齊齊哈爾6月19日暴雨成因分析

祝玉梅，周顯偉，申艷美

（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

齊齊哈爾6月19日暴雨成因分析

祝玉梅，周顯偉，申艷美

（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

利用常規(guī)觀測資料、黑龍江省地面加密雨量點(diǎn)資料、國家氣象衛(wèi)星中心FY-2C衛(wèi)星TBB資料、NCEP再分析資料和齊齊哈爾雷達(dá)回波資料對2009年6月19日齊齊哈爾地區(qū)暴雨過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：高低空急流相耦合不斷給暴雨區(qū)高層輸送冷干空氣和低層輸送暖濕空氣，大氣中不穩(wěn)定能量增加聚集，在能量鋒和氣旋輻合上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)條件下，中尺度對流云系不斷發(fā)展，暴雨區(qū)云頂TBB在-55℃以下，與高能量區(qū)對應(yīng)；大暴雨區(qū)云頂TBB在-60℃以下，與高能量中心相對應(yīng)；大暴雨區(qū)雷達(dá)回波反射率因子有明顯的弱回波區(qū)，徑向速度圖上有γ中尺度氣旋式輻合區(qū)和“逆風(fēng)區(qū)”。

暴雨；不穩(wěn)定能量；γ中尺度氣旋式輻合；逆風(fēng)區(qū)

1 引言

暴雨始終是氣象工作者們關(guān)注焦點(diǎn)之一，也對它進(jìn)行了大量的研究，并取得了許多豐碩的成果。研究表明暴雨的發(fā)生發(fā)展是在一定的大尺度環(huán)流背景下由中尺度對流系統(tǒng)直接觸發(fā)而產(chǎn)生的[1]。高低空急流在暴雨的發(fā)生、發(fā)展以及增幅中起著至關(guān)重要的作用。林毅等[2]研究了高低空急流在閩西北大暴雨過程中的作用。王麗榮等[3]利用多普勒天氣雷達(dá)提供的垂直風(fēng)廓線(VWP)產(chǎn)品計(jì)算了風(fēng)暴相對螺旋度(SRH)并對多個(gè)個(gè)例進(jìn)行了研究。

2009年6月19日00:00至20:00全區(qū)有59個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過50.0 mm，其中有5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過100.0 mm，最大雨量出現(xiàn)在克山曙光，為153.2 mm。全市平均雨量達(dá)到50.9 mm。由于部分縣鎮(zhèn)降雨強(qiáng)度大、時(shí)間長，致使許多鄉(xiāng)村農(nóng)田被淹和房屋倒塌，路面、橋涵、排水設(shè)施、樹木、花卉等城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施損毀,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人民財(cái)產(chