重庆“6·8”大暴雨过程诊断分析

王志毅，胡春梅，吴胜刚，慕 丹

(1.重庆市气象台，重庆 401147；2.重庆市石柱土家自治县气象局，重庆 石柱 409100)

1 引言

暴雨作为伴随东亚夏季风的暴发及盛行时段，在重庆地区频发的一种灾害性天气，是重庆地区影响强度仅次于干旱的气象灾害[1]。现有研究表明，造成重庆暴雨的主要影响系统包括高原槽(涡)、西南涡、切变线、高低空急流、地面冷锋等[2]。统计资料显示，近50 a来，重庆地区夏季暴雨日数总体呈增加趋势[1]。同时，伴随着20世纪90年代末至21世纪初全球气温的显著升高[3]，受夏季降水异常的影响，近年来由于强降水引发的山体滑坡、泥石流等次生灾害的频发也给人民生产、生活造成极大不便和巨大的经济损失。不少学者针对重庆暴雨发生的系统配置、中尺度特征等方面进行了研究。卢萍等[4]对重庆地区的西南涡暴雨进行了分类，并研究发现了影响重庆暴雨的西南涡移动路径主要受大尺度环流形势场的影响。石鹏翔等[5]统计了近30 a的重庆低涡暴雨个例，分析发现暴雨降水量和暴雨次数在空间分布上并不相同，低涡导致的暴雨降水量最大值主要位于重庆中南部，而低涡暴雨次数最大值区域则主要位于重庆的西南部。另外，针对重庆及周边地区历史暴雨个例的分析与总结[6-11]也为暴雨发生前的潜势分析提供了不少可供参考的结论。由于重庆暴雨的发生大都离不开西南低涡的发生、发展与移动[12-14]，刘德等[1]通过对若干典型暴雨个例进行分析，发现在1980—2008年104个暴雨个例中，有64次过程均受西南低涡的影响，进而通过合成分析方法进行归纳，提出了影响重庆地区的西南低涡暴雨概念模型，并按预报区域分为中西部、东北部、东南部三类。

本文选取2017年6月8—10日重庆一次大范围暴雨天气过程，利用常规观测及探空资料、NCEP1°×1°再分析资料(间隔6 h)、FY2C红外云图及雷达资料，考虑从大尺度环流背景、高低层系统配置、中小尺度系统发展与演变、模式预报的检验与对比等方面分析此次过程两个时段降水，通过分析水汽、能量及抬升条件剖析最强降水时段的对流特征。

2 天气过程概述

2017年6月8日夜间至10日白天，重庆出现了一次暴雨天气过程，重庆西北部地区、西南部地区、东北部偏北地区出现暴雨到大暴雨。过程累计雨量见图1，全市21个区县的379个雨量站超过50 mm，其中合川、北碚、渝北、巴南、綦江、璧山、江津、巫溪、潼南、永川、铜梁等11个区县的102个雨量站超过100 mm，最大雨量为226.0 mm(合川的保合)，最大小时雨强为116.4 mm(合川的大湾)。由于降水累积时间长，影响范围大，在全市范围造成了较为严重的灾害。

图1 2017年6月8日20时—10日08时雨量分布图Fig.1 Spatial distribution of accumulation precipitation from 20∶00 on 8 to 08∶00 on 10 June 2017

本次强降水过程集中在两个时段内：第一阶段降水集中在6月9日00—06时，在03时前后降水强度达到最强，落区主要集中在我市西北部地区，到08时前后降水逐渐东移减弱。9日22时前后雨带呈东北西南向带状分布出现在我市长江沿线一带，即为强降水过程的第二阶段，系统自西北向东南方向缓慢移动，在23时前后降水强度达到最强，10日06时前后逐渐减弱。重庆合川区的保合及永川区的油溪人影站分别是两个阶段单站累计雨量最大的站点。其中，保合站降水最强时段9日02—03时小时雨强最大，达97.3 mm/h。油溪人影站的强降水时段集中在9日22时—10日01时之间，小时雨强最强出现在00—01时，达63.4 mm/h。

对比两个站降水的雨量分布特征，可知第一时段降水的局地性更显著，且短时强降水强度较强，过程雨量达大暴雨量级的站点较多。第二时段降水的影响范围更大，但短时强降水强度相对较弱，过程雨量达暴雨量级的站点较多。

