诱发四川冕宁“6.26”山...突发性暴雨特征及其形成机制_陈博宇.pdf

陈博宇,谌芸,孙继松,等.2023.诱发四川冕宁“6.26”山洪灾害的突发性暴雨特征及其形成机制 J.大气科学,47(1):119.CHENBoyu,CHENYun,SUNJisong,etal.2023.CharacteristicsandFormationMechanismoftheSuddenRainstormInducingthe“6.26”MountainTorrentDisaster in Mianning,Sichuan Province J.Chinese Journal of Atmospheric Sciences(in Chinese),47(1):119.doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21186诱发四川冕宁“6.26”山洪灾害的突发性暴雨特征及其形成机制陈博宇1谌芸1,2,4孙继松2,5陈涛1,2,4陈朝平3胡宁11国家气象中心,北京1000812中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京1000813四川省气象台,成都6100724南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）,珠海5190825南京气象科技创新研究院,南京210009摘要基于多源观测、再分析和对流可分辨模式预报资料，运用物理量诊断、标准化异常、相似过程比较等方法，分析了 2020 年 6 月 26 日四川冕宁突发性暴雨过程的特征和形成机制。结果表明：（1）该过程是一次伴有多条带状 中尺度对流系统、“列车效应”产生极端小时雨量的局地突发性暴雨过程，其对流回波质心较低，对流云团具有中尺度对流复合体云团特征；（2）冕宁北部的对流冷池出流与较强的谷地偏南气流相遇形成的辐合抬升构成了对流的触发机制；（3）川西南低空偏南气流具有阶段性增强特征并提供了持续的暖湿空气输送，其在过程初期与下山冷池的相互作用及后期与盆地西部南下冷空气的汇合，使对流反复在冕宁站西侧和南侧初生，并在下游形成“列车效应”；（4）对比历史相似过程，环境大气的对流有效位能等物理量具有更显著的异常和异常持续性；（5）川西南北部的高海拔地形对延缓冷空气进入安宁河谷和维持河谷内的不稳定层结有显著作用，并且该区域地形强迫抬升形成了河谷上游地区潜在的对流触发条件。最后给出了此次暴雨过程形成机制的概念模型。关键词山洪突发性暴雨列车效应冷池水汽输送带地形文章编号1006-9895(2023)01-0001-19中图分类号P458文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21186Characteristics and Formation Mechanism of the Sudden RainstormInducing the“6.26”Mountain Torrent Disasterin Mianning,Sichuan ProvinceCHENBoyu1,CHENYun1,2,4,SUNJisong2,5,CHENTao1,2,4,CHENZhaoping3,andHUNing11National Meteorological Center,Beijing 100081收稿日期2021-09-26；网络预出版日期2022-02-23作者简介陈博宇，男，1985 年出生，博士，主要从事定量降水预报、集合预报研究。E-mail:通讯作者谌芸，E-mail:；孙继松，E-mail:资助项目国家自然科学基金项目 91937301、41930972，国家重点研发计划项目 2018YFC1505705、2018YFC1507200，灾害天气国家重点实验室开放课题 2021LASW-A16Funded byNationalNaturalScienceFoundationofChina(Grants91937301,41930972),NationalKeyResearchandDevelopmentProgramofChina(Grants2018YFC1505705,2018YFC1507200),OpenResearchProgramoftheStateKeyLaboratoryofSevereWeather(Grant2021LASW-A16)第47卷第1期大气科学Vol.47No.12023年1月ChineseJournalofAtmosphericSciencesJan.20232State Key Laboratory of Severe Weather,Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 1000813Sichuan Meteorological Observatory,Chengdu 6100724Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai),Zhuhai 5190825Nanjing Joint Institute for Atmospheric Sciences,Nanjing 210009Abstract Based on multisource observations,reanalysis,and convection-resolving model forecast data,thecharacteristics and formation mechanism of the sudden rainstorm process on 26 June 2020 in Mianning,SichuanProvince,wereanalyzedbyemployingphysicalquantitydiagnosis,standardizedanomalyanalysis,andcomparisonwithsimilarprocesses.Theresultswereasfollows:(1)Theprocesswasalocalsuddenrainstormcharacterizedbyseveralbandedmeso-convectivesystemsandextremehourlyprecipitationgeneratedbythe“traineffect”.Theconvectivecloudclusters had the features of a mesoscale convective complex with a low center of convective echoes.