充沛的水汽输送和水汽辐合是持续性暴雨的必要条件（朱乾根等，2000;江志红等，2011;王婧羽等，2014;周长艳等，2015）。水汽是暴雨预报的关键因子，认识持续性暴雨的水汽输送特征对研究暴雨成因及形成机理有重要意义，同时也有利于提升暴雨预报能力，做好天气预报服务。

针对四川暴雨水汽问题，目前分析方法主要有两种：欧拉方法和拉格朗日方法。欧拉方法主要描述大气流场瞬时特征，所计算的表征水汽特征的物理量也具有瞬变特征，无法定量分析不同水汽输送轨迹，及各源地的水汽贡献;拉格朗日方法则通过分析空气块不同时间所在位置，定量地反映水汽路径，清晰地确定水汽的输送源地（Draxler and Hess，1998;江志红等，2011;任伟等，2019）。欧拉方法常用来分析暴雨过程中水汽通量、水汽收支等要素。如周长艳等（2005;2015）通过计算水汽通量分析四川夏季暴雨过程水汽输送特征，指出水汽主要来源于孟加拉湾和中国南海，此外阿拉伯海北部的西南风也可带来水汽;李永华等（2010）通过研究各水汽输送通道水汽通量与西南地区东部夏季降水指数的相关性，发现印度洋水汽通道强度最强而太平洋水汽通道强度最弱;师锐等（2021）通过对水汽通量及水汽通量散度的分析，指出四川盆地暴雨过程水汽主要来源于中国南海，强台风西侧的东南气流使得水汽迅速堆积。也有很多研究应用拉格朗日方法，通过引入HYSPLIT（Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory）模型定量分析不同区域暴雨的水汽输送特征。如Huang和Cui（2015a;2015b）研究表明四川盆地暴雨过程的水汽主要来自对流层低层洋面，可追溯到阿拉伯海，占比接近40%;王佳津等（2015;2017）研究指出850 hPa来自阿拉伯海北部地区的水汽贡献最大，占比80%以上;岳俊和李国平（2016）分析指出四川暴雨过程的水汽通道有多条，但来自孟加拉湾的水汽通道最为主要，占比50%左右。

以往对四川暴雨过程的水汽特征分析多针对整个暴雨过程开展，而对不同降雨阶段的水汽输送轨迹分析则较少。受南亚季风和东亚季风及青藏高原大地形影响，四川盆地暴雨过程水汽输送特征较为复杂（陈栋等，2007），不同暴雨过程水汽输送轨迹可能有所不同，即使同一个例，在暴雨过程的不同阶段水汽轨迹也并非一成不变，不同降雨阶段可能与不同水汽输送轨迹对应（王佳津等，2015;岳俊和李国平，2016;李晓容等，2020;张芳丽，2020）。

2020年8月10—13日，四川盆地出现持续性暴雨过程，全省累积雨量超过250.0 mm的有22站，超过400.0 mm的有40站;暴雨强度大，芦山站11日降水量为425.2 mm，达四川历史日降水量第2高值。据不完全统计，本次持续性暴雨过程共造成直接经济损失358亿元，逾37万人受灾，8人失踪。丛芳等（2021）已对2020年8月14—17日四川盆地西部特大暴雨的水汽输送特征进行了分析，结果显示暴雨初期水汽主要来自于孟加拉湾，随着降水过程的持续，阿拉伯海东部、孟加拉湾南部及泰国湾的水汽源源不断向暴雨区输送，但并没有分析不同降雨阶段不同水汽输送轨迹的变化。

为了定量分析持续性暴雨过程不同阶段水汽输送轨迹特征及水汽源地，本文引入HYSPLIT模型，分析降水开始前及强降水过程中不同起始高度层气团轨迹特征，以期加深对四川盆地持续性暴雨水汽输送特征的认识，为暴雨预报业务及防灾减灾提供一定参考。

