四川2020年8月16日暴雨天气过程分析
Analysis of Rainstorm Weather Process in Sichuan Province on August 16, 2020

作者: 赵海波 , 毛文书 , 许 康 :成都信息工程大学大气科学学院,四川 成都;

关键词: 暴雨四川盆地过程分析天气系统Rainstorm Sichuan Basin Process Analysis Weather System

摘要: 利用气象站常规观测资料、FY-2G卫星云顶黑体亮度温度(TBB)资料、欧洲气象中心(ECMWF)第五代大气再分析数据资料(ERA5),基于天气学和天气学诊断分析方法,从天气系统以及动力、热力和水汽条件角度,对发生在2020年8月16日四川地区的一次特大暴雨天气过程进行分析,结果表明:1) 此次暴雨天气过程是受到西南低涡、西太平洋副热带高压、西南低空急流和中尺度对流系统共同影响所引起。2) 动力条件表明:低层气旋性涡度辐合、高层反气旋性涡度辐散,垂直上升运动强烈。3) 热力条件表明:假相当位温随高度增加而降低,大气层结处于不稳定状态,其等值线密集区反映出锋面所在;温度平流反映出地面处于高能高湿状态,上空积蓄大量不稳定能量。4) 水汽条件表明:水汽补充来源于孟加拉湾和我国南海海面,以西南低空急流为载体,向降雨落区输送。5) 云顶黑体亮温(TBB)负大值区与降水的强度和落区有很好的对应关系。

Abstract: Utilizing conventional observation data from weather stations, the FY-2G satellite black body temperature (TBB) data, the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) fifth-generation atmospheric reanalysis (ERA5), based on synoptic and synoptic diagnostic analysis methods, from the perspective of the weather system and the dynamic, the thermal, the moisture conditions were analyzed for a heavy rainstorm that occurred in Sichuan on August 16, 2020. The results showed that: 1) The rainstorm was affected by the southwest vortex, the Western Pacific subtropical high, the southwest low-level jet and the mesoscale convective system. 2) The dynamic conditions show that the low-level cyclonic vorticity converges, the high-level anticyclonic vorticity diverges, and the vertical upward movement is strong. 3) The thermal conditions show that: The pseudo-equivalent potential temperature decreases with the increase in altitude, the atmosphere stratification is in an unstable state, and the dense contour area reflects that there is a frontal area in this surface; the temperature advection reflects that the land is in a state of high energy and high humidity, a large amount of unstable energy is accumulated in the high-level. 4) The moisture conditions indicate that the moisture replenishment comes from the Bay of Bengal and the surface of South China Sea, and is transported to the rainfall area with the southwest low-level jet as the carrier. 5) The negative large value areas of black body temperature (TBB) have a great corresponding relationship with the intensity and zones of precipitation.

1. 引言

暴雨灾害常常造成重大人员伤亡和经济损失,接连不断的强暴雨在历史的长河中给人们留下了深刻的印象,如1975年8月发生在河南地区的大暴雨造成淮河地区近100县受淹,3万多人丧生 [1];1998年6至8月长江全流域洪水受灾人口超过一亿,死亡1800多人,经济损失1500多亿 [2]。在全球自然灾害频发、强度不断增强的背景下,全球气候变化带来的气象灾害频率也随之增加,极端天气时常出现,暴雨天气过程作为极端天气过程之一,是对我国造成险恶影响的首要气象灾害之一,特别是在四川盆地,由于其位于中国西南地区内陆,地势整体上呈现出西边高东边低的特征,在盛夏时节的局部性大暴雨过程的发生频次、剧烈程度都远高于东部地区 [3]。此外,还有很多气象学者、专家对降水进行了大量研究:陈丹 [4] 指出,在夏季青藏高原大气热源对四川盆地降水有显著影响;谭燕 [5] 等分析出西南涡在四川盆地的降水影响因子中具有一席之地,西南涡的出现往往伴随着降雨的到来;王黎黎等 [6] 计算了与降水有关的各式物理量,讨论分析得到,低空急流和西太平洋副热带高压的位置起到了决定性作用。暴雨发生发展的强度之大,其间过程转瞬即逝,尺度范围小,导致直接利用数值产品发布对降水的预报预警往往会有较大的偏差。所以,对暴雨过程的分析可以使得暴雨形成的物理机制和触发原因更为清晰。

