cè)向排列向東北方向移動(dòng)，并逐漸發(fā)展增強(qiáng)，最前面的對(duì)流單體C移動(dòng)速度緩慢，到23時(shí)18分前后3個(gè)對(duì)流風(fēng)暴合并增強(qiáng)。從風(fēng)暴的垂直結(jié)構(gòu)來(lái)看，存在低的強(qiáng)回波質(zhì)心，回波強(qiáng)度在60 dBz以上，并維持了2個(gè)體掃以上，同時(shí)風(fēng)暴前側(cè)低層存在V型缺口，有明顯的入流氣流源源不斷地向風(fēng)暴內(nèi)輸送水汽和能量，而強(qiáng)的回波隨著高度向低層的入流氣流一側(cè)傾斜，高層反射率因子的大值區(qū)位于低層有界弱回波區(qū)之上。低的強(qiáng)回波質(zhì)心、V字型缺口以及高懸的強(qiáng)回波表明，此時(shí)強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴已經(jīng)發(fā)展成強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴。

圖3 強(qiáng)降水超級(jí)單體垂直剖面時(shí)間演變Fig.3 Time evolution of the vertical profile of the heavy rainfall supercell

23時(shí)34分強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴發(fā)展到最強(qiáng)，65 dBz以上的強(qiáng)回波集中在1.5 km左右，這時(shí)雷暴降水效率達(dá)到最強(qiáng)，1h雨強(qiáng)接近100 mm。00時(shí)19分以后，強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴相對(duì)入流開始減弱，強(qiáng)回波出現(xiàn)了后傾的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)回波質(zhì)心下降至4 km以下，且從50 dBz以上的強(qiáng)回波的移動(dòng)來(lái)看，從00時(shí)53分—02時(shí)16分，強(qiáng)回波中心出現(xiàn)后向傳播，從距離雷達(dá)22 km左右移至雷達(dá)8 km，傳播方向與風(fēng)暴的移動(dòng)方向相互抵消。從23—02時(shí)強(qiáng)降水超級(jí)風(fēng)暴位置變化較小、移動(dòng)緩慢，對(duì)應(yīng)在強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的位置也出現(xiàn)了300多毫米的降水。

2.3 強(qiáng)降水區(qū)中包裹著中氣旋

中氣旋是超級(jí)單體風(fēng)暴的典型特征，從強(qiáng)風(fēng)暴的垂直剖面可知，存在一個(gè)有界弱回波區(qū)，這意味著有中氣旋的存在。為進(jìn)一步了解強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的中氣旋特征，本文著重分析了1.5°的風(fēng)暴相對(duì)徑向速度，從相對(duì)徑向速度圖(圖4a、4b)可知，23時(shí)23分，在蘆山蘆陽(yáng)附近存在零速度線，與距離圈接近平行，其兩側(cè)為明顯的輻合區(qū)，清仁附近的負(fù)速度隨時(shí)間演變可知是逐漸增大的趨勢(shì)，到23時(shí)29分出現(xiàn)了速度模糊，流入雷達(dá)的風(fēng)速達(dá)到39 m·s-1。到23時(shí)34分，速度模糊繼續(xù)維持，負(fù)速度達(dá)到44 m·s-1，此時(shí)零速度線也由前期的與距離圈平行，轉(zhuǎn)為與距離圈接近垂直，發(fā)生了氣旋式的旋轉(zhuǎn)，表明有中氣旋的生成，中氣旋直徑8 km，旋轉(zhuǎn)速度約為23 m·s-1，屬于強(qiáng)的中氣旋。其位置與回波圖上(圖4c d)鉤狀回波位置一致，在中氣旋的附近存在超過(guò)65 dBz的寬廣的強(qiáng)回波，表明中氣旋包裹在強(qiáng)降水區(qū)，這也是強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的一個(gè)重要特征。

圖4 速度圖和雷達(dá)回波Fig.4 Speed graph and radar echo graph

綜合可知，此次蘆山境內(nèi)的極端強(qiáng)降水過(guò)程是由多個(gè)對(duì)流單體合并增強(qiáng)為一個(gè)強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴造成的，強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴存在低的強(qiáng)回波質(zhì)心以及有界弱回波區(qū)、V字型缺口的特征，速度圖上還伴有明顯的中氣旋，中氣旋包裹于強(qiáng)的降水區(qū)中。強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴在23—02時(shí)穩(wěn)定少動(dòng)，一直維持在蘆山境內(nèi)，這也是導(dǎo)致23—02時(shí)，連續(xù)3 h蘆山境內(nèi)均有1 h超過(guò)100 mm的強(qiáng)降水的重要原因。

