四川盆地周边山地夜间暴雨的特征与机理研究新进展

李国平

沙漠与绿洲气象 ›› 2025, Vol. 19 ›› Issue (03) : 1 -9.

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沙漠与绿洲气象 ›› 2025, Vol. 19 ›› Issue (03) : 1 -9. DOI: 10.12057/j.issn.1002-0799.2409.23002
综述

四川盆地周边山地夜间暴雨的特征与机理研究新进展

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Recent Advances in Understanding the Mechanisms and Features of Night Rainstorms in the Mountainous Regions of the Sichuan Basin

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摘要

从四川盆地周边山地暴雨事件的气候特征、时空精细化分布(包括海拔依赖性)与合成特征、动力和热力结构及地形影响、边界层急流对水汽的输送、地面及大气热源的作用、西南低涡的同步贡献、中尺度对流系统的演变、地形重力波的影响等多个视角,综述了近年来取得的若干最新进展,指出仍然存在的一些重要问题,并展望未来的主要研究方向。

Abstract

The diurnal variation of precipitation in the Sichuan Basin is highly distinctive, as reflected in the ancient saying "Bashan Night Rain." However, research on the challenges of understanding the diurnal variation of topographic heavy precipitation and disastrous mountain rainstorms remains limited. This paper reviews several recent advances in the study of mountain rainstorm events in Sichuan from the following perspectives: climatic characteristics, spatio-temporal fine-scale distribution (including altitude dependency), composite characteristics, dynamic-thermal structures and topographic effects, water vapor transport by boundary layer jets, the role of surface and atmospheric heat sources, the synchronous contribution of the southwest vortex, the evolution of mesoscale convective systems, and the impact of topographic gravity waves. Finally, this study highlights several key unresolved issues and discusses prospective directions for deepening the understanding of mountain rainstorm mechanisms in the Sichuan Basin.

关键词

夜间暴雨 / 四川盆地 / 边界层急流 / 热源作用 / 地形重力波

Key words

night rainstorm / Sichuan Basin / boundary layer jet / heat source effect / topographic gravity wave

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李国平. 四川盆地周边山地夜间暴雨的特征与机理研究新进展[J]. 沙漠与绿洲气象, 2025, 19(03): 1-9 DOI:10.12057/j.issn.1002-0799.2409.23002

