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user: 3. 三次引发滑坡的强降水案例分析 本节针对巴中地区引发滑坡的三种不同的降水类型各选取一次个例，利用巴中地区区域自动站逐小时降水资料、NCEP 1˚ × 1˚每6 h一次的再分析资料对降水特征进行了具体分析。 3.1. 引发窑厂坪滑坡降水个例分析 2011年9月16日21时至9月18日15时南江县普降特大暴雨，图1反映了川东北地区9月17日的日降水量分布情况，巴中市北部南江县为明显的强降水中心，17日日降水量达到275.8 mm，18日降水大值中心向南移动，到达平昌县境内，但南江县日降水量仍达到了暴雨级别，为64.8 mm。此次巴中市强降雨强度达到160年一遇，由于长历时、高强度降雨作用，9月18日20:00至21:00左右，南江县高桥乡窑厂坪发生大规模滑坡。地理坐标为：106˚49'50E，32˚05'32N。滑坡未造成人员伤亡，但摧毁了275间房屋，导致175人无家可归。 引发2011年窑厂坪滑坡的前期降水为持续性强降水型。距离窑厂坪滑坡点最近的自动站点为南江县高桥乡，如图2(a)高桥乡此次降水过程共持续了51小时，开始于9月16日23时，结束于9月19日01时，过程总降水量达330.5 mm，其中最大小时降水出现在9月17日00时，即降水过程开始的第二小时，小时降水量达22.3 mm，达到短历时强降水标准。但之后各小时降水均未超过15 mm，多在10 mm左右，在最大小时降水过后整个降水过程出现“三增三减”，三次降水增大分别出现在9月17日07时、17时和9月18日12时，但总体而言过程降水时间分布较为均匀。窑厂坪滑坡发生在9月18日20时左右，即发生在降水过程的后期，与最大小时降水发生时刻相比具有一定的滞后性。统计分析滑坡发生时刻前48 h逐小时降水量及累积降水量如图2(b)，从图中可以看出此次降水持续时间长，强度变化不大，累积降水量平稳增长。滑坡发生前累积降水量达到了330 mm。 图3为2011年9月17日12时的500 hPa高度场、500 hPa温度场、200 hPa高空急流、850 hPa低空急流叠加图，分析可知，在暴雨发生的前期，阻塞高压在西西伯利亚平原上空停滞，中高纬呈现典型的倒“Ω”型环流形势，暴雨发生在阻高崩溃、阻高东侧“横槽转竖”的过程中。前期横槽维持在蒙古高原上空，后转竖并缓慢东移至我国内蒙古一带，北方的冷空气由高空槽后的偏北风向南引导，进入四川东部地区。另外，生成于我国东海的热带气旋在东海停滞发展，逐渐增强，对副高起到了阻挡作用，导致副高无法西进，退至太平洋上空，脊线在130˚E附近。高原上空短波系统活跃，在降水发生的前期不断有短波槽从高原东移至降水区。 图4(a)，图4(b)为2011年9月18日06:00 (UTC) 700 hPa低空风场及流场特征，降水前期可以在川东北地区观察到十分明显的低空急流，另有低涡在川西地区生成，低涡切变从四川盆地南部一直延伸至陕西南部。低空急流带来南部的暖湿空气与槽后冷空气相遇，并与切变辐合相配合，为强降水的产生提供充足的水汽和动力条件。从850 hPa的水汽通量及水汽通量散度图中分别讨论三次降水过程的水汽来源。图4(c)为2011年9月18日06:00 (UTC) 850 hPa水汽通量(流线)和水汽通量散度场，从图中可以明显看出，此次降水过程的水汽通道主要为东北–西南向。东海热带气旋北部的偏东气流，受到中纬度朝鲜半岛附近斜槽前部的西南向气流阻挡，并配合850 hPa的一条由华北平原延伸至西南地区的高风速带，将东海、黄海的大量水汽输送至川东北地区。降水过程中整体水汽来源较为稳定，降水区域低层水汽从15日18时(UTC)至18日12时(UTC)降水区出现南移的这段时间内一直表现出较强的辐合状态，且辐合中心明显。在降水过程的后期，水汽输送减弱，水汽通量散度表现为正值。 图5为2011年9月16日12:00~2011年9月18日18时(UTC)以107˚E、32˚N为中心(巴中地区) NCEP资料各物理量时间–高度剖面图，用来了解整体降水过程中降水区上空的各物理量垂直分布特征，从图中可以看出，降水时段底层偏北气流明显，在17日12时和18日12时，分别在底层出现了两次明显的 图1. 