四川盆地2020年“8.11”特大暴雨过程中尺度系统演变特征

周春花 ，肖递祥 ，郁淑华

(1. 四川省气象灾害防御技术中心，四川 成都 610072；2. 四川省气象台，四川 成都 610072；3. 中国气象局成都高原气象研究所，四川 成都 610072；4. 高原与盆地气象灾害四川省重点实验室，四川 成都 610072）

1 引 言

四川盆地位于青藏高原东侧，是我国暴雨多发区之一，由于特殊的地理位置和复杂的地形条件，触发暴雨的中尺度系统也比较复杂。西南涡、中尺度切变或辐合线、盆地倒槽、低空西南风急流或偏东气流与地形共同作用，均可引发较强的暴雨过程[1]。其中西南涡的影响最大，“81.7”特大暴雨、2004 年“9.4—6”川东北持续大暴雨、2012 年“7.21”和2013年“6.30”川渝特大暴雨、2013年7月8—9日四川盆地西部特大暴雨等众多持续性或极端性暴雨过程，都与西南涡的活动密切相关[2-7]。西南涡是青藏高原东侧背风坡地形与大气环流相互作用下，700 hPa 或850 hPa 等压面上在我国西南地区形成的具有气旋式环流的α 中尺度闭合低压涡旋系统[8-9]。Feng 等[10]基于NCEP 资料对西南涡进行气候分析后指出，西南涡平均生命史为15.1 h、水平尺度435 km，冬春干涡、暖季夜雨涡、混合边界层浅涡和山区强降水涡等四类不同低涡表现出浅薄深厚、冷热中心、干湿中心和正压斜压等不同性质。

关于西南涡的形成和发展及其造成的暴雨天气等问题，一直是气象学者和预报员分析研究的重点。陈忠明等[11]指出不同西南涡以及同一西南涡的不同阶段，动力和热力作用对西南涡的发展也均不同。陈贵川等[12]研究表明，西太副高形成的阻塞形势、高原涡东侧正涡度平流以及冷空气缓慢侵入是低涡在四川盆地持续发展的主要原因。康岚等[13]对引发暴雨的4 次西南涡结构特征进行分析，认为成熟西南涡正涡度发展，低层转为冷心结构，高层维持暖心结构。屠妮妮等[14]利用涡度收支方程对一次西南涡进行诊断发现，对西南涡发生发展起主要作用的是水平散度项和水平平流项。翟丹华等[15]研究发现成熟阶段的西南涡具有“高层辐散、低层辐合”的动力特征，并且认为西南涡的正涡度可发展至对流层顶。Fu等[16]通过涡度和能量收支给出了长生命史西南涡演变机理及能量转化特征。Cheng 等[17]分析了一次深厚型西南涡与高原涡耦合引发的大暴雨过程，提出了西南涡与高原涡相互作用的横向耦合新机制。

西南涡可诱发中尺度对流系统[18-19](Mesoscale Convective System，MCS)强烈发展，同时MCS也会影响西南涡的演变过程。陈涛等[20]研究表明，在西南涡发展前期，积云对流加热与正位涡异常之间的正反馈过程相当明显，导致了西南涡的快速发展，随着西南涡的发展，低涡系统中的中尺度切变线和低空急流对降水和MCS 发展有重要影响。胡祖恒等[21]研究表明，西南涡发展过程中MCS 有利于激发上升气流，促进低涡维持和发展。Chen 等[22]分析了盆地东北倒槽和低涡共同演变下的对流发展特征及暴雨天气，认为四个阶段的中尺度对流活动阶段都伴随着倒槽和低涡的活动。浦学敏等[23]和周玉淑等[24]分别对高原涡和西南涡相互作用影响下的四川暴雨个例进行了对比分析，均发现西南涡活动过程中伴有明显的MCC 发展，浦学敏等[23]认为高原东部地形对低层涡旋的动力强迫抬升产生上升运动，是形成MCC的一种动力机制。目前对于西南涡与其伴随发展的MCS 之间的相互影响研究较少，降水主要由西南涡还是其它天气系统触发的MCS 引起？是“涡生雨”还是“雨生涡”？这些问题都有待于进一步研究[25]。另一方面，以往的研究往往受资料精度的限制，对西南涡中尺度特征和发展演变的物理过程认识还不够完善，近年来，一些气象学者利用高精度的观测资料和再分析资料，对西南涡进行统计和诊断分析后得出一些新的认识。高笃鸣等[26]、程晓龙等[27]分别利用西南涡加密观测资料和全国汛期高空加密观测资料进行了数值模拟试验，均认为加密探空资料能改善模式对降水和低涡移动路径的模拟，有利于揭示西南涡的发生、发展过程。慕丹等[28]基于ERA-Interim 再分析资料对近30 年的九龙涡进行了统计分析，得出了不同生命史九龙涡的时空分布特征和活动规律，屈顶等[29]利用ERA-Interim 再分析资料对西南涡之九龙涡进行了细致分析，得出了细分区域低涡的三维环流结构特征及差异。2020年8月10日晚上至12日白天，四川盆地西部连续出现大暴雨，芦山日降雨量达423.2 mm，为四川全省国家站日降雨量历史记录的第2位，本次极端性暴雨过程西南涡活动特征以及西南涡和MCS 对降雨的影响如何，值得探讨，本文利用高分辨率ERA5再分析资料、FY-4A 卫星TBB 资料和实况降雨量，重点对西南涡和MCS 的演变过程、垂直结构特征和发展成因进行诊断分析，以期加深对西南涡和MCS 引发极端性暴雨的认识。

