0 引言
随着全球气候变化，极端暴雨事件频发，且强度不断增大（秦大河等，2015）。这类极端天气给农业、城市基础设施及公共安全带来了诸多严峻挑战，不仅造成了严重的经济损失，还威胁到人类的生命安全。因此，深入研究极端暴雨的特点及其形成机制，对防灾减灾工作意义重大。已有研究表明，中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，MCS）是引发极端暴雨的主要因素（孙军等，2012；谌芸等，2012；Luo and Chen，2015；马志敏等，2023；石延召等，2024；魏娟娟等，2024；杨秀庄等，2024）。极端暴雨的持续时间与MCS的演变特征密切相关（Wang et al，2016；朱莉等，2023；努尔比亚·吐尼牙孜等，2024；杨群等，2024）。MCS的演变过程通常呈现出“列车效应”与“后向传播”两大典型特征，其中，“列车效应”指多个对流单体连续不断地经过同一地区（Corfidi and Stephen，2003），而“后向传播”则指新对流单体在原系统上游区域反复生成，并朝着其后部移动的演变机制（Schumacher and Johnson，2005）。当MCS呈现出这两大特征时，极易引发长时间高强度降雨，进而形成暴雨或特大暴雨。然而，在不同环流背景及地形条件下，“列车效应”和“后向传播”的形成机制存在显著差异。例如，对流系统中的出流若持续触发新的对流，并使其融入MCS中，MCS便会呈现出“后向传播”特征（林宗桂等，2009；赵宇等，2017）；地形对冷出流的阻挡作用，会使得MCS呈现出准静止的“后向传播”特征（张家国等，2015；韦惠红等，2022）；地面辐合线、低空急流与地形作用相互配合，会促使MCS同时展现出“后向传播”和“列车效应”的特征（李明华等，2019；冯晋勤等，2022；沙宏娥等，2022；周林等，2023；周威等，2024）。
不同天气过程中的MCS特征各有不同，“列车效应”和“后向传播”机制也错综复杂。以2021年8月7—8日发生在四川盆地东北部（简称“川东北地区”）的极端暴雨过程为例，该过程充分展现了“列车效应”与“后向传播”这两种机制在不同环境条件下的复杂性，深入探究其内在机理，对于全面理解“列车效应”与“后向传播”具有重要意义。此外，川东北地区是四川省三大暴雨中心区之一，极端暴雨事件频发，但目前对该地区极端暴雨的成因和特征研究相对匮乏，限制了未来预报和防灾减灾效率的提升。基于此，本文通过整合多源气象资料，对2021年川东北地区此次极端暴雨事件展开深入研究，探讨MCS的形成与维持机制，以期为该地区未来极端天气事件的预测提供科学依据，从而提升防灾减灾效率。
1 资料与方法
1.1 资料
使用资料：1）气象观测资料，包括川东北地区26个国家气象观测站1970—2023年日降雨量大于等于100 mm和2004—2023年小时雨量大于等于20 mm的降水数据、794个区域气象观测站2014—2023年日降雨量大于等于100 mm和小时雨量大于等于20 mm的降水数据；2021年8月7日20：00—8日20：00共820个观测站（包含国家站和区域站）逐时降水量和气温数据，用于统计分析此次降雨过程的极端性和阶段性特征；1991—2021年6—9月4个探空站（达州、重庆、汉中、武都）观测数据、2021年8月7日20：00—8日20：00四川省南充市SC型多普勒天气雷达在显著降雨天气观测模式（VCP21）下的逐6 min体扫资料，用于研究此次过程的环境场和物理量异常特征及对流系统演变特征。2）2021年8月7日20：00—8日20：00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）逐时数据，空间分辨率为0.25°×0.25°，垂直方向为1 000~300 hPa共20层要素数据，主要包括水平风、位势高度、气温、比湿、相对湿度及散度等，用于揭示此次过程的三维环流结构和天气形势。
1.2 方法
利用探空站资料计算此次过程大气环境物理量的标准差σ，表示大气环境场物理量异常特征，具体公式（张江涛等，2023）如下：
式中：x为该时刻的变量值，
2 降雨特征
2.1 降雨极端性
