四川冕宁“6.26”暴雨的中尺度特征分析

罗 辉 , 陈朝平 , 郭云云

（1. 四川省气象台, 成都 610072；2. 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室, 成都 610072）

引言

据统计，由暴雨引发的气象灾害在四川地区出现频率最高且危害最重。近年来，诸多气象学者针对四川暴雨开展了一系列研究。何光碧等[1-2]在四川盆地暴雨的环流背景和物理量诊断等方面进行了详细分析。肖递祥等[3-4]从中尺度角度分析了四川盆地暴雨的雷达回波特征、云图特征及触发机制。目前四川暴雨的大部分研究主要集中于盆地，而川西高原和攀西地区暴雨的研究相对较少，该区域的暴雨预报难度大、次生灾害的发生频率更高，尤其是局地暴雨。

已有研究[5-14]表明，中尺度对流系统（MCS）的长时间维持与停留对于局地暴雨的形成非常重要。陈永仁等[5-7]研究发现，四川盆地MCS具有低层正涡度、负散度而高层负涡度、正散度的垂直结构，且上升速度较大，这种结构特征可能是MCS发展维持的重要因素。陈文龙等[8-9]对攀西地区MCS研究表明，在高空切变线、低空急流的作用下，MCS强烈发展且长时间稳定少动是暴雨产生的直接原因。王晓芳等[10-11]利用雷达资料分析发现，准静止类MCS发展旺盛且移动缓慢，易导致局地极端强降水。陈双等[12-14]对MCS导致的短时局地大暴雨过程分析认为，复杂地形、冷池出流、辐合线等对于雷暴的触发、维持和加强有着重要作用。

2020年6月26日四川凉山州冕宁县的强降雨引发山洪，造成了非常严重的灾害。冕宁处于高原和山地的过渡地带，地形复杂，观测资料贫乏，强降水短临预报难度很高，相关研究亟待加强。本文拟利用FY4卫星、天气雷达以及加密自动站资料，从短临预报的角度详细分析冕宁“6.26”暴雨过程的中尺度特征和物理机制，以期为提升复杂地形下的暴雨预报预警水平提供科技支撑。

1 实况与天气背景

1.1 灾情与实况降水

冕宁“6.26”暴雨引发的山洪地质灾害造成19死亡，3人失联，导致9980余人受灾，农作物受灾500 hm2、成灾280 hm2、绝收70 hm2，房屋严重倒塌80户280间、一般损坏620户2300间，受损公路10.5 km，冲毁桥梁5座共370 m，受损堤防1.5 km，受损电力线路3 km，灾害造成直接经济损失共计7.38亿元。此次由暴雨引发的山洪发生在26日23时前后，图1为受灾点附近站点的实况降雨。如图所示，26日21时在曹古乡出现39.6 mm降水，22时~27日01时强降水位于灵山寺，22时灵山寺降水46 mm，23时降水减小至23.4 mm，00时再次增大至69.3 mm，随后减弱，过程累计降水灵山寺最大（182 mm），曹古乡次之（85.7 mm）。

图1 2020年6月26日18时~27日02时地面降雨实况（折线为累计降水量，柱状为小时降水量，单位：mm）

1.2 环境条件

冕宁“6.26”暴雨26日20时中尺度分析如图2所示，100 hPa南亚高压脊线位于凉山州北部至盆地南部，冕宁处于脊线下方，500 hPa川西高原西北部有切变东移，700 hPa盆地南部至凉山州东北部有明显切变线形成，850 hPa泸州至重庆西部受低涡切变影响，700 hPa、850 hPa、925 hPa盆地南部均有冷平流影响。西昌探空曲线如图3所示，探空呈现弱的“上干下湿”层结，700~500 hPa湿度条件好，沙氏指数为-2℃，对流不稳定能量高达1100 J/kg，下沉对流有效位能明显，利于雷暴中下沉气流的增强；近地层假相当位温达到90℃，500 hPa以下假相当位温随高度明显降低，气层处于条件不稳定层结，同时风随高度顺时针旋转，存在较强的暖平流，为对流的发生发展提供水汽和能量。700 hPa切变线、冷平流、强的不稳定能量、不稳定层结等条件非常有利于强对流的发展。

