四川冕寧“6.26”暴雨的中尺度特征分析

羅 輝 , 陳朝平 , 郭云云

（1. 四川省氣象臺, 成都 610072；2. 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610072）

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，由暴雨引發(fā)的氣象災(zāi)害在四川地區(qū)出現(xiàn)頻率最高且危害最重。近年來，諸多氣象學(xué)者針對四川暴雨開展了一系列研究。何光碧等[1-2]在四川盆地暴雨的環(huán)流背景和物理量診斷等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。肖遞祥等[3-4]從中尺度角度分析了四川盆地暴雨的雷達(dá)回波特征、云圖特征及觸發(fā)機(jī)制。目前四川暴雨的大部分研究主要集中于盆地，而川西高原和攀西地區(qū)暴雨的研究相對較少，該區(qū)域的暴雨預(yù)報(bào)難度大、次生災(zāi)害的發(fā)生頻率更高，尤其是局地暴雨。

已有研究[5-14]表明，中尺度對流系統(tǒng)（MCS）的長時(shí)間維持與停留對于局地暴雨的形成非常重要。陳永仁等[5-7]研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地MCS具有低層正渦度、負(fù)散度而高層負(fù)渦度、正散度的垂直結(jié)構(gòu)，且上升速度較大，這種結(jié)構(gòu)特征可能是MCS發(fā)展維持的重要因素。陳文龍等[8-9]對攀西地區(qū)MCS研究表明，在高空切變線、低空急流的作用下，MCS強(qiáng)烈發(fā)展且長時(shí)間穩(wěn)定少動(dòng)是暴雨產(chǎn)生的直接原因。王曉芳等[10-11]利用雷達(dá)資料分析發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)靜止類MCS發(fā)展旺盛且移動(dòng)緩慢，易導(dǎo)致局地極端強(qiáng)降水。陳雙等[12-14]對MCS導(dǎo)致的短時(shí)局地大暴雨過程分析認(rèn)為，復(fù)雜地形、冷池出流、輻合線等對于雷暴的觸發(fā)、維持和加強(qiáng)有著重要作用。

2020年6月26日四川涼山州冕寧縣的強(qiáng)降雨引發(fā)山洪，造成了非常嚴(yán)重的災(zāi)害。冕寧處于高原和山地的過渡地帶，地形復(fù)雜，觀測資料貧乏，強(qiáng)降水短臨預(yù)報(bào)難度很高，相關(guān)研究亟待加強(qiáng)。本文擬利用FY4衛(wèi)星、天氣雷達(dá)以及加密自動(dòng)站資料，從短臨預(yù)報(bào)的角度詳細(xì)分析冕寧“6.26”暴雨過程的中尺度特征和物理機(jī)制，以期為提升復(fù)雜地形下的暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警水平提供科技支撐。

1 實(shí)況與天氣背景

1.1 災(zāi)情與實(shí)況降水

冕寧“6.26”暴雨引發(fā)的山洪地質(zhì)災(zāi)害造成19死亡，3人失聯(lián)，導(dǎo)致9980余人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)500 hm2、成災(zāi)280 hm2、絕收70 hm2，房屋嚴(yán)重倒塌80戶280間、一般損壞620戶2300間，受損公路10.5 km，沖毀橋梁5座共370 m，受損堤防1.5 km，受損電力線路3 km，災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失共計(jì)7.38億元。此次由暴雨引發(fā)的山洪發(fā)生在26日23時(shí)前后，圖1為受災(zāi)點(diǎn)附近站點(diǎn)的實(shí)況降雨。如圖所示，26日21時(shí)在曹古鄉(xiāng)出現(xiàn)39.6 mm降水，22時(shí)~27日01時(shí)強(qiáng)降水位于靈山寺，22時(shí)靈山寺降水46 mm，23時(shí)降水減小至23.4 mm，00時(shí)再次增大至69.3 mm，隨后減弱，過程累計(jì)降水靈山寺最大（182 mm），曹古鄉(xiāng)次之（85.7 mm）。