2021年8月7日20：00川东北地区发生了一次大暴雨、局部特大暴雨的天气过程，过程持续24 h。特大暴雨落区主要集中在达州市的渠县、大竹县及南充市的营山县东部，日最大降雨量高达510.3 mm（渠县土溪水口区域站）（图1）。达州渠县国家站和大竹国家站日降水量分别为334.0、325.3 mm，不仅远超川东北地区290.2 mm（1991年6月29—30日邻水国家站）的历史极值，也高于两站1970—2023年大于等于100 mm日降雨量数据中95%分位值[图2（a）、（b）]。2014年9月13日广安市极端暴雨过程仅有13站日降雨量大于250 mm，4站日降雨量大于300 mm；而此次过程有51站日降雨量大于250 mm，34站日降雨量大于300 mm，日降雨量极端特征明显。
图1
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
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
此次天气过程中，极端小时强降雨特征明显。渠县清溪场区域站8日02：00—03：00最大小时雨量达133.9 mm；渠县国家站小时雨量为115.3 mm，突破川东北地区国家站极值（2005年7月18日07：00—08：00剑阁国家站小时雨量88.1 mm）。此外，渠县国家站和大竹国家站（小时雨量51.8 mm）小时雨量均超过两站2004—2023年大于等于20 mm小时雨量数据中95%分位值（[图2（c）、（d）]）。由图3可以看出，渠县站有6个时次小时雨量超过20 mm，在总时次中占比23%，大竹站有7个时次小时雨量超过20 mm，占比达37%。此次过程共有66站小时雨量大于50 mm，其中10站小时雨量超过100 mm；而广安市极端暴雨过程中，仅有1站小时雨量超过100 mm。
图3
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
2.2 降雨阶段性和突发性特征
从2021年8月7日20：00—8日20：00不同站点降雨日变化（图4）可以看出，此次过程降水具有较明显的日变化及阶段性特征，主要分为两个阶段，第一阶段（7日20：00—8日08：00，夜雨阶段）：降雨首先出现在南充市营山县东部，21：00前小时雨量小于11 mm，21：00后南充市营山县东部地区出现短时强降水，22：00—24：00营山县东部地区小时雨量为60~100 mm，雨强急剧增强，此时达州市境内小时雨量未超过14 mm；8日01：00—06：00达州市境内出现85 mm以上的小时雨量，甚至有站点小时雨量超过100 mm，04：00—07：00营山县境内小时雨量不超过25 mm；监测显示，截至8日08：00，有50站小时雨量大于50 mm，10站小时雨量大于100 mm，此阶段降雨局地性和突发性极为明显。第二阶段（8日08：00—20：00），08：00—10：00，南充市营山县和达州市小时雨量小幅上涨，10：00后，雨量逐渐平稳减弱，至20：00降雨基本结束；在这一阶段，仅有23站小时雨量大于50 mm，没有站点小时雨量超过100 mm。
图4
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
对比两个阶段，夜雨阶段的小时雨量明显大于8日08：00—20：00，其局地性和突发性特征显著，对灾害防范至关重要。因此，研究重点聚焦于分析夜雨阶段对流系统的形成和维持机制，以更深入理解降雨成因。
3 大气环流形势和环境条件
3.1 大气环流形势
8月7日20：00[图5（a）]，500 hPa环流总体呈“两槽一脊”型，川西高原北侧有弱波动气流东移，广东沿海的热带风暴“卢碧”稳定维持，川东北地区整体受弱脊控制，588 dagpm线稳定在29°N附近；700 hPa南充市和达州市交界区域（106°E—107°E，30°N—32°N）低空急流建立并维持，方向大致为南北向，风速13 m·s-1，右侧低涡区域（104°E—106°E，31°N—33°N）实际最大小时雨量不到50 mm；850 hPa重庆市、广安市、达州市及南充市区域（106°E—108°E，30°N—32°N）存在露点锋区，温度露点差（T-Td）梯度值为4~8 ℃·100 km-1，低空急流位于露点锋区内，这是后续极端暴雨落区位置[图5（a）中红色三角]。8日04：00[图5（b）]，588 dagpm线南撤至28°N附近，随后收缩成一个高压中心，此时，700 hPa低空急流转为西南—东北向，其右侧低涡消散，实际降雨结束。这一阶段日最大雨量未超过80 mm，不具备极端性，并且，该低涡与落区存在一定的空间距离，并非此次过程的直接影响系统。不过，850 hPa的露点锋区依然存在。