图2 2020年6月26日20时冕宁暴雨中尺度分析

图3 2020年6月26日20时西昌探空曲线（a. 温度对数压力，b. 垂直位温）

2 中尺度系统的演变特征

2.1 红外云图特征

图4给出了2020年6月26日冕宁地区10:00~15:30逐30 min红外亮温演变。如图所示，26日10时在九龙西北侧有切变云系开始形成；11时切变云系在东北、西南侧逐渐扩大，其长度超过160 km，最低亮温为226 K，30 min后缓慢东移至九龙县附近，南端云系略有增强；10~12时切变云系移动平均速度约为16 km/h；12~14时切变云系长度增加至210 km，但云系整体发展高度略低于前期，移动速度明显减慢，降低至8 km/h；15时在云系中部有对流云团开始形成，30 min后新生的对流云团快速发展。由于九龙站海拔2925 m、冕宁站海拔1774 m、石棉890.7 m，可见切变云系东移至九龙、石棉、冕宁区域时存在明显的地形降低。因此，云系中对流云团的发展存在明显的下山增强特征。冕宁地面温度从12时的28.2℃升高到17时的30.3℃，午后太阳辐射升温为雷暴的增强发展提供了充足的能量。

图4 2020年6月26日冕宁地区10:00~15:30逐30 min红外亮温（单位：K）

图5给出了“6.26”冕宁暴雨逐时红外亮温演变。如图所示，随着云系中新生对流云团的下山增强，云团逐渐向南发展，冕宁处于云团南端；26日17时对流云团范围迅速扩大，强亮温梯度的大值区位于云图南侧；18时冕宁附近已受对流云系控制，最强亮温达到200 K；19时形成了范围大且较强的中尺度对流系统（MCS），低于200 K的亮温区快速扩大至3600 km2，最低亮温达到192 K，冕宁仍然处于强亮温区的南端；20时MCS中低于200 K的亮温区继续扩大，最低亮温为190 K，此时MCS达到过程中最强盛阶段，对应地面短时强降水在21时开始出现；21~23时，MCS的强亮温范围略有减小，此时MCS处于成熟阶段，该阶段为地面强降水的最强时段；27日00时后，MCS中心强亮温的区域分裂减小，对应01时地面降水的迅速减弱。MCS在发展期间稳定少动，冕宁一带的强降水在21时开始出现，即从成熟阶段开始，在强降水出现前和强降水持续的过程中，冕宁始终位于强亮温区的南端。

图5 2020年6月26日16时~27日00时冕宁地区红外亮温逐时演变（a. 16时，b. 17时，c. 18时，d. 19时，e. 20时，f. 21时，g. 22时，h. 23时，i. 00时，单位：K)

2.2 雷达回波演变

切变云系从九龙下山后，受地形以及环境要素的共同影响，雷暴在下山过程中开始发展，该过程的雷达回波演变如图6所示。17:00左右，在冕宁北部一带已经出现多个分散的雷暴单体；18:01，雷暴单体继续发展，其中下山后的多个雷暴单体在冕宁附近合并加强形成S1雷暴，最强回波超过55 dBz，回波梯度最强区位于雷暴西侧；18:58，分散的雷暴单体合并为两个多单体雷暴；20:02，S1雷暴东移至越西，同时冕宁附近再次有雷暴单体新生合并形成S2雷暴；21:00，S1多单体雷暴继续东移，S2雷暴西南侧有单体继续新生合并且移动缓慢；持续至23:58左右，S2多单体雷暴西侧、南侧不断有单体新生、合并，随后雷暴开始减弱。在整个过程中，强降水从26日21时开始，持续至27日01时，过程的强降水主要由S2雷暴造成。