(2)Surfaceconvergenceanduplift,formedbytheoutflowofaconvectivecoldpoolinthenorthernpartofMianningandastrongsoutherlywindinthevalley,triggeredconvection.(3)Thesoutherlylow-levelflowinSouthwestSichuanexhibitedphasedenhancementandprovidedcontinuouswarmandmoistairtransportation.ItsinteractionwiththedownhillcoldpoolearlyintheprocessandtheconfluencewiththesouthwardcoldairfromthewesternbasinlaterintheprocessrepeatedlytriggeredconvectivecellsonthewestandsouthsidesofMianningstation,causingthe“traineffect”indownstream areas.(4)Physical quantities,such as the convective effective potential energy of the environmentalatmosphere,hadmoresignificantanomaliesandpersistenceofanomaliescomparedwithasimilarprocessinthepast.(5)Thehigh-altitudeterraininthenorthernpartofSouthwestSichuanhasasubstantialeffectondelayingtheentryofcoldairintotheAnningRivervalleyandmaintainingunstablestratificationinthevalley.Theforcingupliftoftheterraininthisareaformedpotentialconvection-triggeringconditionsintherivervalleyupstream.Finally,theconceptualmodeloftheformationmechanismofthisrainstormprocesswaspresented.KeywordsMountaintorrent,Suddenrainstorm,Traineffect,Coldpool,Vaporconveyorbelt,Terrain 1 引 言在全球气候变暖背景下，极端暴雨天气事件频率增加（Alexanderetal.,2006）。近年来，华北、华南及西南地区等地突发性、高影响的中小尺度暴雨过程成为研究热点（徐珺等,2018;肖递祥等,2020）。突发性暴雨具有前期天气尺度征兆弱、雨强大、强降水时段集中、范围小、破坏性强等特点（Luoetal.,2016）。在四川西南部（简称川西南）凉山州地区，以突发性暴雨为主要诱因的山洪灾害对该地区人民生命财产安全影响巨大（郁淑华,2003;杜俊等,2015）。统计数据显示，在四川省所有地级行政单元中，凉山州、阿坝州、甘孜州和雅安市发生灾害最多，约占全省山洪灾害总数的 70%，其中凉山州占比高达 26%（熊俊楠等,2018）。20062011 年，凉山州以突发性暴雨为主要诱因的山洪灾害次数约占成灾总次数的 79%（钟燕川等，2018）。研究表明，夏季四川盆地（简称盆地）及边缘山谷地区常具有高能高湿的环境条件，年均降水量的最大值位于盆地西南部（邵远坤等,2005）。高原与盆地的过渡地带易出现短时强降水（小时雨量大于 20mm），而强降水持续 2h 以上的暴雨过程将造成中型以上山洪灾害风险显著增加（周长艳等,2011;李国平,2016）。四川盆地暴雨过程天气学成因分析表明，高原槽、西南低涡、低空切变线、低空及边界层急流等是引发区域性暴雨的主要影响系统（何光碧,2012;李琴等,2016;高守亭等,2018），但在弱高空环境场条件下，一些较弱的低层风场水平切变、辐合及地形作用都可能触发并形成中尺度对流系统（MCS），导致出现局地突发性暴雨（张芳丽等,2020）。针对地形影响下的局地异常强降水过程的研究，黄小彦等（2020）指出，边界层急流将暖湿空气向地形迎风坡的 MCS 发生区输送，与对流降水形成的冷池出流对峙，有利于强降水的维持和增强。另外，已有研究通过气候统计、物理量诊断及敏感性试验等方法（赵玉春等,2012;周秋雪等,2019;金妍和李国平,2021），揭示了盆地周边地区的显著地形起伏和多山地特点对周围大气环流、强降水发生、发展所产生的影响机制。谢家旭和李国平（2021）指出，西南山区的突发性暴雨是地形与天气系统共同作用的结果，通过山谷风、重力波大气科学47卷2ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47等物理过程对局地环流产生影响，诱发局地强降水。尽管针对四川暴雨过程已开展了大量有意义的研究工作，但研究内容大多以盆地区域性暴雨和大地形作用的诊断分析为主。然而，盆地边缘起伏地形下突发性暴雨所涉及的科学