1. 引言

中国降雨灾害多发，在西南地区中，被誉为“天府之国”的四川更是属于暴雨频发、洪涝肆虐的多灾地区。西南地区是我国降水局部区域差异最大、变化最复杂的地方之一[1]。而强降水天气多半是由冷暖空气势力相当造成雨带移动缓慢，加上水汽充沛、对流不稳定、能量足等条件造成。强降水天气一般都伴随着对流不稳定，局地发生等条件，往往还伴随有各种自然灾害，如山洪，泥石流等，而在大部分都是山区的四川西部地区，强降水天气的危害显然更大，因此对于此类天气做好预报与防范很重要。

日本“葵花8号”静止气象卫星自2014年10月发射以来，已经成为亚洲区时空分辨率最高的业务应用卫星之一。该卫星搭载的先进葵花成像仪具有高时间频次全盘和区域扫描的特点[2][3]，能够在10分钟内完成全盘扫描，这对于捕捉对流系统的发展极为有利。葵花8号卫星的红外通道空间分辨率可达2 km，时间分辨率达到10分钟，业务上获取资料的延迟时间约为15分钟[4]。葵花8号卫星的高时空分辨率和多通道性质，使其在监测对流初生事件方面也显示出巨大潜力。通过结合AHI搭载的各个通道以及其具体的应用场景，可以有效监测对流初生事件，为航空行业、气象行业以及生态环境等方面提供重要支持[5]。总之，葵花8号卫星作为新一代静止气象卫星，其高时空分辨率和多功能性质使其在气象观测、研究和业务应用中发挥着重要作用。通过不断的技术创新和应用拓展，葵花8号卫星将继续为气象科学研究和社会经济发展提供强有力的技术支撑[6]。

四川地区的地形导致了强降水等一些强对流天气的危害放大，川西的山地很容易因此发生一些山体滑坡，泥石流等一些自然灾害，还有一些河流沿岸也容易造成决堤等危害，这些强对流天气对周边地区人民的生命财产安全有着严重影响，因此做好预报与防护是十分重要的。对于一些强对流天气，它们的生命周期短，但是危害大，一些常规的观测手段例如地面观测和探空观测等手段是远远不够的，而卫星资料观测就很好地弥补了这些不足，但单单依靠风云二号卫星还是有些单薄，缺少其他卫星资料的佐证，而葵花系列卫星就能很好地满足这一点，根据研究现状可以知道，葵花9号卫星在时间分辨率上比风云二号卫星更高，可以更好地观测一些短时强对流天气过程。

2. 天气过程概述和资料

2.1. 天气过程实况概述

2023年4月20日至4月21日，5月30日至5月31日四川地区发生了两次强降水(图1)。2023年4月20日至4月21日，四川东北区域发生降水的地方较多且降水量较大，局地24小时降雨量达到了50 mm以上，属于暴雨级别，对当地有一定影响(图1(a))。2023年4月20日至4月21日，四川省发布了暴雨和山洪灾害蓝色预警，预计有大到暴雨，局部地方有大暴雨(24小时降雨量在100 mm以上)。这种强降雨导致了渠江干流、嘉陵江东河等地明显涨水，对当地水情造成了影响(图1(b))。

Figure 1.24-hour rainfall on (a) April 21, (b) May 31, 2023

图1.2023年(a) 4月21日，(b) 5月31日24小时降雨量

2.2. 资料

本文采用的常规观测资料包括500 hPa、700 hPa、850 hPa和地面的常规气象观测、物理量场、不稳定能量以及降水资料，卫星资料选取日本气象厅提供的葵花9号静止卫星水汽(第8通道，中心波长6.2 μm)和红外(第13通道，中心波长10.4 μm) NC资料，维度范围97˚E~109˚E，26˚N~35˚N，是以四川地区为中心的主要范围，时间分辨率10分钟，空间分辨率2 km。

3. 2023年春末强降水过程的天气学分析

3.1. 2023年4月20~21日区域性暴雨天气形势分析

在2023年4月20日08时~2023年4月21日08时期间，由图2(a)可以知道4月21日08时500 hPa上四川东部至川西处存在西风槽，而西风槽的波动、变化及移动往往会为槽前地区即四川东部地区带来阴雨天气，由于该西风槽的波长较短，属于短波槽，移动较快，持续时间较短，所以预计未来一小段时间可能会为川东地区带来阴雨天气。图2(b)中，来自西伯利亚的冷高压逐渐南下至华北处，冷高压前的冷锋也从山东至朝鲜半岛一带南下至长江中下游平原一带，明显有冷空气南下，此时冷空气正由东北向西南入侵四川地区，南下的冷空气与四川地区原有的暖湿空气交汇，容易为当地带来降水。

