誘發(fā)四川冕寧“6.26”山洪災(zāi)害的突發(fā)性暴雨特征及其形成機(jī)制

陳博宇 諶蕓 ,2,4 孫繼松 陳濤 ,2,4 陳朝平 胡寧

1 國(guó)家氣象中心, 北京 100081

2 中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

3 四川省氣象臺(tái), 成都 610072

4 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）, 珠海 519082

5 南京氣象科技創(chuàng)新研究院, 南京 210009

1 引 言

在全球氣候變暖背景下，極端暴雨天氣事件頻率增加（Alexander et al., 2006）。近年來，華北、華南及西南地區(qū)等地突發(fā)性、高影響的中小尺度暴雨過程成為研究熱點(diǎn)（徐珺等, 2018; 肖遞祥等,2020）。突發(fā)性暴雨具有前期天氣尺度征兆弱、雨強(qiáng)大、強(qiáng)降水時(shí)段集中、范圍小、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)（Luo et al., 2016）。在四川西南部（簡(jiǎn)稱川西南）涼山州地區(qū)，以突發(fā)性暴雨為主要誘因的山洪災(zāi)害對(duì)該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全影響巨大（郁淑華,2003; 杜俊等, 2015）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在四川省所有地級(jí)行政單元中，涼山州、阿壩州、甘孜州和雅安市發(fā)生災(zāi)害最多，約占全省山洪災(zāi)害總數(shù)的70%，其中涼山州占比高達(dá)26%（熊俊楠等, 2018）。2006～2011 年，涼山州以突發(fā)性暴雨為主要誘因的山洪災(zāi)害次數(shù)約占成災(zāi)總次數(shù)的79%（鐘燕川等，2018）。研究表明，夏季四川盆地（簡(jiǎn)稱盆地）及邊緣山谷地區(qū)常具有高能高濕的環(huán)境條件，年均降水量的最大值位于盆地西南部（邵遠(yuǎn)坤等,2005）。高原與盆地的過渡地帶易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水（小時(shí)雨量大于20 mm），而強(qiáng)降水持續(xù)2 h 以上的暴雨過程將造成中型以上山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)顯著增加（周長(zhǎng)艷等, 2011; 李國(guó)平, 2016）。

四川盆地暴雨過程天氣學(xué)成因分析表明，高原槽、西南低渦、低空切變線、低空及邊界層急流等是引發(fā)區(qū)域性暴雨的主要影響系統(tǒng)（何光碧, 2012;李琴等, 2016; 高守亭等, 2018），但在弱高空環(huán)境場(chǎng)條件下，一些較弱的低層風(fēng)場(chǎng)水平切變、輻合及地形作用都可能觸發(fā)并形成中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS），導(dǎo)致出現(xiàn)局地突發(fā)性暴雨（張芳麗等,2020）。針對(duì)地形影響下的局地異常強(qiáng)降水過程的研究，黃小彥等（2020）指出，邊界層急流將暖濕空氣向地形迎風(fēng)坡的MCS 發(fā)生區(qū)輸送，與對(duì)流降水形成的冷池出流對(duì)峙，有利于強(qiáng)降水的維持和增強(qiáng)。另外，已有研究通過氣候統(tǒng)計(jì)、物理量診斷及敏感性試驗(yàn)等方法（趙玉春等, 2012; 周秋雪等,2019; 金妍和李國(guó)平, 2021），揭示了盆地周邊地區(qū)的顯著地形起伏和多山地特點(diǎn)對(duì)周圍大氣環(huán)流、強(qiáng)降水發(fā)生、發(fā)展所產(chǎn)生的影響機(jī)制。謝家旭和李國(guó)平（2021）指出，西南山區(qū)的突發(fā)性暴雨是地形與天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，通過山谷風(fēng)、重力波等物理過程對(duì)局地環(huán)流產(chǎn)生影響，誘發(fā)局地強(qiáng)降水。

盡管針對(duì)四川暴雨過程已開展了大量有意義的研究工作，但研究?jī)?nèi)容大多以盆地區(qū)域性暴雨和大地形作用的診斷分析為主。然而，盆地邊緣起伏地形下突發(fā)性暴雨所涉及的科學(xué)問題，諸如多尺度系統(tǒng)協(xié)同作用下的特殊地形對(duì)暴雨的影響，以往的研究涉及甚少。目前，對(duì)川西南山地暴雨的主客觀業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)能力整體較低，主要原因在于對(duì)川西南山地中尺度暴雨形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍然欠缺，主流業(yè)務(wù)數(shù)值模式的預(yù)報(bào)能力顯著不足。因此，對(duì)川西南地區(qū)特殊地形影響下的中尺度暴雨對(duì)流觸發(fā)、對(duì)流組織機(jī)制還有待深入分析。

2020 年6 月26 日夜間，涼山州冕寧縣因突發(fā)性暴雨（簡(jiǎn)稱“6.26”過程）引發(fā)了山洪災(zāi)害，造成了嚴(yán)重生命財(cái)產(chǎn)損失。歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心（ECMWF）等全球模式降水預(yù)報(bào)明顯偏弱，中國(guó)氣象局的不同業(yè)務(wù)區(qū)域模式對(duì)降水強(qiáng)度、落區(qū)的預(yù)報(bào)存在顯著分歧，造成針對(duì)此次突發(fā)性暴雨是否發(fā)生以及可能發(fā)生的時(shí)間、位置、強(qiáng)度的預(yù)報(bào)難度極大。本文將在分析此次暴雨過程的多尺度天氣系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上，揭示復(fù)雜地形影響下的對(duì)流觸發(fā)和維持機(jī)制，以期為川西南山地暴雨業(yè)務(wù)精細(xì)化預(yù)報(bào)提供有益的參考。

2 資料與方法

文中采用多源觀測(cè)、再分析和對(duì)流可分辨模式預(yù)報(bào)資料做綜合分析。資料包括：（1）中國(guó)氣象局整編的逐小時(shí)國(guó)家站和逐5 min 地面自動(dòng)站觀測(cè)資料；（2）風(fēng)云2 號(hào)（FY-2G）紅外輻射亮溫（TBB）資料；（3）西昌站多普勒天氣雷達(dá)逐6 min體掃數(shù)據(jù)和雷達(dá)組網(wǎng)反射率因子（reflectivity factor, REF）資料；（4）ECMWF 逐小時(shí)0.25°×0.25°分辨率全球再分析資料（ERA5）和中國(guó)氣象局陸面同化系統(tǒng)（CMA Land Data Assimilation System，CLDAS）逐小時(shí)5 km 分辨率再分析資料（師春香等, 2019）；（5）中國(guó)氣象局中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)3 km 分辨率預(yù)報(bào)資料（CMA-MESO-3KM; Shen et al., 2020）；（6）西南地區(qū)1 arc-min高分辨率地形資料。