所使用资料为欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料（ERA5），其时间分辨率1 h、空间分辨率0.25°×0.25°，国家级及区域级自动气象站（共4 955站）资料和全球资料同化系统（Global Data Assimilation System， GDAS）资料等。其中GDAS资料为美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）空气资源实验室处理的数据，时间间隔6 h，水平分辨率为1°×1°，垂直方向21层，包括位势高度、温度、风、比湿等要素。其中，ERA5用来分析环流形势和水汽通量特征;GDAS数据用于HYSPLIT模型。

文中附图涉及地图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网下载的审图号为GS（2019）1823号的标准地图制作，底图无修改。文中所有时间为北京时。

HYSPLIT模型基于拉格朗日方法的后向追踪轨迹模式，详细信息可参考Draxler和Hess（1998）文章或相关网站（https：//ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php）。在计算不同水汽输送通道对暴雨区的水汽贡献率时，应用公式（江志红等，2011）如下：

式中：Q_s（%）表示各源地的水汽贡献率;q_last（g·kg^-1）表示到达研究区的某源地所有气团轨迹比湿和;m为某源地所有气团轨迹数;n表示不同源地所有气团轨迹数。

后向轨迹模拟方案设计如下：空间上每个点地面至10 000 m高度选取20层（垂直间隔500 m）作为后向轨迹模拟起始高度，每一层研究区域（102°E—108°E，28°N—33°N）水平间隔1°作为一个起始点，每层共计42个（纬度6个×经度7个）起始点，合计空间起点840个（42×20）;时间上8月10—13日每日08：00、20：00，共计起始时间8个。后向追踪192 h的轨迹，后向水汽追踪轨迹共计6 720条（空间起点840个×时间起点8个），同时插值获得轨迹相应位置气团的物理量（气压、温度和比湿等）。

将起始高度归为三大类：低层（地面至1 500 m，共3层）、中低层（1 500~5 500 m，共8层）、中高层（5 500~10 000 m，共9层）;每个时间起点的低层、中低层、中高层起始高度轨迹条数分别为126（3层×42个起点）、336（8层×42个起点）、378条（9层×42个起点），共计840条。

2020年8月10—13日四川盆地出现区域性暴雨过程，盆地大部分区域（除达州、广安2市）出现暴雨及以上量级降水，特大暴雨位于龙门山沿线，雨带呈现东北—西南向，处于地形梯度大值区，最大累积降水量（542.1 mm）出现在德阳市什邡县师古站，是本次过程的暴雨中心[图1（a）]。暴雨区由西至东移动，10日20：00至11日20：00[图1（b）]、11日20：00至12日20：00[图1（c）]和12日20：00至13日20：00[图1（d）] 24 h累积降水量最大值分别出现在雅安市芦山县芦阳站、德阳市什邡县冰川镇站、南充市仪陇县新政镇站，分别为429.2、245.9、354.2 mm。

图2为8月10—13日降水过程中师古站、芦阳站、冰川镇站和新政镇站的小时降水量。可以看出，芦阳站和新政镇站的小时降水量呈单峰型，峰值分别出现在11日02：00和13日00：00。随着雨带移动，芦阳站短时强降水（小时降水量大于等于20.0 mm）出现时间较早（10日22：00），共5个时次出现短时强降水，最大小时降水量156.8 mm;新政镇站强降水出现时间较晚（12日21：00），也有5个时次出现短时强降水，最大小时降水量74.8 mm。前者小时降水极值远大于后者，反映出地形对降水的增幅作用。而冰川镇站和师古站降水则呈现明显的双峰型，主要集中在11日白天和12日白天，其中师古站11、12日均连续超过5 h出现短时强降水，最大小时降水量为69.5 mm。

