綦江流域80 a一遇特大暴雨实况与影响系统分析

田茂举，旷 兰，海 川，米洪洁，彭 馨

(1.重庆市綦江区气象局，重庆 綦江 401420；2.重庆市万州区气象局，重庆 万州 404100)

0 引言

綦江多山地地形，綦江及周边地区多中小河流流域，一旦发生特强暴雨或持续性暴雨天气过程，就特别容易引起暴雨洪涝灾害。对于暴雨的研究，解明恩等[1]通过分析泥石流与气象特征的关系，得出泥石流发生时的区域性临界面雨量指标，并提出了相关预警方法；赵思雄等[2]指出边界层入侵的浅薄冷空气对暴雨的触发具有重要作用；刘国忠等[3]通过对桂西北2次严重山洪地质灾害的暴雨过程分析，提出了对流云团的合并对强降水具有指示意义。

綦江地区年平均降水量为1024.8 mm，2020年年降水量为1515.0 mm，其中历史上最强的6次过程依次为2020年“6·22”暴雨、1998年“8·7”暴雨、2016年“6·28”暴雨、2020年“7·1”暴雨、2005年“6·5”暴雨、2002年“8·20”暴雨。2020年6月19日20时—22日20时，綦江流域出现了连续性强降水天气，极端最大降水量达到302.7 mm，发生了自1940年以来的特强降水，对綦江流域的綦江、万盛、南川、桐梓、习水等多个地区造成了严重影响。綦江流域上游地区桐梓北部和习水北部普遍暴雨到大暴雨，而綦江、万盛、南川普遍暴雨到大暴雨，局地特大暴雨。因此有必要对这次过程的实况及主要影响系统进行回顾。本文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、探空资料、风云2G资料、24 h降水融合产品以及EC EAR 0.25°×0.25°逐小时再分析资料，通过背景形势场分析、物理量场诊断和强对流触发条件分析，探讨綦江地区此次特大暴雨过程发生发展的特征以及成因。

1 降水实况

2020年6月19日20时—22日20时綦江流域发生连续性强降水天气过程，降水持续时间长、强度大、范围广，以短时强降水为主，且短时强降水主要发生在20日凌晨、20日夜间以及22日凌晨，累计降水量极端最大值为綦江境内永城站点302.7 mm，其中前24 h降水主要发生在綦江的中北部以及万盛、南川地区；24～48 h，綦江流域沿岸的地区均发生了不同量级的降水，其中以綦江流域的上游地区南川、桐梓和习水北部的降水较大，以中—大雨为主，其余地区小雨；48～72 h，綦江以及綦江流域的上游地区南川、万盛、桐梓和习水北部均发生了暴雨以上量级的降水。而在这3个时段中又以22日02时—22日12时的强降水天气过程为主，其中南川最大小时雨强达到了64 mm·h-1，万盛最大小时雨强达到了62 mm·h-1，桐梓最大小时雨强达到了42 mm·h-1。

图1 2020年06月19日20时—22日20时72 h累计降水量极端最大值所在站点的逐小时变化Fig.1 Hourly variation of the station where the extreme maximum value of cumulative precipitation is located from 20∶00 on June 19 to 20∶00 on June 22, 2020

2 环流形势场分析

6月19日—6月22日特大暴雨天气过程期间，500 hPa欧亚中高纬地区为两槽一脊形势，中纬度地区主要受波动槽影响，低纬度地区副高588线有1个逐渐东退的过程，6月21日20时副高588线东退到广西广东沿海附近。綦江流域地区主要受偏西波动气流影响，特别是在6月21日20时，綦江流域主要位于200 hPa南亚高压脊线附近，高空形成强烈的抽吸作用；500 hPa位于波动槽前，有正涡度平流，有利于低层减压；中低层上，綦江流域位于700 hPa和850 hPa低涡切变之间，辐合抬升较强，且低空急流较强，输送较强的西南暖湿气流；1000 hPa上，偏东回流冷空气从四川盆地入侵影响綦江流域。