本文第三節(jié)介紹暴雨過程的實(shí)況與災(zāi)區(qū)地理概況，第四節(jié)分析大氣環(huán)流背景與中小尺度系統(tǒng)的活動(dòng)特征。MCS 形成機(jī)制與環(huán)境大氣的異常特征將在第五節(jié)中給出，主要利用自動(dòng)站分鐘級(jí)觀測(cè)、CLDAS 資料分析冷空氣、低空偏南氣流對(duì)MCS發(fā)生發(fā)展的影響，并選取2015 年7 月14 日冕寧暴雨過程（簡(jiǎn)稱“7.14”過程），運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化異常方法進(jìn)行比較，分析降水極端性成因（Sun and Zhang, 2017）。第六節(jié)將基于ERA5 再分析資料，結(jié)合CMA-MESO-3KM 模式資料，分析川西南北部地形的作用，提煉關(guān)鍵因子，總結(jié)此次暴雨過程形成機(jī)制的概念模型。

3 暴雨過程實(shí)況與災(zāi)區(qū)地理概況

2020 年6 月26 日08 時(shí)（北京時(shí)，下同）至27 日08 時(shí)，盆地南部和西南部山區(qū)出現(xiàn)了兩片相互獨(dú)立的暴雨區(qū)，其中，西南部山區(qū)暴雨以上量級(jí)降水主要出現(xiàn)在冕寧縣中部和北部（圖1a 中紅框）、越西縣等地，大暴雨出現(xiàn)在小相嶺兩側(cè)長(zhǎng)寬約30 km 的區(qū)域中，暴雨過程局地性特征明顯。

冕寧地處川西南山區(qū)北部，整體地勢(shì)北高南低，周邊地形多尺度特征明顯。災(zāi)情發(fā)生地位于安寧河谷北端，其東側(cè)為小相嶺，西側(cè)為牦牛山，均為南北向山脈，山谷高差懸殊（圖1b）。5～9 月為川西南山區(qū)雨季，降水量相對(duì)集中，占全年總量的90%以上。6～7 月是川西南山洪災(zāi)害的爆發(fā)期，約占夏半年發(fā)生總次數(shù)的64%（吳莉娟等, 2011）。根據(jù)6 月和7 月月平均降水量分析，涼山州的主雨帶沿安寧河谷分布并在河谷南北兩端出現(xiàn)極值中心，而其中之一位于冕寧境內(nèi)，達(dá)到460 mm 以上（圖1a）。

2020 年6 月26 日23 時(shí) 至27 日00 時(shí)，強(qiáng) 降水引發(fā)山洪并形成河道洪積扇。曹古鄉(xiāng)、靈山寺站位于冕寧站東側(cè)與小相嶺西麓的東西走向分支山谷中（圖1b），26 日16 時(shí)至27 日03 時(shí)，靈山寺站降水量達(dá)182.1 mm，其周邊的曹古鄉(xiāng)、惠安鎮(zhèn)和冕寧站降水量分別為84.9 mm、148.5 mm 和27.6 mm。26 日22 時(shí)，靈山寺站累計(jì)雨量快速增加，山洪滯后1～2 h 發(fā)生。27 日00 時(shí)，靈山寺站出現(xiàn)69.3 mm 小時(shí)雨量（圖1c）?；莅叉?zhèn)站在過程初始即出現(xiàn)了30.3 mm 小時(shí)雨量，之后強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間超過5 h。據(jù)2005～2019 年國(guó)家站小時(shí)雨量統(tǒng)計(jì)，冕寧站的最大小時(shí)雨量為55.2 mm（2019年8 月22 日06 時(shí)）。可見，本次暴雨過程具有水平尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、累計(jì)雨量大的特點(diǎn)，并且出現(xiàn)了極端小時(shí)雨量。

圖1 （a）2020 年6 月27 日08 時(shí)（北京時(shí)，下同）涼山州24 h 降水量（彩色圓點(diǎn)，單位：mm）、氣候（1981～2010 年）平均的6、7 月月平均降水量之和（黃色等值線，單位：mm）及地形高度（填色，單位：m）；（b）冕寧縣地形分布；（c）2020 年26 日16 時(shí)至27 日03 時(shí)冕寧縣、惠安鎮(zhèn)、曹古鄉(xiāng)和靈山寺逐小時(shí)雨量（柱形）和累計(jì)雨量（折線）。圖a 中，藍(lán)色線表示涼山州的州界；方框區(qū)域表示本文關(guān)注區(qū)域，即冕寧縣中部和北部Fig.1 (a) Twenty-four-hour precipitation (color dots, units: mm) in Liangshan Prefecture at 0800 BJT (Beijing time) on 27 June 2020, the climatological (1981-2010) mean sum of monthly mean precipitation (yellow isolines, units: mm) in June and July, and terrain height (shadings, units:m); (b) terrain distribution of Mianning; (c) hourly (bars) and accumulative (lines) precipitation at Mianning, Hui’ an, Caogu, and Lingshan temple from 1600 BJT on 26 June to 0300 BJT on 27 June 2020.In Fig.a, blue line represents Liangshan Prefecture boundary; box indicates the area of concern, namely the central and northern Mianning

4 大氣環(huán)流背景和中小尺度系統(tǒng)的活動(dòng)特征

4.1 大氣環(huán)流背景條件

基于再分析資料的分析結(jié)果顯示，6 月26 日14 時(shí)，川西南地區(qū)受淺槽影響，西太平洋副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱副高）西脊點(diǎn)位于北部灣附近。川陜交界地區(qū)前期有高原波動(dòng)過境，冷空氣主體位于甘陜南部，在槽后偏北風(fēng)的引導(dǎo)下進(jìn)入盆地西部。傍晚至夜間，盆地低渦開始形成，川西南整層可降水量（PWAT）達(dá)到35 mm（圖2a）。700 hPa，西南暖濕氣流經(jīng)川西南山區(qū)北上與盆地西部偏北氣流相遇，在盆地西部形成“西北—東南”走向的切變線。200 hPa，四川中西部處于南亞高壓東北部弱分流區(qū)，其中川西高原及川西南的部分地區(qū)存在高層輻散，500～700 hPa 垂直風(fēng)切變大值區(qū)主要分布在四川北部（圖2b）。

圖2 2020 年6 月26 日14 時(shí)（a）500 hPa 位勢(shì)高度（黑色等值線，單位：dagpm）、700 hPa 風(fēng)（箭頭，單位：m s-1）、整層可降水量PWAT（綠色填色，單位：mm）、200 hPa 風(fēng)速（藍(lán)色填色，單位：m s-1）、海平面氣壓場(chǎng)（紅色等值線，單位：hPa），（b）200 hPa 位勢(shì)（實(shí)線，單位：m2 s-2）、散度（填色，單位：10-5 s-1）、500～700 hPa 垂直風(fēng)切變（≥12 m s-1，虛線）和700 hPa 風(fēng)（風(fēng)向桿，單位：m s-1）；（c）2020 年26 日20 時(shí)西昌站T-lnp 圖。圖b 中紅色星表示冕寧站位置。圖c 中黑、藍(lán)色線分別代表溫度、露點(diǎn)溫度；CAPE、CIN、SI、LI 表示對(duì)流有效位能、對(duì)流抑制能量、沙氏指數(shù)、抬升指數(shù)Fig.2 (a) 500-hPa geopotential height (black isolines, units: dagpm), 700-hPa wind (arrows, units: m s-1), whole precipitable water (PWAT, green shadings, units: mm), 200-hPa wind speed (blue shadings, units: m s-1), sea level pressure (red isolines, units: hPa), (b) 200-hPa geopotential (solid lines; units: m2 s-2), divergence (shadings, unit: 10-5 s-1), 500-700-hPa vertical wind shear (≥12 m s-1; dashed lines), and 700-hPa wind (barbs, units:m s-1) at 1400 BJT on 26 June 2020; (c) T-lnp chart of Xichang station at 2000 BJT on 26 June 2020.In Fig.b, red star indicates the location of Mianning station.In Fig.c, black (blue) line indicates temperature (dew point temperature); CAPE, CIN, SI, LI represent convective available potential energy, convective inhibition energy, Showalter index, lifting index, respectively

