引言

远距离台风与影响暴雨的高空急流、西风槽、中低层涡度结构、暴雨区的能量收支和水汽等均有密切关系^[1]。冷空气入侵热带气旋外围可大幅度增加热带气旋外围及倒槽的降水量^[2]。赵宇等^[3]指出台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合会触发强降水。丁治英等^[4]研究表明，暴雨发生时高空一般为西南风急流，暴雨增强时，急流的非纬向性增强，高空非纬向风的辐散使得低层气旋性风辐合增强，从而导致降水加强。陈忠明等^[5]研究发现，热带气旋与西南低涡相互作用建立的能量输送带，通过改变低涡区内的风压场和能量场分布，促进了低涡发展，并向涡区输送大量的水汽和热量，进而使得暴雨发生。周国兵等^[6]利用MM5模拟研究了“桑美”台风对西南低涡的阻塞作用，指出台风西侧的转向气流会使水汽迅速聚积，并触发强降水过程。Wang等^[7]利用WRF模式研究“桑达”台风对日本远距离强降水的影响，结果表明“桑达”台风通过外围环流前期向北水汽输送导致了降水的增强。武麦凤^[8]等研究发现，台风的位置在一定程度上决定了水汽通道的方向，台风位置的差异与暴雨的水汽源有一定关系。李强等^[9]通过研究川渝地区的一次远距离台风暴雨指出，台风倒槽偏东气流携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合，构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道，增强了强降水区水汽和能量积聚效应。张娟娟^[10]等认为中纬度西风槽与台风倒槽相互作用，槽前正涡度平流与低层台风倒槽东侧正涡度平流同位相叠加，增强了中低层动力抬升条件，从而引发降水。

近年来针对台风远距离影响造成重庆暴雨的研究较少，尽管此类暴雨每年在重庆出现较少，远不及东南沿海地区，但其在重庆造成的灾害影响却是不容忽视的。本文研究的大暴雨过程是指由于远距离台风与西风带相结合产生的持续性降水过程，因冷空气与台风外围暖湿气流交汇后产生的锋面造成，此类型的暴雨过程与以往一些台风远距离影响造成的重庆暴雨有所不同，过程中降水强度不大，但由于持续时间较长，造成重庆大部分地区均达到暴雨量级，且主要的强降水时段发生在台风减弱之后。这可能是因为台风减弱时，向重庆输送水汽的通道被打通而直接侵入重庆，从而使得水汽输送增大，辐合增强，在锋面的影响下，降水逐渐增强。本文利用降水实测资料、雷达资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料，选取2014年9月17—19日重庆发生的一次区域性大暴雨过程进行诊断分析，以期加深对该大暴雨过程形成原因的了解，为同类型暴雨的预报提供一定的参考依据。

1 暴雨概况与环流背景 1.1 暴雨过程概述

2014年9月17日08时—19日08时(北京时，下同)，重庆出现了一次区域性大暴雨过程，图 1a给出2014年9月17日08时—19日08时累积降水量，从中可见，强降水落区位于重庆中西部。重庆东北部、中西部及四川盆地东南部呈一条东北—西南向的主雨带，降水量均在50 mm以上。同时，主雨带中存在两个强降水中心，降水量都超过110 mm，一个位于重庆沙坪坝附近，另一个位于重庆忠县附近。图 1b给出沙坪坝西永、云阳高阳及黔江杉岭的逐小时降水量，从中可见，降水自西向东南移动发展，主要降水时段在17日20时—18日19时，最大雨强在云阳高阳，约达37 mm。此次过程降水持续时间较长，范围较广，造成重庆28个区县的1 432个乡镇的降水量超过50 mm，其中22个区县的653个乡镇降水量超过100 mm。受强降水影响，重庆2.7万人受灾，2人失踪(渝北)，农作物受灾面积2 968 hm²，成灾920 hm²，绝收148 hm²，房屋倒塌1 027间，损坏1 362间，直接经济损失3 186万元。