图2 2020年06月21日20时—22日20时(a,降水实况融合产品)、19日20时—22日20时(b,自动气象站雨量数据)累计降水量(单位:mm) Fig.2 Cumulative precipitation from 20∶00 on June 21 to 20∶00 on June 22 (a),and 20∶00 on June 19 to 20∶00 on June 22 (b),2020

图3 2020年06月21日20时综合分析图Fig.3 Comprehensive analysis chart at 20∶00 on June 21, 2020

3 中尺度对流系统分析

采用FY-2G云顶亮温TBB资料对此次暴雨过程的中尺度对流系统MCS的逐小时TBB演变过程进行分析(图4)。可以发现，22日01时在綦江西北部(以下简称A云团)、南川中部(以下简称B云团)、桐梓东南部(以下简称C云团)出现了3个不同大小的中尺度对流云团,此时，A、B对流云团≤-32 ℃的冷云面积较小，仅C对流云团冷云面积较大，伴随着对流云团的出现，綦江流域降水开始；03时对流云团迅速发展，云团A、B、C开始有合并的迹象；04时，3个对流云团发展并完全合并为1个对流云团，形成中尺度对流系统MCS，强中心位于綦江中北部地区永城附近，此时綦江最大小时雨强达到50 mm·h-1；05时，中尺度对流系统MCS进一步发展加强，MCS≤-32 ℃的冷云面积达到51 193 km2，≤-52 ℃的冷云区面积达到33 040 km2，冷云区的强中心恰好位于万盛、南川中部地区,此时万盛最大小时雨强达到62 mm·h-1、南川最大小时雨强达到64 mm·h-1；06—08时，MCS强中心位置逐渐东移，于08时东移至桐梓北部地区，此时桐梓北部最大小时雨强达到42 mm·h-1；此后，此对流云团逐渐减弱并松散，≤-32 ℃的冷云面积迅速减少，降水强度也随之减弱，于14时降水基本停止。而恰好在22日03时30分，洪峰通过綦江城区，綦河水位达227.6 m，超保证水位5.1 m，比1998年“8.7”洪灾高出0.07 m，重庆市水文监测总站自建站以来首次就綦江流域发出了红色预警。

图4 2020年06月22日01时(a)、05时(b)、07时(c)FY-2G的小时TBB(单位：K,注:色标值+160K=图中的云顶亮温值)Fig.4 Hourly TBB of FY-2G at 01∶00(a), 05∶00(b) and 07∶00(c) on June 22, 2020(unit:K,color mark value+160K=cloud top brightness temperature value in the figure)

4 中尺度对流环境场分析

4.1 水汽条件

利用EC ERA再分析资料计算整层大气可降水量可以发现，在整个降水过程中，整层大气可降水量均维持在57 mm以上，表明綦江流域地区具有丰富的水汽条件。从850 hPa的比湿和相对湿度图可以看到，19日20时，比湿达到了14 g·kg-1以上，20日20时比湿达到了15 g·kg-1以上，22日02时比湿达到了15.5 g·kg-1以上，比湿和相对湿度是1个增湿的过程。而偏西南暖湿气流不断增强，形成偏南低空急流，700 hPa最大风速达到了14 m·s-1，850 hPa最大风速达到了16 m·s-1，不停地将南海的水汽将綦江流域输送，从而导致22日凌晨开始的中尺度对流云团持续时间更长，且不断发生发展并融合。

图5 2020年06月19日20时(a)、20日20时(b)、22日02时(c)850 hPa比湿(单位: g·kg-1)Fig.5 850 hPa specific humidity at 20∶00 (a) on June 19, 2020, 20∶00 (b) on June 20 and 02∶00 (c) on June 22, 2020

