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user: 3. 物理量诊断 3.1. 垂直螺旋度 沿强降水中心都江堰站(31˚N)，绘制出2020年8月16日02时至20时之间的垂直螺旋度纬向垂直剖面图(见图2)，用以分析降雨区域(103˚E~106˚E)内的垂直螺旋度分布情况。16日02时(见图2(a))，在600 hPa以下中低层，东经104˚附近有正垂直螺旋度出现，500 hPa以上的高层也有被负值区所控制，对流活动有所增强；在08时(见图2(b))，低层正值区发展强盛，最高发展到200 hPa高度上下，中心强度 ≥ 300 × 10 −8 hPa∙s −2 ，同样的，高空负值区较02时加强，中心强度 ≤−200 × 10 −8 hPa∙s −2 ，此时低层上升辐合，有气旋性涡度，高层辐散下沉，有反气旋性涡度，对流活动旺盛，大气层结处于不稳定状态。由于正负垂直螺旋度区最强值均出现在降雨区域内，此时区域内降雨量达峰值；在14时(见图2(c))，正值中心强度依旧，但高度下降至400 hPa高度上下，中高层的负值区减弱；20时(见图2(d))，正值区强度、范围均减弱，低层被负值区所控制，形势趋于稳定，降水逐渐减少。 以上分析表明，暴雨从发生发展到减弱，高层始终有一个负值区域与中低层正值区域对应，且中低层的垂直螺旋度正值中心的强度和范围其中一者或二者都大幅度增加均预示着强对流的加强，从而降雨落区也有所增大。 图2. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c)和20:00 (d)沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的垂直螺旋度分布(单位：×10 −8 hPa∙s −2 ) 3.2. 湿位涡 3.2.1. 湿正压项 由湿正压项的定义，空气块绝对涡度垂直分量和假相当位温在垂直方向上的梯度的乘积决定了湿正压项数值的大小，湿正压项表示出惯性稳定性和对流稳定性的作用，当湿正压项为正值时，大气对流不稳定，有利于降水的发生发展。 沿强降水中心都江堰站(31˚N)，绘制2020年8月16日02时、08时、14时和20时的湿正压项纬向垂直剖面图(见图3)，用以分析降雨区域(103˚E~106˚E)内的垂直分布情况。 2020年8月16日02时(见图3(a))，降雨区域内，600 hPa高度以下都被湿正压项负值区所控制，负值中心在800 hPa高度附近，强度达−1.2 PVU，大气层结是一个对流不稳定的状态； 8月16日08时(见图3(b))，低层的湿正压项负值区在垂直方向上分为两部分，一部分在600 hPa高度处，一部分在900 hPa高度以下，强度减弱，范围缩小，中心强度降至−1 PVU，层结不稳定呈现减弱趋势。 8月16日14时(见图3(c))、20时(见图3(d))，在这两个时刻，在降雨区域，低层湿正压项负值区已被正值区代替，强度维持在0.3 PVU左右。 图3. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c)和20:00 (d)沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的湿正压项(MPV1)分布(单位：PVU = ×10 −6 m 2 ∙K∙s −1 ∙kg −1 ) 3.2.2. 湿斜压项 由湿斜压项的定义可知，假相当位温的水平梯度和水平风的垂直切变决定了湿斜压项的大小，正值越大其斜压性越强，大气的斜压性又可转化为正压位涡扰动，有利于产生暴雨和气旋性涡度的发展。同时暖湿气流活动的示踪，可以由MPV2正大值的移动来反映 [ 8 ]。 沿强降水中心都江堰站(31˚N)，绘制2020年8月16日02时、08时、14时和20时的湿斜压项纬向垂直剖面图(见图4)，用以分析降雨区域(103˚E~106˚E)内的垂直分布情况。 