26 日20 時(shí)，西昌站（位于冕寧站南側(cè)約70 km處）的探空資料顯示，對(duì)流有效位能（CAPE）達(dá)1101.0 J kg-1，500～700 hPa 空氣接近飽和，700 hPa比濕大于12 g kg-1，沙氏指數(shù)（SI）和抬升指數(shù)（LI）表明大氣具有一定的對(duì)流不穩(wěn)定性。然而，對(duì)流發(fā)生前高空天氣尺度強(qiáng)迫較弱，河谷近地面層空氣較干，700 hPa 以下為“干暖”的偏南風(fēng)，平均風(fēng)速達(dá)8 m s-1，對(duì)流抑制能量（CIN）較強(qiáng)（111.0 J kg-1），對(duì)流觸發(fā)需要河谷內(nèi)出現(xiàn)對(duì)流環(huán)境調(diào)整和較明顯的抬升機(jī)制。全球業(yè)務(wù)模式對(duì)上述不穩(wěn)定指數(shù)預(yù)報(bào)明顯偏弱（ECMWF 模式24 h 時(shí)效CAPE 預(yù)報(bào)為200～300 J kg-1）。從實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)角度，這是一次前期征兆不顯著的山地突發(fā)性暴雨過程。

4.2 中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的活動(dòng)特征

26 日午后至夜間造成冕寧山洪災(zāi)害的MCS（圖3 中箭頭所指）發(fā)生、發(fā)展過程可分為4 個(gè)階段：（1）對(duì)流初生與局地對(duì)流組織化階段（26 日15～17 時(shí)）；（2）MCS 形 成 與 快 速 發(fā) 展 階 段（26 日17～20 時(shí)）；（3）MCS 成 熟 階 段（26日20 時(shí) 至27 日00 時(shí)）；（4）MCS 減 弱 階 段（27 日00～03 時(shí)）。

在圖3b 中，四川西部和南部存在3 個(gè)云團(tuán)，其中云團(tuán)A 與川西高原北部的高原波動(dòng)相聯(lián)系，云團(tuán)C 與盆地低渦東南部的輻合上升區(qū)相對(duì)應(yīng)（圖1a），云團(tuán)B 是涼山州北部暴雨過程的直接影響系統(tǒng)。如圖3a 所示，第1 階段，甘孜州東南部九龍縣（冕寧縣西北側(cè)）出現(xiàn)分散性對(duì)流，對(duì)流單體初生于一條“東北—西南”走向的云系中，并在移動(dòng)過程中組織化程度增強(qiáng)。第2 階段，涼山州北部于26 日傍晚出現(xiàn)MCS，云團(tuán)B 表現(xiàn)為接近圓形的中尺度云團(tuán)（較大范圍冷云罩），而短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在云團(tuán)中心，3 個(gè)云團(tuán)的空間分布近似等距排列（圖3b）。第3 階段，云團(tuán)B 范圍較第2 階段明顯增大，呈現(xiàn)中尺度對(duì)流復(fù)合體（MCC）形態(tài)，短時(shí)強(qiáng)降水站點(diǎn)增多（圖3c）。第4 階段，冷云罩范圍顯著減小，云體開始塌陷，MCS 快速減弱（圖3d）。

圖3 2020 年6 月26 日（a）16 時(shí)、（b）19 時(shí)、（c）22 時(shí)和（d）27 日01 時(shí)TBB（填色，單位：°C）、小時(shí)雨量（≥20 mm，圓點(diǎn)）。箭頭指示的為中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）。圖b 中，字母A、B、C 表示云團(tuán)編號(hào)Fig.3 TBB (Black Body Temperature, shadings, units: °C) and hourly precipitation (≥20 mm, dots) at (a) 1600 BJT, (b) 1900 BJT, (c) 2200 BJT on 26 June, (d) 0100 BJT on 27 June 2020.The arrow indicates a mesoscale convective system (MCS).In Fig.b, letters A, B, C indicate the number of cloud clusters, respectively

分析表明，本次過程對(duì)流云團(tuán)具有MCC 云團(tuán)特征，云團(tuán)B 的快速發(fā)展和成熟階段持續(xù)近7 個(gè)小時(shí)。結(jié)合環(huán)流背景和對(duì)流環(huán)境場(chǎng)分析，川西低槽和涼山州北側(cè)切變線是川西高原對(duì)流形成的主要影響系統(tǒng)，對(duì)冕寧對(duì)流（B 云團(tuán)）直接觸發(fā)的影響不明顯。為揭示冕寧致災(zāi)對(duì)流暴雨的觸發(fā)機(jī)制，須進(jìn)一步分析中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的活動(dòng)特征。

26 日17 時(shí)，冕寧站偏西方向出現(xiàn)局地對(duì)流（最大REF 達(dá)50 dBZ以上），在西南風(fēng)引導(dǎo)下向東北方向移動(dòng)（圖4a）。傍晚，冕寧中北部局地對(duì)流迅速增多。19 時(shí)，冕寧中北部有3 條“西南—東北”向的帶狀γ 中尺度（meso-γ）對(duì)流系統(tǒng)，位于中間（冕寧站北側(cè)惠安鎮(zhèn)附近）的帶狀對(duì)流系統(tǒng)最大REF 達(dá)60 dBZ以上，3 條帶狀對(duì)流系統(tǒng)最強(qiáng)單體排列呈“西北—東南”走向（圖4b）。此后，冕寧站南側(cè)不斷有對(duì)流新生并向東北方向移動(dòng)，在靈山寺附近達(dá)到最強(qiáng)（55 dBZ以上），冕寧站北側(cè)的帶狀對(duì)流系統(tǒng)強(qiáng)度有所減弱（圖4c）。根據(jù)19 時(shí)REF 剖面圖分析，對(duì)流回波的質(zhì)心較低（距地面約3 km），位于環(huán)境大氣的0°C 層以下（圖2c），回波中心南側(cè)邊界層存在明顯的弱回波區(qū)（圖4d）。

對(duì)雷達(dá)組合反射率因子(composite reflectivity factor, CREF)和自動(dòng)站小時(shí)雨量資料分析，結(jié)果顯示：26 日18 時(shí)甘孜州九龍縣對(duì)流發(fā)展旺盛，出現(xiàn)了小時(shí)雨量超過30 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水，同時(shí)冕寧西部牦牛山的“缺口”處不斷有對(duì)流新生并向東擴(kuò)展（圖5a）；21 時(shí)，冕寧東部對(duì)流發(fā)展旺盛，冕寧站北側(cè)和南側(cè)對(duì)流回波向東移動(dòng)并影響小相嶺西麓的曹古鄉(xiāng)和靈山寺，冕寧站北側(cè)多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，河谷內(nèi)帶狀對(duì)流回波在南北方向上移動(dòng)緩慢（圖5b）；27 日00 時(shí)，對(duì)流回波范圍略有縮小，但靈山寺附近CREF 中心值仍在增加，達(dá)到55 dBZ以上，靈山寺站出現(xiàn)極端小時(shí)雨量（圖5c）。