图5
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
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
3.2 环境物理量特征
1991—2021年川东北地区共发生9次特大暴雨过程（含本次降雨过程）。使用探空站资料，对这9次特大暴雨过程发生前20：00的环境物理量特征进行统计（表1）。从表1可以看出，2021年8月7日20：00重庆探空站资料显示0 ℃层高度为4.8 km，暖云层厚度达4.0 km以上（图略），垂直风切变为0.64 m·s-1，比较符合高效率降水形成的环境条件（俞小鼎，2013），700、850、925 hPa比湿分别为14.4、18.5、21.0 g·kg-1，偏离各层比湿气候均值2.2~2.4倍标准差，700 hPa假相当位温（θse）为363.9 K，偏离θse气候均值2.5倍标准差以上，且700 hPa的比湿和θse均是9次过程的最高值。综上分析，重庆市、广安市、达州市及南充市区域（106°E—108°E，30°N—32°N）700 hPa θse呈现极端特征，是此次极端暴雨过程中高效率降水的主要贡献因子，而中低层比湿则为次要贡献因子。
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
| 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 |
4 对流系统的中尺度特征及形成和维持机制
4.1 对流系统演变特征
2021年8月7日20：20[图7（a）]，南充市营山县（106.75°E，31.00°N）的对流系统D水平尺度不到20.0 km，雷达最大反射率因子为40.5 dBZ，750 hPa，南充市和达州市交界区域（106°E—107°E，30°N—32°N）存在辐合风场；23：29[图7（b）]，系统D东移到营山县东部明德乡（106.94°E，31.20°N），并与其南侧多个γ-中尺度对流单体合并，水平尺度达到β-中尺度（Orlanski， 1975；马禹等，1997），雷达最大反射率因子为55.0 dBZ；8日01：06后，无新对流单体出现。7日22：00—8日01：00 3 h最大雨量达272.7 mm（营山明德爱国区域站）。
图7
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）
8日01：06[图7（c）]，700 hPa急流方向转变为西南—东北向，促进对流系统D东移至达州市（107°E，31°N），此时750 hPa风速辐合中心抬升至700 hPa，辐合中心散度达-12.0×10-5 s-1，遂宁市和资阳市区域（104.5°E—105.5°E，30°N—32°N）中低层（850~700 hPa）低涡南下至29.25°N附近，形成切变系统[图7（c）中棕线]，触发多个新生γ-中尺度对流单体；02：00[图7（d）]，新生对流单体到达渠县境内与系统D合并，随后发展成MCS（水平尺度超过100 km），并持续至06：28[图7（e）]，此阶段雷达最大反射率因子普遍超过50 dBZ，渠县和大竹县境内出现100 mm以上的小时雨量。7日20：20—8日06：28对流系统D受750~700 hPa辐合风场影响移动滞缓，06：28后受辐散风场影响而减弱。
强降雨主要发生在7日22：00—8日06：00，当对流系统D随环境风场北移至32°N时，其强度迅速减弱并呈现出准静止的“后向传播”特征。同时，不断有新生对流与系统D合并加强发展，形成“列车效应”。这两种机制共同作用，使得对流系统D可以在一个地区持续2~5 h，高强度雨量的累加效应造成极端暴雨。
4.2 对流系统形成机制
图8
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）
4.3 过程对流系统形成维持机制
4.3.1 “列车效应”的形成机制