2. 资料与方法

2.1. 地理位置简介

四川省 [7],身居内陆,位于华西南腹地,介于北纬26˚03'~34˚19'、东经97˚21'~108˚12'之间,它在长江上游地区,东临重庆市,西衔西藏(青藏高原),南邻云南省和贵州省(云贵高原),北与陕西省、甘肃省、青海省接壤(秦岭高地)。四川整体上地貌东西差异较大,包含四川盆地、川西高原、横断山脉、云贵高原、秦岭–大巴山山地等几大地貌,地形复杂多样,境内平原和高原少,丘陵次之、主要以山地为主。

2.2. 数据来源

本文所用的资料包括:

1) 逐小时FY-2G卫星的云顶亮度温度(TBB)资料、台站6小时累计降水量数据来源于成都信息工程大学气象实习台。

2) 基本的物理量数据来源于欧洲中心(ERA5)的再分析资料,时间分辨率为1小时,空间分辨率为0.25˚ × 0.25˚。

2.3. 研究方法

1) 利用实况降水数据,绘制6小时累计降水分布图,用以确定暴雨的时空分布情况。

2) 选用欧洲气象中心的ERA5再分析数据,绘制亚欧地区的环流形势,得到此次暴雨天气过程的大气环流形势。

3) 选用欧洲气象中心的ERA5再分析数据,选取暴雨过程对应时间的涡度、散度、垂直速度作为动力条件;假相当位温、温度平流作为热力条件;水汽通量及其散度作为水汽条件,加之与降水资料结合,分析此次暴雨天气过程的动力机制以及产生原因。

4) 利用FY-2G气象卫星资料,调用云顶黑体亮度温度(TBB)产品,用以分析中尺度对流系统的演变情况。

Table 1. Introduction of physical quantity

表1. 物理量简介

u、v和ω分别为P坐标系中x、y和垂直方向的速度;ρ为密度;w是Z坐标系中的垂直方向的速度;q为水汽比湿;g是重力加速度,数值为:9.8 m∙s−2;T是气温;Lv是水的气化潜热(0℃),数值为:2501 J∙g−1;Cpd是干空气比定压热容,数值为:1004.07 J∙Kg−1∙K−1;θd是湿空气中所含干空气的位温, θ d = T ( 1000 p d ) R d C p d (pd是湿空气中所含干空气的气压,数值上近似p,Rd是干空气比气体常数,数值为:287.05 J∙Kg−1∙K−1);rs是饱和混合比, r s = ε e s p e s (es是饱和水汽压, e s = 6.1078 exp ( 17.2693882 ( T 273.16 ) T 35.86 ) )。

3. 降水实况与环流形势

3.1. 6小时累计降水实况

在2020年8月15日20时至2020年8月16日02时(见图1(a))这段时间内的累计降水可以看出,主要降水中心位于川东北地区的北川、江油附近,另外在都江堰附近、仁寿附近也分别有两个次降水中心,说明此刻对流中心呈现分散式分布;到了16日08时(见图1(b)),前6小时累计降水图显示,之前位于仁寿的次降水中心向东北方向移动,与之前的主降水中心合并,波及到了都江堰、双流、简阳等;随后在14时(见图1(c)),降水量图显示降水中心强度明显减弱,且向西南方向移动;在20时(见图1(d)),可以看出降水中心轮廓已不明显,在川西南地区出现降水,可以看出本次暴雨天气是由西北至东北至西南走向来影响四川。

(a) (b) (c) (d)

Figure 1. The 6-hour actual accumulated rainfall of Sichuan province from 20:00 on 15 August 2020 to 02:00 on 16 August 2020 ((a), unit: mm), from 02:00 to 08:00 on 16 August 2020 ((b), unit: mm), from 08:00 to 14:00 on 16 August 2020 ((c), unit: mm) and from 14:00 to 20:00 on 16 August 2020 ((d), unit: mm)

