四川北邻秦岭，南接云贵高原，西依青藏高原，地形十分复杂，天气过程也复杂多变，而暴雨是四川地区的主要灾害性天气之一。统计研究表明：四川盆地周围山区降水多于盆地中，最大值中心在盆地西南部(邵远坤等，2005)，位于川西的雅安以“天漏”闻名，被称为“雨城”(彭贵康，1994)。郁淑华(1984，1986)和蒋兴文等(2008)分别将1959～1982年和1981～2000年的四川盆地大暴雨过程分为盆西型、盆东型和全川移动三种类型，其中，盆西型暴雨最多。

影响四川地区暴雨的中尺度系统主要有西南涡和高原低涡等，四川的特大暴雨与盆地附近上空强烈发展的西南涡密切相关(程麟生和郭英华，1988)，暴雨、大暴雨与西南涡强度关系密切，西南涡增强阶段的降水强度明显大于减弱阶段(李明等，2013)。白爱娟等(2011)指出，傍晚前后在高原中部生成的对流系统，受西风带影响，夜间到达高原东部边缘地区，并于后半夜到达四川盆地，导致对流活动频繁出现在夜间，形成当地著名的“夜雨”现象，“夜雨”形成不仅受大尺度环境场影响，还与地形因素有关(沈沛丰和张耀存，2011)，四川盆地周边地形对西南涡和特大暴雨的形成，以及降水的落区和强度有重要影响(赵玉春和王叶红，2010；葛晶晶等，2008)。四川西部地区地形十分复杂，汶川—雅安地震断裂带位于其中，这一地区常常发生强降水，并常引发泥石流等次生地质灾害，相关暴雨研究与预报备受重视。郁淑华(1984，1986)和蒋兴文等(2008)指出，盆西暴雨主要出现在106°E以西的四川盆地内，且主要出现在绵阳地区和成都市以及江油、雅安附近，暴雨发生时，500 hPa中高纬为东高西低环流形式(肖洪郁和郁淑华，2003)。盆西暴雨主要集中在盛夏，局地性强、多夜雨(卢萍等，2009)，地形抬升作用显著(赵玉春和王叶红，2010；赵玉春等，2012)，沿盆地西部断裂带陡峭地形形成一条近似南北向的多雨带(徐裕华等，1991)，复杂陡峭的地形扰动有利于中尺度涡旋的形成，地形与涡旋的活动及降水的分布密切相关(何光碧，2006)，高原地形可以影响高原附近以东地区物理量场的分布(郁淑华等，1998)。

以上简要回顾可知，气象学者针对四川暴雨，尤其是盆地西部地震断裂带陡峭地形附近的暴雨过程，开展了大量有意义的研究工作，内容涉及诸多方面，但暴雨过程的发生十分复杂，涉及多尺度天气系统影响，加之复杂地形的作用，使得我们对该地区暴雨过程的理解和认识仍然十分欠缺，相关预报水平仍然较低，大尺度环流背景演变特征、中尺度系统发展演变等过程，如何与复杂地形效应相结合，并最终导致强降水发生、发展等问题，仍需要深入分析。2008年“汶川大地震”严重袭击之后，四川地区土层变得更加松散，泥石流产生所需物源条件常可得到满足，如遇较长时间雨水侵袭或突发性强降水，极易引发泥石流等次生地质灾害，而2013年四川“雅安大地震”更加重了这一地区的受灾风险。因此，对四川地区暴雨天气过程，尤其是易于引发泥石流等次生灾害的盆地西部暴雨天气过程的深入理解和认识以及相关预报水平的提高变得十分重要和迫切。本文选取2010年8月18～19日发生在四川盆地西部的一次引发了泥石流灾害的暴雨过程开展分析，首先利用地面自动站、常规探空、卫星(FY-2E)相当黑体亮温(Black-Body Temperature，TBB)资料以及每6 h一次的1°×1°分辨率NCEP/NCAR再分析资料对此次降水过程开展观测分析，进一步利用WRF模式对降水过程开展高分辨率的数值模拟，并与实况进行对比，最后利用模拟资料开展初步诊断分析，从大尺度环流特征及演变、中尺度系统发生、发展，配合复杂地形的作用等角度，综合考查此次暴雨过程发生、发展及演变特征和可能机制。 2 暴雨过程观测分析 2.1 降水实况