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随着全球气候变暖,大气中的水汽含量增加,降水类型表现为雨水增多,降雪减少[1]。这两种现象的叠加将导致包括山地在内的高海拔地区的极端降雨强度随着气温每升高1 ℃就提升15%,大约是以前认知的两倍。极端降雨引发地表径流更快,导致山区发生山洪、泥石流、滑坡等的风险更高。四川盆地位于青藏高原与长江中下游平原的过渡地带(即中国第二阶梯地形区),是世界上地形最复杂的区域之一,山地、丘陵、平原、盆地、高原五大地形应有尽有,是多尺度、复合地形的代表性区域。特殊的地理位置决定了四川盆地具有独特的天气特征,以及受到东亚季风、南亚季风和高原季风协同影响的特色气候。四川盆地夜间降水的发生频次和降水量较白天明显偏高,自古就有“巴山夜雨”之说,并在20世纪40年代开启了科学研究[2]。四川盆地是中国夜雨频次和面积最大的区域,夜雨率全年平均为69%,春季高达81%[3-4]。独特的降水现象和地形特点使四川盆地成为研究地形影响天气气候、检验数值模式的典型区域。
国内外学者在不同地域开展了多视角的降水日变化研究[5-17]。林之光[18]总结了地形对夜雨的影响。Sato等[19]利用数值模拟研究了日本地形背风区降水的日变化,Rickenbach[20]关注美国夜间云系的作用,毛江玉等[21]基于TRMM卫星资料研究了亚洲季风区夏季降水的日变化,王成鑫等[22]强调四川地形的动力影响,Pan等[23]揭示了山谷风环流和边界层惯性振荡对华北平原降水日变化的贡献,马婷等[24]侧重研究诸如青藏高原低涡(简称“高原低涡”或“高原涡”)这样的天气系统影响下游强降水的位涡演变机制,Mai等[25]统计研究了高原中尺度对流系统与西南低涡(简称“西南涡”)及其降水的关系。
对于四川盆地降雨及其日变化的研究已有不少。李国平等[26]应用地基GPS遥感的可降水量(GPS-PWV)合成分析了成都平原夏季水汽日变化。沈沛丰等[27]对四川盆地夏季降水日变化进行了数值模拟。Huang等[28]揭示了四川暴雨水汽源地的统计特征。研究[26-28]表明,四川盆地降水的日变化极具特色,具有显著的单峰结构,峰值多出现在午夜至清晨,这与中国大多数地区在下午出现降水峰值的特点截然不同[29-31]。全球各地的夜雨现象也是学者们感兴趣的课题之一。Balling[32]研究了美国大平原的夜雨,Ueno等[33]研究了由天气尺度辐合造成的青藏高原中部的夜雨,Chen G等[15]研究了中国江淮平原的夜雨,Du等[34]、Shapiro等[35]、He等[36]研究了夜间低空急流的作用,Li等[37]探讨了高原低涡与夜雨的关系。就四川盆地夜雨(巴山夜雨)而言,其研究历史虽已有80多年,影响因素的多样性使其形成机制众说纷纭。其产生曾经被归因于独特的地形环境,包括潮湿多云、地面热力差异产生的夜间山风环流促使水汽辐合上升、对流活动的日变化、夜间云顶辐射冷却产生的层结不稳定、稳定性层状云等多种原因。传统观点多认为与围绕盆地的高原与盆地的下垫面热力差异造成的局地环流日变化[38-39],以及青藏高原东部和云贵高原的对流系统分别向东和东北传播在夜间进入四川盆地有关[40]。近年来有研究[41]认为四川盆地东南侧云贵高原的偏南低空急流的日变化是控制四川盆地降水日变化的关键因子,热力驱动的局地环流对水汽输送只有小部分贡献,而低空急流的日变化可应用Blackadar[42]提出的边界层急流惯性振荡理论给予较好解释,这种新观点的要义是夜间青藏高原东侧下沉气流与云贵高原东部输送水汽的强东南低空急流(准地转平均气流+非地转扰动气流),促成了相较白天更为强盛的盆地夜间低空水平辐合及垂直上升运动。传统观点侧重热力影响,强调局地效应;而新的观点强调动力影响,关注外界与局地因素的共同作用。此外,在揭示四川盆地西部夜雨的时空变化特征以及全球变暖背景下“巴山夜雨”的气候变化倾向方面亦取得了一些初步研究成果[43-44]
学者们虽然对四川盆地夜雨的研究成果颇丰,但对于地形降水日变化研究中的难点且极具应用价值的山地暴雨日变化的研究尚不多见。夜雨(夜间降水)只是一种降水的日变化现象,常给人以“却话巴山夜雨时”般的诗情画意,而山地暴雨是我国重大自然灾害之一,以突发性、局地性、短历时、雨强大等为主要特征,因此山地暴雨及引发的次生灾害(如山洪、泥石流、滑坡、崩塌等)会造成严重的生命财产损失。山地暴雨也是巴山蜀水高发的一种严重自然灾害,如2020年6月26日18时—27日1时四川凉山冕宁山区的特大暴雨,引发山洪泥石流,造成严重灾害,导致22人死亡[45]。我国西部多山地,其中西南地区的四川盆地(四川省、重庆市)尤以地形多样、复杂而闻名于世。在各类暴雨中,山地暴雨是一种特殊且更为复杂的形态,其预报预警是防灾减灾的迫切需求,也是汛期防灾减灾的重点和难点。近年来对四川盆地周边山地汛期(5—9月)突发性暴雨已有一些初步研究结果[46-49],得出山地暴雨的高夜发性是四川盆周山地暴雨的一个重要特征,包括高夜发频次、夜间增强、夜间出现峰值等,本文统称为四川盆地周边山地夜间暴雨(简称“四川山地夜间暴雨”)。Chen等[50]提出山地突发性暴雨事件标准:(1)位于海拔高度500~3 000 m且多呈脉状分布的高地;(2)降水区域直径<200 km;(3)3 h累计降雨量≥50 mm,且3 h中至少有1 h的降雨量≥20 mm;(4)降水开始到降水量达到50 mm所需时间≤3 h。在此基础上可定义四川山地夜间暴雨的判识标准为[51]:20时—次日8时((北京时,下同),四川盆地周边山区出现1 h累计雨量≥20 mm,且3 h累计雨量≥50 mm的强降水事件;但对于盆周西部(川西高原)的甘孜、阿坝两州,雨量标准减半(即1 h累计雨量≥10 mm,且3 h累计雨量≥25 mm)。
由于山地夜间暴雨具有时空尺度小、观测资料少、地形影响大等特点,增加了理论研究与业务预报的难度,山地暴雨的高夜发性加剧了山区暴雨及其次生灾害的防御救援难度,使山地夜间暴雨预报成为防灾减灾工作中各级政府和民众的紧迫需求,以及气象部门开展专业服务的技术瓶颈。鉴于此,本文聚焦四川山地夜间暴雨事件,从气候特征、时空精细化分布(包括海拔依赖性)与合成特征、动力和热力结构及地形影响、边界层急流对水汽的输送、地面及大气热源的作用、西南低涡的贡献、中尺度对流系统的演变、地形重力波的影响等多个方面,总结了近年来在该研究领域取得的若干进展,同时指出现有研究可能存在的局限性,以及未来研究需解决的主要问题。