圖1 2020年6月26日18時(shí)~27日02時(shí)地面降雨實(shí)況（折線為累計(jì)降水量，柱狀為小時(shí)降水量，單位：mm）

1.2 環(huán)境條件

冕寧“6.26”暴雨26日20時(shí)中尺度分析如圖2所示，100 hPa南亞高壓脊線位于涼山州北部至盆地南部，冕寧處于脊線下方，500 hPa川西高原西北部有切變東移，700 hPa盆地南部至涼山州東北部有明顯切變線形成，850 hPa瀘州至重慶西部受低渦切變影響，700 hPa、850 hPa、925 hPa盆地南部均有冷平流影響。西昌探空曲線如圖3所示，探空呈現(xiàn)弱的“上干下濕”層結(jié)，700~500 hPa濕度條件好，沙氏指數(shù)為-2℃，對流不穩(wěn)定能量高達(dá)1100 J/kg，下沉對流有效位能明顯，利于雷暴中下沉氣流的增強(qiáng)；近地層假相當(dāng)位溫達(dá)到90℃，500 hPa以下假相當(dāng)位溫隨高度明顯降低，氣層處于條件不穩(wěn)定層結(jié)，同時(shí)風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，存在較強(qiáng)的暖平流，為對流的發(fā)生發(fā)展提供水汽和能量。700 hPa切變線、冷平流、強(qiáng)的不穩(wěn)定能量、不穩(wěn)定層結(jié)等條件非常有利于強(qiáng)對流的發(fā)展。

圖2 2020年6月26日20時(shí)冕寧暴雨中尺度分析

圖3 2020年6月26日20時(shí)西昌探空曲線（a. 溫度對數(shù)壓力，b. 垂直位溫）

2 中尺度系統(tǒng)的演變特征

2.1 紅外云圖特征

圖4給出了2020年6月26日冕寧地區(qū)10:00~15:30逐30 min紅外亮溫演變。如圖所示，26日10時(shí)在九龍西北側(cè)有切變云系開始形成；11時(shí)切變云系在東北、西南側(cè)逐漸擴(kuò)大，其長度超過160 km，最低亮溫為226 K，30 min后緩慢東移至九龍縣附近，南端云系略有增強(qiáng)；10~12時(shí)切變云系移動(dòng)平均速度約為16 km/h；12~14時(shí)切變云系長度增加至210 km，但云系整體發(fā)展高度略低于前期，移動(dòng)速度明顯減慢，降低至8 km/h；15時(shí)在云系中部有對流云團(tuán)開始形成，30 min后新生的對流云團(tuán)快速發(fā)展。由于九龍站海拔2925 m、冕寧站海拔1774 m、石棉890.7 m，可見切變云系東移至九龍、石棉、冕寧區(qū)域時(shí)存在明顯的地形降低。因此，云系中對流云團(tuán)的發(fā)展存在明顯的下山增強(qiáng)特征。冕寧地面溫度從12時(shí)的28.2℃升高到17時(shí)的30.3℃，午后太陽輻射升溫為雷暴的增強(qiáng)發(fā)展提供了充足的能量。

圖4 2020年6月26日冕寧地區(qū)10:00~15:30逐30 min紅外亮溫（單位：K）

圖5給出了“6.26”冕寧暴雨逐時(shí)紅外亮溫演變。如圖所示，隨著云系中新生對流云團(tuán)的下山增強(qiáng)，云團(tuán)逐漸向南發(fā)展，冕寧處于云團(tuán)南端；26日17時(shí)對流云團(tuán)范圍迅速擴(kuò)大，強(qiáng)亮溫梯度的大值區(qū)位于云圖南側(cè)；18時(shí)冕寧附近已受對流云系控制，最強(qiáng)亮溫達(dá)到200 K；19時(shí)形成了范圍大且較強(qiáng)的中尺度對流系統(tǒng)（MCS），低于200 K的亮溫區(qū)快速擴(kuò)大至3600 km2，最低亮溫達(dá)到192 K，冕寧仍然處于強(qiáng)亮溫區(qū)的南端；20時(shí)MCS中低于200 K的亮溫區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大，最低亮溫為190 K，此時(shí)MCS達(dá)到過程中最強(qiáng)盛階段，對應(yīng)地面短時(shí)強(qiáng)降水在21時(shí)開始出現(xiàn)；21~23時(shí)，MCS的強(qiáng)亮溫范圍略有減小，此時(shí)MCS處于成熟階段，該階段為地面強(qiáng)降水的最強(qiáng)時(shí)段；27日00時(shí)后，MCS中心強(qiáng)亮溫的區(qū)域分裂減小，對應(yīng)01時(shí)地面降水的迅速減弱。MCS在發(fā)展期間穩(wěn)定少動(dòng)，冕寧一帶的強(qiáng)降水在21時(shí)開始出現(xiàn)，即從成熟階段開始，在強(qiáng)降水出現(xiàn)前和強(qiáng)降水持續(xù)的過程中，冕寧始終位于強(qiáng)亮溫區(qū)的南端。