2010年8月18日12时～19日12时(协调世界时，下同)，四川盆地西部地区出现了一次区域性大暴雨天气过程(图 1a，见文后彩图)，50 mm以上的强降水集中在盆地西部山脉与盆地中部较平坦地形之间、呈东北—西南走向的狭长陡峭地形附近区域(即汶川—雅安地震带附近)，强降水南起荥经、雅安，北至绵竹、北川和青川等地；整个降水过程共存在5个主要强降水中心，基本沿汶 川—雅安 断裂带的复杂地形分布，15个自动站的过程雨量超过100 mm，3个自动站超过 200 mm，达到特大暴雨量级(绵竹、大邑和蒲江站过程雨量分别达294.8、277.2和203.2 mm)，降水空间分布极不均匀，具有很强局地性；逐时雨量观测显示，超过20、30和50 mm的观测站次分别达43、19和4，18日19～20时，绵竹发生了约96mm/h的强降水(图 1b，见文后彩图)，此次降水过程短时降水强度大、强降水持续时间短、局地性强、极端性强，空间和时间上都具有明显的中尺度特征。这次过程虽然不是四川全省范围的暴雨过程，但是强降水主要出现在汶川—雅安地震带陡峭地形附近，引发赵公山一带等地震灾区出现多处泥石流、滑坡等次生地质灾害，严重影响灾区重建。

图 1

Fig. 1

图 1（a）2010年8月18日12时到19日12时（UTC）四川地区24小时累积降水量（等值线，单位：mm），彩色阴影为地形高度；（b）2010年 8月18日12时到19日12时（UTC）绵竹和大邑地面自动气象站逐时雨量（单位：mm） Fig. 1 (a) 24-hour accumulative precipitation in Sichuan area from 1200 UTC 18 to 1200 UTC 19 Aug 2010 (contour, units: mm), the shaded areas indicate the terrain; (b) hourly precipitation at Mianzhu and Dayi automatic surface weather observation stations from 1200 UTC 18 to 1200 UTC 19 Aug 2010 (units: mm)

2010年8月18日00时(图略)，500 hPa上，中高纬呈现“两脊一槽”的环流形势，一个高压脊位于巴尔喀什湖以东，另一高压脊位于鄂霍茨克海附近，两脊之间为贝加尔湖—蒙古低压槽，中低纬度被相对稳定而强大的副热带高压控制，200 hPa高空急流位于低压槽底部，随低压槽一起东移，低压槽与副热带高压(简称副高)之间形成一条东北—西南走向的低压带，而四川地区正位于低压带内高空急流南侧；18日06时(图略)，副高西伸北跳，西脊点达87°E附近，控制面积扩大，中心强度增强，其北侧与鄂霍次克海高压脊几乎同位相叠加，这种配置一方面为引导来自海上的暖湿气流进入四川地区提供了有利的环流条件，另一方面使得“东高西低”的环流形势建立起来，阻碍和减缓了上游低压系统的东移，有利于降水在四川地区发生和维持；18日12时(图 2)，副高西脊点略东退，位于约94°E附近，但强度加强，经向度略加大，有利于暖湿空气进一步向四川地区输送，西风槽略东移，引导槽后冷空气进一步南下，贝加尔湖以东地区，高压脊与西风槽相互作用明显，两者之间高空急流加强，四川地区上空出现一低值系统，588位势什米等值线出现较明显气旋性弯曲，850 hPa流场出现明显偏东分量；18日18时(图略)副高主体较稳定维持，西风槽略有东移，与副高之间低空急流加强，向北暖湿输送增强；此后(19日12时)(图略)，副高虽进一步加强，经向度也明显加大，但由于西风槽明显东移，四川地区所受影响明显减弱，强降水也基本结束。

