四川盆地一次区域性暴雨天气过程分析——2023年7月11日至14日
Analysis of a Regional Rainstorm Weather Process in the Sichuan Basin—July 11~14, 2023
DOI: 10.12677/ojns.2024.125090, PDF, HTML, XML,   
作者: 韦雁冰:成都信息工程大学大气科学学院,四川 成都
关键词: 四川盆地暴雨诊断分析高空急流Sichuan Basin Heavy Rainfall Diagnostic Analysis High Altitude Rapids
摘要: 基于成都信息工程大学气象台Micaps常规高空和地面观测资料、FY-2卫星云图资料和欧洲中心ERA5高分辨率再分析资料(0.25˚ × 0.25˚),本文对2023年7月11日至14日四川盆地发生的一次持续性暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明,200 hPa高空急流显著增强;对流层低层切变线、西南涡和低空急流的维持,地面冷空气的南下,共同形成了此次暴雨过程的有利环流背景。高层辐散与低层辐合的垂直结构,持续且强烈的水汽供应为此次暴雨的发生提供了有利的动力及水汽条件。进一步分析发现,在地形辐合抬升的作用下,四川盆地东北部有明显的水汽辐合中心,配合正涡度区进一步加强了垂直上升运动;高温高湿的环境有利于中尺度对流系统的维持和发展,分析卫星云图发现盆地上空对流云团发展旺盛,伴随着密实对流云团的移动暴雨落区也在移动,是本次暴雨天气的主要中尺度对流系统。
Abstract: Based on Micaps conventional upper-air and ground-based observations at the meteorological station of Chengdu University of Information Technology (CUIT), FY-2 satellite cloud map data and ERA5 high-resolution reanalysis data (0.25˚ × 0.25˚) from the European Center, this paper provides a diagnostic analysis of a persistent torrential rainfall weather process occurring in the Sichuan Basin from July 11 to 14, 2023. The results show that the 200 hPa upper-level rapids were significantly enhanced; the maintenance of lower tropospheric shear, southwesterly vortex and lower-level rapids, and the southward movement of cold air at the surface together formed a favorable circulation background for this rainstorm process. The vertical structure of upper-level dispersion and lower-level convergence, and the sustained and strong water vapor supply provided favorable power and water vapor conditions for the occurrence of this rainstorm. Further analysis reveals that, under the effect of terrain convergence and uplift, there is a clear water vapor convergence center in the northeastern part of the Sichuan Basin, which further strengthens the vertical uplift movement together with the positive vorticity area; the high temperature and high humidity environment is conducive to the maintenance and development of mesoscale convective systems, and the analysis of the satellite cloud maps reveals that there is a vigorous development of convective clouds over the Basin, and the rainstorm fallout area is moving along with the movement of the dense convective clouds, which is the main mesoscale convective system of the stormy rain.
文章引用:韦雁冰. 四川盆地一次区域性暴雨天气过程分析——2023年7月11日至14日[J]. 自然科学, 2024, 12(5): 789-804. https://doi.org/10.12677/ojns.2024.125090

