綦江流域80 a一遇特大暴雨實況與影響系統(tǒng)分析

田茂舉，曠 蘭，海 川，米洪潔，彭 馨

(1.重慶市綦江區(qū)氣象局，重慶 綦江 401420；2.重慶市萬州區(qū)氣象局，重慶 萬州 404100)

0 引言

綦江多山地地形，綦江及周邊地區(qū)多中小河流流域，一旦發(fā)生特強暴雨或持續(xù)性暴雨天氣過程，就特別容易引起暴雨洪澇災(zāi)害。對于暴雨的研究，解明恩等[1]通過分析泥石流與氣象特征的關(guān)系，得出泥石流發(fā)生時的區(qū)域性臨界面雨量指標，并提出了相關(guān)預(yù)警方法；趙思雄等[2]指出邊界層入侵的淺薄冷空氣對暴雨的觸發(fā)具有重要作用；劉國忠等[3]通過對桂西北2次嚴重山洪地質(zhì)災(zāi)害的暴雨過程分析，提出了對流云團的合并對強降水具有指示意義。

綦江地區(qū)年平均降水量為1024.8 mm，2020年年降水量為1515.0 mm，其中歷史上最強的6次過程依次為2020年“6·22”暴雨、1998年“8·7”暴雨、2016年“6·28”暴雨、2020年“7·1”暴雨、2005年“6·5”暴雨、2002年“8·20”暴雨。2020年6月19日20時—22日20時，綦江流域出現(xiàn)了連續(xù)性強降水天氣，極端最大降水量達到302.7 mm，發(fā)生了自1940年以來的特強降水，對綦江流域的綦江、萬盛、南川、桐梓、習(xí)水等多個地區(qū)造成了嚴重影響。綦江流域上游地區(qū)桐梓北部和習(xí)水北部普遍暴雨到大暴雨，而綦江、萬盛、南川普遍暴雨到大暴雨，局地特大暴雨。因此有必要對這次過程的實況及主要影響系統(tǒng)進行回顧。本文利用常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域自動站加密觀測資料、探空資料、風(fēng)云2G資料、24 h降水融合產(chǎn)品以及EC EAR 0.25°×0.25°逐小時再分析資料，通過背景形勢場分析、物理量場診斷和強對流觸發(fā)條件分析，探討綦江地區(qū)此次特大暴雨過程發(fā)生發(fā)展的特征以及成因。

1 降水實況

2020年6月19日20時—22日20時綦江流域發(fā)生連續(xù)性強降水天氣過程，降水持續(xù)時間長、強度大、范圍廣，以短時強降水為主，且短時強降水主要發(fā)生在20日凌晨、20日夜間以及22日凌晨，累計降水量極端最大值為綦江境內(nèi)永城站點302.7 mm，其中前24 h降水主要發(fā)生在綦江的中北部以及萬盛、南川地區(qū)；24～48 h，綦江流域沿岸的地區(qū)均發(fā)生了不同量級的降水，其中以綦江流域的上游地區(qū)南川、桐梓和習(xí)水北部的降水較大，以中—大雨為主，其余地區(qū)小雨；48～72 h，綦江以及綦江流域的上游地區(qū)南川、萬盛、桐梓和習(xí)水北部均發(fā)生了暴雨以上量級的降水。而在這3個時段中又以22日02時—22日12時的強降水天氣過程為主，其中南川最大小時雨強達到了64 mm·h-1，萬盛最大小時雨強達到了62 mm·h-1，桐梓最大小時雨強達到了42 mm·h-1。

圖1 2020年06月19日20時—22日20時72 h累計降水量極端最大值所在站點的逐小時變化Fig.1 Hourly variation of the station where the extreme maximum value of cumulative precipitation is located from 20∶00 on June 19 to 20∶00 on June 22, 2020

2 環(huán)流形勢場分析

6月19日—6月22日特大暴雨天氣過程期間，500 hPa歐亞中高緯地區(qū)為兩槽一脊形勢，中緯度地區(qū)主要受波動槽影響，低緯度地區(qū)副高588線有1個逐漸東退的過程，6月21日20時副高588線東退到廣西廣東沿海附近。綦江流域地區(qū)主要受偏西波動氣流影響，特別是在6月21日20時，綦江流域主要位于200 hPa南亞高壓脊線附近，高空形成強烈的抽吸作用；500 hPa位于波動槽前，有正渦度平流，有利于低層減壓；中低層上，綦江流域位于700 hPa和850 hPa低渦切變之間，輻合抬升較強，且低空急流較強，輸送較強的西南暖濕氣流；1000 hPa上，偏東回流冷空氣從四川盆地入侵影響綦江流域。