图 2

Fig. 2

图 22010年8月18日12时高、低空环流形势。实线为500 hPa高度场(单位：dagpm)，粗实线代表 588 dagpm等值线；虚线为500 hPa温度场(单位：°C)；阴影代表 200 hPa大于或等于30 m/s的风速；矢量表示850 hPa大于或等于10 m/s的风场；长方形区域表示四川地区所处位置 Fig. 2 The upper- and lower-level synoptic weather pattern at 1200 UTC 18 Aug 2010. The solid lines are geopotential height at 500 hPa(units: dagpm); the bold solid line is geopotential height of 588 dagpm at 500 hPa; the dashed lines are temperature at 500 hPa(units: °C); the shaded areas are wind speed ≥30 m/s at 200 hPa; the vectors are wind speed ≥10 m/s at 850 hPa; the rectangular area represents the location of Sichuan

选取位于降水带内的温江站探空曲线进行分析。强降水发生前的18日00时(图 3a)，四川盆地850 hPa上空存在一低涡(图略)，低涡中心位于眉山和资阳交界处，温江站处于850 hPa低涡弱偏东风控制中，其上至500 hPa为西南气流控制，对流层整层相对湿度均较大，强降水所需水汽条件十分充足；18日12时(图 3b)，强降水发生，地面到400 hPa相对湿度均大于80％，湿层深厚，而 300 hPa附近可能存在干空气侵入，露点温度和相对湿度较12小时前急剧减小，对流层上、下干湿对比加大，有利于对流不稳定的发生、发展；此时对流有效位能(CAPE)值远大于12小时前，达1696 J/kg，而对流抑制能量(CIN)值由12小时前的115 J/kg减少至0 J/kg，暴雨区大气处于强烈不稳定状态中，850 hPa东南风增强；19日00时(图 3c)，由于强降水消耗了大量水汽和能量，不稳定能量显著减弱，除近地面层之外的整个对流层相对湿度和露点温度均急剧下降，相对湿度下降到约25％左右，其中，近地面层的高湿区可能与降水物质的蒸发有关；19日12时(图 3d)，对流层中低层气流转为偏北或者偏东北气流，CAPE值减弱至118 J/kg，降水趋于结束，此时对流层中低层湿度又出现较明显增加，地面至500 hPa相对 湿度均超过80%，为下阶段降水做好了准备。

图 3

Fig. 3

图 32010年8月四川温江站（a）18日00时，（b）18日12时，（c）19日00时，（d）19日12时的探空曲线。绿色粗实线为相对湿度（RH），黑 色粗实线为露点；红色粗实线代表层结曲线；天蓝色粗实线代表状态曲线 Fig. 3 The sounding of Wenjiang station at (a) 0000 UTC 18, (b) 1200 UTC 18, (c) 0000 UTC 19, and (d) 1200 UTC 19, Aug 2010. Green heavy line is relative humidity (RH); black heavy line is dew point temperature; red heavy line is stratification curve; sky blue heavy line is condition curve

从850 hPa水汽通量(图 4)可以看出，这次大暴雨过程水汽主要来源于副高西侧、经南海转向北的水汽输送带，并在汶川—雅安一带陡峭地形附近地区辐合，同时，这支气流伴随西南低涡的发展，气流在四川盆地内明显转向加强，配合陡峭地形的抬升，对强降水发生有明显促发作用，而另外一支对我国夏季降水有重要贡献的气流，即西南季风水汽输送，由于此时副高的强盛西伸(图 2)，被明显压制在四川西南侧(图 4a)，对此次强降水过程贡献不大。19日06时(图 4b)，四川盆地强降水区附近由水汽通量辐合转变为辐散，强水汽通 量辐合区出现在四川东南部，陡峭地形附近的强降水随之逐渐减弱。