3 強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴形成原因

3.1 行星尺度和天氣尺度穩(wěn)定少動(dòng)，對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)建立

8月10—11日200 hPa(圖略)南壓高壓脊線一直位于雅安上空，雅安市處于脊線附近的強(qiáng)輻散區(qū)，具有強(qiáng)烈的抽吸作用，且從南亞高壓脊線的位置變化來(lái)看，一直到11日08時(shí)，脊線仍位于雅安市上空，具有穩(wěn)定少動(dòng)的特征。10日夜間500 hPa中高緯為寬廣的低槽，青藏高原東部有高原切變線存在，副高主體位置偏東。10日后半夜南海附近的熱帶風(fēng)暴加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)“米克拉”，并逐漸向西移動(dòng)引導(dǎo)副高逐漸西伸，阻擋高原切變的移動(dòng)。11日20時(shí)臺(tái)風(fēng)登陸后勢(shì)力減弱，11日后半夜減弱消失，阻擋作用減弱，貝湖的冷渦不斷分裂短波攜帶弱的冷平流南下，使得低槽系統(tǒng)發(fā)展增強(qiáng)。12日08時(shí)北邊的低槽與高原槽出現(xiàn)了同位相的疊加，并向東南方向移動(dòng)，影響雅安東部和南部。從整個(gè)過(guò)程來(lái)看，行星尺度和天氣尺度系統(tǒng)的穩(wěn)定少動(dòng)，為強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)展提供了充足的水汽和動(dòng)力條件。另外從強(qiáng)降水單體風(fēng)暴上空的時(shí)間—垂直剖面來(lái)看，由圖2可知10日白天雅安市整層水汽條件較差，從500 hPa風(fēng)場(chǎng)的演變可知，10日14時(shí)開始，環(huán)流形勢(shì)向有利于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的方向發(fā)展，高原上有低槽逐漸東移，雅安從受西北氣流影響開始轉(zhuǎn)為受槽前的西南氣流影響。14時(shí)以后，低層從西風(fēng)開始轉(zhuǎn)為弱的偏東風(fēng)，中低層水汽條件有所改善。10日20時(shí)后700 hPa偏南風(fēng)和850 hPa偏東風(fēng)繼續(xù)增強(qiáng)，而高層500～300 hPa之間仍為一個(gè)顯著干區(qū)，低層偏東風(fēng)和南風(fēng)為雅安持續(xù)輸送暖濕平流，有利于對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的建立，從而產(chǎn)生強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴。

圖5 8月10日500hPa高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)(a),8月10—12日相對(duì)濕度與風(fēng)場(chǎng)剖面圖(103°E、30°N)(b)Fig.5 500hPa height field and wind field on August 10 (a),August10-12 Relative humidity and wind field profile(103°E、30°N)(b)

3.2 對(duì)流不穩(wěn)定進(jìn)一步發(fā)展和次級(jí)環(huán)流的生成

此次強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)生與較大的不穩(wěn)定能量和充足的水汽有著非常密切的關(guān)系。前期雅安受暖性高壓脊控制，天氣晴好，從8月8日開始最高溫度迅速上升，到8月10日達(dá)到最高，其中雨城區(qū)、漢源和石棉當(dāng)日均出現(xiàn)了超過(guò)35 ℃的高溫天氣，8月8—10日的平均溫度比歷史同期偏高1.0～2.9 ℃，連續(xù)3 d的晴好天氣有利于雅安本地能量的累積。

圖6 地面假相當(dāng)位溫對(duì)比Fig.6 Ground false equivalent potential temperature comparison

假相當(dāng)位溫是反映不穩(wěn)定能量和水汽條件的綜合指標(biāo)。為了解地面能量的情況，我們對(duì)比了10日、11日以及8月上中旬的平均假相當(dāng)位溫。8月上中旬是屬于雅安暴雨頻發(fā)期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其平均假相當(dāng)位溫在80～85 ℃之間，而10日和11日的平均假相當(dāng)位溫相對(duì)于8月上中旬的平均值是異常偏高的，尤其是10日地面假相當(dāng)位溫都在94 ℃以上，其中名山達(dá)到了100 ℃，蘆山95 ℃，處于極端的高能高濕的狀態(tài)。11日隨著能量的耗散，基本上北部大部地方減弱到90以下，而南部還持續(xù)維持著高能高濕的狀態(tài)。相對(duì)于10日，11日假相當(dāng)位溫還略有上升，有利于南部暴雨的發(fā)生。