2 资料与方法

2.1 资 料

高空分析资料利用欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA5，https://cds.climate.copernicus.eu/)，垂直方向27 层，水平分辨率0.25 °×0.25 °，时间间隔1 h。地面降雨资料利用国家和区域自动站逐小时降雨量，以及中国多源降水融合系统(CMPAS) 0.01 °×0.01 °逐小时降水实时融合实况分析产品(资料来源于四川省气象局数据中心)。卫星资料来源于FY-4A 的云顶相当黑体温度TBB资料。

2.2 方 法

采用涡度收支方程来具体分析西南涡发展的因子[21]，即：

采用视热源和视水汽汇来分析西南涡过程的热力、水汽特征，具体方法如下[21]：

湿位涡的表达式为[27-28]：

其中湿正压项，

MPV1 取决于空气块绝对涡度的垂直分量和θse的垂直梯度，在北半球绝对涡度通常为正，当时，表示大气对流不稳定，此时MPV1＜0；而当时，表示大气对流稳定，此时MPV1＞0[30-33]。湿斜压项，

MPV2 的数值由水平风的垂直切变和假相当位温的水平梯度决定，这两项的增加，都会导致湿等熵面的倾斜，从而增强垂直涡度，对流层低层大的正值MPV2 的移动可作为低空急流和暖湿气流活动和涡旋活动的示踪[30-33]。

式(1)～式(6)中：u、v分别为纬向、经向水平风速；ω为垂直速度；P为气压；ζ为相对涡度；f为柯氏参数；T为温度；V为风场；θ为位温；θse为假相当位温；q为比湿，Cp为定压比热容；L为潜热；g为重力加速度，k为绝热指数为涡度平流项；为涡度垂直输送项；为涡度扭转项为水平散度项；湿位涡的单位为PVU，1 PVU=10-6m2·K/(s·kg)。

3 天气背景

3.1 降水概况

2020 年8 月11—12 日，四川盆地西部出现了大暴雨过程，累计雨量250 mm 以上的有210 站，400 mm以上的有31站，最大降雨出现在什邡的师古镇，达541.7 mm。从逐日降雨分布来看(图1)，10 日20 时—11 日20 时(除标明外为北京时间，下同)暴雨落区主要位于西部沿山一带，100 mm 以上的有253 站，250 mm 以上的有43 站，最大降雨量出现在芦山的芦阳镇，达429.2 mm，最大1 h 雨量达到156.8 mm；11 日20 时—12 日20 时暴雨落区东扩，范围增大，100 mm 以上有461站，250 mm以上有1 站，最大降雨量出现在蒲江的朝阳湖，达259.7 mm，最大1 h 雨量99.3 mm。本次过程中，芦山、绵竹、什邡、蒲江4 个国家站日雨量均超过250 mm，并突破了有气象记录以来日降水量极值，其中芦山达423.2 mm，为全省历史第2 大日降水量，持续的强降雨导致四川盆地西部出现了50年一遇的洪涝灾害。根据四川省气象局灾情统计，本次降雨造成的直接经济损失约16.3 亿元，以上区域总共受灾人口为37.77万人，死亡6人，失踪5人，紧急转移人数为70 805人。

