干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (2): 242-253.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0242
四川盆地一次极端暴雨过程的演变及成因分析
- 1.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川 成都 610072
2.川东北强天气研究南充市重点实验室，四川 南充 637000
3.中国气象局气象干部培训学院，北京 100081
-
收稿日期:2024-08-11修回日期:2024-10-30出版日期:2025-04-30发布日期:2025-05-13 -
通讯作者:竹利（1984—），男，正高级工程师，主要从事灾害性天气短临预报技术研究。E-mail：275551265@qq.com。 -
作者简介:李梦（1990—），女，高级工程师，主要从事应用气象与气象服务方面工作。E-mail：761640401@qq.com。 -
基金资助:高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室研究型业务面上专项(SCQXKJYJXMS202413);复盘总结专项(FPZJ2024-114);中国气象局气象干部培训学院项目(2023CMATCPY02);南充市科技局应用基础研究项目(23YYJCYJ0063)
Evolution and cause analysis of an extreme rainstorm process in the Sichuan Basin
LI Meng1,2(
), ZHU Li1,2(), ZHANG Yuehan3
- 1. Heavy rain and Drought-Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province， Chengdu 610072， China
2. Severe Weather in Northeast Sichuan Key Laboratory of Nanchong City， Nanchong 637000， Sichuan， China
3. China Meteorological Administration Training Centre， Beijing 100081， China
-
Received:2024-08-11Revised:2024-10-30Online:2025-04-30Published:2025-05-13
摘要： 2021年8月7日20：00—8日20：00四川盆地东北部地区发生了一次极端暴雨过程，其日降雨量和夜雨阶段的小时雨量突破历史极值。本文利用气象观测资料、多普勒雷达及ERA5再分析资料对此次过程的演变及成因进行分析。结果表明：1）过程发生前700 hPa假相当位温（θse）偏离气候平均值2.5倍标准差，700、850、925 hPa比湿均偏离2倍标准差以上；2）稳定的地面辐合区和中低层低涡切变系统持续触发新生对流，并不断与原有对流系统合并形成“列车效应”，确保原对流系统维持发展；3）低层暖湿空气与干冷空气交汇形成稳定的θse锋区，形成的经向暖湿上升气流与纬向次级闭合环流的上升气流共同作用，为对流系统提供稳定的能量和水汽输送；700 hPa附近的辐合风场配合中低层经向次级环流中下沉偏北气流的阻挡作用，使对流系统呈现准静止“后向传播”特征，有利于此次极端暴雨的形成。
中图分类号:
引用本文
李梦, 竹利, 张悦含. 四川盆地一次极端暴雨过程的演变及成因分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(2): 242-253.
LI Meng, ZHU Li, ZHANG Yuehan. Evolution and cause analysis of an extreme rainstorm process in the Sichuan Basin[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(2): 242-253.