2011年9月17日川东北地区降水量分布特征(等值线表示降水量，单位：mm；阴影为海拔，单位：km) 图2. 南江县高桥乡2011年9月16日23时~9月19日01时逐小时降水量(a) (单位：mm，星标处为滑坡发生时刻)及滑坡前48小时逐小时和累积降水量(b) (单位：mm) 图3. 2011年9月17日12:00 (UTC) 500 hPa位势高度场(实线，单位：10 gpm)和温度场(红色虚线，单位：℃)、850 hPa风速 ≥ 12 m∙s −1 风矢量场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、200 hPa风速 ≥ 30 m∙s −1 风场(阴影，单位：m∙s −1 ) 图4. 2011年9月18日12时(UTC) 700 hPa风矢量场(a) (单位：m∙s −1 ，阴影区代表风速 ≥ 12 m∙s −1 )、位势高度场(b) (单位：10 gpm)以及850 hPa水汽通量(流线)和水汽通量散度场(c) (阴影，单位：10 −7 g∙cm −2 ∙s −1 ∙hPa −1 ) 图5. 2011年9月16日12时~2011年9月18日18时(UTC)巴中地区NCEP资料各物理量时间-高度剖面图。(a) 温度平流(阴影，单位：10 −4 ℃∙s −1 )及v风场(实线，单位：m∙s −1 )，(b) 水汽通量散度(阴影，单位：10 −5 g∙s −1 ∙cm −2 ∙hPa −1 )和假相当位温θse (实线，单位：K)，(c) 垂直风场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、涡度(阴影，单位：10 −5 s −1 )和散度(实线，单位：10 −5 s −1 )，(d) 相对湿度(阴影，单位：%)、垂直速度(蓝色虚线，单位：10 m∙s −1 ) 冷平流。低层假相当位温垂直梯度显著，存在较强的对流性不稳定能量。在研究时段内正涡度中心出现两次，一次在17日18时，一次出现在18日06时。第一次出现时中心位于700 hPa高度附近，第二次位于800 hPa，中心值均达6 × 10 −5 ∙s −1 。在整个降水过程中，降水落区上空负散度区略低于正涡度区，负散度中心在800 hPa~700 hPa之间，中心值在−6 × 10 −5 s −1 左右，但层次发展较浅薄，最高仅达到700 hPa左右，并在整个降水过程中维持，其上层均为正散度。中层有显著的上升运动，垂直速度中心值达21 m∙s −1 ，位于600 hPa~700 hPa之间，这种动力配置十分有利于降水的产生。 3.2. 引发黑马山滑坡降水个例分析 2012年7月9日至10日，川东北地区发生了一次短时强降水，如图6所示降水中心位于巴中市东部，通江县7月9日平均日降水量为88.8 mm，平昌县为71.1 mm，均达到了暴雨等级。由于此次降水过程持续时间短，雨强较大，7月10日早上6点，平昌县华严村黑马山发生严重山体滑坡事件，黑马山位于平昌县青云乡华严村境内，地理坐标为：106˚59'59E，31˚36'55N。此次滑坡导致华严村五社受损，滑坡体约200万方，滑坡山体纵横跨度约800余米，斜面高度近2000米，摧毁房屋414间，49户人口共229人直接受灾，所幸无人员伤亡。 距离2012年黑马山滑坡最近的气象自动站为平昌县青云乡，因此选择青云乡作为黑马山滑坡降水研究的代表站。此次强降水为突发性暴雨型，特点为持续时间较短，如图7(a)所示小时降水量达10 mm以上的共5个小时，过程从7月10日03时持续至7月10日07时。滑坡发生在06时左右，此时自动站记录的小时雨量为42.4 mm。03时~05时小时降水量分别为11.5 mm、12.8 mm和24.9 mm。滑坡与强降水几乎同步发生，无明显的滞后性。