图6 2020年6月26日16:58~27日01:02西昌雷达组合反射率（a. 16:58，b. 18:01，c. 18:58，d. 20:02，e. 21:00，f. 21:57，g. 23:01，h. 23:58，i. 01:02，单位：dBz）

3 对流系统的维持与成因

3.1 S2雷暴群的发展

随着S1雷暴东移，S2雷暴逐渐发展，如图7所示。19:27，冕宁西南侧有雷暴新生，新生单体向东北方向发展，并与母体雷暴合并；20:13，冕宁南侧又有两个雷暴单体新生，随后与北侧多单体雷暴合并；21:23，冕宁南侧雷暴再次新生，雷暴在冕宁西南、南侧新生持续至22:49，新生的雷暴不断并入北侧的多单体雷暴，使得该雷暴长时间维持发展。S2雷暴发展期间，新生雷暴在西南部和南部形成，并向偏北方向移动，形成明显的后向传播特征（图7中箭头所示），同时受冕宁东侧南北向山脉的阻挡，S2雷暴移动非常缓慢，有利于强降水的形成。

图7 2020年6月26日19:27~23:58西昌雷达组合反射率（a. 19:27，b. 19:50，c. 20:13，d. 20:37，e. 21:00，f. 21:23，g. 21:46，h. 22:09，i. 22:32，j. 22:49，k. 23:12，l. 23:58，黑色方框代表新生雷暴，黑色圆圈代表新生雷暴与母体雷暴的合并，单位：dBz）

3.2 雷暴触发

从3.1节分析可知，冕宁一带形成强降水的原因主要是S2雷暴的长时间维持，而S2雷暴能够维持是因为西南和偏南方向不断有雷暴单体新生，并向偏北方向移动与S2雷暴合并。从图8中的地形可知，冕宁西南部为明显的喇叭口地形，回龙镇位于该喇叭口区域，冕宁南侧为河谷地带。新生雷暴位于冕宁西南侧和偏南侧，雷暴新生的大体位置如图8a中黑色圆圈所示，地形图中标注站点的地面风场如图8b所示。回龙镇从17:50开始为东北风（4 m/s），与喇叭口地形的方向一致，随后依然为持续的东北风，风速增加至6 m/s，持续的东北风对冕宁西南侧新生雷暴的触发起到关键作用，冕宁南侧的宏模镇和漫水湾镇从18:10形成了明显的南北风辐合，风向逐渐由西北、西南转为偏北、偏南，偏北风的风速逐渐增大至14 m/s，强的风速辐合形成强烈的上升运动，触发冕宁南侧的雷暴单体。

图8 冕宁一带地形及站点分布（a）；2020年6月26日17:50~19:30逐20 min地面风（b）

冕宁附近地面偏北风从18:10开始出现，随后不断增大，18:07冕宁北部多单体雷暴发展旺盛。图9给出了6月26日冕宁地区雷暴单体的反射率因子剖面。如图所示，18:01~18:07雷暴迅速发展，超过45 dBz回波达到8 km，在4 km高度存在55 dBz以上的回波质心；18:12雷暴质心快速降低，雷暴整体强度明显减弱，雷暴中下沉气流增强，在地面产生冷出流，形成明显的偏北风；18:41雷暴发展超过12 km，质心的最大反射率超过65 dBz；18:47雷暴垂直发展高度增大，但雷暴质心强度明显减小；18:58雷暴质心明显降低，雷暴中同样存在强的下沉气流，在地面产生偏北阵风，速度回波中存在着明显的中层径向辐合，为雷暴中持续的下沉气流提供负浮力。从温江探空（图略）可以看到：冷平流大致在3 km以下，冷空气能够入侵至冕宁一带，在偏北冷空气影响的背景下，多单体雷暴发展过程中不断有雷暴单体产生下沉气流，在地面产生冷出流，使得地面偏北风增强与维持。

图9 2020年6月26日雷达组合反射率（a. 18:07，b. 18:47，单位：dBz）；沿图a虚线位置的反射率因子剖面（c. 18:01，d. 18:07，e. 18:12，单位：dBz）；沿图b虚线位置的反射率因子剖面（f. 18:41，g. 18:47，h. 18:58，单位：dBz）