1. 引言

暴雨会导致水灾、泥石流等自然灾害,对人类社会和生态环境造成严重损害。四川盆地独特的地理位置使其频繁遭受暴雨袭击,作为中国西南地区的重要地理区域,其独特的地形和气候条件使其成为研究区域性降水过程的理想场所之一。例如:2008年9月22至27日四川省盆地西部发生的持续性暴雨天气过程,强降雨中心位于汶川地震重灾区,并引发严重的泥石流灾害,因灾死亡38人,失踪37人,直接经济损失逾23亿元[1]。2013年7月7日晚至11日,四川盆地西部出现了一次近年来罕见的强降水过程,过程的总降水量和小时雨强都出现了历史极值,造成58人死亡,175人失踪,倒塌房屋1.34万间,346.89万人受灾[2] [3]。2020年8月11日四川盆地西部发生了一次历史罕见的极端降水,此次极端降水过程共计直接经济损失超过100亿元,受灾人口175.5673万人,死亡(失踪) 15人,其中有6人在雅安芦山极端强降水中死亡[4]。降水通常具有明显的日变化特征,表现为单峰型,并在夜间增强;西南涡型和西南急流型天气系统容易导致极端强降水;四类暖区暴雨通常发生在高能高湿的不稳定环境中[5]。根据最优的位移偏差值对降水预报进行位移订正,进一步改进强降水落区预报效果[6]。高温高湿环境是5类MCS发生发展的共同特征,涡旋类和邻近层状云类MCS环境的热力不稳定性相对较高[7]。强降水落区不同的主要原因在于副高的动态变化不同[8]。当西南涡与高原涡相互作用时,云顶亮温低值区的中心位置和强度与同时发生的强降水特征高度吻合[9]。高、低空急流的耦合,加强了中层不稳定能量的聚集,促使低空急流加强发展[10]。四川盆地频繁发生强降水事件,特别是在夏季,夜间降水尤为显著。通过分析四川盆地7月暴雨的形成机制和特征,有助于提高7月暴雨预报的准确性和及时性,减轻暴雨引发的洪涝和地质灾害,保障生命财产安全。

2. 降水实况分析

2023年7月11至14日四川盆地出现了持续3 d的暴雨过程。从日降水量的分布来看,超过50 mm的区域在整个降水过程中不断变化,降水中心不断移动,从盆地西部移动至盆地中部和北部,最后在盆地东北部及边缘结束(图1)。11日08时至12日08时降水中心为雅安市宝兴县,日降水量突破历史极值。四川雅安、乐山、成都、德阳、绵阳等地出现局地大暴雨,雅安局地降水量300~340 mm。12日08时至13日08时四川绵阳等地局地特大暴雨(250~345 mm),其中13日05时至08时盆地出现强对流天气,四川中东部出现短时强降水天气,小时雨量30~50 mm,局地达80 mm以上。另外,四川中东部的局地出现雷暴大风。13日8时至14日8时,重庆中西部和东北部大部地区大到暴雨局地大暴雨,东南部小到中雨。28个区县出现暴雨,其中16个区县出现大暴雨。最大日降雨量出现在万州区龙宝,为219 mm,14日05时在万州区五桥最大小时雨量90.6 mm。

Figure 1. Distribution of 24-hour precipitation for July 2023, (a) 8 a.m. on the 11th to 8 a.m. on the 12th, (b) 8 a.m. on the 12th to 8 a.m. on the 13th, (c) 8 a.m. on the 13th to 8 a.m. on the 14th

1. 2023年7月24小时降水量分布图,(a) 11日08时到12日08时,(b) 12日08时到13日08时,(c) 13日08时到14日08时

在四川盆地11日至14日的连续暴雨过程中,多地出现强对流天气。降水中心在暴雨期间不重合,降水中心在夜间出现了短时强降水天气。宝兴县12日01时1小时内的降水量高达37.1 mm (图2(a)),而12日01时至03时3小时累积降水量更是达到了惊人的98.4 mm。随后的12日08时到13日08时中,北川羌族自治县在13日04时的1小时降水量达47.1 mm (图2(b)),德阳市13日07时1小时降水量达到53.3 mm,并在05时至08时内的3小时降水量高达96.8 mm。14日04时梁平县的1小时降水量74.5 mm、05时万州区的1小时降水量达68.2 mm (图2(c))。另外,14日02时至05时万州区的3小时降水量达117.8 mm。

Figure 2. Hourly precipitation time series of three precipitation centers from 00:00 a.m. on July 12 to 08:00 a.m. hours on July 14, 2023, (a) for Baoxing County, (b) for Beichuan Qiangzu Autonomous County, (c) for Wanzhou District (unit: mm)

2. 2023年7月12日00时到14日08时三个降水中心的小时降水量时序图,(a) 为宝兴县,(b) 为北川羌族自治县,(c) 为万州区(单位:mm)