图1 2021年8月7日20：00—8日20：00四川盆地东北部24 h降水量（单位：mm）空间分布
Fig.1 The spatial distribution of the 24-hour precipitation（Unit： mm） in the northeastern region of the Sichuan Basin from 20：00 on 7 to 20：00 on 8 August 2021
图1 2021年8月7日20：00—8日20：00四川盆地东北部24 h降水量（单位：mm）空间分布
Fig.1 The spatial distribution of the 24-hour precipitation（Unit： mm） in the northeastern region of the Sichuan Basin from 20：00 on 7 to 20：00 on 8 August 2021
图2 1970－2023年渠县站（a）、大竹站（b）大于等于100 mm日降雨量箱线图，2004—2023年渠县站（c）、大竹站（d）大于等于20 mm小时雨量箱线图
Fig.2 Box diagrams of daily rainfall greater than or equal to 100 mm at Quxian Station （a） and Dazhu Station （b） from 1970 to 2023， box diagrams of hourly rainfall greater than or equal to 20 mm at Quxian Station （c） and Dazhu Station （d） from 2004 to 2023
图2 1970－2023年渠县站（a）、大竹站（b）大于等于100 mm日降雨量箱线图，2004—2023年渠县站（c）、大竹站（d）大于等于20 mm小时雨量箱线图
Fig.2 Box diagrams of daily rainfall greater than or equal to 100 mm at Quxian Station （a） and Dazhu Station （b） from 1970 to 2023， box diagrams of hourly rainfall greater than or equal to 20 mm at Quxian Station （c） and Dazhu Station （d） from 2004 to 2023
图3 2004－2023年8月渠县站（a）、大竹站（b）大于等于20 mm小时雨量变化
Fig.3 The variation of hourly rainfall greater than or equal to 20 mm at Quxian Station （a） and Dazhu Station （b） in August from 2004 to 2023
图3 2004－2023年8月渠县站（a）、大竹站（b）大于等于20 mm小时雨量变化
Fig.3 The variation of hourly rainfall greater than or equal to 20 mm at Quxian Station （a） and Dazhu Station （b） in August from 2004 to 2023
图4 2021年8月7日20：00—8日20：00不同站点降雨量逐时变化
Fig.4 The hourly variation of rainfall at different stations from 20：00 on 7 to 20：00 on 8 August 2021
图4 2021年8月7日20：00—8日20：00不同站点降雨量逐时变化
Fig.4 The hourly variation of rainfall at different stations from 20：00 on 7 to 20：00 on 8 August 2021
图5 2021年8月7日20：00（a）、8日04：00（b）500 hPa位势高度场（蓝色等值线，单位：dagpm）叠加700 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）、急流风速（填色，单位：m·s-1）及850 hPa温度露点差（红色等值线，单位：℃） （红色三角为极端暴雨落区，字母D为低压中心）
Fig.5 The 500 hPa geopotential height field （blue contours， Unit： dagpm） superimposed with the wind field （wind vectors， Unit： m·s-1）， jet stream wind speed （the color shaded， Unit： m·s-1） at 700 hPa and 850 hPa temperature dew point difference （red isolines， Unit： ℃） at 20：00 on 7 （a） and 04：00 on 8 （b） August 2021 （the red triangle is the extreme rainstorm area， the letter D is the low pressure center）
图5 2021年8月7日20：00（a）、8日04：00（b）500 hPa位势高度场（蓝色等值线，单位：dagpm）叠加700 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）、急流风速（填色，单位：m·s-1）及850 hPa温度露点差（红色等值线，单位：℃） （红色三角为极端暴雨落区，字母D为低压中心）
Fig.5 The 500 hPa geopotential height field （blue contours， Unit： dagpm） superimposed with the wind field （wind vectors， Unit： m·s-1）， jet stream wind speed （the color shaded， Unit： m·s-1） at 700 hPa and 850 hPa temperature dew point difference （red isolines， Unit： ℃） at 20：00 on 7 （a） and 04：00 on 8 （b） August 2021 （the red triangle is the extreme rainstorm area， the letter D is the low pressure center）
图6 2021年8月8日08：00（a）、10：00（b）500 hPa位势高度场（蓝色等值线，单位：dagpm）叠加850 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）、急流风速（填色，单位：m·s-1）及温度场（红色等值线，单位：℃）