3 环流形势

3.1 500 hPa环流形势分析

6月8—10日，亚洲中高纬呈“两槽一脊”的经向环流型，高空冷涡在我国东北地区稳定维持，乌拉尔山及其以东地区受逐渐东移的高空低槽影响，贝加尔湖一带为发展深厚的高压脊区。中低纬地区高原槽东移发展，副热带高压主体控制我国华南沿海地区，584线位于长江中下游一带。

图2可见，8日20时，中低纬地区在青藏高原东部有短波槽发展东移，至9日08时前后短波槽抵达四川盆地东部，北方高空槽发展加强，南段向南延伸至青海以东。9日20时—10日08时，高原槽移至重庆中部，与高空槽同位相叠加，受河套以东的高压脊阻挡移速偏慢。至10日08时低槽南段仍位于重庆中东部一带。由此可见，8日20时—9日08时我市位于低槽前部的上升运动区，动力抬升条件较好，9日20时—10日20时槽区移经重庆且停留时间偏长，使得低层的低值系统得以长时间维持，造成持续性降水。8日20时—10日08时期间，副高稳定位于华南地区，重庆位于副高西北侧5个纬度附近，这一区域多为不稳定区，副高外围的西南暖湿气流为暴雨提供了充足的水汽和能量，是暴雨产生的有利条件。584线位置稳定维持在长江中下游地区也使得低槽移速减慢,有利于降水的持续。

图2 2017年6月8日20时(a),10日08时(b)东亚地区500 hPa天气形势分析Fig.2 Analysis of weather situation at 500 hPa in East Asia at 20∶00 on 8 (a),at 08∶00 on 10 (b)June 2017

3.2 高低层系统配置

2017年6月8日20时—10日08时200 hPa高空急流稳定维持在青海至甘肃、陕西一带，急流核位于河套中部，重庆位于入口区右侧辐散区。8日20时，700 hPa低涡位于高原上，切变线偏北，急流位于广西—贵州—重庆—湖北一线，重庆中西部及东北部位于低空急流出口区左前侧，且在8日夜间至9日白天，急流强度逐渐加强，其后逐渐东移南压。700 hPa低涡沿切变线发展东移。在9日08时低涡移至四川盆地东北部，9日20时位于陕西中东部，后沿切变线快速东移，且此时在四川盆地西部也伴随着新的低值系统的生成和东移。至10日08时，低涡已移至河南中东部。850 hPa低涡的移动轨迹则是先由南向北，再自西向东移动。8日20时，850 hPa低涡位于贵州西北部，大风速带存在于广西、湖南一带，其后低涡位置逐渐北抬，在9日08时移至重庆西北部，20时东移至重庆中部，至10日08时沿切变线移出，抵达湖北东北部。对应低涡系统的北抬，影响重庆地区的西南风速随之显著增大，9日08时—10日08时低空急流轴均位于广西、湖南至长江中下游一线。

由于此次过程的暴雨中心主要位于重庆西北部及西南部，参考了刘德等[1]总结提出的“中西部西南低涡暴雨概念模型”，对比8日20时的中分析与典型暴雨模型在系统结构上的异同点可知，除了700 hPa低涡位置较典型模型中的偏西，850 hPa低涡位置偏南，低空急流位置偏东以外，其余各层的系统位置及强度均与模型有较高的吻合度，且考虑到未来低涡的快速移动和低空急流的加强，整层系统配置与重庆西部暴雨概念模型较为一致。

图3 2017年6月8日(a)及9日20时(b)中尺度分析Fig.3 Mesoscale analysis on 8-9 June 2017.(a) at 20∶00 on 8.(b) at 20∶00 on 9