3.3 对流成因分析

采用ERA5再分析资料，计算了冕宁附近（102.243°E、28.646°N）假相当位温、风场、垂直速度的高度-时间剖面，如图10所示。14时开始，假相当位温在300~500 hPa有明显的低值区，700 hPa假相当位温超过88℃，与高层形成强烈的对流不稳定层结；最强不稳定出现在17~22时，与冕宁地区雷暴发展的强盛时间基本一致；最大垂直上升运动出现在26日22时~27日00时，此时雷暴群处于发展的中后期，随着对流的不断发展，假相当位温垂直梯度减小；14~18时，700~400 hPa风随高度顺时针旋转，代表该时段有弱暖平流的维持，为雷暴的发展提供能量以及水汽条件；17~22时，雷暴发展旺盛，500~700 hPa西南风是S2雷暴西南侧、偏南侧新生雷暴的主要引导气流。

图10 2020年6月26日06时~27日00时冕宁地区（102.243°E、28.646°N）假相当位温（填色，单位：℃）、风场（风向杆，单位：m/s）、垂直速度（等值线，单位：Pa/s）的高度-时间剖面

通过20时的中尺度分析可知，影响冕宁的主要系统为700 hPa切变线。而通过卫星红外云图的演变可见，触发此次过程的系统为九龙一带弱的切变云系。图11给出了此次雷暴过程的演变示意。如图所示，云系在下山过程中触发对流云团，多个雷暴在下山后合并增强，并快速发展为MCS；700 hPa冷平流、雷暴质心的下降、中层辐合等条件均利于雷暴中下沉气流的增强，导致地面冷出流得以维持，在冕宁南部形成明显的偏北风，进而在喇叭口地形处和南侧风的辐合处触发新的雷暴（图11中左侧圆圈、箭头处），新生雷暴在低层西南风作用下向北与母体雷暴合并；上述过程的不断持续使得S2雷暴得以长时间维持，MCS维持且少动，同时在冕宁与越西间南北向山脉的阻挡作用下（图11中右侧圆圈），S2雷暴移动缓慢，在冕宁地区产生持续的强降水，致使灾害发生。

4 结论与讨论

本文利用FY4卫星、天气雷达以及加密自动站资料，从短临预报的角度详细分析冕宁“6.26”暴雨过程的中尺度特征及物理机制，得到以下主要结论：

（1）700 hPa切变线、冷平流、强的不稳定能量，不稳定层结等条件非常有利于强对流的发展。触发该过程的系统为九龙一带的切变云系，切变云系在下山过程中，在有利的环境条件下，下山合并后快速发展。MCS在发展阶段，降水强度仅为13.3 mm，短时强降水在MCS最旺盛阶段的1 h后出现，并且长时间位于强亮温区的南端，在MCS缓慢减弱的过程中降水不断维持、增强。

（2）在雷暴下沉气流的作用下，地面产生冷出流，导致地面阵风的不断增强与维持，同时配合地面偏北冷空气的作用，在冕宁南部一带形成明显的偏北风，进而在喇叭口地形和南侧地面风的辐合处触发雷暴。

（3）冕宁西南、偏南侧新生雷暴在低层西南风作用下向北与母体雷暴合并，形成了明显的后向传播特征，使得S2雷暴长时间维持，同时在山脉的阻挡作用下，S2雷暴移动缓慢，最终导致冕宁地区产生持续的强降水。

通过上述分析可知：在有利的环境条件下，雷暴出现前应重视对卫星云图的分析，可以获得更多的临近预报信息；在雷暴的触发方面，应特别关注复杂地形条件下雷达回波与地面加密资料融合分析，可为分析雷暴后期发展提供帮助。而此次暴雨过程中，切变云系下山为什么增强？在何地增强？非常值得深入研究，但由于观测资料缺乏，文章未能进行细致分析，需要在后续工作中予以关注。