四川盆地西部不同形态地形下一次暖区特大暴雨的两阶段比较分析

黄楚惠; 李国平; 牛金龙; 肖递祥; 杨康权; 陈朝平

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2025.003

四川盆地西部不同形态地形下一次暖区特大暴雨的两阶段比较分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.003

1.
四川省气象台/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川成都 610072
2.
成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610225
3.
成都市气象局，四川成都 610071

基金项目:

国家自然科学基金项目 42175002

国家重点研发计划项目 2021YFC3000905

四川省科技计划重点研发专项 2022YFS0542

四川省自然科学基金项目 2023NSFSC0242

中国气象局创新发展专项 CXFZ2021Z33、CXFZ2021J27

四川省气象局项目 SCQXKJYJXMS202113、SCQXKJZD202101

川西南（雅安）暴雨实验室科技发展基金项目 CXNBYSYSYWZD202404

详细信息

通讯作者:
李国平，男，重庆市人，教授，主要从事暴雨动力学及高原山地气象学研究。E-mail：liguoping@cuit.edu.cn

中图分类号: P426.62
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出版历程
- 收稿日期: 2023-09-12
- 修回日期: 2024-10-19
- 网络出版日期: 2025-05-17
- 刊出日期: 2025-02-20

Comparative Analysis of Two Stages of a Warm-sector Torrential Rainfall Under Different Terrains in the Western Sichuan Basin

1.
Sichuan Meteorological Observatory/Heavy Rain and Drought-Flood Disaster in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072, China
2.
School of Atmospheric Sciences, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China
3.
Chengdu Meteorological Bureau, Chengdu 610071, China

摘要

摘要: 四川盆地西部的龙门山沿线地形形态复杂，有不同朝向喇叭口及迎风坡地形，山地暴雨颇多，而这一地区不同形态地形下暖区暴雨的精细化研究及其在业务预报和防灾减灾中的应用尚显薄弱。利用ERA5再分析资料，结合地面加密观测资料及三源融合实况降水资料，对2020年8月11日四川盆地西部不同形态地形下暖区特大暴雨两个阶段的水汽输送、地形抬升和物理机制进行了对比分析，揭示了有、无明显天气尺度系统强迫及特殊地形背景下暖区暴雨的水汽、动力结构演变及触发维持机制。(1) 该次暖区暴雨中两个阶段对应两个暴雨中心，其中雅安芦山特大暴雨属于500 hPa无明显影响系统、低层无急流背景下的东南风型暖区暴雨。在“迎风坡”、“喇叭口”和芦山西南向“∧”型峡谷地形内发生；而德阳师古镇的暴雨位于龙门山迎风坡，是在500 hPa西太平洋副高(下文简称副高)西伸，低槽临近、低层有急流背景下发生的。芦山暴雨夜发特征明显，师古暴雨出现在白天，对流性降水时长近乎芦山暴雨的两倍，但小时降水峰值仅为前者的1/2。(2) 高原大地形的阻挡、迎风坡的抬升、喇叭口和峡谷地形对气流的侧向辐合作用利于芦山水汽汇聚；850 hPa低空急流加强和龙门山地形阻挡及迎风坡抬升作用，师古上空水汽充沛。芦山暴雨水汽通量散度辐合强度显著小于师古暴雨，但辐合层高度更高。(3) 整体地形抬升速度优于局地地形抬升速度，其极值出现时间较小时雨强极值的发生提前了1 h，对暖区降水时段指示性较好。师古垂直上升运动大于芦山，地形抬升造成的上升运动仅为垂直上升运动的一部分，而芦山地形抬升速度却显著大于师古，地形抬升作用强烈。(4) 芦山暴雨地面系统触发作用占主导，冷性山风平流触发了沿山初始对流，γ中尺度辐合线及冷池在快速下山后在“∧”型谷地内维持，导致芦山夜间特大暴雨，其回波特征为准静止后向型；而师古暴雨由500 hPa小槽、弱冷平流及四川盆地西南部地面冷池北移触发，“列车效应”明显。两阶段暴雨的维持机制均有低层偏东风气流对水汽和能量的输送导致不稳定维持及增长，以及强且持续的旋转上升运动提供动力条件。
- 暖区暴雨 /
- 地形 /
- 地形抬升速度 /
- 机制
Abstract: The topography along Longmen Mountain, Sichuan Province, is complex, featuring different orientations of trumpet-shaped and windward slope topography. This region experiences numerous mountain rainstorms, yet the detailed study of warm-sector rainstorms in this area and the application of the complex topography in operational forecasting and disaster prevention and reduction are still meager. Using ERA5 reanalysis data, intensive ground observation data, and real-time precipitation data, this study conducted a comparative analysis of the water vapor transport, topographic uplift, and physical mechanisms of two stages of a warm-sector torrential rainfall that occurred on August 11, 2020, under different terrains. It revealed the evolution of water vapor and dynamic structures and the triggering and sustaining mechanisms of warm-sector rainstorms under the influence of synoptic forcing and special topographic conditions. The results were as follows: (1) The two stages of the warm-sector rainstorm corresponded to two rainstorm centers. The Lushan rainstorm in Ya'an occurred under the influence of southeast winds, with no significant system at 500 hPa and no jet stream at lower levels. The rainstorm in Shigu Town, Deyang, occurred on the windward slope of Longmen Mountain under the influence of the westward extension of the 500 hPa Western Pacific Subtropical High, the approaching trough, and the presence of a jet stream at lower levels. The Lushan rainstorm was notably nocturnal, while the Shigu rainstorm mainly occurred during the day. The duration of convective precipitation in Shigu was nearly twice as long as that in Lushan, yet the peak hourly precipitation was only half of that in Lushan. (2) The blocking effect of the large plateau terrain, the uplift of the windward slope, and the lateral convergence of the trumpet-shaped terrain and canyon terrain facilitated water vapor convergence in Lushan. Due to the strengthening of the low-level jet at 850 hPa, the topographic blocking of Longmen Mountain and the lifting of the windward slope, water vapor was abundant over Shigu. The convergence intensity of water vapor flux divergence in the Lushan rainstorm was significantly smaller than that in the Shigu rainstorm, but the convergence layer height was higher. (3) The overall rate of topographic uplift surpassed the local rate, with its peak occurring 1 hour earlier than the peak of hourly rainfall intensity, providing a reliable indicator for the duration of warm sector precipitation. The vertical upward movement in Shigu was greater than that in Lushan, with the uplift caused by topography constituting only a portion of the total vertical ascent. However, the rate of topographic uplift in Lushan was significantly higher than that in Shigu, indicating a strong influence of topographic uplift. (4) The triggering effect of the heavy rain surface system in Lushan was dominant. Cold wind advection triggered the initial flow along the mountain. A γ mesoscale convergence line and the cold pool maintained in the"∧"type valley after rapidly descending the mountain triggered the torrential rain in Lushan at night, and its echo was quasi-stationary backward. By contrast, the Shigu rainstorm was triggered by the 500 hPa trough, weak cold advection, and northward movement of the cold pool in the southwestern Sichuan Basin. The train effect was obvious in this case. The maintenance mechanism of rainstorms in both phases included unstable maintenance and growth caused by the transport of water vapor and energy by easterly air at low levels and strong and continuous rotating upward movement.
- warm-sector rainstorms /
- topography /
- topographic uplift rate /
- mechanism