2020年8月16日02时(见图4(a))，降雨区域内，600 hPa高度以下都被湿斜压项正值区所控制，正值中心在900 hPa高度附近，强度达0.65 PVU，斜压性强，有利于气旋性涡度的发展，大气层结是一个对流不稳定、斜压不稳定的状态且低层处于高温高湿状态； 8月16日08时(见图4(b))，低层的湿斜压项正值区强度有所减弱，范围缩小，中心强度降至0.5 PVU，斜压性呈现减弱趋势，表明此时川东北地区内低空暖湿气流输送减弱。 8月16日14时(见图4(c))、20时(见图4(d))，在这两个时刻，低层湿斜压项正值区已被负值区代替，强度维持在−0.3 PVU左右。 图4. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c)和20:00 (d)沿强降雨中心都江堰站(31˚N)的湿斜压项(MPV2)分布(单位：PVU = ×10 − 6 m 2 ∙K∙s − 1 ∙kg − 1 ) 3.3. 准地转Q矢量及其散度 绘制2020年8月16日02时、08时、14时和20时的准地转Q矢量和准地转Q矢量散度在700 hPa高度的平面图(见图5)，主要用以分析二者的在降雨区域(103˚E~106˚E， 30˚N~33˚N)内水平分布情况。 在8月16日02时(见图5(a))，根据上述其他物理量的分析，02时是暴雨发展较为旺盛的时间，在四川盆地东北部地区，准地转Q矢量场呈现辐合形势，且川东北地区位于准地转Q矢量散度负值区，该负值区范围较大，辐合带(负值区)呈现东北–西南走向，负值中心位于东经105˚，北纬32˚附近，中心强度 ≤ −5 × 10 −14 hPa −1 ∙s −3 ，反映出此地有着强烈的垂直上升运动；准地转Q矢量散度的正值区在准地转Q矢量散度的负值区以西部分，正值区强度与负值区比较来看，强度大致相当，准地转Q矢量散度的正值区反映了其所在地区有下沉运动。根据24小时累计降水量分布图，地面降水中心位于中层准地转Q矢量散度负值区的西侧，强降水中心与辐合带(负值区)中心有所偏差，但准地转Q矢量散度负值区与雨带位置的走向基本对应较好。 8月16日08时(见图5(b))，此时准地转Q矢量辐合的形势分成两部分，即垂直上升运动将分别在两部分会得以维持，从而准地转Q矢量散度负值区也断裂为两部分，一部分停留在02时所在的位置范围，另一部分向西南移动，影响东经104˚，北纬31˚附近范围，表明当地将有较为旺盛的上升运动。从6小时累计降水量分布图(图略)也可以看出，降雨带的形势与此刻准地转Q矢量散度的分布类似，即，雨区亦有断裂。在该时刻，低值中心的强度与8月16日02时相互比较而言，变化幅度不大，依旧为≤−5 × 10 −14 hPa −1 ∙s −3 ，说明，在08时往后的时刻里，暴雨将继续发展，暴雨量级可能也将维持或小幅度下降。 8月16日14时(见图5(c))，此时准地转Q矢量场辐合的趋势已经逐渐减弱，相对应的，准地转Q矢量散度负值区的强度大小和范围大小也呈现出减弱趋势，中心强度 ≥ −3 × 10 −14 hPa −1 ∙s −3 ，特别是在20时(见图5(d))，准地转Q矢量的辐合形势基本消散，准地转Q矢量散度负值区的影响范围大幅缩小，准地转Q矢量散度幅合区虽然仍旧较为强盛，但范围仅剩在东经104˚，北纬32˚附近并且与其偏西部地区的强度较弱的准地转Q矢量散度正值区相对应，说明降水强度和范围也在减弱的过程中。 由上述分析，可以看出大暴雨的发生发展与中低层准地转Q矢量的辐合相关，准地转Q矢量散度负值区强度和范围的变化与暴雨的雨量和降雨范围的变化有对应关系；辐合带(负值区)的移动方向与雨带一致；虽然暴雨中心与准地转Q矢量散度的负值中心存在明显偏差，但仍旧可以从图中看出，暴雨区域与700 hPa的准地转Q矢量散度负值中心有着较好的相互对应关系。 图5. 2020年8月16日02:00 (a)、08:00 (b)、14:00 (c)和20:00 (d)准地转Q矢量散度场(填色，单位：×10 −14 hPa −1 ∙s − 3 )和准地转Q矢量场(矢量，单位：×10 − 9 m∙hPa − 1 ∙s − 3 )在700 hPa高度上的分布