2021年8月7日20：00[图9（a）]，1 000 hPa，广安市、南充市、达州市交界区域（106.5°E—107°E，30.5°N—31°N）为辐散风场；20：00—22：00，南充市西北部低涡区域（105.5°E—106°E，31°N—32°N）地面气温为22~24 ℃，低于周边气温[图9（a）]，低涡系统形成的地面冷池出流形成西北风，与广安市南部的偏南风及达州市的东北风共同作用促使地面辐合形成；22：00（图略），广安市、南充市、达州市交界区域地面转变为辐合风场，区域内散度达-2.0×10-5 s-1；23：00[图9（b）]，辐合区已触发新生对流单体与对流系统D合并，成熟对流单体的强回波质心高度均为2.0~3.0 km（约800~700 hPa）（图略），对应图7中750~700 hPa辐合风场的位置；8日01：00[图9（c）]，地面冷池减弱，01：25辐合区消散。7日20：20—8日01：06，对流质心高度低于0 ℃层高度（图略），属于以暖云为主的降雨，融化和蒸发过程少（徐珺等，2018），形成的冷池较弱，未显著影响地面辐合区。
图9
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
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）
8月7日22：00—8日01：00，南充市西北部的低涡系统引发地面冷池出流，促使地面辐合区形成。该稳定的地面辐合区触发新生对流单体，并与原对流系统D合并，8日01：00—06：00，由中低层低涡形成的切变系统，再次触发新生对流与系统D合并，形成“列车效应”。在持续的合并过程中，系统D稳定发展成为中尺度对流系统（MCS）。
4.3.2 准静止“后向传播”的形成机制
8月7日20：00—8日06：00（图11），降雨落区以南地区900 hPa以下的θse能量舌与北方的干冷气流在偏北区域（31°N—32°N）交汇，形成稳定的θse锋区。经向暖湿气流沿干冷空气持续抬升，形成稳定上升气流，明显增强了热力不稳定条件，为流系统D的维持与发展提供动力基础。
图11
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
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）
7日23：00—8日06：00（图11），θse锋区内逐渐形成的上升气流与低层偏北区域（950~800 hPa、31.5°N—33°N）的下沉偏北气流相互作用，形成次级闭合环流，有效抑制了对流系统D的快速扩散或消散，维持对流系统稳定性；32°N的纬向剖面[图12（d）、（e）、（f）]显示，低层的下沉偏北气流对对流系统D起到一定的阻挡作用，限制了其向北传播。22：00—8日01：00，地面辐合区配合θse锋区，促使对流系统D向南传播，其传播方向和引导气流方向相反。8日02：00—06：00，中低层切变系统与θse锋区相互配合，促使对流系统D向西南方向传播，该移动方向与引导气流方向基本相反，这样的机制使得对流系统D呈现准静止的“后向传播”特征。
5 结论
本文利用多源气象资料对川东北地区2021年8月7日极端暴雨过程临近时的大气环境物理量异常特征及对流系统的形成和维持机制展开研究，得出以下主要结论。
1 ）此次过程中，日降雨量和夜雨阶段的小时雨量均突破历史极值，均呈现明显的极端性特征。
2 ）此次过程中，700 hPa θse偏离气候平均值2.5倍标准差，700、850、925 hPa的比湿均偏离2倍标准差以上。
3 ）中层大气的正涡度平流形成显著的上升气流，触发形成此次过程的主要对流系统。该对流系统呈准静止态的“后向传播”特征，新生对流不断与原对流系统合并形成“列车效应”。这两种机制共同作用，使得主要对流系统在特定区域持续维持2~5 h，高强度雨量的累加效应造成此次极端暴雨。
4 ）过程前期，地面稳定的辐合区和后期中低层切变系统共同作用，促使新生对流与原对流系统不断合并。在持续的合并过程中，原对流系统逐步发展成为中尺度对流系统（MCS）。
5 ）低层θse能量舌和干冷空气交汇，形成稳定的θse锋区，为原有对流系统的发展提供持续动力。同时，经向和纬向的暖湿上升气流也促使对流系统维持发展。700 hPa左右（对流系统回波质心高度）的辐合风场与经向次级环流中下沉的偏北阻挡气流相互配合，使得原对流系统移动缓慢，甚至呈准静止状态。
参考文献
福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析
[J].
