低空急流在“7·22”川东北极端强降水中的作用分析

摘 要：利用高空探测资料、欧洲中心ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析资料、GDAS数据，分析了低空急流对2022年7月22日发生在四川盆地东北部的一次暴雨天气过程的作用，结果表明：（1）此次过程发生在“两高切变”的环流形势下，主要影响系统为700和850 hPa低空急流；（2）22日夜间700 hPa低空急流的建立和维持有利于水汽输送，通过分析暴雨期间水汽辐合、利用MeteoInfo软件对水汽进行后向追踪，可知水汽主要来自南海一带；（3）低空急流的维持和加强使中低层涡度呈现“上负下正”的特征，与垂直速度大值区对应，提供了强烈的上升运动；（4）中层有明显的θse突变，有利于大气层结不稳定性增加，川东北地区位于850 hPa高能锋区偏南一侧。

关键词：暴雨；低空急流；动力触发

中图分类号：P458.121 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

近年来，极端天气受到社会各界的广泛关注，四川盆地东北部的极端暴雨具有来势猛、雨量大的特点，亦是短时灾害性天气的预报难点，受到学者的高度关注。张丽芳[1]指出四川盆地东部沿山一带是夏季发生极端暴雨的高发地，易引发山洪、泥石流等次生灾害。周懿等[2]指出西南低空急流在盆地暴雨产生起到的水汽和能量输送的决定性作用，低空脉动和短时强降水的发生时间有密切的关系，通常强降水产生于低空急流出现后的1～2 h后[3]。同时，边界层急流配合山脉地形，有利于对流的触发，是沿山地区极端强降水产生的主要原因。王佳津等[4]利用HYSPLIT模式分析了四川盆地水汽输送特征，得出水汽源地主要有3个，分别为阿拉伯半岛、孟加拉湾—南海和东海地区。李晓容[5]指出，四川盆地东北部暴雨期间的水汽输送可以追溯到孟加拉湾、南海、西太平洋及孟加拉湾地区。张恒等[6]得出水汽的收支变化对暴雨的产生、发展和结束具有一定指示意义。周长艳等[7]指出，还有阿拉伯北部西南风经高原东南部进入四川盆地的水汽通道，水汽输送和辐合形势有利于盆地西部沿山极端降水的产生。李玉婷等[8]基于HYSPLIT模式分析得出水汽主要来自850 hPa以下的区域，孟加拉湾和南海的水汽贡献率最大。

利用多种数据资料，分析了低空急流在此次极端暴雨中对水汽输送、不稳定层结维持、动力触发的作用，在此基础上，基于HYSPLIT模式，进一步对强降雨期间的水汽输送进行反演，以加深对川东北暴雨水汽输送轨迹的认识，探寻新的研究方法。

1 资料和方法

采取了高空探测资料、欧洲中心ERA5再分析资料及GDAS数据。ERA5时间精度为逐小时，空间分辨率为0.25°，定义（30°～33°N，104°～108°E）范围为四川盆地东北部地区，利用风场、比湿、垂直速度等数据集，分析暴雨期间的水汽环流特征，将雨强最大的巴州区三江站作为代表，对动力和热力环境场进行诊断分析，并基于MeteoInfo软件对暴雨期间水汽输送进行反演，MeteoInfo是一款开源的气象数据显示和分析软件，可通过GDAS数据进行水汽后向追踪分析。水汽通量计算如下：

水汽通量的经向输送：

Qv（lev，t，x，y）=·q（lev，t，x，y）·v（lev，t，x，y）

水汽通量的纬向输送：

Qu（lev，t，x，y）=·q（lev，t，x，y）·v（lev，t，x，y）

整层大气水汽通量：

=Qv·dp+Qu·dp

2 天气概况与环流形势

2022年7月21—22日，四川盆地东北部发生了一次极端暴雨天气过程，从遂宁中部到巴中东部出现暴雨到大暴雨，北部个别地方特大暴雨，暴雨和大暴雨落区整体呈东北—西南走向的带状分布，主要是由于700 hPa低空急流引导造成雨带呈带状分布。从朱元站的小时雨强来看，强降雨时段主要集中过程的开始阶段，22日02：00～04：00，最大小降雨量可达68.6 mm，强降雨（小时雨强＞20 mm）自西南向东北方向扩展。这与700 hPa低空急流的建立和维持相关。