图1. 2020年8月15日20:00~2020年8月16日02:00 (a)、2020年8月16日02:00~08:00 (b)、2020年8月16日08:00~14:00 (c) 和2020年8月16日14:00~20:00 (d) 的四川全省6小时累计地面降水实况(单位:mm)

3.2. 500 hPa环流形势

在2020年8月16日08时(见图2),亚欧大陆整体呈现出“两槽一脊”型环流形势,东西伯利亚附近存在一低值中心,延伸出一槽且不断加深;贝加尔湖以北有一切变;日本及其附近海域、中国黄海、渤海附近受西太平洋副热带高压(以下简称副高)影响,副高的稳定维持,把充足的暖湿空气输送到中国内陆,为降雨带来有利的水汽条件;在中西伯利亚附近,由于上述槽向南加深,且脊又在不断向北伸,脊前不断有自北冰洋南下的冷空气,脊的南部与南方暖湿空气的联系被冷空气所切断,所以在脊的北部,泰梅尔半岛附近形成暖高压中心,即阻塞高压,从而形成阻塞形势;而在槽的南边,蒙古高原附近则会形成一个孤立的闭合冷型低压中心,即切断低压,该低涡延伸出一槽,影响我国新疆等西北部地区;我国四川省有西南低涡,且其位于槽中,对四川盆地地区影响较大;里海附近也有一低涡和一槽。

Figure 2. The distribution of height field (contour, unit: dagpm) and wind field (vector, unit: m∙s1) at 500 hPa at 08:00 on 16 August 2020

图2. 2020年8月16日08:00 500 hPa高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(矢量,单位:m∙s1)分布

在2020年8月16日20时(见图3),总体依旧维持“两槽一脊”型环流形势,对于沿着青海附近低槽西侧随西北气流扩散南下极地冷空气大有裨益。西西伯利亚有一低涡,而自西西伯利亚至蒙古高原,由东北到西南有三条切变;08时位于新疆附近的低槽东移影响内蒙古西北部、甘肃大部、青海省东部以及四川省西部地区,引导冷空气扩散南下;我国四川省附近低槽稳定维持,对此次暴雨天气过程起着十分重要的作用;印度半岛、孟加拉湾附近有一低值中心;副高西伸脊点在110˚E附近,影响范围扩大,说明副高加强,水汽输送条件稳定。

Figure 3. The distribution of height field (contour, unit: dagpm) and wind field (vector, unit: m∙s1) at 500 hPa at 20:00 on 16 August 2020

图3. 2020年8月16日20:00 500 hPa高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(矢量,单位:m∙s1)分布

3.3. 700 hPa环流形势

在2020年8月16日08时(见图4(a)),700 hPa高度上,蒙古高原附近有一低涡且存在槽;内蒙古中部偏南,陕西附近有一低涡并延伸出一槽;四川盆地被一低涡控制,且涡旋中心与本次暴雨天气过程的降水中心重合,位于四川省成都、雅安、德阳等市附近,我国西南地区大部均以西南风、偏南风为主,说明有西南急流从我国南海、孟加拉湾等地带来大量水汽,对本次暴雨天气过程的水汽补充有利。在2020年8月16日20时(见图4(b)),蒙古高原附近形势如08时,内蒙古中部有一切变,南方的水汽可以凭借切变线以西的偏南气流源源不断的输送过来;陕西省西南部,四川东北部也存在一切变,南方的水汽补充以切变线西南边的偏南气流为载体,另一方面,这股气流沿着锋面向上攀升,使得水汽凝结成雨,影响四川盆地东北部地区。

(a) (b)

Figure 4. The distribution of height field (contour, unit: dagpm) and wind field (vector, unit: m∙s1) at 700 hPa at 08:00 (a) and at 20:00 (b) on 16 August 2020

图4. 2020年8月16日08:00 (a) 及20:00 (b) 700 hPa高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(矢量,单位:m∙s1)分布

4. 物理量分析

4.1. 动力条件

4.1.1. 涡度

涡度(见表1)是度量大气旋转的物理量,表示大气旋转的方向和大小。涡度值为正值,空气表现出逆时针旋转,即为气旋式涡度;涡度值为负值,空气表现出顺时针旋转,即为反气旋性涡度。