图1 2020年8月11—12日逐日累计降雨量 a. 10日20：00—11日20:00；b. 11日20:00—12日20:00。阴影，单位：mm。

3.2 天气形势

在本次特大暴雨过程中，500 hPa 中高纬地区维持两槽一脊形势，巴湖和贝湖为低槽区，两湖之间为高脊。巴湖低槽底部分裂小槽东移叠加青藏高原小槽发展东移，副高588 dagpm 线从我国东部沿岸加强西伸形成阻挡形势，高层200 hPa南亚高压脊线位于30 °N附近，四川盆地受南亚高压控制，并存在高空分流区。

从2 天暴雨中对流发展最旺盛时次的中高层形势来看：11 日03：00(图2a)，500 hPa 巴湖底部分裂低槽东移至我国西北地区东部，槽线位于92 °E附近，青藏高原西部和东部分别有一高原小槽，四川盆地受高原东部低槽控制，副高588 dagpm 线西脊点位于118 °E；200 hPa 四川盆地位于南亚高压中心东侧，受东北气流控制。12 日03:00(图2b)，500 hPa 巴湖槽分裂小槽东移至105 °E 并向南加深，一方面有利于引导中高纬地区的冷空气南下，另一方面与高原东侧低槽形成同位相叠加，副高588 dagpm 线西进至113 °E 附近，由于副高加强西伸形成阻挡作用以及高空槽的加强，东高西低的形势较11 日更为明显。200 hPa 南亚高压稳定，与11日不同的是，在四川盆地西部存在偏北气流和偏东气流的高空分流区，同时高空辐散抽吸作用进一步加强，高层辐散值中心由10×10-5～20×10-5s-1加强至30×10-5s-1以上。

图2 500 hPa高度场(单位：dagpm)、200 hPa风矢和辐散(阴影，单位：10-5s-1。) a. 11日03:00；b. 12日03:00。

本次过程发生在副高加强西伸和高空低槽东移等有利于极端性暴雨产生[7]的环流背景下，副高外围偏南气流将暖湿气流向四川盆地输送，为暴雨的发生提供了充足的水汽和能量条件。

4 中尺度系统活动特征及对降水的影响

通过分析本次过程逐小时700 hPa 和850 hPa流场和对流云团演变，结合短时强降水站次统计(图3)，表1 总结出了中尺度系统和相应降水演变情况，图4给出了其中代表时次的FY-4A高分辨率TBB 图像和850 hPa、700 hPa 风场，下面结合表1和图3、图4，对中尺度系统演变过程进行分析。

表1 中尺度系统演变过程及对应降水情况

图3 2020年8月10日20:00—12日20:00小时雨强站次和最大雨强

10 日20—23 时：弱扰动形势下的对流初生阶段。以21 时为例(图4a)，此时高空槽云系位于川西高原北部，盆地西南部在850 hPa中尺度辐合流场影响下，有对流云团生成，对流尺度为100 km左右。这一阶段对流云团呈逐渐增强合并的趋势，对流尺度不大，共造成20 mm 以上短时强降水56 站次，仅占本次过程的2.1%，但对流云系发展旺盛，云顶温度普遍低于-72 ℃，降水强度较大，其中大于50 mm 23 站，占本阶段短时强降水总站次的41%，大于100 mm 3站，最大为107.8 mm。

11 日00—05 时：西南涡生成并快速发展阶段。随着对流云团的发展，中尺度辐合流场加强，至11 日00 时850 hPa 形成了低涡(图4b)，尺度为200 km 左右，700 hPa 虽然没有低涡生成，但有气旋性环流存在、且随着低涡发展加强(图4j 和图4k)，西南涡生成后尺度增大、对流云团快速发展，03时(图4c)高度场上出现140 dagpm的低值中心，尺度发展至200 km左右，其南侧风速加大至6 m/s，对应的中尺度对流云团云顶温度低于-72 ℃直径也扩大至200 km。西南涡快速发展期间是整个过程降雨强度最强的阶段，共造成20 mm 以上短时强降水252 站次，占本次过程的9.3%，其中大于50 mm 有79 站次，大于100 mm 有9 站次，11 日01时出现了本次过程最大的小时降水，高达156.8 mm。

11 日06—10 时：西南涡维持，低涡东侧风速加大，形成了低空急流，且偏东风分量也有所加大，与上一阶段低涡和MCS 均原地发展有所不同的是，这一阶段低涡呈南北向发展，流场上西南涡结构不对称，而MCS 偏向于低涡的北侧(图4d)。共造成20 mm 以上短时强降水411 站次，占本次过程的15.1%，其中大于50 mm 有91 站次，大于100 mm有5站次，最大为131.5 mm。