3. 大尺度环流背景分析

3.1. 100 hPa环流形势分析

图3为100 hPa环流形势图,明显看到青藏高原及邻近地区有一大型高压系统,根据南亚高压的定义,可判定此天气系统为南亚高压。南亚高压是一种行星尺度的环流系统,它对我国天气有直接影响,高压脊线的位置和变动与我国主要雨带的位置和季节性变化有密切的关系[11]图3显示南亚高压处于青藏高原西南部,高压脊线位于33˚N左右,在暴雨期间内位置变化不大,但是强度较大。四川盆地位于靠近南亚高压中心的西南侧,受其影响明显。在11日20时南亚高压最大强度中心为1696 dagpm,高压脊明显东伸(图3(a))。此后南亚高压中心强度稍减后又增强,最后再减弱。到13日20时南亚高压在高原中部到盆地东北部出现一个即将闭合且范围较大的高压中心,最大强度中心为1692 dagpm (图3(e))。

Figure 3. 100 hPa Circulation Situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f)

3. 100 hPa环流形式,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f)

3.2. 200 hPa环流形势分析

图4为200 hPa环流形势图,填色区域为风速大于30 m/s的风速区。整个暴雨过程中在33˚~50˚N区域内有一条明显的风速大值区,长度达五千多公里,主要影响欧亚大陆中部,从西伯利亚延伸至东亚。根据高空急流的定义,可判定为此强而窄长的风速带为高空急流。

此时该高空急流位于南亚高压北侧,根据该高空急流的位置,可判定该高空急流为副热带西风急流。在11日20时该高空急流的急流轴位于40~50˚N、85~115˚E之间,急流中心最大风速值为61.1 m/s (图4(a))。到12日08时,该高空急流向南弯曲,且曲率较大,急流中心最大风速值稍减,为60.1 m/s (图4(b))。随着时间推移高空急流向东移动,且向南弯曲的程度加大,但最大风速轴减弱(图4(c))。急流中心的最大风速值稍减后再增大,到12日20时增大为62.9 m/s,大风速轴加强。11日20时至12日20时四川盆地位于南亚高压东南侧强幅散区,12日20时盆地还处于高空急流入口区右侧,有利于低层低涡在此形成。13日08时,南亚高压在盆地中部形成一高压中心,最大中心强度为1264 dagpm,此时高空急流东侧向南旋转程度加大,一个风速极大值中心减弱。13日20时,整个盆地处于南亚高压高压中心区域内,此时高压中心强度在1264 dagpm以上,急流中心最大风速值增强到64.4 m/s,急流轴强度增强、范围扩大。14日08时,随着急流东移,急流中心范围变小,整个高空急流也变得更窄更短(图4(f))。13日08时至14日08时盆地位于南亚高压中心区域。可以看到整个暴雨过程急流缓慢东移,中心强度变化不大但最大值区减少,同时急流影响范围也变得更窄更短。

Figure 4. 200 hPa Circulation situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f), shaded areas are areas with wind speeds greater than 30 m/s

4. 200 hPa环流形式,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f),阴影区域为风速大于30 m/s区域

3.3. 500 hPa环流形势分析

图5为500 hPa环流形势图。11日20时,亚洲中高纬地区维持经向环流,35˚N以北呈两槽一脊型,我国新疆北部和东北地区以东处于低压区,我国东北到华北一带有一高压脊(图5(a))。12日08时,中高纬地区系统稍稍东移,但总体变化不大,四川盆地有短波槽影响,盆地处于短波槽的槽区(图5(b))。12日20时,后部的低压系统移至蒙古地区,我国整个东北地区处于高脊控制之下,前部的低压系统东移出我国,西太平洋副热带高压588线(以下简称副高588线)伸至盆地东侧(图5(c))。13日08时,中高纬的系统继续东移,副高588线东退至110˚E处(图5(d))。13日20时,前部的低压东移入海,后部低槽移动至我国西北地区,槽后冷平流引导偏北气流南下影响盆地,同时,西太平洋副热带高压西伸至102˚E,副高588线位于30˚N左右(图5(e))。14日08时,西太平洋副热带高压继续西伸至92˚E,副高588线南移至25˚N (图5(f))。

Figure 5. 500 hPa Circulation situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f)

5. 500 hPa环流形式,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f)