1 四川山地突发性暴雨事件的气候特征

1.1 四川山地突发性暴雨事件的时空演变特征

江一啸等[49]重点对102°E以东四川地区山地突发性暴雨事件开展了统计分析,得到的主要特征有:(1)2008—2017年四川共出现979次山地突发性暴雨事件,山地突发性暴雨事件主要出现在四川盆地及其东部、南部山区。山地突发性暴雨事件高频次主要分布在盆地与西部高原地形交界处,且西部山区突发性暴雨事件频次远高于东部山区,地形对山地突发性暴雨事件影响大。(2)四川东部山区与西部山区突发性暴雨事件频次的月分布演变趋势相似,均是先增加后减少。山地突发性暴雨事件从4月开始逐渐增多,6—7月飞跃式增长,7月之后渐渐减少。(3)山地突发性暴雨事件夜间多于白天,深夜到凌晨东部山区事件频次明显高于西部山区,下午到上半夜西部山区事件频次高于东部山区。山地突发性暴雨事件高频次时次分布先从西部地区的16时开始,到深夜转为四川东部最高,表明强降水过程是从西向东发展传播的。(4)四川山地突发性暴雨事件的持续时间一般为3~12 h,东部山区和西部山地变化趋势基本一致,但东部山区事件的平均持续时间明显比西部山区的长。

1.2 四川盆周山地暖季单站暴雨事件的精细特征

对四川盆周山地暴雨开展分季节、分区域的研究,有利于深化对盆周山地暖季暴雨特征的精细化认识,为防范山地气象灾害提供针对性强的科学依据。

周芳弛等[51-52]分区统计了四川盆周山地暖季(5—9月)单站暴雨事件在水平分布、空间传播、持续时长、日夜间降水占日降水量的比例、夜间暴雨频次和夜间平均暴雨强度等方面的精细特征,研究得出:(1)四川省单站暴雨事件频数在川西山地与川西南山地呈密集的带状分布。川西与川西南山地通常在降雨开始不久就达到雨量最大值,而川东北山地的峰值时间集中在暴雨事件的中段。(2)盆周山地的暴雨系统整体呈现自南向北、从前半夜至后半夜的传播特征。川西南山地和川东北山地的暴雨系统分别呈现较弱的自南向北和自西向东传播特征,而川西山地的暴雨系统则存在明显的自西向东传播特征。(3)长历时暴雨事件的峰值出现时间略落后于短历时暴雨事件。暴雨持续时间在空间上存在显著的经向差异,大值区主要位于川西山地和川东北山地一带,暴雨雨量和频次峰值基本不随持续时间而变化,但川西南山地的暴雨峰值则随持续时间的加长而推迟。(4)川西山地夜间暴雨次数较多且强度较大,川西南山地夜间暴雨次数多但单次降水量较小,而川东北夜间暴雨的强度较大但次数较少。