1.2 环流背景场及影响系统分析

图 2给出2014年9月17日08时和18日08时500 hPa高度场、风场、温度场及200 hPa高空急流叠加图，从中可见，2014年9月17日08时(图 2a)，35°— 45°N上200 hPa高度存在风速超过40 m·s^-1的高空急流带，重庆位于高空急流的右侧辐散区内。中高纬500 hPa上呈“两槽一脊”的形势，西太平洋副热带高压(以下简称“副高”) 588 dagpm线西伸至内陆。高原上有高空槽向东缓慢移动，广西与云南交界处为登陆台风“海鸥”，中心强度578 dagpm。700 hPa切变线位于四川盆地西部，850 hPa的台风倒槽位于重庆西部地区，低层暖湿气流沿台风及副高外围不断输送至川渝地区(图略)。18日08时(图 2b)，200 hPa的高空急流南压，500 hPa上高空槽东移至盆地中东部，且引导槽后冷空气扩散南下，侵入西南地区。副高主体控制我国长江以南地区，阻碍了四川盆地上空低槽的迅速移出。中低纬上台风“海鸥”减弱并演变成切变线，南海洋面上新生成的热带低压环流“凤凰”加强发展并向北移动，从而对副高形成“挤压”，使得副高稳定少动且经向度逐渐加大，同时将南海与孟加拉湾的水汽沿副高边缘一并输送至川渝地区。700 hPa的切变线东移至四川盆地东部，850 hPa的倒槽继续影响重庆西部地区(图略)。

2 水汽分析 2.1 水汽通量及其散度分析

充沛的水汽输送对持续性强降水形成有着重要作用，所以分析水汽来源及输送情况对研究降水成因和机理有重要意义。

图 3给出台风“海鸥”和“凤凰”的路径和强度图，从中可见，9月12日台风“海鸥”生成后逐渐向西北方向移动，15日进入我国南海，并于16日在海南省文昌市沿海地区登陆，登陆时中心最低气压达到960 hPa。

此后“海鸥”快速向西北偏西方向移动，强度也迅速减弱，17日下午已减弱为热带低压，中心气压增强至998 hPa。18日凌晨，台风“凤凰”生成后先后登陆菲律宾吕宋岛沿海、我国台湾恒春半岛南部沿海、浙江象山县鹤浦镇沿海等地。受远距离台风“海鸥”及“凤凰”的先后影响，降水区的水汽变化较为明显。图 4给出17日08时和18日08时整层水汽通量散度和整层水汽通量图，从中可见，17日08时(图 4a)，水汽通道主要有两条：一条为来自孟加拉湾西南气流的水汽通道，水汽沿台风“海鸥”外围经广东、湖南等地进入重庆；另一条来自南海的偏南气流，沿热带低压环流“凤凰”外围与来自孟加拉湾的水汽一起输送至重庆。此时，水汽辐合大值区主要位于台风“海鸥”附近，其北部为一条近乎西北向的带状水汽通量散度负值区，重庆西部和东北部地区水汽辐合较小，整层水汽通量散度为-4×10^-7 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1。至17日20时(图略)，两条水汽输送通道继续维持，台风“海鸥”中心东北向水汽通量散度逐渐增大，水汽辐合增强，并且在贵州至重庆形成整层水汽通量散度大值区，中心值约达到-10×10^-7 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1。18日08时(图 4b)，台风“海鸥”继续西行并逐渐减弱，水汽通道变为西南—东北走向，水汽通道被打通，水汽经云南、贵州直接进入重庆。同时台风“凤凰”加强发展，将南海的偏南暖湿气流沿副高外围继续向北输送至重庆。四川盆地东部至云南为东北—西南向的带状整层水汽通量散度负值辐合区，其中在重庆西部存在一个整层水汽通量散度极值区域，中心值达-8×10^-7 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1以上。此时最大降水区位于重庆西部地区(图略)，与整层水汽通量散度分布的极值区域对应较好，且6 h累积降水量最大值超过50 mm。18日20时(图略)，随着台风“海鸥”消亡及西风槽向重庆移近，两条水汽通道向北的水汽输送开始减弱，整层水汽通量散度逐渐减小，降水也随之减弱。