3.4. 700 hPa环流形势分析

图6为700 hPa环流形势图。11日20时在青藏高原北侧的一低涡和我国西侧境外的一暖低压(图6(a))到12日08时分裂合并为一低涡(图6(b)),影响我国甘肃省西部和四川省大部分地区。12日20时至14日08时(图6(c)~(f))在甘肃省、陕西省和四川盆地接壤处有一切变线,这是由于500 hPa上低压系统向东移动不断有干冷空气南下和来源于孟加拉湾的暖湿空气北上汇合产生的。切变线以北为偏北风,以南为偏南风,为冷锋式切变。在四川省西部和青藏高原东部有一低涡,判定为西南涡,持续影响盆地到14日凌晨。分析700 hPa的相对湿度场发现,盆地大部分区域的相对湿度均较高。

Figure 6. 700 hPa Circulation situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f)

6. 700 hPa环流形式,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f)

3.5. 850 hPa环流形势分析

850h Pa的环流图(图7)显示,11日20时到13日20时盆地一直受偏南气流影响,到13日20时后盆地主要受偏北气流影响,同时也一直有充沛的水汽输送。11日20时新疆地区和有三个强度不大、影响范围较小的低压中心(图7(a))。四川盆地中部也出现一低压中心,为西南涡。此时,850 hPa层上的水汽含量不高,但在我国广西、湖南、湖北连线区域出现一条风速大于12 m/s的风速带。由低空急流的定义,可判定此风速带为低空急流。盆地位于该低空急流的左侧,有利于西南涡的维持。12日08时,西南涡的位置变化不大,仍位于盆地中部,低空急流的大风速轴增强,从海洋上输送大量暖湿空气进入我国,西南地区相对湿度增大(图7(b))。12日20时,川西和高原接壤处出现一低压中心,而西南涡的强度、位置变化仍然不大,低空急流继续维持,不断输送水汽(图7(c))。13日08时,盆地东北部有冷空气南下,同时,低空急流仍然维持,冷暖空气在盆地交汇(图7(d))。13日20时,西南涡南移出盆地,而西北部出现一低压,南下的冷空气影响到了盆地中部,低空急流消失(图7(e))。14日08时,低压中心减弱消亡,盆地大部分地区受冷空气影响(图7(f))。

Figure 7. 850 hPa Circulation situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f)

7. 850 hPa环流形式,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f)

3.6. 海平面气压场

图8可以看出,在暴雨发生之前四川盆地有一低压,随着时间推移低压强度逐渐减小,到14日08时低压已经消散。海平面气压的低压中心通常会导致大气中水汽的聚集和上升,进而增加降水的可能性,结合700 hPa和850 hPa的相对湿度场发现,低压区域和水汽含量较丰富的区域大致重合,这是导致暴雨产生的原因之一。还发现,低压中心的强度较大移动较慢,这导致了暴雨区域降水强度较大且持续时间较长,对整个暴雨过程的维持提供了十分有利的条件。

Figure 8. Circulation situation, July 11, 2023 at 08:00 p.m. (a), July 12, 2023 at 08:00 a.m. (b), July 12, 2023 at 08:00 p.m. (c), July 13, 2023 at 08:00 a.m. (d), July 13, 2023 at 08:00 p.m. (e), July 14, 2023 at 08:00 a.m. (f)

8. 海平面气压,2023年7月11日20时(a)、2023年7月12日08时(b)、2023年7月12日20时(c)、2023年7月13日08时(d)、2023年7月13日20时(e)、2023年7月14日08时(f)