4 探空资料及物理量场分析

4.1 对流潜势分析

根据图3(a)可知，8日20时，700 hPa及850 hPa重庆中南部均为显著湿区，850 hPa温度脊位于重庆西部地区，500 hPa冷槽位于四川盆地中东部，低层暖湿高层冷的层结条件十分有利于对流在四川盆地东北部的触发。配合沙坪坝站与温江站的探空资料分析，8日20时温江站的K指数为36 ℃，CAPE值为328.7 J/kg，CIN值为45.8 J/kg，能量条件不是十分有利，近地面层受偏北气流影响，湿度条件较差，但不稳定能量层已向上延伸至400 hPa，同时500～850 hPa之间为显著湿层。分析物理量场上的分布特征，图4a、4b给出了8日20时700 hPa、850 hPa的比湿场，700 hPa的湿度条件较差，但850 hPa重庆中南部地区达到13 g/kg，东南部达15 g/kg。而8日20时假相当位温的大值带则分布于四川盆地南部，但重庆仍处在340 K的高温高湿区中，不稳定能量条件较好。沙坪坝站的K指数为35 ℃，CAPE值为229.2 J/kg，CIN值为144.8 J/kg，能量条件不是十分有利于对流活动，存在着一定的对流抑制能量。但500 hPa及以上的干层十分明显，低层存在一定的垂直风切变，且探空曲线所表现出的上干下湿的层结条件也表明了层结存在着弱不稳定的特征。可见不稳定潜势条件已然具备，后期850 hPa西南暖湿气流逐渐加强北推，配合低涡动力抬升运动，对流就容易被触发。

图4 2017年6月8日20时及9日20时700 hPa(a)、(c)及850 hPa(b)、(d)比湿场Fig.4 700 hPa and 850 hPa specific humidity field on 8-9 June 2017.(unit：pa/s)(a)、 (b) at 20∶00 on 8,(c)、(d) at 20∶00 on 9

9日20时，与前一日的分析对比可知，此时地面冷锋已压至重庆中部，且有地面辐合线生成于重庆中东部，可见与第一阶段的对流性降水相比，第二阶段的降水应以加入冷空气影响的混合性降水为主。配合850 hPa低层偏南暖湿气流的水汽输送逐渐增强，湿度条件进一步转好。参考沙坪坝及恩施站的探空资料，沙坪坝站湿层及不稳定层深厚，K指数达40 ℃，SI指数-0.71 ℃，CAPE值为502.8 J/kg，恩施站的湿层及不稳定层已延伸至600 hPa，K指数达39 ℃，SI指数-0.47 ℃，CAPE值达2 483.9 J/kg，两个站的对流潜势十分明显，均较有利于强对流天气的发生。配合物理量场的空间分布特征来看，700 hPa、850 hPa的湿度条件(图4c、4d)较前一日均有所增强，850 hPa在重庆中东部地区比湿达16 g/kg以上。假相当位温的大值带(图5)较前一日有所北扩，350 K线压在重庆偏南地区，对应偏南地区的不稳定能量积累较高。

图5 2017年6月8日20时及9日20时700 hPa(a)、(c)及850 hPa(b)、(d)假相当位温场Fig.5 700 hPa and 850 hPa potential pseudo-equivalent temperature field on 8-9 June 2017. (unit：pa/s)(a)、(b) at 20∶00 on 8,(c)、(d) at 20∶00 on 9

4.2 垂直运动分析

为了解降水发生时段抬升运动的强度，分别对9日02时及20时的垂直速度场进行分析。图6a、6b给出了9日02时的垂直速度场分布。可见强上升运动区位于重庆西部和东南部地区，配合前期能量积聚和充足的水汽输送，对流性天气在西部表现更为显著。剖面图上给出沿30°N的经向—垂直速度图(图7a)，可知02时在106°E附近有低值系统存在，伴随105°～110°E区域中低层有较强的上升运动，且该上升支向东向上延伸至300 hPa上。

图6c、6d给出9日20时的强上升运动区位于四川盆地中东部，与卫星云图上起始时刻发展旺盛的对流云团位置对应较好，且在我市东北部也伴随一定强度的上升运动。沿29°N作经向—垂直速度图(图7b)，可见20时在106°E及115°E附近均存在着一定的上升运动，而低值系统仍位于106°E附近，但上升运动明显不如9日02时的强烈，且上升支向上仅延伸至500 hPa附近。可知第二阶段的上升运动不如第一阶段强。结合20时探空资料风的垂直分布，可知沙坪坝站低层已受偏北风控制，恩施站仍受偏南气流影响，表明此时冷空气已抵达重庆西部，随着冷暖空气在重庆长江沿线一带交绥，且对流发展所需的水汽、能量及不稳定层结都已具备，稳定性降水和对流性降水一起发生，降水强度较强，时间较长。