针对此次暴雨天气过程,沿着强降水中心都江堰站(31˚N),绘制出2020年8月16日02时至20时之间的涡度纬向垂直剖面图(见图5)。16日02时(见图5(a)),东经105˚附近的正涡度向西延伸,范围扩大,已影响东经104˚附近在700 hPa中层区域,其西侧低层为负涡度,说明此时对流活动开始发展;16日08时(见图5(b))至14时(见图5(c)),对流活动达到旺盛阶段,正涡度中心值增强到20 × 10−5 s−1,且正涡度柱高度上升到150 hPa高度附近;负涡度中心也同样增强到−16 × 10−5 s−1,因此,在高层负涡度、低层正涡度的垂直配合下,为暴雨的发展提供了良好的动力条件,雨势达到峰值;16日20时(见图5(d)),正涡度中心强度减弱,正值区高度也有所下降,对流活动趋于减弱。以上分析可知,低空正涡度的存在是暴雨天气系统发生发展的重要影响因素之一,与此同时,低层强正涡度中心的强辐合,利于降雨区上空形成剧烈上升运动,为暴雨的演变提供有利的动力抬升条件。

(a) (b) (c) (d)

Figure 5. The distribution of vorticity along the storm center, Dujiangyan station (31˚N) at 02:00 (a), 08:00 (b), 14:00 (c) and 20:00 (d) on 16 August 2020 (solid line: positive, dotted line: negative, unit: × 10−5 s−1)

图5. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c) 和20:00 (d) 沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的涡度分布(实线:正值,虚线:负值,单位:× 10−5 s−1)

4.1.2. 散度

散度(见表1)可以表示水平风场的辐散、辐合程度,其严格意义上的定义是描述空气从周围汇合到某一处或从一处流散开来的程度的物理量。散度为负值表示辐合;为正值表示辐散。

分析此次过程,沿强降水中心都江堰站(31˚N),绘制出2020年8月16日02时至20时之间的散度纬向垂直剖面图(见图6)。16日02时(见图6(a)),东经104˚附近700 hPa以下完全在负值区控制范围之内,负值中心强度 ≤ −18 × 10−5 s−1,中高层则被正散度所控,正值中心强度 ≥ 20 × 10−5 s−1,此时低层强烈辐合上升,利于低层水汽的向上输送;高层强烈辐散,有利于高层形成“抽吸作用”,同时为对流活动和热量的垂直输送提供了有利的动力条件,本次暴雨天气过程正是在这种低层辐合上升,高层辐散相互叠加的形势下所产生;08时(见图6(b)),东经104˚附近高层正值中心下降到600 hPa以下,低层正值区的辐合强度也有所减缓,且有较小正散度,此时对流活动有所减弱;14时(见图6(c)),对流活动再次兴起,东经104˚附近700 hPa以下区域负散度,负值中心强度 ≤ −18 × 10−5 s−1,且负值区域最高达500 hPa,中高层则继续在正散度范围内,正值中心强度 ≥ 20 × 10−5 s−1;20时(见图6(d)),低层的负散度减弱,中心强度降至−6 × 10−5 s−1,高层的正散度同样大幅度减弱,中心强度仅为6 × 10−5 s−1,对流活动趋于结束。上述的分析表明,低层负散度,高层正散度,有利于引发“抽吸效应”,引起强烈的垂直上升运动。

(a) (b) (c) (d)

Figure 6. The distribution of divergence along the storm center, Dujiangyan station (31˚N) at 02:00 (a), 08:00 (b), 14:00 (c) and 20:00 (d) on 16 August 2020 (unit: × 10−5 s−1)

图6. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c) 和20:00 (d) 沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的散度分布(单位:× 10−5 s−1)

4.1.3. 垂直速度

水汽、能量等的垂直输送离不开垂直速度(见表1),低层物理量能够输送到高层,垂直速度功不可没,并且由于这种对流层的垂直运动对于暴雨的发生发展有重要作用,所以垂直速度的分析也尤为重要。垂直速度为负(ω < 0),代表上升运动。

(a) (b) (c) (d)

Figure 7. The distribution of vertical velocity along the storm center, Dujiangyan station (31˚N) at 02:00 (a), 08:00 (b), 14:00 (c) and 20:00 (d) on 16 August 2020 (unit: Pa∙s−1)