从此次天气尺度环流演变来看，此次过程是一次典型的“两高切变”暴雨过程。前期500 hPa（图略）在贝加尔湖以南有低槽生成，且不断有小槽分裂南下，将冷空气不断向四川盆地北部输送，内蒙古一带有明显的负变温。22日20：00，西太平洋副热带高压（后称副高）和大陆高压相向发展，“两高”切变的位势高度场形成，盆地东北部受槽前和副高边缘强盛的西南气流控制。22日夜间低空偏南风的显著增强，为川东北地区提供充足的水汽和不稳定能量，是导致此次极端性暴雨的主要原因，700 hPa（图略）主要受西南暖湿气流控制，风速增大到12 m/s，且在盆地北部有明显的风速辐合，850 hPa（图略）有一支来自南海的偏南气流源源不断向川东北地区输送水汽和能量，有明显的风场辐合，配合500 hPa不断有弱冷空气补充南下，和偏南暖湿气流相遇，造成大气层结的不稳定维持，200 hPa南亚高压形成强烈的抽吸作用，为暴雨的产生提供了稳定的上升运动。

3 低空急流诊断分析

3.1 动力触发分析

暴雨的产生和维持，离不开低层暖湿气流，尤其是西南低空急流的加强和维持，它是暴雨区水汽的供应者，也是对流不稳定层结的建立者和维护者，亦是对流不稳定能量的触发者。因此，西南低空急流的演变特征对研究极端暴雨的产生、发展和维持至关重要。

图1为暴雨的开始阶段700 hPa和850 hPa的风场和风速演变特征，川东北中部位于700 hPa西南低空急流左前侧，急流轴中心的最大风速可达16～17 m/s，在急流核的前端存在明显的风速辐合，同时，850 hPa主要受来自南海的偏南急流影响，急流核最大风速可达18～19 m/s。

图2a是急流核心区垂直速度和涡度随时间变化的高度剖面，可以更直观地展示暴雨期间川东北地区的高低空动力配置和演变特征，受南亚高压抽吸作用的影响，高层负涡度区，400 hPa以下为正涡度区，在700～850 hPa存在一个垂直速度大值区和正涡度的大值区分别为-1.6 Pa/s和8×10-5 s-1，其出现时间为22日00：00～03：00。图2b是暴雨区在产生极端降水时段的自南向北垂直速度和涡度剖面的时间平均，正涡度柱延伸至500 hPa附近，700 hPa至近地面正涡度场和垂直速度的大值区配合最好，最大垂直速度达-2 Pa/s，该区域具有深厚的动力抬升机制主要是由于其位于低空急流左侧的气旋式辐合区，因此，西南低空急流左侧强烈的上升气流有利于强降水的产生和维持。

3.2 暴雨期间的水汽辐合及输送

暴雨天气过程的持续，不仅需要本地上空大气充足的水汽含量，还需要来自水汽充沛源地的水汽补给，这是暴雨得以产生的必要条件。计算了7月22日00：00～03：00低层平均的水汽通量和水汽通量散度，分析水汽来源和辐合与辐散情况。

此次的水汽主要源地为南海，700 hPa在南海和副高边缘有一支显著的水汽输送带，南海为明显的水汽通量辐散区，川东北中西部为水汽通量的辐合区（图3），由此可见充足的水汽借助700 hPa低空急流不断输送至川东北地区；850 hPa的水汽输送（图略）主要是来自南海的一支偏南暖湿气流，将来自海上的水汽和不稳定能量输送至川东北地区，850 hPa水汽通量辐合区分布和暴雨落区的分布基本一致。

为更定量分析7月22日极端暴雨期间的水汽输送源地及路径，基于MeteoInfo软件对水汽输送进行模拟，根据降雨落区和量级，选取了巴中三江站（31.7°N，106.7°E）作为后向轨迹的起始点，时间选取为北京时间7月21日20：00，高度选取了700 hPa和850 hPa分别对应的3 000 m和1 500 m，追踪时间为24 h，每隔1 h输出一次空间位置。

主要聚类3条水汽通道，3 000 m主要聚类4条水汽通道。1 500 m的第1条水汽通道为偏南路径，水汽来自南海，水汽的贡献率最大，为45.95%，第2、3条路径主要来自甘肃东南部和青海北部；图4b所示，3 000 m的偏南水汽通道来自南海和四川盆地南部地区，对水汽的贡献率分别为48.66%和13.51%，且1 500 m和3 000 m水汽贡献率最大的轨迹均为偏南的水汽输送通道，故通过模拟暴雨期间的水汽输送特征，可以看出700～850 hPa低空急流的加强和维持对水汽输送有显著的贡献作用。