图6 2017年6月9日02时及20时700 hPa(a)、(c)及850 hPa(b)、(d)垂直速度场Fig.6 700 hPa and 850 hPa vertical velocity field on 9 June 2017.(unit：pa/s)(a)、(b) at 02∶00,(c)、(d) at 20∶00

图7 2017年6月9日02时及20时垂直速度垂直剖面图(单位： hPa·s-1，等值线代表各等压面上的位势高度距平， 阴影区为地形高度)(a)9日02时沿30°N；(b)9日20时沿29°NFig.7 Vertical cross sections of vertical velocity field on 9 June 2017(unit： hPa·s-1，The contour line represents the potential height anomaly, the shadow area is topographic height)(a) at 02∶00; (b) at 20∶00

5 卫星及雷达资料分析

5.1 卫星资料分析

从云图TBB分析9日00时开始的云系发展及演变如图8所示，00 时15分一圆形中尺度对流云团主体位于我市西北部偏北与川东交界区，随后该云团逐渐向东部及南部发展扩大，云团近似呈圆形，云顶亮温在02时15分—03时15分期间达到最低，云团最白亮处对应在我市的合川区及四川的武胜县交界处，之后云顶高度逐渐降低，但受云团西北部新生云团的合并影响，云团范围进一步扩大，且云团向东移动移速缓慢，使得我市西北部地区降水长时间维持，累积雨量较大，直至早上08时00分前后对流云团才逐渐减弱消散。

第二阶段降水所对应的云系发展如图9所示，6月9日21时15分较强的中尺度对流云团位于四川盆地东南部，在重庆长江沿线一带有零散的对流云系开始发展，并在其后逐渐发展扩大，9日22时15分—10日02时15分在重庆中西部偏南地区的云顶亮温最低值均在-70℃以下，云团最白亮处最初位于重庆主城区一带，之后随着系统的南移，云团也跟着向南发展，且逐渐与周围云团合并，云团范围进一步扩大，至03时15分前后对流云团中心对流强度开始减弱，其后云团逐渐向南移动，降水区域也随之南移至长江沿线以南地区。

图8 2017年6月9日00时15分—05时15分的FY2C卫星IR1通道TBB图(单位：℃)Fig.8 FY-2C infrared image displaying hourly cloud top equivalent brightness temperatures of blackbody (unit：℃)from 00∶15 to 05∶15 on June 9，2017

图9 2017年6月9日21时15分—10日02时15分的FY2C卫星IR1通道TBB图(单位：℃)Fig.9 FY-2C infrared image displaying hourly cloud top equivalent brightness temperatures of blackbody (unit：℃)from 21∶15 on June 9，2017 to 05∶15 on June 10，2017

通过对比发现，在第一阶段的云图上主要表现出单个对流云团强烈发展并逐渐扩大的过程，但强的上冲云顶存在的时间较短。而在第二阶段除了单个对流云团的发展，还伴随着与周边云团的合并与扩大，对流云团上升区的生命史较长，使得较强上冲云顶维持时间较长，对应降水时段更长。

5.2 雷达资料分析

由重庆站雷达的组合反射率回波可知，8日22时前后，初始阶段有一弧形的回波带自重庆西北部逐渐向东南方向移动，至00时前后回波扩大成片状移近潼南、大足、铜梁一带，局地回波强度达50～55 dBz。对应此时的径向速度及风廓线资料，有一低空急流位于合川上空，强偏南风在1.5～4.5 km高度之间维持，速度达12～20 m/s。随后，强回波中心自西向东缓慢移动，且中心区域强度逐渐加强，对应速度图上在低空急流位置逐渐东移，速度增大。至9日02时17分前后，合川东部出现反射率超过60 dBz的强回波区，对应径向速度图上相应区域存在一气旋式辐合区(图略)，此时合川位于低空急流左前侧的强抬升运动区，伴随较强的上升活动和充足暖湿气流的输送，合川多个站点的小时雨量超过50 mm/h，最大小时雨强达97.3 mm/h。之后强回波区继续东移，雨带随之东移。可见第一阶段的降水伴有强烈的对流性特征，但系统移速较快，且在同一地点的维持时间不是太长。

分析强回波中心发展最强时段(6月9日02时17分05秒)的回波顶高与垂直剖面(图略)，可见回波顶虽然延伸至15～17 km的高度，但强回波中心较低，仅在5 km左右高度，配合前期20时探空可知LCL至0 ℃层之间较为深厚，因而可以认为暖云厚度较厚，且配合低质心的降水回波，降水效率高。加上急流对水汽的充足供应，使得小时降水量较大，局地降水强。