图7. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c) 和20:00 (d) 沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的垂直速度分布(单位:Pa∙s−1)

分析此次暴雨天气过程沿强降水中心都江堰站(31˚N),绘制出2020年8月16日02时至20时之间的垂直速度纬向垂直剖面图(见图7)。8月16日02时(见图7(a)),东经104˚附近被负值区所控制,上升运动剧烈,强度中心值 ≤ −5 Pa∙s−1,且从850 hPa高度往上,至150 hPa高度上下均为上升运动,可以看出此时刻有深厚的对流运动;08时(见图7(b)),上升运动强度有所减弱,但对流运动范围仍在维持,达到150 hPa高度以上;14时(见图7(c)),上升运动强度再次增加,中心值强度 ≤ −3 Pa∙s−1,但强对流顶高度降低至400 hPa高度附近;到了20时(见图7(d)),垂直上升运动在强度和厚度方面均在降雨区域减弱,仅有微弱的对流上升运动。由上述分析可知,垂直速度的负值区反映出垂直上升运动,较强的上升运动为水汽等物理量的向上输送提供了动力条件。

4.2. 热力条件

4.2.1. 假相当位温

假相当位温( θ s e ,见表1),其严格意义上的定义为饱和气块上升过程中,水汽全部凝结所释放的潜热加热空气后达到的位温。并且假相当位温在干绝热和湿绝热的过程中都是保守的,也就是说假相当位温具有数值都是常数的特征。

正是由于这个特殊性质,假相当位温在大气的静力稳定度判断方面可作为静力稳定度判据而被使用。

θ s e / z < 0 时,条件性不稳定;

θ s e / z > 0 时,绝对稳定。

除此之外,假相当位温的分布还可以当作大气潜在能量的分析工具,通常取θse = 340K (67℃)为一般性气团和高能暖湿气团的分界线 [13],在假相当位温梯度的极大值处,即假相当位温线密集区,可以表示锋面所在的位置或能量锋区 [14]。

沿强降水中心都江堰站(31˚N),绘制出2020年8月16日02时至20时之间的假相当位温纬向垂直剖面图(见图8),用以分析降雨区域(103˚E~106˚E)内的假相当位温的演变情况。8月16日02时(见图8(a)),在降雨区域上空,500 hpa高度以下一直保持 θ s e / z < 0 的状态,有深厚的假相当位温高值区,在垂直方向上延伸至600 hPa高度,最大值达到148℃,高能暖湿气团占据低层,低层暖湿气流为主,高空干冷空气为主,大气层结极不稳定,为暴雨的发生发展积蓄了不稳定能量,利于降水的发生发展。且假相当位温密集区位于东经103˚到东经104˚,说明此区域为锋面所在区域。在之后的时间里,降雨区内假相当位温数值不断降低,东部低值中心逐渐西移到达降雨区,在20时(见图8(d)), θ s e / z > 0 ,大气趋于对流稳定。

(a) (b) (c) (d)

Figure 8. The distribution of pseudo-equivalent potential temperature along the storm center, Dujiangyan station (31˚N) at 02:00 (a), 08:00 (b), 14:00 (c) and 20:00 (d) on 16 August 2020 (unit: ˚C)

图8. 2020年8月6日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c) 和20:00 (d) 沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的假相当位温分布(单位:℃)

4.2.2. 温度平流

引起某些地区温度升高或降低的因素之一是冷暖空气的水平运动,空气由高温区流向低温区,称为“暖平流”;空气由低温区流向高温区,称为“冷平流”,大规模天气变化的原因之一是冷暖平流,而温度平流的变化(见表1)可以很好地反映出冷暖平流的情况。

沿强降水中心都江堰站(31˚N),绘制出2020年8月16日02时至20时之间的假相当位温纬向垂直剖面图(见图9)。8月16日02时(见图9(a))降雨区域(103˚E~106˚E)内低层暖平流强度达到峰值,其东西两侧均有冷平流与其交汇中心区域强度 > 50 × 105 ℃∙s−1;在高层,冷平流也至02时高空冷平流达峰值,低层暖平流、高层冷平流,利于降水发生发展;随后,暖平流逐渐减弱,高层冷平流控制低层,冷暖平流趋于稳定。