圖5 2020 年6 月26 日（a）18 時(shí)、（b）21 時(shí)和（c）27 日00 時(shí)雷達(dá)組合反射率因子（≥35 dBZ，等值線）、小時(shí)雨量（彩色圓點(diǎn)，單位：mm）、地形高度（填色，單位：m）。三角形代表冕寧站位置Fig.5 Radar composite reflectivity factor (≥35 dBZ, isolines), hourly precipitation (color dots, units: mm), terrain height (shadings, units: m) at (a)1800 BJT, (b) 2100 BJT on 26 June and (c) 0000 BJT on 27 June 2020.Triangle indicates the location of Mianning station

中小尺度對(duì)流系統(tǒng)特征分析表明，冕寧站北側(cè)和南側(cè)的2 條帶狀meso-γ 對(duì)流系統(tǒng)造成了局地強(qiáng)降水，對(duì)流在冕寧站西側(cè)和南側(cè)不斷新生，存在后向傳播特征，在惠安鎮(zhèn)和靈山寺附近出現(xiàn)“列車效應(yīng)”，并形成了持續(xù)性強(qiáng)降水。

5 MCS 形成機(jī)制與環(huán)境大氣的異常特征

5.1 上游對(duì)流冷池出流與冷空氣的作用

26 日午后至傍晚，進(jìn)入盆地西部的次天氣尺度冷空氣（簡(jiǎn)稱冷空氣）以及前期在川西高原出現(xiàn)的對(duì)流系統(tǒng)是否與冕寧局地對(duì)流暴雨的觸發(fā)存在聯(lián)系？對(duì)CLDAS 資料分析，結(jié)果顯示：26 日17 時(shí)，受甘孜州東南部對(duì)流影響，九龍縣、石棉縣（冕寧北側(cè)）等地出現(xiàn)了較強(qiáng)負(fù)變溫和冷池，1 h 最大降溫幅度超過4°C（圖6a）；與之對(duì)應(yīng)的地面流場(chǎng)表現(xiàn)為中尺度反氣旋（雷暴高壓），地面冷池沿牦牛山西側(cè)山谷地區(qū)向南推進(jìn)，出現(xiàn)1°C～2°C 的負(fù)變溫；冕寧站位于安寧河谷“暖舌”前沿，冕寧站與北部地區(qū)的溫差達(dá)10°C 以上（圖6a）。相應(yīng)地，冕寧縣西北側(cè)高海拔地區(qū)的對(duì)流冷池出流（簡(jiǎn)稱對(duì)流出流）與河谷偏南氣流形成了地面輻合線（圖6b）。受盆地西部冷空氣影響，冕寧東側(cè)的越西縣和甘洛縣出現(xiàn)了較大范圍的弱降溫，南下冷空氣被阻擋在小相嶺以東的地區(qū)。

基于CLDAS 資料和自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)資料分析與經(jīng)向平均氣溫的溫差，結(jié)果顯示：17 時(shí)冕寧站偏西方向?yàn)槔渑瘹饬鞯慕粎R處，地面溫度梯度較大，冕寧站以北地區(qū)的地面風(fēng)為偏北風(fēng)，而冕寧南部受偏南風(fēng)控制（圖6c）；23 時(shí)，冕寧站東南側(cè)的地面溫度梯度增強(qiáng)（圖6d）。由此可見，在強(qiáng)降水過程中，河谷內(nèi)邊界層存在中尺度鋒生，且冷暖氣流的匯合區(qū)穩(wěn)定出現(xiàn)在冕寧站附近。

圖6 2020 年6 月26 日17 時(shí)CLDAS 資料（a）地面風(fēng)（風(fēng)向桿，單位：m s-1）、氣溫（填色，單位：°C）、1 h 變溫（等值線，單位：°C），（b）地面流場(chǎng)（流線），（c）17 時(shí)、（d）23 時(shí)溫差（參考?xì)鉁貫榻?jīng)向平均氣溫，等值線，單位：°C）、自動(dòng)站觀測(cè)的地面風(fēng)（風(fēng)向桿，單位：m s-1）。圖b-d 中填色表示地形高度（單位：m）Fig.6 (a) Surface wind (barbs, units: m s-1), temperature (shadings, units: °C), and 1-h temperature change (isolines, units: °C), (b) surface flows(streamlines) obtained from CLDAS data at 1700 BJT 26 June 2020, temperature differences (reference temperature is the meridional mean temperature, isolines, units: °C), surface wind (barbs, units: m s-1) observed from automatic station at (c) 1700 BJT and (d) 2300 BJT 26 June 2020.In Figs.b-d, shadings represent terrain (units: m)

上述分析表明，冕寧縣西北側(cè)高海拔地區(qū)的對(duì)流出流與河谷偏南氣流形成的地面輻合線對(duì)河谷對(duì)流的觸發(fā)起到了關(guān)鍵作用，而冷空氣對(duì)冕寧縣對(duì)流觸發(fā)的直接影響非常小。這一點(diǎn)可以從分布于川西南北部不同位置的站點(diǎn)觀測(cè)得到證實(shí)。

根據(jù)自動(dòng)站分鐘級(jí)觀測(cè)分析，結(jié)果顯示：受上游對(duì)流出流影響，冕寧站于17:10 左右開始出現(xiàn)持續(xù)增壓和降溫，降溫開始時(shí)間比降水提前20 分鐘左右。對(duì)比前一日（晴空日）氣溫和同時(shí)刻近10 d平均氣溫的變化，17 時(shí)以前，沒有出現(xiàn)明顯升溫和降溫現(xiàn)象（圖7a）；15:40 開始，甘洛站（冕寧東側(cè)）出現(xiàn)持續(xù)降溫和小幅增加壓現(xiàn)象，這顯然與盆地西部冷空氣南下侵入的過程有關(guān)。17:30 開始，出現(xiàn)快速降溫和增壓，并于10 分鐘后出現(xiàn)明顯降水，這一降溫增壓過程顯然是對(duì)流冷池在地面要素上的反應(yīng)，表明甘洛站出現(xiàn)降水之前受冷空氣的影響較明顯（圖7b）；石棉站（冕寧北側(cè)）在17 時(shí)之前的氣溫降幅總體高于冕寧站而低于甘洛站，這說明冷空氣對(duì)石棉站的影響相對(duì)較小（圖7c）；16 時(shí)前，靈山寺站出現(xiàn)小幅降溫，17 時(shí)后，受上游對(duì)流出流影響后，氣溫持續(xù)下降（圖7d）。