另外，假相當(dāng)位溫垂直剖面的密集帶還往往反映了高空鋒區(qū)的情況。分析假相當(dāng)位溫和垂直速度的垂直剖面(圖7)，10日20時(shí)沿103°E的剖面，假相當(dāng)位溫具有鞍型的特征，對(duì)應(yīng)在超級(jí)單體風(fēng)暴(30°N)的北側(cè)35°N附近存在鋒區(qū)，暴雨區(qū)處于鋒前暖區(qū)中，地面到低層850 hPa假相當(dāng)位溫90～98 ℃以上，從700～300 hPa假相當(dāng)位溫均在84 ℃以上，為對(duì)流不穩(wěn)定的層結(jié)，且中低層存在向高層伸展的高值舌，有利于暴雨區(qū)上空不穩(wěn)定能量的累積。

圖7 2020年8月10日20時(shí)假相當(dāng)位溫—垂直速度Fig.7 False equivalent potential temperature-vertical velocity diagram

而在暴雨區(qū)上空低層700～850 hPa等假相當(dāng)位溫線存在向下凹的現(xiàn)象，與北側(cè)高的假相當(dāng)位溫區(qū)形成了較大的梯度，其結(jié)構(gòu)呈陡立狀，表明低層存在一個(gè)中尺度的能量鋒區(qū)。能量鋒區(qū)的存在有利于觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴。對(duì)應(yīng)在垂直速度圖上，暴雨區(qū)內(nèi)850～600 hPa存在較大的負(fù)速度值，中心最大值達(dá)到了-0.8 pa·s-1，有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，而暴雨區(qū)的北側(cè)為下沉運(yùn)動(dòng)，它們與暴雨區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)形成了一個(gè)特殊的垂直環(huán)流，北側(cè)的下沉運(yùn)動(dòng)有利于將強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴外的不穩(wěn)定能量和水汽源源不斷地向風(fēng)暴內(nèi)輸送，為強(qiáng)降雨的持續(xù)發(fā)生提供了充足的水汽和不穩(wěn)定能量。因此，鋒區(qū)的動(dòng)力強(qiáng)迫產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流有利于低層不穩(wěn)定能量和水汽向高層輸送，同時(shí)也觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。

3.3 熱力不穩(wěn)定和強(qiáng)垂直風(fēng)切變

此次極端強(qiáng)降水是由強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴引起的，比一般強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴對(duì)環(huán)境條件要求要高：中等到強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定(CAPE>1500 J·kg-1)、強(qiáng)垂直風(fēng)切變(對(duì)流層中低層垂直風(fēng)切變>20 m·s-1)、大的濕度和較低的抬升凝結(jié)高度。因此本文分析了此次強(qiáng)降水期間，溫江站點(diǎn)的探空結(jié)構(gòu)。由圖8可知，溫江處于上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，由于10日天空晴好，使得對(duì)流不穩(wěn)定能量CAPE值從早上08時(shí)562 J·kg-1積累至3292 J·kg-1，屬于強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定，有利于對(duì)流的爆發(fā)性發(fā)展。而對(duì)流層垂直風(fēng)切變是決定對(duì)流風(fēng)暴發(fā)展強(qiáng)度的重要因素，由925 hPa和600 hPa垂直風(fēng)切變大約為20 m·s-1，有利于超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)展和有組織性的維持。其他反映大氣層結(jié)的熱動(dòng)力參數(shù)，如粗理查遜數(shù)(BRN)由08時(shí)的46.8在20時(shí)顯著增大達(dá)到2278.3，風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)也由230陡增到285.2，對(duì)強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)生具有一定的指示意義。

圖8 溫江探空Fig.8 Wen jiang T-lnp

3.4 水汽異常

風(fēng)暴云內(nèi)部含有大量的水分，其水分是由上升氣流從低層向上輸送，因此風(fēng)暴的發(fā)展要求充足的水汽條件。從天全GPS大氣可降水量逐小時(shí)演變分析可知，10日白天隨著偏南風(fēng)的增大，水汽條件逐漸轉(zhuǎn)好。10日夜間GPS水汽出現(xiàn)了兩次陡增的現(xiàn)象，第1次出現(xiàn)在10日18—20時(shí)，大氣可降水量從55 mm迅速升至64.1 mm，2 h增加了接近10 mm。對(duì)應(yīng)在19—20時(shí)寶興與天全的交界地區(qū)出現(xiàn)了53.8 mm·h-1的降水。從23—02時(shí)，大氣可降水量又出現(xiàn)了一個(gè)陡增的現(xiàn)象，從63.8 mm升至69.4 mm。一般大氣可降水量持續(xù)超過(guò)60 mm以上，易出現(xiàn)大暴雨天氣，同時(shí)降水的峰值常常出現(xiàn)在大氣可降水量陡增后的2～3 h內(nèi)，這也是蘆山在23—03時(shí)4 h出現(xiàn)接近400 mm的降水的重要原因。后期一直到12日05時(shí)，大氣可降水量一直穩(wěn)定維持在64 mm，為強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴提供充足的水汽條件。