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图 1 2020年8月11日08:00500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和风场(风向杆，单位：m·s^-1，填色为风速≥12 m·s^-1) (a)；11日11:00 700 hPa风场叠加3 km以上地形高度分布(绿色实线表示风速≥12 m·s^-1，棕色、红色虚线箭头分别标注700 hPa、850 hPa风速大于12 m·s^-1的显著气流)(b)；龙门山沿线地形分布(红色圆点标注师古暴雨中心，黑色圆点标注芦山暴雨中心)(c)；10日21:00—11日20:00累积降水量(填色，单位：mm，d)；芦山、芦山清仁、芦阳镇磨刀村3站(e)、师古、马井、隐峰3站(f)逐小时降水量(柱状，单位：mm)与累积降水量(折线，单位：mm)

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图 2 2020年8月11日01:00沿30.15 °N(a)、11日11:00沿31.14 °N(b)u-w气流(流线，单位：m·s^-1)及水汽通量散度(填色，单位：10^-5 g· cm^-2·hPa^-1·s^-1)；10日23:00 800 hPa风场、水汽通量散度叠加2 000 m地形线(c)；11日11:00 850 hPa风场、水汽通量散度叠加1 500 m地形线(单位同上，黑色圆点表示暴雨中心，绿色实线表示风速≥12 m∙s^-1)(d)；芦山站10日17:00—11日05:00(e)；师古站11日05:00—20:00水汽通量散度时间序列(f)

(单位：同上，e~f中黑色条状表示站点海拔高度)

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图 3 2020年8月10日22:00—11日08:00芦山站和11日06:00—12日07:00师古站局地地形抬升速度(a、b) 和整体地形抬升速度(c、d)时间演变叠加风场(单位：Pa· s^-1，a~d中黑色条状为站点地形高度，红线对应主要降水时段，红色方框内为地形抬升速度极大值出现时的风速)；11日01:00沿30.15 °N(e)和11:00沿31.14 °N(f)垂直速度(填色，单位：Pa· s^-1)和u-w气流纬向垂直剖面；750 hPa整体地形抬升速度(g)，芦山10日20:00—11日05:00 750 hPa(h，上)、师古11日06:00—16:00 700 hPa(h，下)地形抬升速度及垂直速度时间序列；实际地形高度减去ERA5地形高度(单位：m，i)

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图 4 2020年8月11日08:00 500 hPa(a)、950 hPa(b)温度平流(单位: 10^-5 ℃ ∙ s^-1)；11日08:00地面温度及3 h变温(单位：℃，红色圆点及三角形为暴雨中心，灰色阴影为1 000 m以上地形，蓝色虚线为3 h变温)(c)；11日03:00—18:00差动θ_se平流(单位：10^-2 K∙s^-1)(d)；芦山10日20:00—11日05:00(e)及师古11日05:00—20:00(f)垂直螺旋度分布(单位：10^-4 m ∙s^-2)

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图 5 2020年8月10日20:00(a)、22:18(b)、23:18(c)、11日07:42(d)、09:06(e)和10:42(f)雷达组合反射率因子(单位：dBZ) 叠加1 500 m地形线及10日22:00—11日04:00沿30.15 °N(g)和11日06:00—14:00沿31.14 °N(h)组合反射率因子时间序列(黑色圆点及三角形代表暴雨中心点)

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图 6 四川芦山(a)和师古(b)暖区暴雨的形成机制概念模型

蓝色三角表示暴雨中心，风向杆表示暴雨中心的垂直风场。

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