图 4

Fig. 4

图 4850 hPa水汽通量(流线)和水汽通量散度(阴影，单位：10-7 g cm-2 s-1 hPa-1)：(a)2010年8月18日12时；(b)2010年8月19日06时 Fig. 4 The moisture flux(streamline) and the divergence of moisture flux(color shading，units:10-7 g cm-2 s-1 hPa-1)at(a)1200 UTC 18 Aug and (b)0600 UTC 19 Aug，2010

西南涡是发生在我国西南地区850或700 hPa上的气旋性或有闭合等高线的低涡，尺度约为300～500 km(何光碧，2012)。18日06时(图略)，四川东部大部分地区受东南偏南气流控制，向盆地地区源源不断地输送暖湿空气，使得盆地一直处于有利于强降水发生的高温、高湿环境条件下，此时一旦有触发因素出现，便会产生强降水。18日12时(图 5a)，伴随高原低值系统东移发展，强盆地内风向发生明显变化，转为偏东南气流，并且强度增加了3～4 m/s，这支东南气流与川西东北—西南走向的陡峭地形几乎正交，地形抬升作用加强，促发强降水(黄克慧，2006)；由于强风速带转向并南压，原位于强风速带西北侧的气旋式切变中心消失(图略)，而位于(28.5°N，105°E)的气旋式切变发展加强，正涡度达8×10^-5 s^-1；18日18时(图 5b)，伴随西南涡发展加强，风速继续增大，气流到达山脚后一方面受地形强迫抬升，从而沿着地形过渡带(陡峭地形区域)激发对流，另一方面受地形阻挡发生绕流，向南的绕流有利于低涡的加强(赵玉春等，2012)，此时西南低涡向北扩张，最大正涡度中心向北移动了约1个纬度，面积增大，强度增强，最强涡度值达10×10^-5 s^-1；18时之后，西南低涡逐渐减弱、消亡，四川盆地大部分地区转为受偏北或者偏东气流控制，暴雨过程趋于结束，由于偏东气流以及减弱的西南涡东侧的偏南气流继续将水汽源源不断向四川盆地输送，使得盆地中由于强降水消耗的水汽很快得到补充，为下阶段降水做好了准备，一旦出现新的促发因子，便会开始新一段降水过程。

图 5

Fig. 5

图 52010年8月18日(a)12时和(b)18时850 hPa环流形势。灰色阴影代表大于等于1500 m的地形，彩色阴影代表相对涡度(单位：10-5 s-1)，黑色等值线代表高度场(单位：gpm)，矢量箭头代表风场(单位：m/s)，红色虚线为温度(单位：°C) Fig. 5 The circulation pattern at 850 hPa at(a)1200 UTC and (b)1800 UTC，18 Aug 2010. The gray shaded areas are elevation ≥1500 m; the color shaded areas are vorticity(units: 10-5 s-1); the black isolines are geopotential height(gpm); the vectors are wind filed(m/s); the red dashed lines are temperature(°C)