4.2 热力条件

分析此次暴雨天气过程的3个时段降水过程发生前的沙坪坝探空曲线(图略)，发现整个过程期间大气层结都比较稳定，但乌拉尔山地区有冷低压东移引导冷空气南下入侵，而500～850 hPa均为一致的偏南暖湿气流影响，水汽条件比较充足，湿层深厚，有利于持续性强降水的产生。

4.3 动力抬升条件

此次持续性强降水发生在大尺度动力强迫系统偏强的背景下，通过分析此次过程的3个降水时段强降水发生前临近时刻850 hPa涡度，发现19日20时的正涡度区与20日05时发生于綦江流域西部的强降水区比较一致；20日20时的正涡度区与20日22时发生于綦江流域中部和东部的强降水区比较一致；而22日02时的正涡度区与22日02时开始的强降水区比较一致。

通过绘制此次过程的3个降水时段强降水发生前临近时刻850 hPa綦江流域附近散度和流线的分布图(图6)发现，从20日05时开始，散度大值区和流线辐合区都吻合得比较好，直至22日14时都一致地在綦江流域附近从西向东缓慢移动。挑选出小时降水量级较大时刻并交互制作出其上升速度的垂直剖面，结果发现，随着系统的缓慢东移，上升速度的大值区也随之缓慢向东移动，且上升速度的大值区也基本位于下垫面有山的地形区域，此处区域也恰好和3个时段小时最大雨强发生站点的区域比较一致。

在此次暴雨洪涝过程中，地面有偏东回流冷空气参与，中低层有明显的低涡切变动力抬升作用和西南暖湿气流输送水汽，500 hPa上槽前的正涡度平流有利于低层减压高层增压，200 hPa南亚高压的稳定维持有利于高空的不断抽吸作用，再加上綦江多山地地形，造就了短时强降水区域附近有地形辐合线产生，这就进一步促使了水汽的持续辐合和强上升运动，出现了50 mm·h-1及以上量级的短时强降水。从加密自动气象站小时最大风速及小时雨量(≥20 mm·h-1)分布及变化可以看到，辐合线于20日05时最先出现在綦江永城附近，再随着系统缓慢东移，于22日05时出现在万盛和南川南部地区。所以地面辐合线提供了很好的地形抬升作用。

5 结语

①此次过程发生在南亚高压脊线附近，500 hPa槽前，乌拉尔山地区有冷低压东移引导冷空气南下入侵，700 hPa和850 hPa低涡切变之间，850 ～500 hPa之间为一致的偏南暖湿气流输送水汽。

②对流云团生成、合并、发展，形成中尺度对流系统MCS，对强降水有很强的指示意义，暴雨区发生在云团合并发展阶段且冷云区≤-52 ℃的区域。

图6 2020年6月20日05时、20日20时、22日02时的交互垂直剖面(上图:850 hPa黑色箭头为流线，彩色线为散度，黑色实线为沿着流线辐合区或散度辐合中心所作的垂直剖面区域；下图:黑色箭头为流线，填色图为垂直速度的空间垂直分布，单位：Pa·s-1)Fig.6 Interactive vertical profiles at 05∶00 on June 20, 20∶00 on June 20 and 02∶00 on June 22, 2020

图7 2020年06月20日05时、22日05时加密自动气象站小时最大风速及小时雨量(≥20mm·h-1)Fig.7 At 05∶00 on June 20 and 05∶00 on June 22, 2020, the hourly maximum wind speed and hourly rainfall of the automatic weather station will be densified

③短时强降水随着地面辐合线的生成而发生，且最强小时雨强中心出现在中尺度辐合线附近并随着辐合线缓慢向东移动。

④此次过程累积雨量大值区主要发生在綦江城区及綦江流域上游地区，其中过程累积雨量最大的站点达到了302.7 mm，綦江流域上游地区的站点基本都达到100 mm以上，最大小时雨强达到了64 mm·h-1，所以此次特大暴雨洪灾过程具有区域性小、降水时段长、过程雨量大、降水强度强等重要特征。