4. 物理量诊断分析

4.1. 水汽通量分析

4.1.1. 850 hPa水汽通量

图9是850 hPa水汽通量图,通过分析图9,四川盆地本次暴雨过程有来源于孟加拉湾的水汽通道源源不断地向我国南部地区输送水汽。12日01时宝兴县的小时降水量达到最大值,此时水汽通量较大(图9(a)),从孟加拉湾向东北方向,特别是向中国南部和西南部的水汽输送非常显著,可以看出主要的水汽输送通道为孟加拉湾–广西–贵州–重庆–四川,在11日08时至12日08时的暴雨中心宝兴县东侧辐合。这些区域的水汽通量较大,表明有强烈的水汽输入。水汽流主要沿着850 hPa上的低压系统导向,为四川盆地等地区带来了充足的水汽,有助于降水的形成和维持。13日04时暴雨中心移动至北川(图9(b)),此时不仅有来源于孟加拉湾的水汽,还有从我国中东部输送来的微量水汽,两个通道的水汽幅合在一起,为暴雨的持续提供了良好的条件。由于风速越大,单位时间内水汽输送的能力越强,此时的风速较大,造成了12日08时至13日08时降水强度较大。水汽输送逐渐减弱,到14日04时水汽通道上的水汽量减少明显(图9(c)),但在四川盆地和华东地区依然保持较高水平,水汽流略向北偏,导致降水中心北移。由于水汽在盆地东部幅合,且盆地呈现东高西低的地形特征,水汽在盆地东北部水汽条件良好。

Figure 9. 850 hPa water vapor flux, July 11, 2023 at 01:00 a.m. (a), July 13, 2023 at 04:00 a.m. (b), July 14, 2023 at 05:00 a.m. (c)

9. 850 hPa水汽通量,2023年7月11日01时(a)、2023年7月13日04时(b)、2023年7月14日05时(c)

4.1.2. 850 hPa水汽通量散度

图10为水汽通量散度图,在11日08时至12日08时在宝兴县东侧出现水汽通量散度的负值区(图10(a)),说明此时有水汽的幅合,但是颜色较浅,说明此时的水汽通量散度较小,这于宝兴县的降水实况时序图显示的一致,由于辐合区移动,所以暴雨持续时间不长。随着水汽的不断输送,到四川省东北部出现一条与暴雨区域对应的深色带状辐合区(图10(b)),说明此时的水汽输送十分活跃,为这部分区域的降水提供了很好的水汽基础。到14日04时辐合区的颜色加深范围稍微扩大,风向改变且强度变大,说明此时水汽辐合强度变大。水汽剧烈辐合也会带来上升运动,水汽辐合越剧烈的地方说明抬升动力也越充足,对暴雨的产生和发展也越有利。

Figure 10. 850 hPa water vapor flux dispersion, July 11, 2023 at 01:00 a.m. (a), July 13, 2023 at 04:00 a.m. (b), July 14, 2023 at 05:00a.m. (c)

10. 850 hPa水汽通量散度,2023年7月11日01时(a)、2023年7月13日04时(b)、2023年7月14日05时(c)

4.2. 动力条件分析

相对涡度

低层的负相对涡度(反气旋性流动)往往伴随着下沉运动,而高层的正相对涡度(气旋性流动)则与上升运动相联系。通过分析图11,发现本次四川盆地的暴雨过程相对涡度的时间变化较最大降水时刻稍稍滞后,相对涡度最大的时刻在暴雨中心小时降水量最大时后2~10个小时。

低层的负相对涡度(反气旋性流动)往往伴随着下沉运动,而高层的正相对涡度(气旋性流动)则与上升运动相联系。这种低层下沉与高层上升的配置可以在中层产生强烈的抬升运动,促进了大气中不稳定能量的释放,有利于对流活动的触发和维持。12日00时至13日20时相对涡度的中心值出现在400 hPa高度上(图11(a)图11(b))。12日00时至12日20时高、中、低层的相对涡度对比不是特别明显,且强度较小。13日04时至13日20时中、低层为负相对涡度,且强度较大,高层为正相对涡度。

4.3. 动力条件分析

假相当位温

假相当位温不仅考虑了气压对温度的影响,也考虑了水汽的凝结和蒸发对温度的影响。图12为小时雨量最大时刻假相当位温的纬度~高度剖面。在27˚N和29.5˚N存在两个假相当位温最大值,30.5˚N以北对流层中低层假相当位温值较小(图12(a))。暴雨中心位于30.38˚N,降水中心南侧600 hPa以下假相当