2 四川山地夜间暴雨的垂直分布与合成特征

2.1 四川山地暖季夜间暴雨的海拔依赖性

研究[27,53]认为夜雨的形成主要是特殊的地形条件所致,青藏高原东部和四川盆地西缘为地形等高线的密集点,从东至西形成陡峭的上升山势,是探讨降雨和海拔高度依赖性的绝佳区域[54]

周芳弛等[51-52]分析了四川山地暖季夜间暴雨的空间分布特别是其与海拔高度的关系,得出:(1)四川暴雨日夜间降水占日降水量比例呈现自南向北递减的趋势,以海拔2 800 m为分界,表现为随海拔高度升高呈先增大、后减小的垂直分布特征,川西南山地与其他山地区域整体上升的变化趋势明显不同。(2)夜间暴雨频次较多的测站沿川西与川西南山地陡峭地形呈线性分布,夜间暴雨频次随海拔高度升高总体呈减小的特征,川西山地和川西南山地的频次最大值分别出现在海拔800、500 m。(3)四川夜间平均暴雨强度整体随海拔的升高而减小,大值区主要位于川西山地和川东北山地,海拔700 m高度处的峰值强度主要由川西山地贡献。(4)在四川省大部区域,单站暴雨事件的降水量、频次和强度均表现出随测站海拔高度升高而减小的特征。在成都平原西南部和东部以及川东北山地,夜间暴雨事件持续时间越长,越有利于降水量和频次在较高海拔出现最大值。

2.2 四川盆地东北部山地夜间暴雨的合成特征

针对四川山地夜间暴雨进行合成分析,通过定量计算比较地形引起的绕流和爬流在山地夜间暴雨过程中的作用,有利于探究地形动力作用与山地暴雨之间的普适性关系。

李毅等[55]筛选出2015—2019年四川盆地东北部发生的24例夜间暴雨过程,根据影响系统对夜间暴雨进行分型并合成分析的基础上,运用绕流和爬流方程,将近地层流场分解为绕流和爬流运动,重点探究盆地东北部地形对气流的影响及其对夜间暴雨的作用。四川盆地东北部山地夜间暴雨可分为西南涡型和偏南风型,两种雨型分别存在西南涡和低槽在夜间加强的特征,导致夜间偏南气流明显加强,夜间山脉迎风坡出现强垂直上升运动,盆地形成垂直环流,利于夜间暴雨的形成。两种类型在850 hPa有大量水汽从贵州、重庆上空进入盆地东北部,午夜时分形成强水汽辐合中心;西南涡型水汽的输送、辐合强于偏南风型,西南涡型在盆地东北部后半夜层结不稳定更强,偏南风型后半夜在大巴山迎风坡垂直运动更强。盆地东北部地形抬升区域爬流和绕流运动也具有夜间加强的特征,西南涡型爬流和绕流运动相比偏南风型更强。爬流强迫形成的垂直运动能很好地反映偏南气流在地形抬升处形成的垂直上升运动,地形阻挡产生的绕流运动则有利于局地涡旋的产生和加强,两种类型暴雨的空间分布与夜间正涡度大值区对应较好。