暴雨是在一定大尺度环流形势下，由嵌入天气尺度系统的中小尺度系统直接造成的(章淹，1990)。四川地区地形复杂，常规观测分布不均，多建于低洼地区(图略)，不能很好抓住中小尺度系统及其演变过程。下面根据Maddox(1980)和马禹(1997)等的判别方法和标准，利用国家气象中心FY-2E逐时TBB资料(水平分辨率0.1°×0.1°)分析中尺度系统的活动和演变。TBB资料分析显示(图 6)，2010年8月18日10时，1小时前位于四川中部的多个中尺度云团首先合并加强成为云团A，中心强度达－62°C以下，11时，云团A进一步加强，面积扩大，云团B减弱，两者之间A东北侧绵阳西南部上空出现另一中尺度云团C，12时，云团C强度加强，并与云团A外围合并，形成东 北—西南向带状分布，云团A此时发展到最强，覆盖成都大部分地区以及雅安东北部和眉山北部，受其影响，云团所对应的大邑及其周边地区出现强度较大的对流性降水，其中大邑分别于18日12～13时、13～14时、14～15时出现了35.2 mm、48.5 mm、19.5 mm的较强降水(图 1b)；15时，在逐渐消散的云团A西南侧，芦山县和蒲江县上空又生成了一个中心TBB强度≤－62°C的对流云团D，之后其面积和强度逐渐增大，缓慢东移，成为主要影响系统，而其东北侧原A和C组成的带状云带逐渐消散，郫县、丹棱、彭州、新津、绵竹等地出现较强降水；20时左右，云团D发展加强为覆盖成都大部分地区、雅安西部和眉山大部的椭圆状云团，绵竹站出现96 mm/h的极强降水；18日21时～19日06时，云团D逐渐东移、减弱消散，而在其西南和南部又相继生成云团E、F和G，其中F发展最强，成为主要影响中尺度云团，但其主体已慢慢移出四川，四川境内只有零星降水。可见，对流云团的生消演变与此次强降水天气的发生、发展紧密相关，而期间不同云团的新生发展可能与已有云团强降水冷池出流触发以及复杂地形配合有关，相关分析将在后面工作中开展。

图 6

Fig. 6

图 62010年8月18日09时到19日08时TBB逐时分布(单位：°C) Fig. 6 The hourly brightness temperature from FY-2E satellite from 0900 UTC 18 to 0800 UTC 19 Aug，2010(units: °C)

鉴于现有观测资料时空分辨率及饱和度均较低，不利于此次强降水过程机理的细致分析，下面利用中尺度模式WRF(3.4.1版本)，对此次暴雨过程开展高分辨率数值模拟。模拟选用欧拉质量坐标，Runge-Kutta 3阶时间积分方案，模拟时段为2010年8月17日18时至2010年8月20日00时，共& lt; /span>54小时，初始场选用每6 h一次的1°×1°分辨率NCEP/NCAR再分析资料生成，模拟采用三重嵌 套，区域如图 7所示，垂直方向上分为28个不等距层，主要模拟参数及方案见表 1。

图 7

Fig. 7

图 7数值模拟区域 Fig. 7 illustration of the numerical simulation domains

表 1(Table 1)

表 1 主要参数列表 Table 1 The main arguments list of simulation

表 1 主要参数列表 Table 1 The main arguments list of simulation

24小时累积降水量对比(图 8，见文后彩图)显示，模式模拟的雨带走向、落区、范围等与实况较为一致，强度也与观测有较好对应，基本模拟出了两个最主要的强降水中心(1和2)，但细节上仍存在一定不足，如模拟的两个最强降水中心位置与实况略有偏差，模拟的强降水中心1(图 8a中白色方框)较实况(图 8a、b中白色十字)偏西、偏北约0.11个经、纬度，强降水中心2较实况偏西约0.2个经度，偏南约0.06个纬度，大于250 mm的降水区范围较实况偏小，这可能与模拟初始时间的选取、模式地形精度与实际地形的差异以及观测站点分布不均等因素有关。

图 8

Fig. 8

图 82010年8月18日12时～19日12时（UTC）24小时累积降水量（单位：mm）：（a）模拟；（b）观测 Fig. 8 (a) Simulated and (b) observed 24-houraccumulative precipitation (mm) from 1200 UTC 18 to 1200 UTC 19, Aug 2010