在2023年4月20日到4月21日期间(图略)，在4月20日20时700 hPa上在成都附近存在一个呈气旋式辐合的低压系统，当空气呈气旋式辐合时，由于四周的空气向中心流动，气旋在垂直方向上，空气以上升运动为主，空气在上升的过程中逐渐冷却凝结，从而成云致雨，产生降水，所以气旋控制的区域经常以阴雨天气为主，同时成都及其附近地区的温度露点差都在4℃以内，甚至成都站点的温度露点查达到了1℃，温度露点查较小，700 hPa上空气较为饱和，水汽含量充沛，有利于降水产生，除此之外，在4月20日20时850 hPa，4月21日08时700 hPa和4月21日08时850 hPa几个时次和空间层次上，成都及其附近地区的温度露点查都偏小，有利于降水产生，因而预计未来会为当地带来降水天气甚至是强降水天气。

Figure2.Analysis of the weather situation at 08:00 on April 21, 2023 at (a) 500hPa (b) surface

图2.2023年4月21日08时(a) 500 hPa，(b) 地面的天气形势分析

3.2. 2023年5月30~31日强降水天气形势分析

2023年5月30日08时500 hPa上，如图3所示，西太平洋副热带高压强度较大，范围覆盖了大部分的东亚地区，我国东南地区及其四川区域，影响着从印度洋和孟加拉湾往我国的水汽输送的路径和数量，在西太平洋副热带高压的影响下，印度洋和孟加拉湾上的水汽通过西南气流向四川北部输送水汽，为当地带来了有利于降水产生的水汽输送条件。同时，在台湾地区东南处的一个台风也在一定程度上影响着对于四川区域的水汽输送。

在2023年5月30日08时700 hPa和850 hPa上(图略)，在成都附近都存在一处呈气旋式辐合的气流，容易为当地带来降雨天气。同时，成都及其附近区域的温度露点差基本都在5℃以下，整体偏小，700 hPa和850 hPa层次上的空气都比较偏向饱和，水汽含量都较高，都有利于降水。700 hPa和850 hPa上的水汽输送由于受西太平洋副热带高压影响和台风的一定影响下，水汽基本从孟加拉湾处通过西南气流向四川南部及其重庆、贵州等地输送，为这些地区带来了有利的降水条件。

Figure3.Analysis of the weather situation at 08:00 on May 10, 2023 at 500 hPa

图3.2023年5月30日08时500 hPa天气形势分析

对比研究这两次强降水事件，分析影响天气的主要系统，这两次降水都有不同的影响系统，具体分类如表1所示，分别为南海台风和副热带高压。

Table1.Comparison of impact systems for two precipitation processes

表1.两次降水过程的影响系统比较

这两次强降水有不同的影响系统，后续将利用葵花卫星数据，分别分析对流云团的发展过程，再对比分析这两类强降水云团的特征，研究葵花卫星资料在两次强降水过程中的释用。

4. 葵花卫星云图释用

利用葵花卫星B13通道(中心波长10.4 μm)云顶亮温TBB₁₃≤ 238 K或B08通道(中心波长6.2 μm)与B13通道云顶亮温差△TBB < 0 K双阈值指标[7]结合强降水(1小时降水量大于20 mm)地区，来识别对流云团发生地点与时间。根据识别的强降水云，之后再按国家气象中心业务上监测深对流云TBB阈值(−241 K)，将识别的云团首次TBB₁₃低于阈值的时刻作为初生时刻。

4.1. 2023年4月21日和5月31日的降水地区

这两次天气过程中各选取了一个时次的1小时降水量图，如图4所示。在图4(a)中，四川内的降水大多发生在东北处，并且有几处1小时降水量达到了6毫米乃至10毫米以上，达到了大雨、暴雨的级别。图4(b)中，此时四川范围发生降水的地方较少，但在成都以南，四川与云南、贵州的交汇处普遍有降雨，在乐山、宜宾以南有暴雨。

Figure4.Areas of 1-hour heavy precipitation (a) 09:00 at April 21, (b) 23:00 at May 31, 2023

图4.2023年(a) 4月21日09时，(b) 5月31日23时的1小时强降水地区

4.2. 2023年4月20~21日强降水过程的卫星云图特征分析

在2023年4月20日21时至2023年4月21日12时期间，由以上图2(b)的分析中可知，冷空气正在从四川东北部向西南方向侵入，四川东北处有冷锋云系存在，在冷锋云系的西南末端处即成都的东北方向上有对流云团不断发展。在图5(a)~(d)上，川西位置的云团正不断东移。在图5(e)上对流云团还比较分散，从图5(e)到图5(f)，对流云团不断发展汇聚，对流发展旺盛，其位置在成都的东北处，即德阳、绵阳、遂宁、南充一带。综上所述，2023年4月20日21时至21日12时期间，四川东北部的天气情况是由冷空气侵入引起的，伴随着冷锋云系和对流云团的发展。这些对流云团在成都的东北方向上不断发展汇聚，对流发展旺盛，产生了强降水天气，主要影响区域包括德阳、绵阳、遂宁、南充等地。