圖7 2020 年6 月26 日14～22 時(shí)（a）冕寧、（b）甘洛、（c）石棉和（d）靈山寺5 分鐘降水量（P，單位：mm）、15 分鐘變壓（PRS_15min，單位：hPa）、地面氣溫（TEM，單位：°C）、25 日同時(shí)刻地面氣溫（TEM_L，單位：°C）和同時(shí)刻近10 d 地面平均氣溫（TEM_M，單位：°C）及逐小時(shí)云量（CLO_COV）Fig.7 Five-minute precipitation (P, units: mm), 15-minute allobaric (PRS_15min; units: hPa), surface temperature (TEM, units: °C), surface temperature (TEM_L, units: ℃) at the same time on 25 June, surface mean temperature (TEM_M, units: ℃) at the same time in the past ten days, and hourly cloud cover (CLO_COV) in (a) Mianning, (b) Ganluo, (c) Shimian, and (d) Lingshan temple from 1400 BJT to 2200 BJT on 26 June 2020

5.2 低空偏南氣流的作用

基于ERA5 和三維雷達(dá)REF 資料分析，結(jié)果顯示：26 日18 時(shí)假相當(dāng)位溫大值區(qū)出現(xiàn)在冕寧站以南地區(qū)，達(dá)到344 K 以上；冕寧站以南河谷地區(qū)，650 hPa 以下層次受偏南風(fēng)控制，其中650～700 hPa風(fēng)速可達(dá)12 m s-1；從27°N 至29°N，海拔高度提高近2 km，河谷上游地形對(duì)偏南氣流有強(qiáng)迫抬升作用；冕寧北部及其以北地區(qū)存在系統(tǒng)性動(dòng)力抬升，而REF 的高值位于垂直速率大值區(qū)的南側(cè)，這表明上游對(duì)流出流對(duì)冕寧站附近對(duì)流的觸發(fā)有直接影響（圖8a）。另一方面，川西南低空偏南氣流是低層水汽和能量輸送的關(guān)鍵系統(tǒng)。在冕寧站風(fēng)廓線圖中（圖8b），16 時(shí)起，650～700 hPa 偏南氣流的動(dòng)力特征表現(xiàn)為風(fēng)速增大、風(fēng)速脈動(dòng)及持續(xù)輻合，其中輻合強(qiáng)度分別于19 時(shí)和23 時(shí)兩次達(dá)到峰值。在此期間，500 hPa 上氣溫呈緩慢下降趨勢(shì)，低層存在持續(xù)暖濕輸送。因此，低空偏南氣流對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展及對(duì)流維持也發(fā)揮了關(guān)鍵熱力作用。

圖8 （a）2020 年6 月26 日18 時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m s-1）、假相當(dāng)位溫（紅色實(shí)線，單位：K）、垂直速度（≤-0.2 Pa s-1，藍(lán)色虛線）、三維雷達(dá)反射率因子（彩色陰影，單位：dBZ）和地形（灰色填色）沿圖6a 黑色虛線的垂直剖面；（b）2020 年26 日12 時(shí)至27 日12 時(shí)冕寧站風(fēng)廓線（風(fēng)向桿，單位：m s-1）、溫度（等值線，單位：°C）和散度（填色，單位：10-5 s-1）Fig.8 Cross sections of (a) wind (barbs, units: m s-1), pseudo-equivalent potential temperature (red solid lines, units: K), vertical velocity (≤-0.2 Pa s-1,blue dashed lines), 3D-reflectivity factor (color shadings, units: dBZ), and terrain (grey shadings) along the black dashed line in Fig.6a at 1800 BJT on 26 June 2020; (b) wind profile (barbs, units: m s-1), temperature (isolines, units: °C), and divergence (shadings, units: 10-5 s-1) from 1200 BJT on 26 June to 1200 BJT on 27 June 2020

上述這支低空偏南氣流是源自孟加拉灣（簡(jiǎn)稱孟灣）的水汽輸送帶的一部分，該水汽輸送帶進(jìn)入西南地區(qū)南部后表現(xiàn)出分岔現(xiàn)象，其中一支作為主體經(jīng)貴州進(jìn)入盆地南部，另一支經(jīng)涼山州南部進(jìn)入暴雨區(qū)（圖9a）。冕寧站以南的分支水汽輸送帶分別在18 時(shí)和21 時(shí)后出現(xiàn)階段性增強(qiáng)特征，與盆地西部偏北氣流的輻合區(qū)在涼山州北部緩慢南移。比較14 時(shí)700 hPa 水汽通量場(chǎng)（圖略）和比濕時(shí)空?qǐng)D，冕寧站以南的分支水汽輸送帶持續(xù)約9 h，700 hPa 比濕達(dá)13～14 g kg-1，且大值區(qū)穩(wěn)定出現(xiàn)在28.3°～28.8°N（圖9b）。

圖9 （a）2020 年26 日23 時(shí)700 hPa 風(fēng)（箭頭，單位：m s-1）和水汽通量（填色，單位：g cm-1 hPa-1 s-1），紅色星表示冕寧站位置；（b）700 hPa 比濕（填色，單位：g kg-1）的緯度—時(shí)間圖，經(jīng)度位置為120.2°EFig.9 (a) 700-hPa wind (arrows, units: m s-1) and moisture flux (shadings, units: g cm-1 hPa-1 s-1) at 2300 BJT on 26 June 2020, red star indicates the location of Mianning station; (b) latitude-time chart of 700-hPa specific humidity (shadings, units: g kg-1), the longitude is 120.2°E

5.3 環(huán)境大氣的異常特征

針對(duì)本次過程出現(xiàn)極端小時(shí)雨量和持續(xù)性強(qiáng)降水的特征，可通過對(duì)物理量偏離氣候態(tài)的程度進(jìn)行分析，一般認(rèn)為偏離3 倍以上標(biāo)準(zhǔn)差預(yù)示著小概率嚴(yán)重事件發(fā)生的可能性（Hart and Grumm, 2001）。某一變量偏離氣候態(tài)的程度可以用標(biāo)準(zhǔn)化異常（Ds）來表征：

其中，V為某一時(shí)刻變量或物理量的值，M為該變量同時(shí)刻30 年的21 天滑動(dòng)平均，σ 為氣候標(biāo)準(zhǔn)差。氣候及分析數(shù)據(jù)采用1981～2010 年ERA5 資料。為了更好揭示“6.26”暴雨過程的極端性，選取具有相似影響系統(tǒng)（如低空偏南氣流、盆地低渦等）的另一次冕寧對(duì)流暴雨過程（2015 年7 月14 日）進(jìn)行對(duì)比分析（圖10b）。在“7.14”過程中，冕寧、靈山寺及彝海鎮(zhèn)的日（7 月14 日08 時(shí)至15日08 時(shí)）降水量分別為49.2 mm、58.9 mm 和86.4 mm。

從環(huán)境大氣的不穩(wěn)定能量看，CAPE 的高值容易出現(xiàn)在每天14 時(shí)，而6 月26 日冕寧站的CAPE最大值出現(xiàn)在18 時(shí)，達(dá)到1500 J kg-1以上，Ds超過5 σ，這顯然與低層偏南風(fēng)暖濕平流增強(qiáng)過程有關(guān)，且27 日00 時(shí)以前，Ds均超過3 σ（圖10a）?！?.14”過程中，14 日午后冕寧站南側(cè)CAPE 達(dá)到2000 J kg-1以上，Ds超過3 σ，但16 時(shí)后，CAPE 迅速減弱并回落至氣候態(tài)附近（圖10b）。兩次過程中，CAPE 均表現(xiàn)出明顯的異常，其中“6.26”過程的異常更為顯著，且CAPE 迅速增加與強(qiáng)降水幾乎同時(shí)出現(xiàn)，具有較強(qiáng)的突發(fā)性。