圖2 2020年06月21日20時—22日20時(a,降水實況融合產(chǎn)品)、19日20時—22日20時(b,自動氣象站雨量數(shù)據(jù))累計降水量(單位:mm) Fig.2 Cumulative precipitation from 20∶00 on June 21 to 20∶00 on June 22 (a),and 20∶00 on June 19 to 20∶00 on June 22 (b),2020

圖3 2020年06月21日20時綜合分析圖Fig.3 Comprehensive analysis chart at 20∶00 on June 21, 2020

3 中尺度對流系統(tǒng)分析

采用FY-2G云頂亮溫TBB資料對此次暴雨過程的中尺度對流系統(tǒng)MCS的逐小時TBB演變過程進行分析(圖4)?？梢园l(fā)現(xiàn)，22日01時在綦江西北部(以下簡稱A云團)、南川中部(以下簡稱B云團)、桐梓東南部(以下簡稱C云團)出現(xiàn)了3個不同大小的中尺度對流云團,此時，A、B對流云團≤-32 ℃的冷云面積較小，僅C對流云團冷云面積較大，伴隨著對流云團的出現(xiàn)，綦江流域降水開始；03時對流云團迅速發(fā)展，云團A、B、C開始有合并的跡象；04時，3個對流云團發(fā)展并完全合并為1個對流云團，形成中尺度對流系統(tǒng)MCS，強中心位于綦江中北部地區(qū)永城附近，此時綦江最大小時雨強達到50 mm·h-1；05時，中尺度對流系統(tǒng)MCS進一步發(fā)展加強，MCS≤-32 ℃的冷云面積達到51 193 km2，≤-52 ℃的冷云區(qū)面積達到33 040 km2，冷云區(qū)的強中心恰好位于萬盛、南川中部地區(qū),此時萬盛最大小時雨強達到62 mm·h-1、南川最大小時雨強達到64 mm·h-1；06—08時，MCS強中心位置逐漸東移，于08時東移至桐梓北部地區(qū)，此時桐梓北部最大小時雨強達到42 mm·h-1；此后，此對流云團逐漸減弱并松散，≤-32 ℃的冷云面積迅速減少，降水強度也隨之減弱，于14時降水基本停止。而恰好在22日03時30分，洪峰通過綦江城區(qū)，綦河水位達227.6 m，超保證水位5.1 m，比1998年“8.7”洪災(zāi)高出0.07 m，重慶市水文監(jiān)測總站自建站以來首次就綦江流域發(fā)出了紅色預(yù)警。

圖4 2020年06月22日01時(a)、05時(b)、07時(c)FY-2G的小時TBB(單位：K,注:色標值+160K=圖中的云頂亮溫值)Fig.4 Hourly TBB of FY-2G at 01∶00(a), 05∶00(b) and 07∶00(c) on June 22, 2020(unit:K,color mark value+160K=cloud top brightness temperature value in the figure)

4 中尺度對流環(huán)境場分析

4.1 水汽條件

利用EC ERA再分析資料計算整層大氣可降水量可以發(fā)現(xiàn)，在整個降水過程中，整層大氣可降水量均維持在57 mm以上，表明綦江流域地區(qū)具有豐富的水汽條件。從850 hPa的比濕和相對濕度圖可以看到，19日20時，比濕達到了14 g·kg-1以上，20日20時比濕達到了15 g·kg-1以上，22日02時比濕達到了15.5 g·kg-1以上，比濕和相對濕度是1個增濕的過程。而偏西南暖濕氣流不斷增強，形成偏南低空急流，700 hPa最大風(fēng)速達到了14 m·s-1，850 hPa最大風(fēng)速達到了16 m·s-1，不停地將南海的水汽將綦江流域輸送，從而導(dǎo)致22日凌晨開始的中尺度對流云團持續(xù)時間更長，且不斷發(fā)生發(fā)展并融合。

圖5 2020年06月19日20時(a)、20日20時(b)、22日02時(c)850 hPa比濕(單位: g·kg-1)Fig.5 850 hPa specific humidity at 20∶00 (a) on June 19, 2020, 20∶00 (b) on June 20 and 02∶00 (c) on June 22, 2020

4.2 熱力條件

分析此次暴雨天氣過程的3個時段降水過程發(fā)生前的沙坪壩探空曲線(圖略)，發(fā)現(xiàn)整個過程期間大氣層結(jié)都比較穩(wěn)定，但烏拉爾山地區(qū)有冷低壓東移引導(dǎo)冷空氣南下入侵，而500～850 hPa均為一致的偏南暖濕氣流影響，水汽條件比較充足，濕層深厚，有利于持續(xù)性強降水的產(chǎn)生。