3 四川夜间暴雨的动热力结构及地形影响

由特殊喇叭口地形促成的四川雅安暴雨久已有名,研究颇多,这一地区的暖区暴雨、夜发性暴雨的研究在业务预报和防灾减灾迫切需求的推动下应加强。

黄楚惠等[56]对造成2020年8月10日四川雅安芦山的特大暴雨过程的动热力结构演变、触发机制和地形影响进行了诊断分析,揭示了弱天气尺度强迫及特殊地形影响背景下暖区暴雨的水汽、动热力结构演变及触发机制。研究得出:(1)此次暴雨属于500 hPa无明显影响系统、低层无急流背景下的东南风型暖区暴雨。在雅安“迎风坡” “喇叭口”地形和芦山西南向“˄”型峡谷地形的影响下,配合西太平洋副热带高压西进、东南暖湿气流加强和850 hPa弱低涡辐合气流的共同作用下产生,降水时间短、强度大。(2)降水开始到强盛期间,始终有边界层地形作用产生的抬升速度、气旋式涡度和水平辐合与系统性垂直上升运动、涡度和散度叠加,增强了低层辐合,加剧了垂直上升运动,促使降水加强。(3)差动假相当位温平流使暴雨区对流不稳定度增强。对流抑制能量为0的高能高湿环境中,500 hPa假相当位温平流的弱冷平流也是暖区暴雨触发的因素之一;傍晚地形冷平流触发了初始对流并沿海拔高度1 500 m地形线分布;暴雨区上游强降水造成雷暴冷池出流叠加山风在“˄”型峡谷西侧形成 γ 中尺度辐合线,并移至“˄”型谷地内;冷性气流在快速下山后亦以冷池形式维持在“˄”型峡谷东侧山脉附近,形成强温度梯度,这些因素触发并维持了芦山夜间特大暴雨。

4 地形作用下的边界层低空急流对川西山地夜间暴雨水汽输送的影响

Wu等[57]选取2010—2020年暖季(5—9月)15个四川西部山地夜间暴雨个例,合成分析了四川西部山地夜间暴雨的时空分布特征,利用HYSPLIT模式模拟得到暴雨的水汽源地及输送路径,并探讨了在惯性振荡和地形的共同作用下四川盆地东南部的边界层低空急流对四川西部山地夜间暴雨水汽输送日变化的影响。结果表明:四川西部山地夜间暴雨主要分布在四川盆地西南部沿山地带,发生在22—0时(北京时),持续约4 h,在0时达到峰值,具有局地性、突发性和短历时的特点。暴雨的4条水汽输送路径分别为来自四川盆地东南部的本地输送路径(占比51.9%)、来自南海的偏南路径(占比35.1%)、来自青藏高原西部的西北路径(占比6.6%)和来自东海的偏东路径(占比6.4%)。持续的强西南季风环流是暖季四川西部山地夜间暴雨发生的大尺度环流条件,盆地东南部位于850 hPa的边界层低空急流的日变化对该区域水汽输送的日变化具有关键作用。白天,偏北向的非地转运动对盆地内的水汽输送作用较小,大量西南向的地转爬流引起的水汽通量由盆地东北部流出,产生水汽辐散;夜间,顺时针旋转至东南向的非地转爬流直接输送进入四川西部山地,形成水汽辐合。同时,相向而行的地转绕流和非地转绕流输送的水汽在四川西部山地相遇,形成强辐合,导致水汽输送及辐合在夜间达到最强,水汽收支峰值出现在22时,较暴雨峰值提前2 h。地形引起的爬流与绕流对水汽输送的作用显著不同,相比四川盆地其他地区,盆地东南部边界层急流产生的水汽输送更利于在四川西部山地形成夜间暴雨。