滑坡发生前48 h的逐小时降水量和累积降水量统计结果如图7(b)，7月9日21时前，青云乡并无明显的降水过程，而在7月10日03时之后突发强降水，累积降水量增长迅速，至滑坡发生的06时，累积降水量已达106.1 mm。 图8为2012年7月9日18时(UTC) 500 hPa高度场、500 hPa温度场、200 hPa高空急流、850 hPa低空急流叠加图。结合各时刻环流背景分析可知，7月6日~10日中高纬经向环流强盛，贝加尔湖啊附近出现两次切断低压的生消，导致强降水发生前期我国中部地区不断有短波槽脊经由川北地区向下游运动，加之与西南季风相互配合，冷暖气流南北交换频繁。副热带高压受到日本上空的的低压槽影响而断裂，一部分孤立在我国东南沿海地区，一部分退回到西太平洋洋面上空。 通过图9(a)和图9(b)对2012年7月9日06:00 (UTC) 700 hPa的高度场与风场进行分析，在降水前期低空急流位置较偏南，生成于贵州至湖南北部一带，另有低涡在川西地区生成，切变线从四川东北部延伸至陕中部。低空急流北部强盛的西南气流带来南部的暖湿空气，配合强烈的切变辐合所引起的上升运动，成为强降水产生所必备的水汽和动力条件。从图9(c) 2012年7月9日06：00 (UTC) 850 hPa的水汽通量及水汽通量散度图中可以明显看出，受到副热带高压西北部侧偏西南的影响，850 hPa高度上的低空急流将水汽从我国的南海输送到川东北地区，另有一少部分水汽来自于孟加拉湾，这支水汽在遇到青藏高原后形成绕流，沿着西南方向输送到四川地区。从7月8日18时~10日00时，川东北地区一致表现为水汽的辐合区，降水过程结束后，降水落区的水汽通量散度转为正值。 图10为2012年7月8日06:00~2012年7月10日12:00 (UTC)各物理量时间–高度剖面图，从图中可以看出，此次降水过程v风场大值(负值)出现在暴雨落区上空的时段为7月9日12时~9日18时，该时段冷平流中心相伴出现在低层，较强的偏北气流在暴雨发生的前期从北方携带大量冷空气南下，同时水汽在低层辐合，中低层相对湿度值在降水前期逐渐升高，水汽充分累积。另外，暴雨发生前期不稳定能量积累。7月9日18时~10日00时，低层800 hPa左右出现负散度中心，涡度为正，同时低层表现为上升运动，且上升运动的垂直范围随时间逐渐升高，并在降水强度最大时刻(7月10日00时左右)的前期达到最强，出现大值中心。 图6. 2012年7月9日川东北地区降水量分布特征(等值线表示降水量，单位：mm；阴影为海拔，单位：km) 图7. 平昌县青云乡2012年7月9日10时~7月10日18时逐小时降水量(a) (单位：mm，星标处为滑坡发生时刻)及滑坡前48小时逐小时和累积降水量(b) (单位：mm) 图8. 2012年7月9日18时(UTC) 500 hPa位势高度场(实线，单位：10 gpm)和温度场(红色虚线，单位：℃)、850 hPa风速 ≥ 12 m∙s −1 风矢量场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、200 hPa风速 ≥ 30 m∙s −1 风场(阴影，单位：m∙s −1 ) 图9. 2012年7月9日06时(UTC) 700 hPa风矢量场(a) (单位：m∙s −1 ，阴影区代表风速 ≥ 12 m∙s −1 )、位势高度场(b) (单位：10 gpm)以及850 hPa水汽通量(流线)和水汽通量散度场(c) (阴影，单位：10 −7 g∙cm −2 ∙s −1 ∙hPa −1 ) 图10. 2012年7月8日06时~2012年7月10日12时(UTC)巴中地区NCEP资料各物理量时间-高度剖面图。(a) 温度平流(阴影，单位：10 −4 ℃∙s −1 )及v风场(实线，单位：m∙s −1 )，(b) 水汽通量散度(阴影，单位：10 −5 g∙s −1 ∙cm −2 ∙hPa −1 )和假相当位温θse (实线，单位：K)，(c) 垂直风场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、涡度(阴影，单位：10 −5 s −1 )和散度(实线，单位：10 −5 s −1 )，(d) 相对湿度(阴影，单位：%)、垂直速度(蓝色虚线，单位：10 m∙s −1 ) 3.3. 