强降水开始前（8月10日08：00），200 hPa[图3（a）]南亚高压脊线位于30°N附近，四川盆地位于南亚高压中心前部西风急流的分流区，是高层强辐散区;500 hPa[图3（c）]欧亚中高纬为“两槽一脊”型，槽分别位于乌拉尔山及其以南地区、蒙古国东部至我国长江中游，中西伯利亚地区为阻塞高压环流区，中纬为纬向西风环流，青藏高原上空多短波东移，西北太平洋副热带高压（简称“西太副高”）588 dagpm线位于我国东部海上;10日08：00 850 hPa[图4（a）]四川盆地为反气旋环流，20：00川渝地区转为东南气流，并在盆地形成气旋辐合，盆地西部龙门山沿线一带比湿达17 g·kg^-1以上。12日08：00，200 hPa[图3（b）]四川盆地位于南亚高压环流中心东北部强辐散区;500 hPa [图3（d）]西太副高588 dagpm线位于110°E附近，高原短波槽移至甘肃南部至盆地西北部，槽后西北气流引导冷空气南下进入盆地。850 hPa[图4（b）、（c）、（d）]西南涡形成并发展东移，盆地南风加强为急流（大于等于12 m·s^-1），盆地大部比湿达16 g·kg^-1以上，而暴雨区也从盆地西部东移到盆地东北部、南部。随后高原低槽北收东移，中低层系统逐渐减弱，本次强降水趋于结束（图略）。

分析表明，中高纬“两槽一脊”形势配合西太副高加强西伸，形成阻塞形势，为暴雨的持续提供了有利的背景条件。青藏高原短波槽东移、中低层西南涡和急流的形成导致强降水的发生。

源源不断的水汽输送是暴雨形成的必要条件之一（朱乾根等，2000），研究暴雨形成机制的一个重要方法是分析暴雨发生期间的水汽输送特征。图5为2020年8月10日08：00、12日08：00的700 hPa和850 hPa水汽通量。可以看出700 hPa水汽通量高值区位于孟加拉湾和中国南海;850 hPa水汽通量高值区位于阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海。8月10日08：00（强降水开始前）[图5（a）、（c）]盆地为水汽通量低值区，此时源自低纬洋面的水汽输送通道还未完全建立。8月12日08：00（强降水过程中）[图5（b）、（d）]，盆地已转变为水汽通量高值区，700 hPa来自孟加拉湾及中国南海水汽通量高值区的水汽输送通道已完全建立，850 hPa也建立起源自阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海的水汽输送通道。综合来说，暴雨期间进入盆地的水汽输送通道主要有两支：一支是热带西南季风气流经阿拉伯海、印度半岛、孟加拉湾和中南半岛进入盆地;另一支是西太副高外围东南风气流经中国南海进入盆地。

高空槽后干冷空气与低层暖湿气流在盆地交绥，是盆地产生大范围暴雨的原因之一。中高层干冷空气的侵入可以增强对流不稳定，有利于低涡生成及降水增强（张雪蓉等，2021;高琦和姚秀萍，2021），而来自低纬的暖湿气流加强，为暴雨提供了充足的水汽和热力不稳定条件（肖递祥等，2009;牛若芸和金荣花，2009;肖递祥等，2013;肖递祥等，2015;刘芸芸和丁一汇，2020）。基于HYSPLIT模型后向模拟192 h不同起始高度层的气团轨迹，强降水开始前（8月10日08：00），中高层起始高度，通过西风带气流从非洲北部到达研究区的气团轨迹占19.3%，源于印度半岛经孟加拉湾绕过青藏高原大地形到达研究区的气团轨迹占70.9% [图6（a）];中低层起始高度，通过西风带气流从地中海南岸到达研究区的气团轨迹占27.9%，源于孟加拉湾和中国南海的气团轨迹占4.3%[图6（b）];低层起始高度，源于低纬洋面（阿拉伯海、泰国湾和中国南海）的气团轨迹占40.5%，但仍然有源于北部大陆地区（中亚东部、中国河套地区等）的气团轨迹（占32.7%）[图6（c）]。强降水过程中（8月12日08：00），不同起始高度层气团轨迹调整比较大，中高层起始高度，通过西风带气流从非洲北部到达研究区的气团轨迹占22.3%，源于印度半岛的气团轨迹占3.1% [图7（a）];中低层起始高度，源于阿拉伯海洋面的气团轨迹占55.8%，通过西风带气流到达研究区的气团轨迹仅有极少部分（0.3%） [图7（b）];低层起始高度，源于低纬洋面（阿拉伯海、孟加拉湾、泰国湾和中国南海）的气团轨迹占82.1% [图7（c）]。综合来说，伴随着中高层起始高度气团轨迹源地逐渐向地中海南岸调整，以及中低层、低层起始高度气团轨迹源地逐渐向低纬洋面调整，盆地内降水强度逐渐增强，降水范围逐渐增大。在这个调整过程中，低层起始高度气团轨迹源地率先调整为低纬洋面（8月11日08：00，图略），随后中低层和中高层起始高度气团轨迹源地也逐渐调整，通过中高纬西风带进入研究区的气团轨迹逐渐增多，而中低层起始高度源自阿拉伯海到达研究区的气团轨迹逐渐增多。