4.3. 2023年5月30日~31日过程卫星云图特征分析

在2023年5月31日15时~2023年5月31日23时期间，从图6可以看到在四川与重庆交界处，即成都南边区域有对流云团不断发展，在图6(a)~(c)期间，在成都东南处有云团产生并逐渐发展，到了图6(d)时，云团已经发展的比较旺盛，整体十分白亮且水平范围较大，从图6(d)到图6(e)再到图6(f)可以

清楚发现该对流云团还在不断向西北方向延伸，这种延伸的结果与图6(b)的降水区相对应。整体云雾较少，灰暗区域较多，天气比较晴朗，符合四川地区受西太平洋副热带高压控制的特征。

Figure5.Cloud maps for April 2023 at (a) 21:00 on the 20^th, (b) 22:00 on the 20^th, (c) 23:00 on the 20^th, (d) 00:00 on the 21^st, (e) 10:00 on the 21^st, (f) 12:00 on the 21^st

图5.2023年4月(a) 20日21时，(b) 20日22时，(c) 20日23时，(d) 21日00时，(e) 21日10时，(f) 21日12时云图

4.4. 2023年春末两次强降水过程的对比分析

在图7中，对流活动的卫星红外和水汽通道的资料选取空间都在25˚N~35˚N，95˚E~110˚E范围内，一小时降水量资料分别选自蒲江、芦山两个站点的观测资料。图7(a)中，4月20日21时~21日00时期间，红外通道的最低亮温值呈现先增后减的趋势，水汽通道的最低亮温值总体上呈现缓慢增加的趋势，蒲江一小时降水量在21时达到最大值，数值在50毫米左右。图7(b)中，5月31日15时~18时期间，红外通道和水汽通道的最低亮温值总体上都呈现缓慢减小的趋势，芦山一小时降水量在18时达到最大值，数值在5毫米左右。由此可见，当红外和水汽通道的最低亮温达到最低时，一小时降水量达到最大。

Figure6.Cloud maps for 31 May 2023 at (a) 15:00, (b) 16:00, (c) 17:00, (d) 21:00, (e) 22:00, (f) 23:00

图6.2023年5月(a) 31日15时，(b) 31日16时，(c) 31日17时，(d) 31日21时，(e) 31日22时，(f) 31日23时云图

根据环流形势和卫星云图的综合分析可知，2023年4月20日~21日在四川内发生的一次对流活动过程受冷空气侵入影响，在图8(a)中，红外通道上的最低亮温变化幅度较大，表现出先增后减的特征；在图8(b)中，水汽通道上的最低亮温变化呈现增加的趋势。5月30日~31日发生的一次对流活动过程是受西太平洋副热带高压和台风共同影响，在图8(a)中，红外通道上的最低亮温变化呈现逐渐减小的趋势，变化幅度较小；在图8(b)中，水汽通道上的最低亮温变化总体也呈现逐渐减小的趋势，减弱的幅度较大。两次过程的红外亮温和水汽亮温的变化均不同，也对应由不同的环流系统造成的降水过程的差异，这些特征可以对不同环流背景下产生的降水过程有一定的指示意义。

5. 总结

本文通过中国区域多个气象站点的高空观测、地面观测、物理量场等资料分析了研究目标的环流形势，四川的水汽条件等，结合日本的葵花9号卫星的数据及资料分析了2023年春末时期的2次天气过程

Figure7.Infrared, water vapor brightness and precipitation for (a) April 20 at 22:00~21:00 hours and (b) May 31 at 15:00~18:00 hours in 2023

图7.2023年(a) 4月20日22时~21日00时，(b) 5月31日15时~18时的红外、水汽亮温和降水

Figure8.Comparison of two processes (a) infrared bright temperature evolution, (b) water vapor bright temperature evolution

图8.两次过程(a) 红外亮温演变，(b) 水汽亮温演变对比

中的对流活动，得到以下结论：

1) 在春末时期，四川地区发生强降水天气时，偶尔会有冷空气南下，还有是处于西太平洋副热带高压的影响下，在中小尺度上大多受气旋式切边还有短波槽的影响，一般都伴随着良好的水汽输送条件。

2) 在一次2~3天的天气过程期间，在四川范围内一般都存在多个对流活动，不同的对流活动会为附近区域带来降水强度及降水面积不同的降雨，一次对流活动一般存在几到十几个小时，周期较短，对流活动的初生阶段特征较小，导致对观测需求较高。

3) 在探测范围较小的前提下，卫星红外和水汽通道上的最低亮温变化会受到环流形势的影响，环流形势相同时最低亮温变化会比较相似，红外和水汽通道上的最低亮温的变化特征在一定程度上可以判断探测范围地区是否有对流活动和降雨天气。

NOTES

^*通讯作者。

参考文献