3 暴雨的形成机理分析

从上文的背景场分析来看，此次大暴雨过程是远距离台风与西风带相结合产生的持续性降水过程，下面探讨此次大暴雨发生发展的机理。

图 5给出沿107°E经强降水中心的温度平流高度—时间剖面图，图 6给出不同时次850 hPa、700 hPa假相当位温θ_se、风场和地形叠加图。从中可见，17日08时，500 hPa高空槽在青藏高原一带，受台风倒槽影响(图 2)，降水区上空几乎整层均为暖平流控制，这主要和台风低压环流东侧的东南急流有关，此时降水区上空层结稳定(图 5)。850 hPa重庆东部地区存在一“ Ω ”形状的高能舌，其西北侧已有弱的干冷空气进入四川盆地中东部，其东侧主要为台风外围的较强东南暖湿气流，两支气流在四川盆地东部逐渐交汇(图 6a)。700 hPa的θ_se密集带与850 hPa走向基本一致，不同的是冷空气在陕西甘肃一带，未进入西南地区，四川盆地到重庆主要为偏南气流控制，山西到陕西一带为切变线控制(图 6b)。此时，重庆降水开始，降水量较小。随后，低压环流西移减弱，其东侧的东南气流逐渐变为偏南气流，降水在较强暖湿气流的推动下逐渐向南扩散。18日08时，随着高空槽东移，槽后冷空气逐渐侵入重庆，低层开始出现弱的冷平流，且强度逐渐增强，中心值达到-8×10^-5 K·s^-1 (图 5)。与此同时，850 hPa偏南暖湿气流继续向重庆输送，与北方来的干冷空气交汇形成θ_se锋区，重庆西部形成一个“ Ω ”形状的高能舌区(图 6c)，降水区上空层结由稳定逐渐变得不稳定。700 hPa的θ_se锋区则较为平缓，冷空气东移南下侵入四川盆地及重庆一带，切变线压至重庆西部地区，重庆各地降水逐渐增强(图 6d)，并自西向东南方向移动发展。此后暖湿空气强度逐渐减弱，冷空气进一步东移南下，θ_se密集带也逐渐南压并移出重庆。

综上分析可知，850 hPa及700 hPa均存在一条θ_se密集带，且一直稳定维持。重庆的北侧为干冷区，南侧为暖湿区，这主要是因为重庆北侧槽后有冷空气侵入降水区，而南侧为偏南暖湿气流，为降水区不断输送水汽和能量。两侧的θ_se在重庆附近存在较强的梯度，形成了一条近乎南北向延伸的θ_se锋区，强降水主要发生在θ_se锋区内。

上面提到降水过程中有θ_se锋区生成，那么其特征如何？锋生或锋消过程表现为假相当位温水平梯度∇θ_se的变化，当∇θ_se随时间增大时称为锋生，反之为锋消。考虑到锋区是温湿梯度的综合反映，这里用∇θ_se变化表征锋生或锋消效应^[10]。图 7给出沿106°E经强降水中心的850 hPa假相当位温水平梯度∇θ_se纬度—时间剖面图，从中可见，17日08时，降水区∇θ_se较小，17日20时—18日08时，∇θ_se逐渐增大，锋生效应显著，大值区(锋区)位于29°N附近，最大值达到0.08 K·s^-1，期间降水也明显增强，这表明低层锋区的加强有利于暴雨的发生发展。随着槽后冷空气东移南扩，锋区随之南压，∇θ_se也逐渐减小，锋消效应明显，降水减弱。

图 8给出不同时次沿106°E经强降水中心的θ_se场、垂直风场和垂直速度高度—纬度剖面图以及流场、涡度和散度高度—纬度剖面图。从中可见，17日08时(图 8a、c)，低层降水区南侧的台风附近辐合较强，中高层以辐散为主，这种高低空配置使得暖湿区垂直上升运动较强，垂直速度最大值为-2.8 Pa·s^-1左右。同时北方干冷空气位置较为偏北，对流层低层600—800 hPa间为θ_se低值区，约321 K。此时降水区800 hPa以下为辐合层，量值较小，仅为-2×10^-5 s^-1，而750 hPa以下正涡度值也较小，垂直上升运动较弱。18日08时(图 8b、d)，随着台风西行减弱及高空槽东移，干冷空气扩散南下，并由对流层中层向低层渗透，θ_se锋区前端南伸至26°N，θ_se最小值约为318 K，位于700 hPa。沿着倾斜的θ_se锋区，南侧有明显的暖湿气流沿冷空气爬升，使得上升运动向西北倾斜。同时θ_se锋区前端到降水区内正涡度大值区以及负散度辐合区也呈西北倾斜状态，400 hPa以下基本为正涡度层和散度辐合层，涡度大值中心基本与负散度大值中心重合，中心值分别约为8×10^-5 s^-1与-10×10^-5 s^-1。此时降水区垂直速度明显增大，最大值位于600 hPa，约为-2.8 Pa·s^-1。