表1为不同时间起点和起始高度层的气团轨迹中气团平均温度、平均比湿。可以看出，中高层起始高度气团轨迹中的气团携带中高纬西风带的干冷空气，平均温度为-14.9~-10.3 ℃，平均比湿为2.2~3.5 g·kg^-1;低层起始高度气团轨迹主要源自孟加拉湾、泰国湾和中国南海，气团平均温度为19.4~24.4 ℃，平均比湿为15.1~18.2 g·kg^-1，在降水过程中，低层起始高度气团轨迹中的气团逐渐变得暖湿;中低层起始高度的气团轨迹主要源自阿拉伯海和孟加拉湾，平均温度为-5.1~13.3 ℃，平均比湿为3.5~12.8 g·kg^-1，在降水过程中，平均温度和比湿变化显著，且整体存在明显的升高再降低的变化，其中11日中低层起始高度轨迹中的气团由前期干冷空气转变为暖湿空气，随后暖湿程度逐渐上升，12日达到峰值，在这一日气团轨迹都调整为源自低纬洋面[图7（c）]，暖湿程度后续略有降低。

通过上文分析可知，本次持续性暴雨过程中，暖湿气团的输送轨迹主要源自阿拉伯海、孟加拉湾—泰国湾和中国南海。为进一步定量区分不同源地的水汽贡献率，根据公式（1）计算3个源地的水汽贡献率。可以看出，孟加拉湾—泰国湾的水汽输送贡献率最大（66.6%），其次是阿拉伯海（23.9%），中国南海最小（9.5%）。本次持续性暴雨过程水汽主要来自孟加拉湾，这与丛芳等（2021）的研究结果一致。

2020年8月10—13日四川盆地出现区域性暴雨过程，暴雨范围广，暴雨落区由西至东移动，雨带呈现东北西南走向。暴雨中心雅安芦山芦阳和南充仪陇新政镇的小时降水呈单峰型，而德阳什邡冰川镇和整个过程暴雨中心德阳什邡师古则呈明显的双峰型。环流分析表明，中高纬呈“两槽一脊”型，西太副高加强西伸形成阻塞形势，为暴雨的持续性提供了有利的背景条件。而高原上不断有短波东移，高原低槽经向度略有增加，西南涡生成并逐渐东移，盆地南风加强并形成低空急流，均有利于强降水的产生。本文应用拉格朗日方法对四川盆地这次持续性暴雨的水汽输送特征进行了分析，得到以下结论：

（1）强降水开始前和强降水过程中，不同起始高度层水汽输送特征有所不同。中高层起始高度气团轨迹源地逐渐从低纬洋面向地中海南岸调整，为盆地带来中高纬西风带干冷空气;中低层起始高度气团轨迹源地逐渐从地中海南岸向低纬洋面调整，为盆地带来低纬洋面上暖湿空气;低层起始高度在强降水开始前，由比较分散的轨迹率先调整为一致的源自低纬洋面的输送轨迹，为盆地输送比中低层更为暖湿的气流。

（2）从不同源地水汽输送贡献率看，来自孟加拉湾—泰国湾的水汽占主导地位（66.6%），来自阿拉伯海的次之（23.9%），来自中国南海的最小（9.5%）。