第二阶段的降水主要位于西南部，应用永川站的雷达资料,在9日21时30分前后，组合反射率图上(图10)回波呈东北西南向的带状分布，零散的强回波中心分布在贵州北部至重庆中西部偏南地区之间，中心强度达50～55 dBz。23时前后，带状回波上及其周边区域开始逐渐生成新的对流单体，且面积逐渐扩大，至00时前后我市中西部偏南地区受20～50 dBz之间的片状回波所覆盖。对应径向速度图及风廓线资料，23时我市西南部低层盛行西北气流，但2～4 km之间仍受低涡延伸出的切变线前侧西南气流的影响，风速4～6 m/s，对应低层维持着一定的水汽输送作用，配合冷暖空气的交汇作用，表现出了锋面降水特征。至10日00时前后，整个西部地区从低层至高层均转为了一致的偏北气流。第二阶段另一个较为显著的回波特征是存在着“列车效应”。从21时30分开始在永川及其周边区域有较强的回波生成，并自西向东逐渐移动，其后至10日02时期间一直伴随着新生的强回波在永川西侧生成并向东移动，这就造成了在永川附近较长时间的持续性强降水。

图10 2017年6月9—10日永川站雷达回波组合反射率及径向速度图(从左至右对应的时次分别为： 21时34分32秒、22时56分29秒、00时00分49秒)Fig.10 Composite reflectivity images and doppler velocity images at 2.4°elevations of Yongchuan radar during 21∶34～00∶00 from 8 July to 9 July 2017(Time series corresponding to the images from left to right are respectively：21∶34∶32,22∶56∶29, 00∶00∶49)

6 小结

①此次过程的环流背景为中高纬呈“两槽一脊”的经向环流型，高压脊稳定维持在贝湖一带，配合长波槽分裂出小槽东移发展。低层700 hPa低涡从高原东部自西向东移动，850 hPa低涡于贵州北部生成先北抬再东移，重庆位于副高584线附近，且重庆位于高空入口区右侧低空急流左前侧的强抬升运动区，配合700 hPa急流的强暖湿气流输送,8日夜间在我市西北部出现了暴雨天气过程。其后，伴随着冷空气的南压，冷暖空气在我市长江沿线一带交绥，850 hPa低涡沿切变线逐渐东移，9日夜间在我市长江沿线地区出现了强降水过程。

②参考两个阶段降水前期的物理量场及探空资料，发现第一阶段降水伴有较强的对流性特征，而第二阶段降水则为混合性降水。第一阶段降水发生前期重庆西部地区存在着上干冷下暖湿的层结条件，且低层存在着一定的对流抑制能量，有利于不稳定能量的累积，随着850 hPa低涡的北抬，强的上升运动位于重庆西北部，同时暖湿气流的北推也为强降水提供了充足的水汽与能量，从而导致了西北部地区短时强降水的发生。第二阶段降水配合着北方冷空气的侵入，冷锋逐渐南压，配合850 hPa低涡沿切变线的东移，降水的系统性特征较强，且9日20时的湿度、不稳定能量及层结条件都较为有利，对流潜势较高，因而第二阶段的降水是系统性和对流性均有的混合性降水,较第一阶段降水影响范围更大、持续时间更长。

③第一阶段降水云系表现出更多的暴雨云团特征，呈圆形，边界较为光滑，对流发展最强阶段云团中存在着白亮的亮温低值中心，对应降水大值区。此时，雷达回波图上相应的中心强度达60 dBz及以上，且雷达剖面图上表现出较显著的低质心的暖云降水特征。对应速度图上在合川东部的低空急流左前侧存在着气旋式辐合区，该时段该地的小时雨强达到最强。第二阶段降水云系呈带状分布和发展，在重庆西南部及东北部偏南地区均存在着亮温低值区，伴随着各对流云团的不断生成、合并、扩大，云团生命史也较长，对应降水时间较长。而对应的雷达回波强度较第一阶段偏弱，但呈现出带状并逐渐扩展为片状的层状云降水回波特征，且在永川及周边区域有“列车效应”，从而造成了永川及其周边区县较长时间的持续性强降水。