6小时累积降水量及演变对比显示，8月18日12～18时(图 9a、b)，四川中部和北部出现强降水，模拟的中部强降水(图 9a)较实况(图 9b)略偏西南，北部强降水略偏西，模式同时模拟出四川东北部出现较强降水，但观测中没有 ；由于观测资料仅包含四川地区，因此尽管模式还模拟出甘肃和陕西南部的较强降水，但在观测中没有体现；18日18时～19日00时(图 9c、d)，位于汶川—雅安断裂带陡峭地形附近的西南—东北走向中尺度雨带形成，虽然模拟出的雨带东北侧的强降水中心量级较实况偏弱，但模式基本再现了实况雨带的西南—东北走向，降水范围等也与实况接近；19日00～06时(图 9e、f)，中尺度雨带维持，但强度减弱，范围略有收缩，模拟的雨带较前6 h也出现了一定的衰减，范围收缩，降水量级与实况接近，但雨带落区与实况略有偏差，没有模拟出实况降水区“南宽北窄”的特征；19日06～12时(图略)，雨带进一步衰减，模式模拟出了减弱的趋势，但范围较实况略偏大。总体看来，尽管模式模拟的24和6小时累积降水在细节上与实况仍存在一定差距，但对实况雨带出现的时间、区域、衰减的趋势等仍给出了较满意的再现。

图 9

Fig. 9

图 92010年（a、b）8月18日12～18时，（c、d）18日18时～19日00时以及（e、f）19日00～06时6小时累积降水量（单位：mm）。（a、c、 e）为模拟，（b、d、f）为实况 Fig. 9 The accumulated 6-hour rainfall (mm) for (a, b) 1200 UTC to 1800 UTC 18 Aug 2010, (c, d) 1800 UTC 18 Aug to 0000 UTC 19Aug, 2010, and (e, f) 0000 UTC to 0600 UTC 19 Aug 2010: (a, c, e) Simulation; (b, d, f) observation

此次四川暴雨的主要大尺度影响系统包括中高纬低压槽、高压脊以及西伸北进的副热带高压等，从模拟与NCEP资料高、低空环流对比可以看出(图 10)，模拟的高、低空环流与实况吻合得较好。模式较好地模拟出了中高纬度“两脊一槽”环流形势、高空强风速带、副高以及850 hPa强风速的分布和演变过程，较好的再现了副高与鄂霍茨克海高压脊的叠加以及与低压槽形成的“东高西低”有利环流形势，同时也很好地模拟出了副高西侧强风速带向四川暴雨区输送暖湿空气以及西南涡发展引起的四川地区低层风向转变的过程等(图 5)。这也从侧面进一步说明了模式对此次强降水过程24和6小时累积降水给出与实况较为接近的模拟效果的原因。

图 10

Fig. 10

图 102010年(a、b)8月18日12时和(c、d)19日00时高、低空环流形势。(a、c)为模拟，(b、d)为观测。等值线为500 hPa高度场(单位：dagpm)，粗实线代表 588 dagpm等值线，矢量为850 hPa ≥10 m/s的风场(单位：m/s)，阴影为200 hPa ≥30 m/s的风场(单位：m/s) Fig. 10 The upper- and lower-level synoptic weather patterns at(a，b)1200 UTC 18 Aug and (c，d)0000 UTC 19 Aug，2010:(a，c)Simulation;(b，d)observation. The solid lines are geopotential height at 500 hPa(units: dagpm); the bold solid line is geopotential height of 588 dagpm at 500 hPa; the vectors are wind speed ≥10 m/s at 850 hPa; the shaded areas are wind speed ≥30 m/s at 200 hPa