11 日11—18 时：西南涡环流减弱，MCS 随低空急流北抬。11 时(图4e)，共造成20 mm 以上短时强降水549 站次，占本次过程的20.2%，大于50mm 的114 站次，大于100 mm 的8 站次，最大为138.3 mm，虽然相对于西南涡初生发展阶段略微逊色，但强度仍非常大，这一阶段强降水主要位于西部沿龙门山地区，可能与东南风低空急流与地形相遇，地形抬升对降水有明显的增幅作用[6]有关。

11日19时—12日03时：西南涡再次发展增强阶段。11 日19 时(图4f)，随着盆地西北部逐渐转为东北和偏东气流，850 hPa 辐合流场重新加强，低涡和伴随的对流云团开始再次发展，22 时(图4g)，低涡云团发展至300 km×400 km 的椭圆形，由于低涡北侧和东侧的偏东偏南气流更强，对流云团偏向于低涡西侧和北侧，12 日03 时低涡和对流云团均发展至最强，850 hPa 低涡中心位势高度为139 dagpm(图4h)、700 hPa 也出现了306 dagpm的低涡中心(图4l)，两层低涡右侧都配合有低空急流，低涡和对流云团结构均比较对称，尺度达500 km×500 km。这一阶段短时强降水出现范围最大，20 mm 以上共864 站次，占本次过程的31.9%，50 mm以上也有104站次，最大为99.8 mm。

12 日04—20 时：西南涡减弱填塞阶段。04 时开始对流云团减弱，云顶温度小于-72 ℃的范围减小，伴随对流云团的减弱，850 hPa和700 hPa西南涡均逐渐减弱填塞，但由于低空急流维持到了14 时(图4i)，同时有高空槽云系东移合并，因此这一阶段短时强降水持续的时间仍比较长，20 mm以上共698 站次，占本次过程的25.7%，但强度明显减弱，大于50 mm的仅有18站次。

图4 850 hPa(a～i)和700 hPa(j～l)风羽、高度场(绿色等值线，单位：dagpm)及红外亮温(彩色阴影，单位：℃) 白色阴影分别为850 hPa地形高度大于1 500 m和700 hPa地形高度大于3 000 m区域。a. 10日21:00；b. 11日00:00；c. 11日03:00；d. 11日08:00；e. 11日11:00；f. 11日19:00；g. 11日22:00；h. 12日03:00；i. 12日14:00；j. 11日00:00；k. 11日03:00；l. 12日03:00。

综上所述，本次过程中尺度系统活动经历了中尺度辐合扰动-西南涡生成发展-低空急流影响-西南涡再次发展增强等4个阶段，其中西南涡两个阶段的发展对降水影响最大。10日夜间西南涡是随MCS 发展和强降水而生成，为“雨生涡”，低涡生成后低涡环流和MCS 都迅速发展，所造成的降雨强度在整个过程中最大，11日夜间，再次发展增强的西南涡更加深厚，850 hPa 和700 hPa 同时出现了低涡，引发了第二波强降水，降雨范围超过了西南涡初生阶段，但降雨强度明显不及第一阶段，强对流云团维持的时间也不长，在西南涡发展至最强的下一个时次，对流云团即开始减弱。为进一步探讨西南涡的演变特征及造成上述降雨强度变化的原因，本文选取西南涡演变阶段的代表时次，在第4～5 小节中对西南涡的垂直结构和发展原因进行分析，其中11日00:00、11日03:00分别代表西南涡初次生成和快速发展时次，11 日22:00、12日03:00分别代表西南涡再次发展和强盛时次。

5 西南涡垂直结构特征

西南涡初生时刻(图5a)，西南涡中心区域上升运动发展至对流层顶，并有正涡度发展，高度为500 hPa，正涡度中心位于800 hPa 附近，最大涡度值为24×10-5s-1，正涡度柱内从近地面层至600 hPa 为辐合区域，负散度中心值为-8×10-5s-1，中高层为辐散，其中600～500 hPa为弱辐散区域，散度值为6×10-5s-1，高层辐散中心位于150 hPa 层，散度值达到了24×10-5s-1，高层强的抽吸作用将促使低层辐合增长。假相当位温分布来看(图7a)，在中低层400 hPa 以下值达到了14 K，并且在850～500 hPa MPV1＜0(图6)，同时中心值达到了-1 PVU，MPV2＜0，说明大气对流不稳定较强，西南涡区域内随着高度上升有湿舌发展，低层比湿达到了16 g/kg。