利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明:(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速辐合、水汽和能量大值区发展东移南压,中高层先于低层转偏北气流,表现出前倾特征,垂直风切变加大,冷空气从中高层先扩散南下,与低层暖湿空气交汇使对流加强,冷暖气流的交汇叠加风速辐合使得强降水加强并维持。对流单体后向传播向东移动产生的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。
云南一次强对流暴雨天气学成因分析
[J].为提高暴雨预报准确率，减少暴雨致灾损失，基于地面常规气象观测资料、卫星云图反演的云顶亮温（Black Body Temperature， TBB）资料及美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction， NCEP）再分析资料，对2017年8月云南一次强对流暴雨成因进行分析。结果表明：500 hPa低槽东移、700 hPa切变线南压、地面冷锋西推是此次降水过程发生的天气背景；中-β、中-α尺度对流系统（Mesoscale Convective System， MCS）是产生强对流暴雨的直接系统，强降雨主要出现在TBB梯度大值区；MCS与700 hPa切变线关系最为密切，切变线位于滇中以东地区，MCS呈椭圆状，沿切变线附近及后部发展，切变线靠近哀牢山或翻越后，MCS呈西北—东南向带状分布，沿切变线前部发展；切变线翻越哀牢山前，白天移动较快，主要产生雷暴天气，夜间移动缓慢，降雨较强；强对流暴雨需重点关注水汽通量辐合大值区、800 hPa与500 hPa温差大于20 ℃区域；强降雨时段，整层大气均为上升运动，强降雨区维持低层辐合、中高层辐散的动力抽吸机制。
西北东部半干旱区一次极端特大暴雨的触发和维持机制
[J].2022年7月15日地处西北东部半干旱区的甘肃庆阳出现特大暴雨，多站日雨量和小时雨量均突破历史极值，利用多源观测资料和ERA5再分析资料，针对这次特大暴雨过程形成机制进行分析。结果表明，本次过程是发生在黄土高原复杂地形下弱天气尺度斜压强迫、弱不稳定能量及深厚湿层背景下的暖区暴雨，局地性强、强降水持续时间长；南亚高压、副热带高压及低层气压系统上下叠加的环流形势配置有利于中尺度对流系统发生发展；地面辐合线和偏南低空急流触发对流系统初生、发展，低空急流的发展和长时间维持使地面辐合线不断加强，同时急流左侧（暴雨区）与其出口区和入口区右侧形成的稳定次级环流是对流系统维持的关键，而凝结潜热释放引发的局地锋生、低层正涡度发展则是对流系统发展维持的另一重要因素，同时也是大气不稳定度维持的重要原因。中尺度对流系统呈现深厚低质心、准静止特征，雷达回波具有后向传播和列车效应特征。
甘肃陇南两次暴雨天气过程对比分析
[J].2017年8月甘肃陇南出现暴雨天气，礼县、武都气象站24 h降水量突破历史极值，极端性和局地性突出。应用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第5代全球大气再分析产品ERA5、雷达资料及地面加密观测资料，对2017年8月6—7日、19—20日发生在甘肃省陇南地区的2次暴雨过程进行对比分析，重点讨论2次过程的环流背景以及强降水时段雷达反射率因子、径向速度、物理量特征。结果表明，2次暴雨过程均发生在西风槽偏北气流与中低层偏南暖湿气流交汇处，但是2次过程的主要影响系统及触发条件不同；雷达回波显示8月6—7日由冷式切变线引起的暴雨系统对流性较强，反射率因子值较高、中心高度较低，降水率较大，持续时间短；19—20日暖区降水的反射率因子值较低、中心高度较高，降水率较小，持续时间较长。
伊犁河谷春季极端暴雨水汽特征与不稳定机制分析
[J].2022年5月4—6日，新疆伊犁河谷出现极端暴雨天气，多站降水量突破历史极值。使用地面自动站逐时降水资料、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research，NCEP/NCAR）1°×1°再分析资料，分析此次极端暴雨事件的水汽特征和不稳定机制。结果表明：1）在500 hPa中纬度短波和低层辐合切变环流背景下，伊犁河谷可能发生极端暴雨天气，向西开口的“喇叭口”地形特征导致地形辐合和强迫抬升，增强了局地暴雨发生的动力触发机制。2）水汽主要来源于地中海、红海及里咸海地区，存在偏西和西南两条主要输送路径。低层偏西路径水汽输送强度大于中高层的西南路径，西边界为主要水汽输入边界，水汽输入贡献比约为85%，且从地面至700 hPa的强水汽辐合有利于水汽快速积聚。3）降水前对流层低层存在对流不稳定为暴雨天气积聚不稳定能量，对强降水的发生起重要作用；降水期间，对流层低层受对流不稳定影响，而对流层中高层受条件对称不稳定影响，这两种不稳定机制共同作用造成此次极端暴雨事件的发生。
Cold pools and MCS propagation: Forecasting the motion of downwind-developing MCSs
[J].
Investigation of the predictability and physical mechanisms of an extreme-rainfall-producing mesoscale convective system along the Meiyu front in East China:An ensemble approach
[J].
A rational subdivision of scales for atmospheric processes
[J].
Organization and environmental properties of extreme-rain-producing mesoscale convective systems
[J].
A numerical study of back-building process in a quasistationary rainband with extreme rainfall over northern Taiwan during 11-12 June 2012
[J].