过图 8a中强降水中心做垂直剖面(图 11)，分析显示，18日00时(图 11a)，四川盆地近地面温度达24°C以上，盆地东南部暖湿空气聚集，(29°N，105°E)附近近地面比湿达19 g/kg以上，70％以上的高湿区从地面一直向上延伸到300 hPa附近，为暴雨的发生提供了很好的暖湿空气条件，高原上空400 hPa以上以及(29°N，105°E)附近上空500～300 hPa存在相对干区，两者之间陡峭地形附近上空为相对湿区，其中(29°N，105°E)附近上空的相对干区可能与副高控制有关，并在此次暴雨过程中起重要作用；05时(图略)，近地面温度增加至28°C以上，大于17 g/kg的高比湿空气向西推进至陡峭地形附近；07时(图 11b)，近地面温度继续升高，(29°N，105°E)附近近地面温度增加至32°C以上，高比湿空气进一步在盆地对流层低层聚集，低层温度和比湿垂直梯度从05时开始均明显增大，但相对湿度却显著下降，大于90%的区域面积明显减小，这主要是因为相对湿度与比湿和饱和比湿有关，而饱和比湿与温度有关，因此比湿的明显增加，并不一定带来相对湿度的明显增加；13时(图 11c)，近地面仍维持最高达32°C以上的较高温度，高湿区进一步向陡峭地形附近聚集，陡峭地形附近地区上空相对湿度较前一时刻出现较明显升高，90%以上的高相对湿度区从850 hPa至400 hPa广泛分布，水汽条件充足，降水逐渐开始；20时(图 11d)，陡峭地形附近的暴雨区上空，强烈上升气流把水汽、能量等输送到高空，对应着从900 hPa一直延伸至300 hPa高度以上的大于90%的相对湿度高值区，此时模拟降水强度很强，降水物质下落蒸发，吸收热量，使近地面温度降低，而垂直上升运动，使得暴雨区上空水汽含量增加，比湿分布出现向上突起。之后，随着中高纬度环流系统缓慢东移(图 10)，有利的大尺度环流背景条件逐渐消失，支持强降水的偏东南气流和上升运动逐渐减弱，加之降水物质下落的拖曳作用，陡峭地形附近地区的强降水逐渐减弱。

图 11

Fig. 11

图 112010年8月18日(a)00时、(b)07时、(c)13时和(d)20时沿图 8a中直线MN的垂直剖面。黑色实线为比湿(单位：g/kg)，红色虚线为温度(单位：°C)，灰色阴影代表地形，彩色阴影代表相对湿度，白色三角形指示强降水中心 Fig. 11 The cross sections along straight line MN showed in Fig. 8a at(a)0000 UTC，(b)0700 UTC，(c)1300 UTC，(d)2000 UTC，18 Aug 2010. The black solid lines are specific humidity(units: g/kg)，the red dashed lines are temperature(units: °C)，the gray shadow indicates the terrain，other colorful shadow denotes relative humidity，the white triangle indicates the heavy rainfall center passed by straight line MN in Fig. 8

18日00时(图 12a)，强降水尚未开始，四川盆地上空500～300 hPa存在稳定层结，像一个盖子 盖在盆地上空，其下为显著的对流不稳定，近地面假相当位温高值中心位于盆地东南部，暖湿空气聚集，其西北侧一直到陡峭地形附近地区存在假相当位温低值中心，伴随近地面层较弱偏西北气流，盆地上空对流层中下层以较弱偏东南气流为主，不断向盆地输送暖湿空气，暖湿空气被压制在500～300 hPa之间的稳定层结之下，为强降水的发生做好了准备；11时(图 12b)与00时相比，最明显的变化为：(1)500～300 hPa之间的稳定层结明显减弱东退，(2)近地面层暖湿空气明显增强，存在两个主要的假相当位温高值中心，一个位于(30°N，104°E)附近，最大值达367 K以上，较00时该地区的最高值增加了近17 K，另一个高值中心位于(29°N，105°E)附近，较00时这一地区的最高值增加了近6 K，达364 K以上，暖湿空气显著聚集，(3)盆地东南部对流层低层偏东南风增强，(4)盆地内900～700 hPa之间假相当位温垂直梯度显著增加，低层对流不稳定性显著增强；13时(图 12c)与11时情形相似，偏东南气流进一步增强，不稳定能量不断累积，气流遇到高原陡峭地形后沿地形缓冲带抬升，激发对流，降水逐渐开始，不稳定能量开始释放；20时(图 12d)最主要的变化为：(1)伴随强降水的强上升运动，暖湿空气强烈向上输送，造成暴雨区上空假相当位温等值线十分陡直，(2)受降水区强烈垂直输送及其他因素影响，稳定层结盖重新向西推进，盖住盆地上空，仅留下强降水区狭窄的空间与对流层上部打通，消耗稳定盖下的不稳定能量和水汽，产生强降水，(3)对流层低层假相当位温明显下降，尤其是暴雨区附近。