圖5 2020年6月26日16時(shí)~27日00時(shí)冕寧地區(qū)紅外亮溫逐時(shí)演變（a. 16時(shí)，b. 17時(shí)，c. 18時(shí)，d. 19時(shí)，e. 20時(shí)，f. 21時(shí)，g. 22時(shí)，h. 23時(shí)，i. 00時(shí)，單位：K)

2.2 雷達(dá)回波演變

切變云系從九龍下山后，受地形以及環(huán)境要素的共同影響，雷暴在下山過程中開始發(fā)展，該過程的雷達(dá)回波演變?nèi)鐖D6所示。17:00左右，在冕寧北部一帶已經(jīng)出現(xiàn)多個(gè)分散的雷暴單體；18:01，雷暴單體繼續(xù)發(fā)展，其中下山后的多個(gè)雷暴單體在冕寧附近合并加強(qiáng)形成S1雷暴，最強(qiáng)回波超過55 dBz，回波梯度最強(qiáng)區(qū)位于雷暴西側(cè)；18:58，分散的雷暴單體合并為兩個(gè)多單體雷暴；20:02，S1雷暴東移至越西，同時(shí)冕寧附近再次有雷暴單體新生合并形成S2雷暴；21:00，S1多單體雷暴繼續(xù)東移，S2雷暴西南側(cè)有單體繼續(xù)新生合并且移動(dòng)緩慢；持續(xù)至23:58左右，S2多單體雷暴西側(cè)、南側(cè)不斷有單體新生、合并，隨后雷暴開始減弱。在整個(gè)過程中，強(qiáng)降水從26日21時(shí)開始，持續(xù)至27日01時(shí)，過程的強(qiáng)降水主要由S2雷暴造成。

圖6 2020年6月26日16:58~27日01:02西昌雷達(dá)組合反射率（a. 16:58，b. 18:01，c. 18:58，d. 20:02，e. 21:00，f. 21:57，g. 23:01，h. 23:58，i. 01:02，單位：dBz）

3 對流系統(tǒng)的維持與成因

3.1 S2雷暴群的發(fā)展

隨著S1雷暴東移，S2雷暴逐漸發(fā)展，如圖7所示。19:27，冕寧西南側(cè)有雷暴新生，新生單體向東北方向發(fā)展，并與母體雷暴合并；20:13，冕寧南側(cè)又有兩個(gè)雷暴單體新生，隨后與北側(cè)多單體雷暴合并；21:23，冕寧南側(cè)雷暴再次新生，雷暴在冕寧西南、南側(cè)新生持續(xù)至22:49，新生的雷暴不斷并入北側(cè)的多單體雷暴，使得該雷暴長時(shí)間維持發(fā)展。S2雷暴發(fā)展期間，新生雷暴在西南部和南部形成，并向偏北方向移動(dòng)，形成明顯的后向傳播特征（圖7中箭頭所示），同時(shí)受冕寧東側(cè)南北向山脈的阻擋，S2雷暴移動(dòng)非常緩慢，有利于強(qiáng)降水的形成。

圖7 2020年6月26日19:27~23:58西昌雷達(dá)組合反射率（a. 19:27，b. 19:50，c. 20:13，d. 20:37，e. 21:00，f. 21:23，g. 21:46，h. 22:09，i. 22:32，j. 22:49，k. 23:12，l. 23:58，黑色方框代表新生雷暴，黑色圓圈代表新生雷暴與母體雷暴的合并，單位：dBz）

3.2 雷暴觸發(fā)