引发老河沟后山滑坡降水个例分析 2013 年 7 月 18 日 到 7 月 19 日 ，巴中地区遭受持续强降雨袭击，图11为7月19日日降水量分布，其中通江县和南江县在18日降水达到最大，日降水量分别为105.9 mm和106.5 mm，随后降水大值中心南移，平昌最大降水量出现在19日12时，为118.7 mm。此次降水过程持续时间较长，期间共发生了三次强降水，每次强降水间有几小时的时间间歇，几次强降水的小时降水量均超过了20 mm，达到了短历时强降水标准。在第三次强降水之后发生滑坡，滑坡的发生表现出明显的滞后性， 7 月 20 日 上午07时左右，平昌县佛岩村5社老河沟后山山体出现了整体滑坡，佛岩村位于平昌县元山镇，地理坐标为：107˚10'32E，31˚42'58N，滑坡规模达5000 m 3 ，5户村民14间房屋全部倒塌，其中2户群众房屋严重受损，经济损失达30余万元。 平昌县灵山镇是距离2013年平昌县佛岩村滑坡点最近的气象站点，因此对引发此次滑坡的前期降水量的研究参考灵山镇降水。如图12(a)所示，灵山镇此次降水过程从7月18日14时持续至7月20日14时，共49个小时，滑坡发生前的三次短历时强降水分别出现在7月18日17时、7月19日06时和7月19日12时，其间隔分别为12 h和5 h。滑坡发生在7月20日07时左右，处于此次整体降水过程中第四次降水的起始阶段，距离第三次降水峰值时刻已达18 h。统计分析滑坡发生时刻前48 h逐小时降水量及累积降水量如图12(b)，从图中可以看出此次降水持续时间长，且降水集中发生在三个时段，中间有一定的时间间隔。累积降水量区县呈明显的阶梯状，至滑坡发生时刻，前期累积降水总量达182.6 mm。 分析2013年7月18日12:00 (UTC)的500 hPa高度场、500 hPa温度场、200 hPa高空急流、850 hPa低空急流叠加图图13可知，引发2013年7月18日~20日暴雨的环流背景场为引发四川省暴雨的典型的“鞍”型结构，通过分析500 hPa位势高度场可以明显看出，伊朗高压加强东进，达到青藏高原的西侧；高原东部的甘肃地区有弱脊存在；西太平洋上空副高向西发展，5880 gmp等高线延伸至我国东海岸；同时，孟加拉湾低压增强，范围增大，向东向北移至我国青藏高原的偏南侧。南、北“低”，东、西“高”的环流形势造成了明显的“鞍”型结构。中高纬度较为强盛的经向环流导致四川地区上空不断有低槽经过，引导冷空气南下。 配合图14(a)，图14(b)对7月18日12:00 (UTC) 700 hPa的高度场与风场进行分析，在降水前期低空并没有明显的急流产生，另有低涡在川西地区生成，位置较偏西，切变线从四川东部型东南延伸至陕北部。低空偏南气流显著，带来的南部暖湿空气配合切变辐合上升运动，成为产生强降水的水汽和动力条件。图14(c)为2013年7月18日06:00 (UTC) 850 hPa的水汽通量及水汽通量散度图，配合高低空环流形势可知，孟加拉湾和南海此次暴雨的主要水汽源地。受孟加拉湾低压东侧的偏西偏南气流影响，孟湾水汽向东向北输送。向北输送的水汽在遇到青藏高原的阻挡时形成绕流，从高原的东部边缘沿着西南-东北方向进入四川西南部，而向东的水汽在遇到副高西侧偏南气流的阻挡时转向，携同南海的水汽一同向北，流入四川东北部地区。17日18时至19日00时，川东北为一致的水汽通量散度负值区，水汽长时间的辐合是暴雨发生的良好预备条件。 通过图15分析2013年7月17日12时~2013年7月19日18时(UTC)各物理量垂直结构特征，从图中可以看出，在降水的前期低层冷平流显著，且对应偏北气流较强，而在降水开始后，冷平流开始减弱，但北风在整个降水时段一直出现在低层。三次降水时段的前期分别在不同高度层出现明显的水汽辐合，其中第一次辐合最强，出现在800 hPa，第二次和第三次分别出现在700 hPa和850 hPa。对应时刻降水区上空相对湿度增大，经过较长时间的水汽辐合，第二次降水前期相对湿度高值区最为深厚，大值中心位于500 hPa左右。