5 热源对四川山区夜间暴雨的作用

在地形条件的加持下,地面热源和大气热源对山地夜间暴雨过程具有重要影响。王政明等[45]对2020年6月26日四川西南部的冕宁(山地暴雨及次生灾害高发地)一次夜间致灾暴雨进行综合诊断分析。此次夜间暴雨发生前,白天地面热源存在明显的正异常变化,地面热源的正异常区与降水有很好的对应关系。同时大气热源(视热源和视水汽汇)与暴雨的关系密切且相互影响,降水释放凝结潜热,加热大气,使视热源也随之增加。在暴雨发展强盛阶段,视水汽汇的垂直输送项达到最大,而视水汽汇的局地变化项能很好指示整个暴雨过程中区域水汽的净输送状况。故热源影响山地夜间暴雨发生发展的物理过程可理解为:白天尤其是午后的地面热源异常偏强,使低层大气被加热,同时有来自西南的水汽输送。由于低层大气加热出现对流,产生弱的上升运动,但此时上升运动尚不能突破稳定层结,故不稳定能量在午后大量堆积,使不稳定层结增厚。傍晚地面出现风场辐合,气流辐合产生上升运动,加之气流在迎风坡受到地形抬升作用,再叠加原有的热对流上升运动,触发不稳定能量快速释放,随上升气流输送到高空的水汽遇冷凝结成云。因此,云团在夜间迅速发展成对流云系并产生降水,而降水释放的凝结潜热进一步加热大气,这种正反馈过程使得上升运动进一步增强,产生更多的降水,最终形成山地夜间暴雨。

6 西南涡影响下暴雨的昼夜特征对比

近年来,山区夜间暴雨产生的气象灾害及次生地质灾害已成为防灾减灾的重中之重,而四川盆地周边山地迎风坡产生的地形抬升作用,可使东移的西南涡及其降水增强[58]

李方正等[59]对四川盆地2020年8月15—16日一次西南涡影响下暴雨的昼夜特征进行对比分析,揭示西南涡控制下昼夜降水特征的异同[59]。结果表明:(1)西南涡在整个过程中表现为夜间增强、日间减弱,夜间暴雨和日间暴雨在西南涡影响下存在明显差异。夜间暴雨和日间暴雨6 h累计降水量分别为174.7、104.6 mm,夜间的降水强度和区域明显大于日间。(2)西南涡影响下昼夜暴雨的垂直上升运动场存在明显差异,夜间暴雨的上升运动强烈,上升气流最高可达150 hPa(对流层顶),且范围明显大于日间降水。(3)西南涡影响下夜间降水和日间降水均有明显的高湿区且范围随时间变化不断扩大。夜间比湿强度、气柱可降水量均明显强于白天,且存在较强的水汽通量辐合。夜间水汽输送偏强且有西南涡辐合气流的加持是夜间降水量显著高于日间的重要原因。

7 盆地和山地夜雨过程中中尺度对流系统的演变与作用

四川盆地及其周边区域地形复杂,“盆地夜雨”与“山地夜雨”多发,为明确造成这两种“夜雨”的影响系统之间的关系和相互作用,Zhou等[60]针对2019年6月4日源于四川盆地西侧山地的两个中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)产生的夜间降水过程进行天气及热动力与水汽场的诊断分析,并利用WRF-LES(大涡)模式模拟分析了主系统 MCS1在盆地中央和周边山地分别形成的2个降水中心的宏微观物理特征。研究得出:(1)青藏高原低压槽东移致使高对流有效位能(CAPE)与高层不稳定的环流耦合,产生了源于四川盆地西侧山地,分别成熟于四川盆地及盆地北缘大巴山西端的2个中尺度对流系统;(2)分裂的副系统MCS2的南侧部分沿着四川盆地北部大巴山南麓下沉南压,将主系统MCS1抬升,其爆发性发展后形成分别具有“盆地夜雨”与“山地夜雨”特征的2个降水中心;(3)垂直速度、水平散度、热力螺旋度及位涡可作为热动力诊断量较好地指示2个中尺度对流系统的发生与发展过程,其中位涡较其他3个诊断量具有明显的前兆性,水汽通量散度与水汽螺旋度则可较好反映系统中的水汽垂直输送;(4)WRF-LES模式对于四川盆地主系统MCS1的降水模拟效果优于盆地北缘山地副系统MCS2;“盆地夜雨”中心降水的形成以冰相粒子与过冷云水相互作用的冷云过程为主(暖云过程为辅),而“山地夜雨”中心降水的形成则以暖云过程为主。