從3.1節(jié)分析可知，冕寧一帶形成強(qiáng)降水的原因主要是S2雷暴的長時(shí)間維持，而S2雷暴能夠維持是因?yàn)槲髂虾推戏较虿粩嘤欣妆﹩误w新生，并向偏北方向移動(dòng)與S2雷暴合并。從圖8中的地形可知，冕寧西南部為明顯的喇叭口地形，回龍鎮(zhèn)位于該喇叭口區(qū)域，冕寧南側(cè)為河谷地帶。新生雷暴位于冕寧西南側(cè)和偏南側(cè)，雷暴新生的大體位置如圖8a中黑色圓圈所示，地形圖中標(biāo)注站點(diǎn)的地面風(fēng)場如圖8b所示。回龍鎮(zhèn)從17:50開始為東北風(fēng)（4 m/s），與喇叭口地形的方向一致，隨后依然為持續(xù)的東北風(fēng)，風(fēng)速增加至6 m/s，持續(xù)的東北風(fēng)對冕寧西南側(cè)新生雷暴的觸發(fā)起到關(guān)鍵作用，冕寧南側(cè)的宏模鎮(zhèn)和漫水灣鎮(zhèn)從18:10形成了明顯的南北風(fēng)輻合，風(fēng)向逐漸由西北、西南轉(zhuǎn)為偏北、偏南，偏北風(fēng)的風(fēng)速逐漸增大至14 m/s，強(qiáng)的風(fēng)速輻合形成強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)冕寧南側(cè)的雷暴單體。

圖8 冕寧一帶地形及站點(diǎn)分布（a）；2020年6月26日17:50~19:30逐20 min地面風(fēng)（b）

冕寧附近地面偏北風(fēng)從18:10開始出現(xiàn)，隨后不斷增大，18:07冕寧北部多單體雷暴發(fā)展旺盛。圖9給出了6月26日冕寧地區(qū)雷暴單體的反射率因子剖面。如圖所示，18:01~18:07雷暴迅速發(fā)展，超過45 dBz回波達(dá)到8 km，在4 km高度存在55 dBz以上的回波質(zhì)心；18:12雷暴質(zhì)心快速降低，雷暴整體強(qiáng)度明顯減弱，雷暴中下沉氣流增強(qiáng)，在地面產(chǎn)生冷出流，形成明顯的偏北風(fēng)；18:41雷暴發(fā)展超過12 km，質(zhì)心的最大反射率超過65 dBz；18:47雷暴垂直發(fā)展高度增大，但雷暴質(zhì)心強(qiáng)度明顯減??；18:58雷暴質(zhì)心明顯降低，雷暴中同樣存在強(qiáng)的下沉氣流，在地面產(chǎn)生偏北陣風(fēng)，速度回波中存在著明顯的中層徑向輻合，為雷暴中持續(xù)的下沉氣流提供負(fù)浮力。從溫江探空（圖略）可以看到：冷平流大致在3 km以下，冷空氣能夠入侵至冕寧一帶，在偏北冷空氣影響的背景下，多單體雷暴發(fā)展過程中不斷有雷暴單體產(chǎn)生下沉氣流，在地面產(chǎn)生冷出流，使得地面偏北風(fēng)增強(qiáng)與維持。

圖9 2020年6月26日雷達(dá)組合反射率（a. 18:07，b. 18:47，單位：dBz）；沿圖a虛線位置的反射率因子剖面（c. 18:01，d. 18:07，e. 18:12，單位：dBz）；沿圖b虛線位置的反射率因子剖面（f. 18:41，g. 18:47，h. 18:58，單位：dBz）

3.3 對流成因分析

采用ERA5再分析資料，計(jì)算了冕寧附近（102.243°E、28.646°N）假相當(dāng)位溫、風(fēng)場、垂直速度的高度-時(shí)間剖面，如圖10所示。14時(shí)開始，假相當(dāng)位溫在300~500 hPa有明顯的低值區(qū)，700 hPa假相當(dāng)位溫超過88℃，與高層形成強(qiáng)烈的對流不穩(wěn)定層結(jié)；最強(qiáng)不穩(wěn)定出現(xiàn)在17~22時(shí)，與冕寧地區(qū)雷暴發(fā)展的強(qiáng)盛時(shí)間基本一致；最大垂直上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在26日22時(shí)~27日00時(shí)，此時(shí)雷暴群處于發(fā)展的中后期，隨著對流的不斷發(fā)展，假相當(dāng)位溫垂直梯度減??；14~18時(shí)，700~400 hPa風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，代表該時(shí)段有弱暖平流的維持，為雷暴的發(fā)展提供能量以及水汽條件；17~22時(shí)，雷暴發(fā)展旺盛，500~700 hPa西南風(fēng)是S2雷暴西南側(cè)、偏南側(cè)新生雷暴的主要引導(dǎo)氣流。