西南涡快速发展时(图5b)，偏南气流北上在西南涡区域内辐合上升发展至对流层顶，加强了西南涡发展，12×10-5s-1以上的正涡度柱较初生时刻发展高度略有上升，达到了600 hPa 附近，并向西北方向倾斜，但正涡度柱发展高度(500 hPa)和正涡度中心(24×10-5s-1)和初生时次无明显变化，正涡度柱内低层辐合层高度和强度与初生时次也基本一致，负散度中心仍为-8×10-5s-1，主要位于850～700 hPa，但高层辐散略有加强，200 hPa 辐散中心值达28×10-5s-1。中低层维持(图7b)，θse850-θse400值维持14 K，850～500 hPa MPV1中心值达到了-1 PVU，MPV2 在中低层为正值(图6)，其值在0～0.5 PVU 之间，西南涡区域低层湿舌维持。

西南涡再次发展时(图5c)，西南涡区域内上升气流显著加强并发展至对流层顶，西南涡对应的正涡度柱强度也较初生发展阶段明显增强，中心值达到了32×10-5s-1，发展高度达到400 hPa，正涡度柱内“低层辐合-中高层辐散”的动力特征强烈发展，500 hPa 辐散值为12×10-5s-1，低层850～700 hPa 辐合中心负散度值达到了-20×10-5s-1，较初生发展阶段明显加强。从θse的垂直分布来看(图7c)，中低层虽然维持，但θse850-θse400值仅为6 K，相对于初生发展阶段明显减小，MPV1 ＜0的中心值在925 hPa 为-1 PVU(图6)，MPV2 在中低层转为正值，中心值在0.5 PVU，说明此时低涡区域内大气斜压性较强[29]，低层暖湿气流加强，比湿增加至18 g/kg。

西南涡再次发展至强盛时刻(图5d)，西南气流在西南涡区域内辐合上升进一步加强，西南涡正涡度柱进一步发展增强，高度发展至300 hPa，其中32×10-5s-1以上的正涡度中心明显向中高层发展，达到了500 hPa，同时“低层辐合-中高层辐散”动力特征也显著增强，500 hPa 以下为强辐合区域，负散度中心值增大至-34×10-5s-1，高层辐散也有增强，400 hPa 高度以上均有明显的辐散气流配合，中心值为28×10-5s-1，位于300 hPa 高度。对应的假相当位温分布(图7d)仅存在于850～700 hPa，850 hPa以下MPV1＜0 (图6)，以上转为正值，MPV2 进一步加大，出现了1 PVU 以上的正值中心，大气斜压性进一步加大[34]。

图5 2020年8月11—12日正涡度(阴影，单位：10-5 s-1)、散度(黑色等值线，单位：10-5s-1)和风矢(经向风和垂直速度的合成，垂直速度×10，单位：m/s)经向-高度剖面(红色小框为850 hPa西南涡涡心位置，灰色阴影为地形。) a. 11日00:00沿103 °E；b. 11日03:00沿103 °E；c. 11日22:00沿103.5 °E；d. 12日03:00沿104 °E。

图6 2020年8月10日08时—12日08时西南涡区域平均MPV1(a)和MPV2(b)时间-高度剖面(单位：PVU，西南涡区域平均范围以西南涡为中心，1.5个经纬距为半径的范围格点进行算术平均)

图7 同图5，但为假相当位温(黑色实线，单位：K)和比湿(红色虚线，单位：g/kg)经向-高度剖面

上述分析表明，整个西南涡活动期间，水汽充沛，均有湿舌配合，在西南涡初生、发展阶段湿舌更为明显，正涡度柱向西北方向倾斜，由于低层辐散偏弱，“低层辐合-中高层辐散”的动力机制相对

6 西南涡发展原因分析

6.1 热力和水汽作用

此次西南涡过程在四川盆地西部生消和发展，两个阶段的地形影响无明显差异，因此本文不再讨论地形作用，主要讨论动力、热力对西南涡的生成和再发展的作用。西南涡区域平均范围以西南涡为中心，1.5 个经纬距为半径的范围格点进行算术平均进行分析。