3.5 中尺度輻合線觸發(fā)

觸發(fā)對(duì)流的抬升條件大多是由中尺度系統(tǒng)提供，本文對(duì)加密區(qū)域自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)資料、1 h雨量以及地形進(jìn)行了疊加分析。23時(shí)寶興和天全境內(nèi)的對(duì)流單體產(chǎn)生1 h超過(guò)50 mm的降水，地面形成了強(qiáng)烈的出流外流，風(fēng)速達(dá)到18 m·s-1，在其外圍形成了弱的中尺度渦旋，并逐漸向東北移動(dòng)，移至蘆山的南部發(fā)展成中尺度輻合線。輻合線觸發(fā)了蘆山南部的強(qiáng)降水，1 h達(dá)到了107.9 mm。00—02時(shí)中尺度輻合線穩(wěn)定少動(dòng)，在蘆山的南部一直維持，01時(shí)地面風(fēng)達(dá)到了14 m·s-1，產(chǎn)生較強(qiáng)的輻合抬升作用，而強(qiáng)的降水對(duì)對(duì)流單體的發(fā)生發(fā)展又產(chǎn)生了正反饋?zhàn)饔?。一方面潛熱釋放使得?duì)流系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展，同時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生的雷暴外流和中高壓的外流邊界線，會(huì)迫使低層700、850 hPa的偏南暖濕空氣進(jìn)入系統(tǒng)，使得對(duì)流單體繼續(xù)發(fā)展增強(qiáng)為超級(jí)單體風(fēng)暴。因此導(dǎo)致出現(xiàn)了連續(xù)3 h最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到100 mm以上。

圖9 天全 GPS大氣可降水量逐小時(shí)演變Fig.9 Hourly evolution chart of GPS atmospheric precipitation in Tianquan

4 結(jié)論

此次暴雨天氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、小時(shí)雨強(qiáng)、夜雨特征明顯以及累積降水強(qiáng)度大，具有極端性的特征。產(chǎn)生極端強(qiáng)降水的主要原因是此次過(guò)程中伴隨有強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴，強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴具有有界弱回波區(qū)、V字型缺口以及被包裹于強(qiáng)降水區(qū)的中氣旋等特征。本文通過(guò)分析其環(huán)流形勢(shì)以及各類物理量特征來(lái)探究強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的有利條件，得出以下原因：

①行星尺度和天氣尺度系統(tǒng)穩(wěn)定少動(dòng)，低層夜間低層急流發(fā)展，使得西南風(fēng)和偏東風(fēng)持續(xù)輸送暖濕平流，有利于對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的建立，為強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)生提供了有利的環(huán)流條件。

②地面到低層的假相當(dāng)位溫異常偏高，有利于對(duì)流不穩(wěn)定進(jìn)一步發(fā)展。在強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴附近還存在中尺度的假相當(dāng)位溫密集區(qū)，鋒區(qū)的動(dòng)力強(qiáng)迫生成的次級(jí)環(huán)流有利于低層不穩(wěn)定能量和水汽向高層輸送，同時(shí)也觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。

③強(qiáng)的垂直風(fēng)切變以及大的對(duì)流有效位能有利于強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)生和維持其有組織的程度，其他反映大氣層結(jié)的熱動(dòng)力參數(shù)，如粗理查遜數(shù)(BRN)由08時(shí)的46.8在20時(shí)顯著增大，達(dá)到2 278.3，風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)也由230陡增到285.2，對(duì)強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)生具有一定的指示意義。

④水汽條件異常也是此次強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的重要原因。強(qiáng)降水時(shí)段GPS水汽一直維持在較高的狀態(tài)(60 mm以上)，降水的峰值也與GPS水汽陡增有關(guān)，常常出現(xiàn)在陡增后的2～3 h內(nèi)。

⑤極端的高能高濕的大氣狀態(tài)下，邊界層的中尺度輻合線是觸發(fā)此次強(qiáng)降水超級(jí)單體風(fēng)暴的直接原因，并且受地形的阻擋作用，強(qiáng)降水超級(jí)單體穩(wěn)定少動(dòng)，造成了此次極端強(qiáng)降水的發(fā)生。