Fig.6 The 500 hPa geopotential height field （blue contours， Unit： dagpm） superimposed with the wind field （wind vectors， Unit： m·s-1）， jet stream wind speed （the color shaded， Unit： m·s-1） and temperature field （red isolines， Unit： ℃） at 850 hPa at 08：00 （a） and 10：00 （b） on 8 August 2021
图6 2021年8月8日08：00（a）、10：00（b）500 hPa位势高度场（蓝色等值线，单位：dagpm）叠加850 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）、急流风速（填色，单位：m·s-1）及温度场（红色等值线，单位：℃）
Fig.6 The 500 hPa geopotential height field （blue contours， Unit： dagpm） superimposed with the wind field （wind vectors， Unit： m·s-1）， jet stream wind speed （the color shaded， Unit： m·s-1） and temperature field （red isolines， Unit： ℃） at 850 hPa at 08：00 （a） and 10：00 （b） on 8 August 2021
表1 1991—2021年川东北地区9次特大暴雨过程前20：00的环境物理量统计
Tab.1 The statistics of environment physical quantities at 20：00 before the 9 extreme heavy rainfall processes in the northeastern region of Sichuan from 1991 to 2021
| 极端降雨过程 | 日降雨量/mm | 探空站 | 700 hPa比湿/ （g·kg-1） | 850 hPa比湿/ （g·kg-1） | 925 hPa比湿/ （g·kg-1） | 700 hPa假相 当位温/K | 0 ℃层高度/km | 垂直风切变/（m·s-1） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1991-06-30 | 290.2 | 重庆站 | 12.6 | 18.4 | 357.1 | 5.7 | 0.94 | |
| 1998-09-16 | 259.7 | 武都站 | 9.6 | 11.0 | 346.0 | 5.6 | 0.64 | |
| 2004-09-04 | 272.9 | 重庆站 | 12.6 | 17.3 | 19.1 | 355.8 | 5.7 | 0.31 |
| 2004-09-05 | 257.0 | 达州站 | 13.4 | 16.3 | 18.0 | 358.4 | 5.7 | 0.67 |
| 2010-07-17 | 255.8 | 达州站 | 12.6 | 19.6 | 22.9 | 355.8 | 5.7 | 0.68 |
| 2011-09-17 | 250.4 | 汉中站 | 9.6 | 12.6 | 14.0 | 343.0 | 4.7 | 1.47 |
| 2014-09-13 | 269.9 | 重庆站 | 11.8 | 17.3 | 19.1 | 353.3 | 5.3 | 0.19 |
| 2021-08-07 | 334.0 | 重庆站 | 14.4 | 18.5 | 21.0 | 363.9 | 4.8 | 0.64 |
| 2021-08-22 | 251.2 | 达州站 | 12.5 | 17.9 | 19.0 | 357.1 | 5.7 | 0.50 |
表1 1991—2021年川东北地区9次特大暴雨过程前20：00的环境物理量统计
Tab.1 The statistics of environment physical quantities at 20：00 before the 9 extreme heavy rainfall processes in the northeastern region of Sichuan from 1991 to 2021
| 极端降雨过程 | 日降雨量/mm | 探空站 | 700 hPa比湿/ （g·kg-1） | 850 hPa比湿/ （g·kg-1） | 925 hPa比湿/ （g·kg-1） | 700 hPa假相 当位温/K | 0 ℃层高度/km | 垂直风切变/（m·s-1） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1991-06-30 | 290.2 | 重庆站 | 12.6 | 18.4 | 357.1 | 5.7 | 0.94 | |
| 1998-09-16 | 259.7 | 武都站 | 9.6 | 11.0 | 346.0 | 5.6 | 0.64 | |
| 2004-09-04 | 272.9 | 重庆站 | 12.6 | 17.3 | 19.1 | 355.8 | 5.7 | 0.31 |
| 2004-09-05 | 257.0 | 达州站 | 13.4 | 16.3 | 18.0 | 358.4 | 5.7 | 0.67 |
| 2010-07-17 | 255.8 | 达州站 | 12.6 | 19.6 | 22.9 | 355.8 | 5.7 | 0.68 |
| 2011-09-17 | 250.4 | 汉中站 | 9.6 | 12.6 | 14.0 | 343.0 | 4.7 | 1.47 |
| 2014-09-13 | 269.9 | 重庆站 | 11.8 | 17.3 | 19.1 | 353.3 | 5.3 | 0.19 |
| 2021-08-07 | 334.0 | 重庆站 | 14.4 | 18.5 | 21.0 | 363.9 | 4.8 | 0.64 |
| 2021-08-22 | 251.2 | 达州站 | 12.5 | 17.9 | 19.0 | 357.1 | 5.7 | 0.50 |
图7 2021年8月7日20：20（a）、23：29（b）及8日01：06（c）、02：00（d）、06：28（e）南充雷达站1.5°仰角反射率因子（填色，单位：dBZ）叠加700 hPa（a、b、d）和800 hPa（c、e）风场（风矢，单位：m·s-1）、750 hPa（a、b、c）和700 hPa（d、e）散度场（红色等值线，单位：10-5 s-1） （棕线为切变线，黑色圆圈为对流系统D所在位置）
Fig.7 The radar reflectivity factor on the elevation of 1.5° of Nanchong Station （the color shaded， Unit： dBZ） superimposed with 700 hPa （a， b， d） and 800 hPa （c， e） wind fields （wind vectors， Unit： m·s-1）， 750 hPa （a， b， c） and 700 hPa （d， e） divergence fields （red isolines， Unit： 10-5 s-1） at 20：20 （a）， 23：29 （b） on 7 and 01：06 （c）， 02：00 （d）， 06：28 （e） on 8 August 2021 （The brown line is the shear line， and the black circle indicates the location of the convection system D）