圖10 2020年6月26日06時(shí)~27日00時(shí)冕寧地區(qū)（102.243°E、28.646°N）假相當(dāng)位溫（填色，單位：℃）、風(fēng)場（風(fēng)向桿，單位：m/s）、垂直速度（等值線，單位：Pa/s）的高度-時(shí)間剖面

通過20時(shí)的中尺度分析可知，影響冕寧的主要系統(tǒng)為700 hPa切變線。而通過衛(wèi)星紅外云圖的演變可見，觸發(fā)此次過程的系統(tǒng)為九龍一帶弱的切變云系。圖11給出了此次雷暴過程的演變示意。如圖所示，云系在下山過程中觸發(fā)對流云團(tuán)，多個(gè)雷暴在下山后合并增強(qiáng)，并快速發(fā)展為MCS；700 hPa冷平流、雷暴質(zhì)心的下降、中層輻合等條件均利于雷暴中下沉氣流的增強(qiáng)，導(dǎo)致地面冷出流得以維持，在冕寧南部形成明顯的偏北風(fēng)，進(jìn)而在喇叭口地形處和南側(cè)風(fēng)的輻合處觸發(fā)新的雷暴（圖11中左側(cè)圓圈、箭頭處），新生雷暴在低層西南風(fēng)作用下向北與母體雷暴合并；上述過程的不斷持續(xù)使得S2雷暴得以長時(shí)間維持，MCS維持且少動(dòng)，同時(shí)在冕寧與越西間南北向山脈的阻擋作用下（圖11中右側(cè)圓圈），S2雷暴移動(dòng)緩慢，在冕寧地區(qū)產(chǎn)生持續(xù)的強(qiáng)降水，致使災(zāi)害發(fā)生。

4 結(jié)論與討論

本文利用FY4衛(wèi)星、天氣雷達(dá)以及加密自動(dòng)站資料，從短臨預(yù)報(bào)的角度詳細(xì)分析冕寧“6.26”暴雨過程的中尺度特征及物理機(jī)制，得到以下主要結(jié)論：

（1）700 hPa切變線、冷平流、強(qiáng)的不穩(wěn)定能量，不穩(wěn)定層結(jié)等條件非常有利于強(qiáng)對流的發(fā)展。觸發(fā)該過程的系統(tǒng)為九龍一帶的切變云系，切變云系在下山過程中，在有利的環(huán)境條件下，下山合并后快速發(fā)展。MCS在發(fā)展階段，降水強(qiáng)度僅為13.3 mm，短時(shí)強(qiáng)降水在MCS最旺盛階段的1 h后出現(xiàn)，并且長時(shí)間位于強(qiáng)亮溫區(qū)的南端，在MCS緩慢減弱的過程中降水不斷維持、增強(qiáng)。

（2）在雷暴下沉氣流的作用下，地面產(chǎn)生冷出流，導(dǎo)致地面陣風(fēng)的不斷增強(qiáng)與維持，同時(shí)配合地面偏北冷空氣的作用，在冕寧南部一帶形成明顯的偏北風(fēng)，進(jìn)而在喇叭口地形和南側(cè)地面風(fēng)的輻合處觸發(fā)雷暴。

（3）冕寧西南、偏南側(cè)新生雷暴在低層西南風(fēng)作用下向北與母體雷暴合并，形成了明顯的后向傳播特征，使得S2雷暴長時(shí)間維持，同時(shí)在山脈的阻擋作用下，S2雷暴移動(dòng)緩慢，最終導(dǎo)致冕寧地區(qū)產(chǎn)生持續(xù)的強(qiáng)降水。

通過上述分析可知：在有利的環(huán)境條件下，雷暴出現(xiàn)前應(yīng)重視對衛(wèi)星云圖的分析，可以獲得更多的臨近預(yù)報(bào)信息；在雷暴的觸發(fā)方面，應(yīng)特別關(guān)注復(fù)雜地形條件下雷達(dá)回波與地面加密資料融合分析，可為分析雷暴后期發(fā)展提供幫助。而此次暴雨過程中，切變云系下山為什么增強(qiáng)？在何地增強(qiáng)？非常值得深入研究，但由于觀測資料缺乏，文章未能進(jìn)行細(xì)致分析，需要在后續(xù)工作中予以關(guān)注。