图 12

Fig. 12

图 122010年8月18日(a)00时、(b)11时、(c)13时和(d)20时沿图 8a中直线MN的垂直剖面。等值线为假相当位温(单位：K)，矢量代表剖面风场(为分析方便，垂直速度w×10)，灰色阴影代表地形，彩色阴影为垂直上升运动速度(单位：0.1 m/s)，白色三角形指示强降水中心 Fig. 12 The cross sections along straight line MN showed in Fig. 8a at(a)0000 UTC，(b)1100 UTC，(c)1300 UTC，(d)2000 UTC，18 Aug 2010. The red lines are pseudo-equivalent potential temperature(units: K)，the vectors are circulation of the cross sections(for the sake of analysis，vertical velocity w×10)，the gray shadow indicates the terrain，other colorful shadow denotes vertical velocity(units: 0.1 m/s)，the white triangle indicates the heavy rainfall center passed by straight line MN in Fig. 8

以上初步分析可见，此次强降水过程是在有利的大尺度环流背景条件影响下，西南涡、副高西侧强风速带以及四川西部汶川—雅安断裂带陡峭地形相互作用的共同结果，地形的抬升效应在低涡以及副高边缘强风速带的共同作用和影响下，显著增 强，促发强降水，突破稳定层结，释放不稳定能量；而伴随着环流调整、降水发生以及降水物质的下落拖曳作用等因素又使得稳定层结盖得以重新在盆地上空建立起来，在有利条件下，重新蓄积能量，为下一次暴雨过程做准备。 7 结论与讨论

本文利用多种观测资料以及高分辨率数值模式WRF，对2010年8月18日12时～19日12时发生在四川地区的暴雨天气过程开展了观测分析和数值模拟研究，得到的主要结论如下：

(1)此次降水过程具有强降水持续时间短、短时降水强度大、局地性和极端性强等特点，在空间和时间上都具有明显的中尺度特征。强降水主要发生在汶川—雅安断裂带陡峭地形附近，与地形关系密切；中高纬度“两脊一槽”环流形势、副高与高压脊贯通形成“东高西低”有利形势以及上述环流形势的缓慢东移，为此次暴雨过程的生消创造了有利条件。

(2)西南涡的发展加强及其与副高西侧边缘强风速带的相互作用，增强了川西陡峭地形的抬升效应，促发暴雨发生；而盆地中多个中尺度云团的发生、发展、合并和加强与暴雨的发生直接相关。

(3)WRF模式较好的模拟再现了此次暴雨过程降水带走向、落区、范围和降水中心特征和演变，同时也较好地再现了高低空环流形势及演变等。利用模拟结果的初步分析显示，在四川盆地特殊地形条件下，在大尺度环流背景发展和演变的影响下，稳定层结盖的进退、低层东南风的加强和减弱、不稳定能量的累积与释放控制着暴雨过程的发生和结束。

下面工作将在本文基础上，利用高分辨模拟结果进一步分析造成此次暴雨过程的中尺度系统的结构特征和发展演变等，探讨此类暴雨过程的发生机理。应该指出的是，本文仅仅针对一个个例开展了观测分析和初步的模拟诊断研究，未来工作应在此基础上开展更多个例分析，本文所提及的环流形势、不稳定能量和稳定层结等的演变特征在川西 陡峭地形附近地区夏季的降水过程中可能常常出现，伴随强降水在汶川—雅安断裂带陡峭地形附近地区经常发生，本文的研究结果对理解和认识夏季四川盆地西部陡峭地形附近的强降水过程机理可能具有一定普适性，这同样有待未来工作中应用多个例进行进一步分析和验证。