图7 2021年8月7日20：20（a）、23：29（b）及8日01：06（c）、02：00（d）、06：28（e）南充雷达站1.5°仰角反射率因子（填色，单位：dBZ）叠加700 hPa（a、b、d）和800 hPa（c、e）风场（风矢，单位：m·s-1）、750 hPa（a、b、c）和700 hPa（d、e）散度场（红色等值线，单位：10-5 s-1） （棕线为切变线，黑色圆圈为对流系统D所在位置）
Fig.7 The radar reflectivity factor on the elevation of 1.5° of Nanchong Station （the color shaded， Unit： dBZ） superimposed with 700 hPa （a， b， d） and 800 hPa （c， e） wind fields （wind vectors， Unit： m·s-1）， 750 hPa （a， b， c） and 700 hPa （d， e） divergence fields （red isolines， Unit： 10-5 s-1） at 20：20 （a）， 23：29 （b） on 7 and 01：06 （c）， 02：00 （d）， 06：28 （e） on 8 August 2021 （The brown line is the shear line， and the black circle indicates the location of the convection system D）
图8 2021年8月7日20：00 θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）及纬向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿31°N的经度-高度剖面（a），650 hPa正涡度平流（填色，单位：10-8 s-2）及风场（风矢，单位：m·s-1）（b） （纬向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍）
Fig.8 The longitude-height section of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %） and synthesis of zonal wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 31°N （a）， 650 hPa positive vorticity advection （the color shaded， Unit： 10-8 s-2） and wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） （b） at 20：00 on 7 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the zonal wind-vertical velocity synthesis）
图8 2021年8月7日20：00 θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）及纬向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿31°N的经度-高度剖面（a），650 hPa正涡度平流（填色，单位：10-8 s-2）及风场（风矢，单位：m·s-1）（b） （纬向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍）
Fig.8 The longitude-height section of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %） and synthesis of zonal wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 31°N （a）， 650 hPa positive vorticity advection （the color shaded， Unit： 10-8 s-2） and wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） （b） at 20：00 on 7 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the zonal wind-vertical velocity synthesis）
图9 2021年8月7日20：00（a），23：00（b）及8日01：00（c）四川盆地东北部地面气温（彩色圆点，单位：℃）、地面风场（风矢，单位：m·s-1）及1 000 hPa散度场（红色等值线，单位：10-5 s-1） （蓝色圆圈为地面辐合区所在位置，棕色虚线箭头指示地面风场方向）
Fig.9 The surface air temperature （color dots， Unit： ℃）， surface wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） and 1 000 hPa divergence field （red isolines， Unit： 10-5 s-1） at 20：00 （a）， 23：00 （b） on 7 and 01：00 on 8 （c） August 2021 in the northeastern region of the Sichuan Basin （The blue circle is the location of the ground convergence area， brown dotted arrows indicates the direction of the surface wind field）
图9 2021年8月7日20：00（a），23：00（b）及8日01：00（c）四川盆地东北部地面气温（彩色圆点，单位：℃）、地面风场（风矢，单位：m·s-1）及1 000 hPa散度场（红色等值线，单位：10-5 s-1） （蓝色圆圈为地面辐合区所在位置，棕色虚线箭头指示地面风场方向）
Fig.9 The surface air temperature （color dots， Unit： ℃）， surface wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） and 1 000 hPa divergence field （red isolines， Unit： 10-5 s-1） at 20：00 （a）， 23：00 （b） on 7 and 01：00 on 8 （c） August 2021 in the northeastern region of the Sichuan Basin （The blue circle is the location of the ground convergence area， brown dotted arrows indicates the direction of the surface wind field）