图 9是重庆2014年9月17—18日不同时次的垂直风廓线图，从中可见，9月17日08:22—09:21(图 9a)，重庆测站上空“ND”层主要存在于0.6 km，1.5— 12.2 km为较强的偏东偏南气流，且风随高度顺时针旋转，呈暖平流特征。0.9—1.2 km在08:22开始出现弱的东北风，低层开始有弱的冷空气进入，此时降水逐渐开始。19:01—20:00，1.5—2.1 km上风向随时间由此前的西南风转为偏东风，且风随高度逆转，存在明显的冷平流。2.1 km以上仍然较强的偏南风(图 9b)。9月18日07:01—07:54，低层0.6—1.2 km风向由此前的东北风转为西北风，1.5—2.4 km上为一致的偏东偏北风，冷空气持续入侵(图略)。08:00低层0.6—1.2 km风向又由西北风转为西南风，有明显的切变存在。陆大春^[9]等指出，在雷达站的四周或较多方位上降水均匀地分布，且实际风向不是很紊乱时，可粗略地认为“ND”表示含水量相对较少，即干冷空气。19:17，风廓线图上低层有连续的“ND”出现，高度在3.7—4.0 km，而4.0 km以上风向也均转为一致的西南风(图 9c)。综上分析可知，冷空气先是由低层约1.5 km高度层进入降水区，并随时间逐渐向高层扩展。随着冷空气不断入侵，暖湿空气被迫抬升，降水的维持发展，这与此前的分析基本一致。

4 暴雨模型的建立

图 10是此次暴雨模型的示意图，从中可见，受台风倒槽影响，重庆开始出现弱的降水，随着台风低压环流的减弱消失，其东侧的东南气流逐渐转为偏南气流，并持续输送暖湿空气至降水区，使得重庆地区的暖湿空气得到累积。随着槽后中低层干冷空气的南下入侵，并与偏南暖湿气流交汇，在台风“海鸥”北侧形成一条近乎南北向的θ_se锋区，且在垂直方向上θ_se锋区出现明显向西北方向的倾斜。在θ_se锋区的南侧有较强偏南气流将暖湿空气不断输送至降水区，同时随槽后冷空气不断向南扩散，暖湿空气沿θ_se锋区向上爬升，产生强烈的垂直上升运动，降水增强。之后伴随暖湿空气强度逐渐减弱，冷空气进一步南下，θ_se密集带也逐渐南压并移出重庆，降水也随之减弱。值得注意的是，暖湿气流沿冷空气爬升时，强上升气流向西北倾斜，且θ_se锋区前端至降水区内正涡度大值区以及散度辐合区也呈西北倾斜状态，走向与暖湿气流爬升走向基本一致。

5 结论

本文利用降水实测资料、雷达资料、TBB资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料对2014年9月17— 19日重庆大暴雨过程进行了诊断分析研究，得出如下结论：

(1) 该大暴雨的环流背景场为中高纬维持“两槽一脊”形势，高原上高空槽东移过程中引导槽后冷空气扩散南下影响西南地区。同时副高西伸发展，阻碍高空槽的迅速移出。

(2) 随着台风“海鸥”减弱并演变成切变线，热带低压环流“凤凰”向北移动并加强发展，从而对副高形成“挤压”，使得副高稳定少动且经向度加大，并与“海鸥”相互作用影响，将南海与孟加拉湾的暖湿气流及不稳定能量输送至降水区，为降水区提供了充足的水汽条件。

(3) 降水初期，降水区上空整层几乎都为暖平流控制，此后随着高空槽后冷空气的倾入，降水区对流层低层出现弱的冷平流，且强度逐渐增强。

(4) 低槽在东移过程中，槽后中低层干冷空气的南下入侵与偏南暖湿气流交汇，在台风“海鸥”北侧形成一条近乎南北向的θ_se锋区，锋生效应明显，且在垂直方向上θ_se锋区出现明显向西北方向的倾斜。在θ_se锋区的南侧有较强偏南气流将暖湿空气不断输送至降水区，同时随着冷空气不断向南扩散，暖湿空沿θ_se锋区向上爬升，产生强烈的垂直上升运动，降水增强。同时暖湿气流在沿冷空气堆升时，强上升气流向西北倾斜，θ_se锋区前端到降水区内正涡度大值区以及散度辐合区也呈西北倾斜状态，走向与暖湿气流爬升走向基本一致。

本文仅通过一个个例对重庆台风远距离暴雨过程进行了分析，但是此次降水过程中，台风背景下各中尺度系统的特征及其相互作用形成降水的机理尚不清楚，有待通过数值模拟获得更加精细的资料来进一步分析。