4.3 動力抬升條件

此次持續(xù)性強降水發(fā)生在大尺度動力強迫系統(tǒng)偏強的背景下，通過分析此次過程的3個降水時段強降水發(fā)生前臨近時刻850 hPa渦度，發(fā)現(xiàn)19日20時的正渦度區(qū)與20日05時發(fā)生于綦江流域西部的強降水區(qū)比較一致；20日20時的正渦度區(qū)與20日22時發(fā)生于綦江流域中部和東部的強降水區(qū)比較一致；而22日02時的正渦度區(qū)與22日02時開始的強降水區(qū)比較一致。

通過繪制此次過程的3個降水時段強降水發(fā)生前臨近時刻850 hPa綦江流域附近散度和流線的分布圖(圖6)發(fā)現(xiàn)，從20日05時開始，散度大值區(qū)和流線輻合區(qū)都吻合得比較好，直至22日14時都一致地在綦江流域附近從西向東緩慢移動。挑選出小時降水量級較大時刻并交互制作出其上升速度的垂直剖面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著系統(tǒng)的緩慢東移，上升速度的大值區(qū)也隨之緩慢向東移動，且上升速度的大值區(qū)也基本位于下墊面有山的地形區(qū)域，此處區(qū)域也恰好和3個時段小時最大雨強發(fā)生站點的區(qū)域比較一致。

在此次暴雨洪澇過程中，地面有偏東回流冷空氣參與，中低層有明顯的低渦切變動力抬升作用和西南暖濕氣流輸送水汽，500 hPa上槽前的正渦度平流有利于低層減壓高層增壓，200 hPa南亞高壓的穩(wěn)定維持有利于高空的不斷抽吸作用，再加上綦江多山地地形，造就了短時強降水區(qū)域附近有地形輻合線產(chǎn)生，這就進一步促使了水汽的持續(xù)輻合和強上升運動，出現(xiàn)了50 mm·h-1及以上量級的短時強降水。從加密自動氣象站小時最大風(fēng)速及小時雨量(≥20 mm·h-1)分布及變化可以看到，輻合線于20日05時最先出現(xiàn)在綦江永城附近，再隨著系統(tǒng)緩慢東移，于22日05時出現(xiàn)在萬盛和南川南部地區(qū)。所以地面輻合線提供了很好的地形抬升作用。

5 結(jié)語

①此次過程發(fā)生在南亞高壓脊線附近，500 hPa槽前，烏拉爾山地區(qū)有冷低壓東移引導(dǎo)冷空氣南下入侵，700 hPa和850 hPa低渦切變之間，850 ～500 hPa之間為一致的偏南暖濕氣流輸送水汽。

②對流云團生成、合并、發(fā)展，形成中尺度對流系統(tǒng)MCS，對強降水有很強的指示意義，暴雨區(qū)發(fā)生在云團合并發(fā)展階段且冷云區(qū)≤-52 ℃的區(qū)域。

圖6 2020年6月20日05時、20日20時、22日02時的交互垂直剖面(上圖:850 hPa黑色箭頭為流線，彩色線為散度，黑色實線為沿著流線輻合區(qū)或散度輻合中心所作的垂直剖面區(qū)域；下圖:黑色箭頭為流線，填色圖為垂直速度的空間垂直分布，單位：Pa·s-1)Fig.6 Interactive vertical profiles at 05∶00 on June 20, 20∶00 on June 20 and 02∶00 on June 22, 2020

圖7 2020年06月20日05時、22日05時加密自動氣象站小時最大風(fēng)速及小時雨量(≥20mm·h-1)Fig.7 At 05∶00 on June 20 and 05∶00 on June 22, 2020, the hourly maximum wind speed and hourly rainfall of the automatic weather station will be densified

③短時強降水隨著地面輻合線的生成而發(fā)生，且最強小時雨強中心出現(xiàn)在中尺度輻合線附近并隨著輻合線緩慢向東移動。

④此次過程累積雨量大值區(qū)主要發(fā)生在綦江城區(qū)及綦江流域上游地區(qū)，其中過程累積雨量最大的站點達到了302.7 mm，綦江流域上游地區(qū)的站點基本都達到100 mm以上，最大小時雨強達到了64 mm·h-1，所以此次特大暴雨洪災(zāi)過程具有區(qū)域性小、降水時段長、過程雨量大、降水強度強等重要特征。