2020 年6 月26 日23 時(shí)，冕寧站東北側(cè)的垂直積分水汽通量散度（Vertical Integral of Divergence of Moisture Flux, VIDMF; Van Zomeren and Van Delden, 2007）出現(xiàn)最低值，即出現(xiàn)極端水汽輻合的時(shí)間和位置與隨后1 h 的極端小時(shí)雨量的時(shí)間和位置一致，Ds低于-7 σ，且Ds低于-2 σ的時(shí)長(zhǎng)接近9 h（圖10c）?！?.14”過程中VIDMF 異常較“6.26”過程明顯偏弱，僅有一個(gè)時(shí)次Ds低于-3 σ（圖10d）。此外，“6.26”過程中冕寧站南側(cè)的垂直積分北向水汽通量（Vertical Integral of Northward Moisture Flux, VINMF）和CAPE 的最大值出現(xiàn)的時(shí)間一致（26 日18 時(shí)），并與冕寧站附近強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)刻較為接近，其峰值達(dá)到200 kg m-1s-1，Ds超過2 σ（圖10e）?！?.14”過程VINMF異常程度略低于“6.26”過程（圖10f）。

圖10 2020 年“6.26”（左）和2015 年 “7.14”（右）暴雨過程環(huán)境大氣特征對(duì)比：（a）2020 年6 月26 日18 時(shí)、（b）2015 年7 月14日14 時(shí)對(duì)流有效位能CAPE（等值線，單位：J kg-1）；（c）2020 年6 月26 日23 時(shí)、（d）2015 年7 月14 日16 時(shí)垂直積分水汽通量散度（VIDMF，等值線，單位：10-3 kg m-2 s-1）；（e）2020 年6 月26 日26 日18 時(shí)、（f）2015 年7 月14 日14 時(shí)垂直積分北向水汽通量（VINMF，等值線，單位：kg m-1 s-1）。填色分別表示CAPE、VIDMF 和VINMF 的標(biāo)準(zhǔn)化異常，風(fēng)向桿表示700 hPa 風(fēng)（單位：m s-1），折線圖表示物理量（CAPE、VIDMF 和VINMF，紅線）大值區(qū)（以“○”所在位置為代表）、氣候態(tài)（粗黑線）及氣候態(tài)增加或減少若干倍標(biāo)準(zhǔn)差后（灰線）的變量隨時(shí)間的變化。圖a-f 中，“+”表示冕寧站位置Fig.10 Comparisons of environmental atmosphere features between torrential rain “6.26” (left) in 2020 and torrential rain “7.14” (right) in 2015:CAPE (convective available energy, isolines, units: J kg-1) at (a) 1800 BJT on 26 June 2020 and (b) 1400 BJT on 14 July 2015; vertical integral of the divergence of moisture flux (VIDMF, isolines, units: 10-3 kg m-2 s-1) at (c) 2300 BJT on 26 June 2020 and (d) 1600 BJT on 14 July 2015; vertical integral of northward moisture flux (VINMF, isolines, units: kg m-1 s-1) at (e) 1800 BJT on 26 June 2020 and (f) 1400 BJT on 14 July 2015.Shadings represent the standardized anomalies of CAPE, VIDMF, and VINMF, respectively; the barbs indicates 700-hPa wind (units: m s-1); the line chart represents changes of a physical quantity (CAPE, VIDMF, and VINMF; red lines), climate state (thick black lines), and the states (grey lines) after adding or subtracting several times of standard deviation to the climate state in large value area (represented by the location of “○”) of physical quantity.In Figs.a-f, “+” indicates the location of Mianning station

本節(jié)分析表明，26 日17～18 時(shí)，上游對(duì)流出流與午后逐漸加強(qiáng)的谷地偏南氣流相遇形成的地面輻合是對(duì)流觸發(fā)的直接原因，谷地偏南氣流增強(qiáng)有利于對(duì)流環(huán)境調(diào)整。午后至夜間，川西南分支水汽輸送帶的階段性增強(qiáng)和維持，成為對(duì)流不斷生成并在冕寧站北側(cè)和東側(cè)形成“列車效應(yīng)”的關(guān)鍵因子。另一方面，通過比較分析，“6.26”過程中的關(guān)鍵物理量均表現(xiàn)出明顯異常，這些異常物理量共同作用為形成具有極端性的暴雨過程創(chuàng)造了有利條件。

6 地形作用與關(guān)鍵因子

6.1 地形作用

已有研究表明，暴雨過程中地形的強(qiáng)迫作用不容忽視（Houze, 2012）。川西南地區(qū)整體地勢(shì)北高南低，受輻射日變化作用，午后邊界層易形成暖脊；安寧河谷呈現(xiàn)南北狹長(zhǎng)地形特征，河谷午后盛行偏南風(fēng)。受冷空氣和川西南北部高海拔地形的共同影響，河谷內(nèi)氣溫明顯高于同緯度盆地西南部地區(qū)。另外，川西低槽東移速度較快，16 時(shí)至17 時(shí)，暖脊位置較為穩(wěn)定，而低槽過境后形成了前傾槽結(jié)構(gòu)，槽后中層弱冷空氣侵入將增加川西南北部地區(qū)的對(duì)流潛勢(shì)（圖11）。因此，在過程中川西南地區(qū)的特殊地形在動(dòng)力和熱力方面均表現(xiàn)出顯著影響。

圖11 2020 年6 月26 日17 時(shí)云量（圓點(diǎn)，單位：%）、地面風(fēng)（風(fēng)向桿，單位：m s-1）、氣溫（≥30°C，數(shù)值和紅色等值線）、500 hPa 位勢(shì)高度（藍(lán)色等值線，單位：dagpm）。填色表示地形高度（填色，單位：m），白色線表示涼山州邊界Fig.11 Cloud cover (dots, units: %), surface wind (barbs, units:m s-1), temperature (≥30°C, values and red isolines), 500-hPa geopotential height (blue isolines, units: dagpm) at 1700 BJT on 26 June 2020.The shadings represent terrain height (units: m), and white lines represent Liangshan Prefecture boundary

基于ERA5 資料分析高空冷暖平流，結(jié)果表明：在“6.26”和“7.14”過程中，川西南北部的高海拔地形對(duì)冷空氣南下進(jìn)入安寧河谷有一定的阻滯作用（圖12）；“6.26”過程初期，冷空氣勢(shì)力較強(qiáng)，但冕寧北部高海拔地區(qū)近地面層仍表現(xiàn)為偏南風(fēng)（圖12a）；過程后期，兩次過程均出現(xiàn)冷空氣翻越小相嶺的現(xiàn)象（冕寧北部高海拔地區(qū)近地面層轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，圖12b、d），但“7.14”過程冷空氣勢(shì)力增強(qiáng)和南下入侵更明顯。比較結(jié)果顯示，冕寧地區(qū)對(duì)流降水的發(fā)展和維持與翻越小相嶺冷空氣的強(qiáng)度、低空偏南氣流的強(qiáng)度及其風(fēng)速核的高度有密切關(guān)系（“6.26”過程后期低空暖平流增強(qiáng)，且偏南氣流風(fēng)速核的高度明顯低于“7.14”過程）。這進(jìn)一步表明，安寧河谷內(nèi)MCS 的強(qiáng)烈發(fā)展與維持是多尺度系統(tǒng)與地形相互作用的結(jié)果。