图10 2021年8月8日02：00（a）、06：00（b）θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）及经向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿105°E的纬度-高度剖面 （经向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍，下同）
Fig.10 The latitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %） and synthesis of meridional wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 105°E at 02：00 （a） and 06：00 （b） on 8 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the meridional wind-vertical velocity synthesis， the same as below）
图10 2021年8月8日02：00（a）、06：00（b）θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）及经向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿105°E的纬度-高度剖面 （经向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍，下同）
Fig.10 The latitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %） and synthesis of meridional wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 105°E at 02：00 （a） and 06：00 （b） on 8 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the meridional wind-vertical velocity synthesis， the same as below）
图11 2021年8月7日23：00（a）及8日02：00（b）、06：00（c）θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）、经向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿106.75°E（a）和107.00°E（b、c）的纬度-高度剖面
Fig.11 The latitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %）， synthesis of meridional wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 106.75°E （a） and 107.00°E （b， c） at 23：00 （a） on 7 and 02：00 （b）， 06：00 （c） on 8 August 2021
图11 2021年8月7日23：00（a）及8日02：00（b）、06：00（c）θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）、经向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿106.75°E（a）和107.00°E（b、c）的纬度-高度剖面
Fig.11 The latitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %）， synthesis of meridional wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 106.75°E （a） and 107.00°E （b， c） at 23：00 （a） on 7 and 02：00 （b）， 06：00 （c） on 8 August 2021
图12 2021年8月7日23：00（a、d）及8日02：00（b、e）、06：00（c、f） θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）、纬向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿31°N（a、b、c）和32°N（d、e、f）的经度-高度剖面 （纬向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍）
Fig.12 The longitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %）， synthesis of zonal wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 31°N （a， b， c） and 32°N （d， e， f） at 23：00 （a， d） on 7 and 02：00 （b， e）， 06：00 （c， f） on 8 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the zonal wind-vertical velocity synthesis）
图12 2021年8月7日23：00（a、d）及8日02：00（b、e）、06：00（c、f） θse（填色，单位：K）、相对湿度（红色等值线，单位：%）、纬向风-垂直速度合成（箭矢，单位：m·s-1）沿31°N（a、b、c）和32°N（d、e、f）的经度-高度剖面 （纬向风-垂直速度合成中垂直速度扩大了50倍）
Fig.12 The longitude-height sections of θse （the color shaded， Unit： K）， relative humidity （red isolines， Unit： %）， synthesis of zonal wind-vertical velocity （arrows， Unit： m·s-1） along 31°N （a， b， c） and 32°N （d， e， f） at 23：00 （a， d） on 7 and 02：00 （b， e）， 06：00 （c， f） on 8 August 2021 （The vertical velocity is magnified by 50 times in the zonal wind-vertical velocity synthesis）
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