4.3. 水汽条件

动力因素和热力因素对于暴雨的发生发展至关重要,但水汽因素亦不可忽视。暴雨发生需要外界源源不断的输送水汽进行供应,当地原有的水汽是远远不够的,所以充足的水汽是维持降水的主要因素。为了定量地描述水汽大小、形象地看出水汽的源汇地,从而引入水汽通量和水汽通量散度(见表1)。水汽通量的数值和方向可以反映水汽的来源,其主要是表示水汽输送强度的物理量,但是在作降水成因分析时,常常需要进一步考虑从各个方向输送来的水汽是否能在某地集中起来,所以,引入水汽通量散度,其可以表示这种输送来的水汽集中程度,水汽通量散度数值为正,则表示有水汽流失;水汽通量散度数值为负,则表示有水汽汇聚。

选取2020年8月15日20时、16日02时、08时、14时的水汽通量和水汽通量散度,绘制二者的平面分布图(见图10),着重分析降雨区域(103˚E~106˚E)内水汽通量和水汽通量散度的情况。在8月15日20时(见图10(a)),水汽通量表现出大量的水汽从西南方向或偏南方向输送至东经104˚,北纬32˚附近,据此,可以判断出本次水汽来源:一是我国南海的偏南气流途径广西贵州一带北上进入四川盆地;二是来自孟加拉湾的暖湿气流沿青藏高原东侧经云南进入四川。但此时水汽通量所显示出的密集程度不大、强度相对较弱。此时水汽通量散度负值区集中于水汽通量输送区域附近,水汽通量散度最强达−60 × 10−3 kg∙m−2∙s−1∙hPa−1,说明水汽通量散度负大值区与水汽通量辐合区有很好的对应关系。8月16日02时(见图10(b)),水汽通量密度加大,强度增强,大量水汽从西南或正南方向输送至东经103˚~108˚,北纬30˚~34˚区域内。此时水汽通量散度负值区占据上述区域,说明输送来的水汽能够很好在此地区聚集,且中心强度均强于−60 × 10−3 kg∙m−2∙s−1∙hPa−1。16日08时(见图10(c))、14时(见图10(d)),水汽通量逐渐减弱,强度和密集程度均减少。水汽通量散度负大值区在08时减弱,14时仅降雨区仅被负小值区域所控制,中心强度最强仅为−20 × 10−3 kg∙m−2∙s−1∙hPa−1。上述分析得出,水汽通量密集区、水汽通量散度负大值区与暴雨落区有一定的对应关系。中低层水汽以西南低空急流作为载体,源源不断地从源地输送至降雨区。

(a) (b) (c) (d)

Figure 9. The distribution of temperature advection along the storm center, Dujiangyan station (31˚N) from 08:00 (a) and 20:00 (b) on 15 to 02:00 (c), 08:00 (d), 14:00 (e) and 20:00 (f) on 16 August 2020 (unit: × 105 ˚C∙s1)

图9. 2020年8月15日08:00 (a) 及20:00 (b)~16日02:00 (c)、08:00 (d)、14:00 (e) 和20:00 (f) 沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的温度平流分布(单位:× 105 ℃∙s1)

(a) (b) (c) (d)

Figure 10. The distribution of moisture flux divergence field (the shaded, unit: × 103 kg∙m2∙s1∙hPa1) and moisture flux field (vector, unit: kg∙m2∙s1∙hPa1) at 700 hPa at 20:00 (a) on 15 and at 02:00 (b), 08:00 (c), 14:00 (d) on 16 August 2020

图10. 2020年8月15日20:00 (a) 和16日02:00 (b)、08:00 (c)、14:00 (d) 700 hPa水汽通量散度场(填色,单位:× 103 kg∙m2∙s1∙hPa1和水汽通量场(矢量,单位:kg∙m2∙s1∙hPa1)分布