图8 为西南涡两个发展阶段的地面潜热和感热通量，由于初始生成和快速发展时刻以及再次发展和强盛时刻的地面感热和潜热通量变化很小，因此，以11 日03:00 和12 日03:00 为代表讨论两个阶段的通量值变化情况。

图8 地表潜热通量(阴影)和感热通量(等值线，向上为正，单位：106 J/m2) a. 11日03:00；b. 12日03:00。黑色框为西南涡涡心位置。

初始发展阶段(图8a)，西南涡区域内地表潜热通量值达到10×106～12×106J/m2，同时地表感热通量在西南涡区域有1×106～2×106J/m2的高值区存在，地表感热和潜热加热作用，有利于地面减压，促进西南涡的生成和发展。同时从温度平流垂直剖面分析也可以看到(图略)，在整个西南涡的形成、发展阶段，西南涡区域内各个层次均为暖平流控制，说明该阶段没有冷空气影响，是一个暖区内生成和发展的西南涡。从视热源和视水汽汇的发展变化情况(图9a)，西南涡区域内平均上升速度最大为3.8×10-1Pa/s，视热源在近地面层有弱的冷却(-0.2 K/h)，再向上为加热且逐渐增大，Q1在700～100 hPa 高度内有感热加热，加热率为1.0～1.8 K/h，并在600 hPa和150 hPa达到最大。Q2整层几乎均为正值，并在600 hPa 达到了最大，加热率为1.5 K/h。500 hPa 以下至近地面层Q2显著大于Q1，西南涡区域内低层的加热主要由水汽凝结潜热加热造成，凝结潜热使空气增温，从而使地面减压，有利于西南涡的发展和维持[31]。

西南涡再次发展阶段(图8b)，地表潜热、感热通量值显著减小，西南涡区域内的地表潜热通量值仅为4×106～8×106J/m2，显热通量值最大也仅为1×106J/m2，表明地表对大气加热作用减小。通过温度平流的垂直剖面分析(图略)，在西南涡再发展阶段内，西南涡低层南部有暖平流、北部有冷平流，同时中高层也有冷平流发展，西南涡区域内冷平流从北侧、中高层侵入，增加了大气的不稳定，从而使得西南涡再次发展。从视热源和视水汽汇的垂直分布特征来看(图9b)，西南涡区域内平均上升速度加大，最大上升速度高度位于400 hPa，值为-6×10-1Pa/s，Q2和Q1的加热率较初始阶段显著增大，随高度上升在400 hPa 达到最大3～4 K/h。对流层高层感热和凝结潜热加热使得高层增温，高层增温加强了高空质量的外流，高层出流的加强，使得地面减压，进一步增强西南涡的发展[31]。

图9 视热源、视水汽汇(单位：K/h)和上升速度(单位：10-1 Pa/s)区域平均随高度的变化

上述分析表明，西南涡在暖区内初生发展，地面潜热和感热加热、低层水汽凝结潜热加热以及强暖湿平流均比较显著。西南涡再发展阶段，地面感热和潜热加热作用相对于初始阶段显著减弱，而中层凝结潜热和感热加热使得高层出流加强，中高层冷空气入侵。

6.2 动力作用

从上面的分析可知，在西南涡的发展过程中，涡度能很好地表征西南涡的强度。下面分别对各时次西南涡活动范围进行区域平均(西南涡区域平均范围同上述视热源范围，表2)，利用涡度收支方程对西南涡发展的因子进行讨论。

表2 总涡度收支及各项区域平均值 单位：10-9 s-2。

西南涡初次生成时次(11 日00:00)，总涡度值在500 hPa 以下层次均为正值，特别是在850 hPa正涡度增加最大，有利于低层西南涡的发展。涡度平流项各层均为弱的负值，表明涡度平流作用并不明显；垂直输送项在850 hPa正涡度输送达到了1.8×10-9s-2，将正涡度向上输送，但其700 hPa即转为负值，不利于低涡的深厚发展；涡度扭转项在850 hPa 的值为-2.4×10-9s-2，700 hPa 转为正值，该项有利于700 hPa以下层次气旋性环流发展；拉伸项在低层为较强正值，700 hPa 和850 hPa 分别为1.5×10-9s-2和1.8×10-9s-2，中层500 hPa 为负值，该项垂直分布形成“低层辐合、中层辐散”配置，利于低层正涡度发展。这一时次涡度发展的主要贡献是850 hPa的拉伸项和垂直输送项，这与西南涡在发展初期低涡环流主要出现在850 hPa一致。