3.3 对流不稳定及能量锋区的形成

形成暴雨的必要条件，除了需要强盛的动力抬升机制和充沛的水汽输送，还需要大气的层结的对流不稳定。通过上述分析可知，此次暴雨过程中700 hPa西南低空急流从21日23：00左右开始加强，引导偏南暖湿气流进入四川盆地，22日00：00～03：00，随着700 hPa

低空急流引导暖湿平流进入四川盆地，850 hPa低空急流引导南海充足水汽和不稳定能量在盆地东北部形成补充，在川东北地区沿山一带，可以分析出一条高能锋区，可见在850 hPa盆地以北有低层干冷空气的堆积，冷暖空气在川东北地区中部对峙，取（31.7°N，106.7°E）做θse的垂直剖面，21日20：00后，700～850 hPa的θse中心相比于21日白天增加12 K（图5），在21日23：00至22日04：00期间，近地面层的θse在346 K以上，期间θse在中低层有明显的随高度增加—减小的趋势，可见川东北地区上空大气存在对流性不稳定，配合暖湿平流的不断补充和强劲的上升运动，强降水发生在能量锋区附近偏暖区一侧，有利于中尺度雨团或雨带的产生，22日04：00后，近地面层的θse值开始迅速下降至330 K以下。

4 结论

利用多种资料，着重对西南低空急流在极端暴雨过程中起到的动力抬升、水汽输送和能量触发作用进行分析，主要得出以下结论：

（1）此次四川盆地东北部极端暴雨过程主要是发生在“两高”切变的环流背景下，暴雨和大暴雨落区呈东北—西南带状分布，极端降水时段主要发生在22日凌晨，日变化特征显著。

（2）通过分析水汽的辐合辐散、基于后向追踪方法对水汽来源和通道进行模拟，可知水汽源地来自700和850 hPa南海和盆地南部一带，水汽通道主要基于偏南低空急流的维持和建立。

（3）从动力配置来看，涡度场具有“上负下正”的动力特征，高层有显著的抽吸作用，与垂直速度的负值中心配置较好，正涡度柱和垂直速度中心位于低空急流左侧，为暴雨的产生提供强盛的动力抬升条件。

（4）低空急流对暖湿气流的输送有利于建立大气的对流不稳定性。四川盆地东北部位于32°N能量锋区以南，上空的θse在700～850 hPa随高度减小，再随高度增加的特征，说明中低层大气存在强的位势不稳定，为极端暴雨的产生提供了不稳定能量环境场。配合强盛的上升运动和充足的水汽，有利于触发中小尺度极端降水。

参考文献

[1] 张芳丽.四川盆地突发性暴雨的影响系统与水汽输送特征研究[D].成都：成都信息工程大学，2020.

[2] 周懿，青逸雨，郭云云.四川盆地“8.11”暴雨过程中低空急流作用分析[J].高原山地气象研究，2022，42（1）：51-60.

[3] 李青春，程丛兰，全继萍.夏季两次不同强度暴雨过程的低空急流特征及其作用对比分析[J].气象，2022，48（11）：1384-1401.

[4] 王佳津，肖递祥，王春学.四川盆地极端暴雨水汽输送特征分析[J].自然资源学报，2017，32（10）：1768-1783.

[5] 李晓容，高青云，付世军.四川盆地东北部三次持续性暴雨过程水汽输送特征分析[J].暴雨灾害，2020，39（3）：234-240.

[6] 张恒，胥丁凡，许杰伟.初夏四川盆地东北部一次暴雨过程分析[J].高原山地气象研究，2015，35（1）：34-40.

[7] 周长艳，唐信英，邓彪.一次四川特大暴雨灾害降水特征及水汽来源分析[J].高原气象，2015，34（6）：1636-1647.

[8] 李玉婷，谭贵蓉，何兴潼.基于HYSPLIT模式的泸州特大暴雨水汽输送特征分析[J].高原山地气象研究，2020，40（2）：49-52.

作者简介：李雯婕（1995—），女，四川江油人，助理工程师，研究方向为天气预报。