5. FY-2G云顶黑体亮度温度

云顶黑体亮度温度(TBB)本身是一个辐射值,是由气象卫星经红外窗区通道测得,其可以推断天气系统的演变、示踪天气系统的移动,以及其伴随的天气现象和强度等,特别是针对中尺度对流云团,云顶亮温可以直接反映出其发生发展的变化,而中尺度对流系统的变化特征又与天气系统的演变有着密切相关,同时,魏建苏 [15] 提到,暴雨区域上空的最小亮温值一般都低于−54℃。

针对于此次暴雨天气过程,利于用逐小时的FY-2G卫星资料,选取了2020年8月15日20时、22时以及2020年8月16日00时、02时、06时、08时和14时20时,分析云顶黑体亮温(TBB)的演变与此次暴雨强度和暴雨落区的对应情况。对流云团的发生发展主要影响的四川盆地西部山区,15日20时(见图11(a)),盆地西部有明显的对流云团,且亮温值低于−80℃,对流旺盛;15日22时(见图11(b)),四川西部对流减弱,并逐渐东移。16日00时(见图11(c)),对流系统在东边重新建立,并快速发展,眉山、乐山市附近亮温值低于−80℃,对流活动剧烈;16日02时(见图11(d)),随着西南低涡逐渐形成,盆地内已有多个分散明显的对流云团生成,同降水量图来看,较为符合降水量的分布;16日06时(见图11(e)),多个分散对流云团合并,强度虽有所减弱,但中心强度依旧低于−70℃,且影响川东北至四川中部地区;16日08时(见图11(f)),低涡系统减弱,但中心强度仍低于−50℃,覆盖区域内仍会有暴雨级别的降水影响。16日14时(见图11(g)),由于500 hPa上空西南低涡仍稳定存在,所以受其影响,对流活动再次发生发展,影响四川盆地,且在20时(见图11(h))的卫星云图可以很好地契合同时间的降水量图,说明系统向西南移动。

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

Figure 11. The distribution of FY-2G TBB product from 20:00 (a) and 22:00 (b) on 15 to 00:00 (c), 02:00 (d), 06:00 (e), 08:00 (f), 14:00 (g), 20:00 (h) on 16 August 2020 (unit: ˚C)

图11. 2020年8月15日20:00 (a) 及22:00 (b)~16日00:00 (c)、02:00 (d)、06:00 (e)、08:00 (f)、14:00 (g) 和20:00 (h) FY-2G TBB产品分布(单位:℃)

6. 结论

综合上述对2020年8月16日暴雨天气过程的详细分析,可以得到以下主要结论:

1) 本次特大暴雨天气过程是在亚欧大陆中高纬度地区整体呈现两槽一脊的大尺度稳定环流形势背景下,西南低涡以及西太平洋副热带高气压带、西南低空急流、中尺度对流系统,均是此次天气过程的影响系统。

2) 在暴雨发生时段、暴雨发生区域内,涡度在垂直方向表现为低层气旋性涡度、高层反气旋性涡度;散度在垂直方向表现为低层辐合上升、高层辐散的形势状态能够很好地对应暴雨时刻和落区,有利于引发“抽吸效应”,带来垂直上升运动;垂直速度负值区从低层延伸至高空,有利于水汽、能量和热量等的垂直输送。

3) 暴雨落区上空500 hpa高度以下一直保持 θ s e / z < 0 的状态,假相当位温最大达144℃,温度平流也反映出降雨区域有强暖湿气流,地面处于高能高湿状态,上空则被干冷空气所占据,大气层结极其不稳定,上空积蓄大量不稳定能量,为暴雨的产生提供热力条件,此外,假相当位温密集区,即能量锋区位于东经103˚到东经104˚,说明此区域存在锋面所在区域。

4) 通过对水汽通量和水汽通量散度的分析表明:此次天气过程水汽来源是孟加拉湾和我国南海洋面,以西南低空急流为载体,向本次降雨区输送。在700 hPa高度有水汽通量散度的负大值中心,该水汽汇集强盛区与暴雨落区位置相符。

5) 云顶亮温(TBB)产品表明:川东北地区的强降水对流活动较为旺盛,降水的强度和落区与云顶亮温负大值区有较好的对应关系。

文章引用: 赵海波 , 毛文书 , 许 康 (2021) 四川2020年8月16日暴雨天气过程分析。 自然科学, 9, 577-593. doi: 10.12677/OJNS.2021.95064

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