圖12 2020 年6 月26 日（a）17 時(shí)、（b）23 時(shí)和2015 年7 月14 日（c）14 時(shí)、（d）20 時(shí)沿圖6a 藍(lán)色虛線的v-w 氣流（箭頭，單位：m s-1）、溫度平流（彩色填色；單位：10-4 K s-1）及地形（黑色填色，右側(cè)縱坐標(biāo)，單位：km）的垂直剖面。v、w 分別表示經(jīng)向風(fēng)和垂直方向的風(fēng)Fig.12 Cross sections of v-w flow (arrows, units: m s-1), temperature advection (color shadings, units: 10-4 K s-1), and terrain (black shadings, right yaxis, units: km) along blue dashed line in Fig.6a at (a) 1700 BJT and (b) 2300 BJT on 26 June 2020 and (c) 1400 BJT and (d) 2000 BJT on 14 July 2015.v and w represent meriditional wind and vertical wind, respectively

研究表明，當(dāng)對(duì)流可分辨模式所提供的地形描述與實(shí)際地形較為接近時(shí)，有助于揭示地形對(duì)局地環(huán)流和降水的影響（Zhang et al., 2021）。在“6.26”過程短期時(shí)效降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果中，CMA-MESO-3KM 模式24 h 降水預(yù)報(bào)達(dá)到大到暴雨量級(jí)，在眾多模式中表現(xiàn)最優(yōu)。選取26 日08 時(shí)為初始時(shí)刻的CMA-MESO-3KM 資料進(jìn)行分析，如圖13a 所示，模式地形較好表現(xiàn)出冕寧站東側(cè)小相嶺和西側(cè)牦牛山的基本地形特征。26 日19 時(shí)，從地面溫度平流可知，冕寧站附近的偏北風(fēng)與盆地西部冷空氣并不存在直接聯(lián)系，但小相嶺東側(cè)地區(qū)明顯受到冷空氣的影響，地面偏北風(fēng)與冷平流對(duì)應(yīng)。700 hPa，川西南北部受低空切變線影響，河谷內(nèi)受偏南風(fēng)控制（圖13b）。22 時(shí)，翻越川西南北部高海拔山嶺的冷空氣與河谷上游對(duì)流冷池結(jié)合并開始向南侵入，而小相嶺東側(cè)冷空氣已影響冕寧縣東南側(cè)區(qū)域（圖13c）。700 hPa，冕寧站位于偏北冷氣流和偏南暖氣流交匯區(qū)（圖13d）。分析表明，川西南北部的高海拔地形對(duì)延緩冷空氣進(jìn)入安寧河谷并維持河谷內(nèi)不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展有顯著作用。

對(duì)比26 日傍晚至夜間九龍縣及河谷內(nèi)出現(xiàn)的對(duì)流回波（圖4、圖5），CMA-MESO-3KM 模式的模擬對(duì)流回波與實(shí)況較為接近，但持續(xù)時(shí)間略短于實(shí)況。19 時(shí)，上游對(duì)流形成的冷池沿河谷向南移動(dòng)，冷池出流邊界與谷地偏南氣流在冕寧站附近形成了強(qiáng)烈的對(duì)流抬升機(jī)制（圖14b），造成冕寧站附近的局地對(duì)流被觸發(fā)（圖14a）。22 時(shí)，對(duì)流系統(tǒng)持續(xù)影響冕寧站附近地區(qū)并向東移動(dòng)（圖14c）。由于淺薄冷池沿河谷向南推進(jìn)，地面受偏北風(fēng)控制，但冕寧站附近由于對(duì)流增強(qiáng)，形成冷池堆積現(xiàn)象，隨著冷空氣開始進(jìn)入谷地以及上游地區(qū)對(duì)流持續(xù)，造成河谷偏北風(fēng)的強(qiáng)度和厚度隨緯度增加（向北）而增強(qiáng)、增厚，同時(shí)低空偏南氣流相比過程初期有所增強(qiáng)，為對(duì)流系統(tǒng)強(qiáng)度維持提供了持續(xù)性的動(dòng)力抬升機(jī)制（圖14d）。此結(jié)果與前述的基于觀測(cè)和再分析資料的分析結(jié)果是吻合的。此外，19 時(shí)冕寧上游高海拔地區(qū)對(duì)流系統(tǒng)出現(xiàn)在偏南氣流與地形高度梯度大值區(qū)的結(jié)合處（圖13b、圖14a）。這表明除川西南北部的低空切變線外，冕寧北部的地形強(qiáng)迫抬升亦構(gòu)成了上游高海拔地區(qū)初始對(duì)流的潛在觸發(fā)機(jī)制。

圖13 2020 年6 月26 日19 時(shí)（上）、22 時(shí)（下）（a、c）地面風(fēng)（箭頭，單位：m s-1）、溫度平流（等值線，單位：10-4 K s-1）、模式地形高度（填色，單位：km），（b、d）700 hPa 風(fēng)（箭頭，單位：m s-1）、溫度平流（等值線，單位：10-4 K s-1）、模式3000 m 以上地形（灰色填色）。紫色圓點(diǎn)代表冕寧站位置Fig.13 (a, c) Surface wind (arrows, units: m s-1), temperature advection (isolines, units: 10-4 K s-1), model terrain height (shadings, units: km), (b,d) 700-hPa wind (arrows, units: m s-1), temperature advection (isolines, units: 10-4 K s-1), above 3000-m model terrain (grey shadings) at 1900 BJT(top) and 2200 BJT (bottom) on 26 June 2020.Purple dot represents the location of Mianning station

圖14 2020 年6 月26 日19 時(shí)（上）和22 時(shí)（下）（a、c）雷達(dá)組合反射率因子（填色，單位：dBZ）、模式地形2800 m 線（等值線），（b、d）沿圖14a 紅色虛線的v-w 氣流（箭頭，單位：m s-1）、與經(jīng)向平均氣溫的溫差（實(shí)線和填色，單位：°C）、垂直速度（虛線；單位：m s-1）、模式地形（灰色填色）垂直剖面。圖b、d 中，紅色三角形代表冕寧站位置Fig.14 (a, c) Radar composite reflectivity factor (shadings, units: dBZ), 2800-m line of model terrain (isolines), (b, d) cross sections of v-w flow(arrows, units: m s-1), temperature differences (reference temperature is the meridional mean temperature, solid line and shadings, units: °C), vertical velocity (dashed lines, units: m s-1), model terrain (grey shadings) along the red dashed line in Fig.14a at 1900 BJT (top) and 2200 BJT (bottom) on 26 June 2020.In Figs.b and d, red triangle represents the location of Mianning station