强降水发生前期及发生过程中，低层假相当位温等值线密集，为不稳定能量高值区。在三次强降水发生的前期，其落雨区上空中低层均表现为正涡度，其中降水量最大的第三次降水对应的 图11. 2013年7月19日川东北地区降水量分布特征(等值线表示降水量，单位：mm；阴影为海拔，单位：km) 图12. 平昌县灵山镇2013年7月18日14时~7月20日14时逐小时降水量(a) (单位：mm，星标处为滑坡发生时刻)及滑坡前48小时逐小时和累积降水量(b) (单位：mm) 图13. 2013年7月18日12时(UTC) 500 hPa位势高度场(实线，单位：10 gpm)和温度场(红色虚线，单位：℃)、850 hPa风速 ≥ 12 m∙s −1 风矢量场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、200 hPa风速 ≥ 30 m∙s −1 风场(阴影，单位：m∙s −1 ) 图14. 2013年7月18日12时(UTC) 700 hPa风矢量场(a) (单位：m∙s −1 ，阴影区代表风速 ≥ 12 m∙s −1 ，)、位势高度场(b) (单位：10 gpm)以及2013年7月18日06时(UTC) 850 hPa水汽通量(流线)和水汽通量散度场(c) (阴影，单位：10 −7 g∙cm −2 ∙s −1 ∙hPa −1 ) 图15. 2013年7月17日12时~2013年7月19日18时(UTC)巴中地区NCEP资料各物理量时间-高度剖面图。(a) 温度平流(阴影，单位：10 −4 ℃∙s −1 )及v风场(实线，单位：m∙s −1 )，(b) 水汽通量散度(阴影，单位：10 −5 g∙s −1 ∙cm −2 ∙hPa −1 )和假相当位温θse (实线，单位：K)，(c) 垂直风场(蓝色箭矢，单位：m∙s −1 )、涡度(阴影，单位：10 −5 s −1 )和散度(实线，单位：10 −5 s −1 )，(d) 相对湿度(阴影，单位：%)、垂直速度(蓝色虚线，单位：10 m∙s −1 ) 时段，负涡度最为显著，在750 hPa左右出现明显的大值中心，中心强度达到10 × 10 −5 s −1 ，7月18日06时至19日00时低层均为负散度，后两次降水的上空500 hPa处出现正散度中心，这种高低层配置对应十分显著的上升运动，后两次降水过程上升运动最为强盛，发展到较高的高度。对降水的发生十分有利。 3.4. 三次引发滑坡的降水个例对比分析 三次降水的中心均位于川东北地区，但持续时间及强度存在较大差异，窑厂坪的滑坡由持续性强降水引发，特点是降雨持续时间长，小时降水强度变化不大，且一般小时雨量不超过30 mm，累积降水量大。黑马山滑坡由突发性暴雨引发，其特点是在降水开始时，小时降水量就超过了10 mm，降水持续时间短，累积降水量大。老河沟后山滑坡由连续性暴雨引发，特点为整个降水过程中出现两次或多次强降水，强降水间有数小时的时间间歇，几次强降水的降水量均达到短历时强降水临界值，滑坡发生在整个降水时段的中后期。 三次降水过程前期中高纬经向环流强盛，且均出现高空急流，但其主要影响系统略有不同，影响窑厂坪滑坡前期降水的主要系统有西风槽、低涡、低空急流、切变线和热带气旋等，并且有明显的东北方向的水汽来源，稳定的环流形势加上充足的水汽供应导致降水的长时间持续；造成黑马山滑坡的前期降水的主要影响系统包括高空槽、低涡、切变线和低空急流等，强盛的副高影响水汽的由南向北输送，而低涡的生成为降水提供了充足的动力；影响老河沟后山滑坡前期降水的系统包括：高空槽、伊朗高压、副热带高压、孟加拉湾低压和低涡切变，高层环流形成典型的“鞍”型场结构，有利于造成南北气流的交汇，引导水汽的输送，为暴雨发生提供良好的预备条件。 通过对比分析可知，三次强降水过程前期在低层均有明显的偏北气流存在，冷空气由北向南侵入，存在较强的对流性不稳定能量，垂直上升运动较强，但上升运动出现的高度存在差异，持续性强降水前期垂直上升运动从低层一直延伸至中高层，连续性暴雨型降水的前期上升运动出现在中、低层，而突发性暴雨前期的强上升运动仅出现在中层。