Figure 11. Vertical profiles of time-relative vorticity, (a) 102.82˚E, 38˚N in July 2023, (b) 104.45˚E, 31.63˚N in July 2023, (c) 108.40˚E, 30.77˚N in July 2023

11. 时间–相对涡度垂直剖面图,(a) 2023年7月102.82˚E, 38˚N、(b) 2023年7月104.45˚E, 31.63˚N、(c) 2023年7月108.40˚E, 30.77˚N

位温值非常高,最大值可达395 K。29~30˚N之间的假相当位温值随高度而减小,最大值达到了30 K,为对流不稳定层结。到13日04时低层假相当位温值减小,高层变化不大(图12(b))。32.2˚N存在一个假相当位温最大值,向南假相当位温与气压成正比,为对流不稳定层结;向北假相当位温与气压成反比,为对流稳定层结。此时南北假相当位温呈现不同的分布,说明此处存在一锋区,且锋区随高度向南弯曲。28~31˚N之间的区域在低层假相当位温值较高,且800 hPa以下假相当位温与气压成正比,表示范围为对流不稳定,暴雨区域即位于区域内(图12(c))。31˚N以北假相当位温值减小,低层与高层之间的差值不大但仍为正值,900 hPa以上假相当位温值与气压成反比且较图12(b)南伸,表明此时冷空气南下至31˚N。

5. 云图分析

云顶黑体亮度温度分析

在深入探讨暴雨的成因时,首先需要关注大尺度环流形势的背景。在这种背景下,暴雨的形成往往是由嵌入在天气尺度系统中的中小尺度系统直接触发的。持续性暴雨和突发性暴雨这两种极端天气现象,它们的出现与MCS (中尺度对流系统)和MCC (中尺度对流复合体)的活动紧密相连。尤其是MCC,它经常与引发洪涝灾害的暴雨现象相互关联。

利用逐小时的FY-2G卫星资料,选取了暴雨过程中三个暴雨中心在小时降水量最大值时刻,分析云顶黑体亮温(TBB)的演变与暴雨强度和暴雨落区的对应情况。2023年7月11日下午,处于副高边缘的盆地西部生成分散的对流云团(图略)。初生时云团强度已较强,面积较小,随后迅速发展成强度更大的β

Figure 12. Pseudo-equivalent level temperatures, (a) for latitude-height profile at 01:00 a.m. on July 12, 2023 (102.82˚E), (b) for latitude-height profile at 04:00 a.m. on July 13, 2023 (104.45˚E), (c) for latitude-height profile at 05:00 a.m. on July 14, 2023 (108.5˚E), unit: K

12. 假相当位温,(a)为2023年7月12日01时纬度–高度剖面(102.82˚E),(b)为2023年7月13日04时纬度–高度剖面(104.45˚E),(c)为2023年7月14日05时纬度–高度剖面(108.5˚E),单位:K

尺度对流云团。11日23时已覆盖盆地西南部(图13(a)),与850 hPa上的西南涡对应,对流活动强盛。12日03时对流云团向东北移动影响盆地中部,并且强度增强(图13(b)),此时水汽在此辐合强度加大,为对流活动提供了更丰富的水汽,降水的强度增大,强降水中心位于对流云团云顶亮温值大值区。12日07时对流云团继续向东北方向移动,中心亮温值减小区域变小(图13(c)),此时降水区域从盆地西南部逐渐向盆地中部移动。到11时对流云团明显减弱,在盆地北部又新生一中心亮温值较强的、尺度较小的对流云团(图13(d)),此时盆地内降水强度稍弱。

Figure 13. FY-2G satellite infrared cloud image, July 11, 2023 at 11:00 p.m. (a), July 12 at 03:00 a.m. (b), 07:00 a.m. (c), 11:00 a.m. (d); unit: K