西南涡快速发展时次(11 日03:00)，总涡度值在对流层低层为正值，特别是700 hPa正涡度明显增强。涡度平流项在850 hPa转为正涡度平流，有利于该层次的正涡度发展；正涡度平流的垂直输送仅在850 hPa 发展，涡度的扭转项在低层850 hPa维持负值、700 hPa以上转为正值，有利于低层气旋性环流；拉伸项在700 hPa、850 hPa 的正值加强，500 hPa 负值也加大，低层辐合、中层辐散的动力机制加强。印证了该时刻西南涡环流在850 hPa发展，同时700 hPa气旋性环流加强。

西南涡再次发展时次(11 日22:00)，总涡度值除700 hPa 外整层几乎为正值，有利于正涡度发展。涡度平流项500 hPa 转为正值，有利于低层加压；垂直输送项在700 hPa、500 hPa 为正值，特别是700 hPa 向上输送的涡度平流值达到了4×10-9s-2，有利于正涡度向500 hPa以上层次输送；涡度扭转项在850 hPa、700 hPa 的值增大至-1×10-9～-2×10-9s-2，500 hPa 层的正值也增大至0.8×10-9s-2，低层气旋、中层反气旋环流发展的机制增强；低层的拉伸项值达到了4×10-9s-2，500 hPa达到了-1.8×10-9s-2，有利于低层辐合、中层辐散的动力机制进一步加强。涡度平流垂直向上输送正涡度的高度上升至500 hPa，同时有利于700 hPa、850 hPa 气旋性环流辐合发展的动力机制进一步加强，使得850 hPa低涡发展，700 hPa气旋性环流发展为低涡。

西南涡再次发展强盛时次(12 日03:00)，总涡度值整层均显著增强，尤其500 hPa 的增长明显，达到了3.5×10-9s-2。500 hPa 涡度平流项正值加大至1×10-9s-2；垂直输送项在700 hPa、500 hPa 乃至300 hPa 的正涡度平流向上输送加强，特别是500 hPa 值达到了6×10-9s-2，涡度扭转项除850 hPa 为正值外，其余层次均为负值，有利于700～300 hPa层气旋性环流的发展；拉伸项在低层的值也进一步增大，尤其在700 hPa 达到了6×10-9s-2，有利于辐合运动的机制一直发展到300 hPa，300 hPa 以上才转为负值，有利于300 hPa层次以上的辐散运动发展。涡度平流垂直输送正涡度的层次上升至300 hPa，同时有利于300 hPa 以下气旋性环流辐合发展、300 hPa 以上反气旋性环流辐散的动力机制加强，使得西南涡的正涡度柱发展至300 hPa，正涡度中心强度也达到了各个时次的最强。

7 结 论

通过对2020年8月11—12日四川盆地西部特大暴雨过程中尺度系统活动特征及对降水影响的分析，进一步探讨了西南涡的结构特征及其发展原因，得到以下几点结论。

(1) 本次过程发生在副高加强西伸和高空低槽东移等有利于极端性暴雨产生的环流背景下，副高外围偏南气流将暖湿气流向四川盆地输送，为暴雨的发生提供了充足的水汽和能量条件。同时南亚高压和流线分流区形成的高层辐散条件，为中尺度系统的发展提供了有利的环流背景。

(2) 本次过程中尺度系统活动经历了中尺度辐合扰动-西南涡生成发展-低空急流影响-西南涡再次发展增强等4个阶段，其中西南涡两个阶段的发展对降水影响最大。10 日夜间西南涡是随MCS发展和强降水而生成，为“雨生涡”，低涡生成后低涡环流和MCS 都迅速发展，所造成的降雨强度在整个过程中最大，11日夜间，再次发展增强的西南涡更加深厚，850 hPa 和700 hPa 同时出现了低涡，引发了第二波强降水，降雨范围超过了西南涡初生阶段，但降雨强度明显不及第一阶段。

(3) 西南涡在暖区内初生发展，地面潜热和感热加热、低层水汽凝结潜热加热以及强暖湿平流均比较显著，低层暖湿平流较强，对流不稳定度大，θse850-θse400值达14 K，西南涡正涡度发展的贡献主要来自低层涡度拉伸项和扭转项，由于低层辐合相对较弱，正涡度柱高度仅发展至500 hPa。