6.2 關(guān)鍵因子與概念模型

冕寧“6.26”暴雨過程的天氣尺度斜壓強(qiáng)迫較弱，但與MCS 強(qiáng)度維持有關(guān)的關(guān)鍵物理量具有明顯的強(qiáng)度異常特征，在冕寧地區(qū)“河谷—山地”地形及上游對(duì)流系統(tǒng)影響等機(jī)制作用下，形成了持續(xù)性、高強(qiáng)度的夜間突發(fā)性中尺度暴雨過程。綜合前述分析結(jié)果，歸納總結(jié)此次暴雨過程形成機(jī)制和預(yù)報(bào)的關(guān)鍵因子與概念模型：（1）源自孟灣的西南暖濕輸送帶上出現(xiàn)了分支水汽通道進(jìn)入冕寧暴雨區(qū)（偏南氣流強(qiáng)度達(dá)12 m s-1左右），其中VINMF 異常超過2 σ，暴雨區(qū)位于“濕舌”（比濕達(dá)12 g kg-1以上）前沿。（2）盆地低渦西部偏北氣流與川西南低空偏南氣流形成了緩慢南壓的低空切變線。（3）過程發(fā)生前冕寧河谷內(nèi)地面氣溫達(dá)30°C，CAPE 達(dá)1500 J kg-1以上，異常超過5 σ。川西低槽過境后形成前傾結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)流不穩(wěn)定性（圖15a）。（4）26 日午后，冕寧上游地區(qū)的高原對(duì)流形成近地面冷池，在冷池?cái)U(kuò)張過程中與河谷內(nèi)的偏南風(fēng)（風(fēng)速6～8 m s-1）形成了中小尺度輻合線及顯著的抬升機(jī)制（圖15b）。（5）26 日前半夜，低空偏南氣流還在持續(xù)增強(qiáng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了向暴雨區(qū)的水汽輸送和對(duì)流能量輸送。同時(shí)，上游地區(qū)持續(xù)的對(duì)流冷池出流與翻越山嶺的冷空氣合并后向南侵入，由冷暖氣流對(duì)峙形成的邊界層動(dòng)力抬升有利于冕寧站附近中尺度暴雨對(duì)流系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間維持（圖15c）。

圖15 四川冕寧“6.26”突發(fā)性暴雨的形成機(jī)制概念模型：（a）多尺度系統(tǒng)和物理量配置；對(duì)流（b）觸發(fā)、（c）維持機(jī)制示意圖。圖a中，填色表示地形高度（單位：m）；圖b、c 中，三角形代表冕寧站位置，風(fēng)向桿代表冕寧站南側(cè)河谷地區(qū)的環(huán)境風(fēng)Fig.15 Formation mechanism conceptual model of “6.26” sudden rainstorm in Mianning of Sichuan Province: (a) Multiscale systems and physical quantity configuration; schematic of the (b) convection-triggering and (c) convection-maintenance mechanism.In Fig.a, shadings indicate terrain height (units: m).In Figs.b and d, triangle indicates the location of Mianning station, barbs indicate the environment wind in the valley on the south side of Mianning station

7 結(jié)論與討論

針對(duì)誘發(fā)四川冕寧“6.26”山洪的突發(fā)性暴雨過程，本文分析了降水實(shí)況、災(zāi)區(qū)地理環(huán)境及多尺度系統(tǒng)特征，研究了該地區(qū)復(fù)雜地形條件下對(duì)流的觸發(fā)和維持機(jī)制，提煉了關(guān)鍵預(yù)報(bào)因子，總結(jié)了暴雨過程形成機(jī)制的概念模型。結(jié)果表明：

（1）該過程是一次由多條帶狀meso-γ 對(duì)流系統(tǒng)產(chǎn)生的、伴有極端小時(shí)雨量的局地突發(fā)性暴雨過程。產(chǎn)生強(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)發(fā)展快、強(qiáng)度強(qiáng)，具有MCC 云團(tuán)特征，強(qiáng)對(duì)流回波質(zhì)心較低，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。對(duì)流發(fā)展具有明顯的后向傳播特征和“列車效應(yīng)”。

（2）過程發(fā)生前，環(huán)境大氣具有一定的對(duì)流不穩(wěn)定性，但低層存在較強(qiáng)的對(duì)流抑制能量。上游對(duì)流冷池出流、盆地西部冷空氣以及傍晚至夜間增強(qiáng)的低空偏南氣流對(duì)冕寧地區(qū)對(duì)流環(huán)境調(diào)整并形成持續(xù)性、高強(qiáng)度的對(duì)流暴雨產(chǎn)生了直接且顯著的影響。另外，對(duì)比歷史相似過程，該過程的關(guān)鍵物理量具有更顯著的異常和異常持續(xù)性。

（3）川西南北部高海拔地形對(duì)冷空氣南下進(jìn)入安寧河谷具有一定的阻滯作用，而午后低云量條件下河谷邊界層易形成暖脊，川西低槽過境后形成的前傾結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了該地區(qū)的對(duì)流不穩(wěn)定性。另外，在較強(qiáng)的谷地偏南風(fēng)背景下，川西南北部地形強(qiáng)迫抬升形成了河谷上游地區(qū)潛在的對(duì)流觸發(fā)條件。

（4）由川西低槽、低空偏南氣流和切變線構(gòu)成的天氣系統(tǒng)配置有可能觸發(fā)川西高原對(duì)流系統(tǒng)，造成對(duì)流冷池沿高原谷地向下游推進(jìn)。這些影響系統(tǒng)及其演變?cè)跇I(yè)務(wù)應(yīng)用中需要重點(diǎn)關(guān)注。川西南700 hPa 等比濕線（12 g kg-1）、邊界層暖脊、中等強(qiáng)度以上CAPE 的分布以及分支水汽輸送帶、上游對(duì)流冷池出流與谷地偏南氣流形成的地面輻合線等構(gòu)成了該地區(qū)突發(fā)性暴雨預(yù)報(bào)的關(guān)鍵因子。

“6.26”暴雨形成機(jī)制的分析結(jié)果表明，對(duì)于短期時(shí)效預(yù)報(bào)，盆地西部冷空氣的強(qiáng)度及其與川西南低空偏南氣流相互作用是關(guān)注重點(diǎn)。如果冷空氣偏強(qiáng)，南下侵入較快，川西南北部降水時(shí)間較短；如冷空氣偏弱，在川西南北部地形的阻擋下，對(duì)安寧河谷上游地區(qū)產(chǎn)生的影響較小。當(dāng)冷空氣達(dá)到合適強(qiáng)度，在過程初期不能迅速翻越冕寧北部高海拔地形，在冕寧北部形成系統(tǒng)性抬升并出現(xiàn)對(duì)流，其冷池出流為下游地區(qū)提供潛在的對(duì)流觸發(fā)條件。如預(yù)計(jì)在對(duì)應(yīng)時(shí)段河谷內(nèi)將出現(xiàn)較強(qiáng)且持續(xù)的偏南氣流，需要考慮該地區(qū)復(fù)雜地形條件下產(chǎn)生的“列車效應(yīng)”及由此引發(fā)的持續(xù)性強(qiáng)降水和山洪風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究冕寧暴雨過程與盆地西部冷空氣的關(guān)系有重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，針對(duì)盆地低渦對(duì)川西南暴雨的影響以及該地區(qū)暴雨可預(yù)報(bào)性等問題也亟需開展深入研究。

致謝感謝中國(guó)氣象科學(xué)研究院梁旭東研究員和夏茹娣副研究員、國(guó)家氣象中心陳雙和權(quán)婉晴在本研究結(jié)果交流討論過程中給予的指導(dǎo)！