13. FY-2G红外云图,2023年7月11日23时(a),12日03时(b)、07时(c)、11时(d);单位:K

盆地北部的对流云团经历了显著的减弱过程,随后分裂成多个在盆地内部分布的、强度较低的对流云团,这些云团构成了一条NE-SW走向的对流云团带(图略),而盆地东南侧850 hPa上有一低空急流。12日19时,盆地西南侧观测到一新生对流云团(图略),该云团随后经历了显著的发展过程,首先向盆地西部移动,随后转向中部。13日02时,该对流云团已显著影响盆地西部大部分地区,显示出较强的强度(图14(a))。13日06时,其影响范围扩大至盆地中部,并与盆地北部的一较小对流云团融合(图14(b))。与此同时,水汽在盆地中部辐合程度加大,急流影响明显,导致对流活动加剧,使得降水中心雨势强烈。13日10时,该对流云团仍持续对盆地中部产生影响(图14(c)),触发了强烈的对流活动;然而,13日14时该对流云团的强度开始减弱,对流活动也随之减弱(图14(d))。

Figure 14. FY-2G satellite infrared cloud image, July 13, 2023 at 02:00 a.m. (a), 03:00 a.m. (b), 07:00 a.m. (c), 11:00 a.m. (d); unit: K

14. FY-2G红外云图,2023年7月13日02时(a)、06时(b)、10时(c)、14时(d);单位:K

盆地区域的对流云团经历了显著的减弱与分裂过程,而在泸州市和宜宾市出现的对流云团强度明显较大,该区域内产生了明显的降水现象(图略)。14日00时,在重庆城区出现一云顶亮温值较低的对流云团(图15(b)),与此同时,冷空气的南下加剧了对流活动,导致该区域内出现了强烈的降水。14日04时,对流云图北移,影响盆地东北边缘(图15(c)),尽管中心云顶亮温的大值区域有所减小,但地形的作用使得水汽、动力和热力条件良好,造成强烈的对流活动,导致该区域出现短时强降水。至14日10时,对流云团基本移出盆地(图15(d)),此时降水趋于结束。在整个过程中,云团的生成、演变、迁移与实际的降雨情况呈现出良好的对应关系。

6. 结论

为揭示四川盆地夏季暴雨天气的成因和时空演变规律,本文分析了2023年7月11至14日一次区域降水暴雨中心不断移动天气过程。从降水实况、环流背景以及物理量特征等方面进行的诊断分析。主要得出以下结论:

1) 四川盆地此次暴雨过程对流层高层配合较强的南亚高压、暴雨落区位于高空副热带西风急流入口区右侧,高层辐散抽吸作用有利于中低层气旋的发展和加强。

2) 伴随着中高纬大尺度槽脊的移动,冷空气不断南下,并且在对流层低层盆地东北部形成冷锋式切变线,且在盆地东南侧配合有强低空急流,与此同时西南涡发展并影响整个盆地,西南暖湿气流和冷空气强烈辐合,为降水提供有利的垂直运动条件以及水汽条件。分析海平面气压场发现在盆地附近有明显的低压辐合区,形成高层辐散、低层辐合的高低空耦合形势,进而形成降水天气,引发暴雨天气。

Figure 15. FY-2G satellite infrared cloud image, July 13, 2023 at 20:00 (a), and July 14 at 00:00 (b), 04:00 (c), and 10:00 (d), unit: K

15. FY-2G红外云图,2023年7月13日20时(a),14日00时(b),04时(c),10时(d);单位:K

3) 此次暴雨天气主要的水汽来源为孟加拉湾经广西、贵州、重庆、四川,且每个时刻大暴雨中心都配合有明显的水汽辐合中心。另外,暴雨发生前期和暴雨强盛期在对流层中层400 hPa附近配合有明显的正相对涡度中心,且整个四川盆地都在正涡度区控制下;伴随着正涡度区的逐渐减弱消失,整个四川盆地的暴雨天气结束。

4) 分析暴雨期间物理量场发现,在降水发生前期,四川盆地上空对流层低层处于高能区,暴大气层结对流不稳定。伴随着西南涡的发展以及冷暖空气的不断交汇,为此次降水天气提供了良好了热力和动力条件,降水也达到了最大。

5) 进一步分析卫星红外云图TBB资料发现,在大降水发生阶段,盆地的对流云团发展旺盛,且云顶亮温TBB的大值区与暴雨中心区域高度配合。这都将为未来暴雨天气预报预警提供很好的参考依据。

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