8 地形重力波在四川夜间山地暴雨中的作用

四川盆地降水通常受地形扰动及天气系统的协同影响,惯性重力波(简称重力波)的产生机制和能量来源包括对流不稳定、地转适应和地形强迫等内外因过程。四川东北部高原及四川盆地过渡带的地形、坡地以及毗连平原地区的地形高度差较大,可能导致对流不稳定,引发垂直振荡,有利于产生(地形)重力波,从而显著影响暴雨的落区和强度。

汪科均等[61]对2018年7月10—11日四川盆地东北部山地的一次夜间暴雨过程中的重力波作用进行了初步探究,得出以下结论:(1)云水含量的振荡形式及位温场的波状变化在一定程度上反映了波动对中尺度天气系统的影响。(2)风垂直切变指数、热力螺旋度与水汽螺旋度变化的波动趋势存在于波动发生发展期间,一定程度上呈现重力波特征。(3)风垂直切变指数大值区、热力螺旋度和水汽螺旋度极值中心皆与降水量大值区有良好对应关系。(4)地形扰动、垂直切变不稳定、非地转平衡协同作用下可形成重力波,并对暴雨产生增强作用。理查逊数小值区、非线性平衡偏差项的非零值区分别对雨带位置、移动方向具有较好指示作用。

9 存在的问题与未来发展方向

中国是一个多山地的国家,既拥有丰富的山地资源可供开发利用,又面临多种山地灾害需要加强防范[62]。在全球变暖的气候背景下,以山地暴雨为代表的气象灾害及其次生灾害有加重趋势,相关领域的研究也亟待深化和细化:

(1)深刻揭示山地夜间暴雨的精细化空间分布和时间演变特征。有赖于多种探测设备(自动站、雷达、微波辐射计等)在山区填补空白式或加密性的布设,新一代卫星遥感降水或水汽产品(GPM、FY-3G、GNSS)及高时空分辨率再分析资料的充分利用也是应有之举。

(2)厘清山地夜间暴雨的环流形势和影响天气系统。多尺度、多层次天气系统特别是与山区或地形密切相关的爬流和绕流、次级环流、低涡系统、切变线或辐合线、边界层低空急流、中尺度对流系统、重力波(山脉波)等特色影响系统应予重点关注。

(3)强化山地夜间暴雨的机理研究。地形的动力和热力作用、低涡—切变线的引发、边界层低空急流的惯性振荡、重力波与对流的耦合、重力波与低涡的相互作用等机制需要因地制宜地加以科学选用、优化或本地化改进。

(4)发展山地(夜间)暴雨的物理概念模型与预报方法。根据山地暴雨的环境条件、影响系统和诊断因子,构建该型暴雨包括概念模型、预报技术以及数值预报产品订正方案在内的业务化流程。

(5)建立山地夜间暴雨及其次生灾害防御的有效机制。形成暴雨预报—灾害预警、科普宣传—灾防叫应—转移避灾等全链条、快速响应、顺畅落地的多部门协同防御机制,尽最大努力避免或减缓全球气候变暖背景下日益加重的山地夜间暴雨造成的复合灾害。

山地暴雨的高夜发频次或夜间加强是四川盆周山地暴雨的一个新特征,也是全球变暖背景下地形强降水及其诱发次生山地灾害的一大特点,加剧了山区暴雨及其次生灾害的防御和救援难度,成为防灾减灾工作的迫切需求,以及气象部门“第一道防线”的薄弱环节。本文简要介绍了以四川盆周山地为例的夜间暴雨专题研究的现有进展,希冀能够引起更多研究学者和业务工作者的兴趣并投身该领域的科学研究与业务应用,聚焦山地暴雨(特别是山地夜间暴雨)结构特征和形成机理这一核心科学问题,破解山地暴雨或地形强降水的预报关键技术问题,通过对多维度、跨学科的创新研究,建立山地夜间暴雨的物理模型,促进山地暴雨夜发或夜间加强的新认识,为提升我国山地暴雨精准预报和山洪地质灾害防范精细服务能力提供更加有力的科技支撑。

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基金资助

国家自然科学基金(42175002)

四川省中央引导地方科技发展项目(2024ZYD0175)

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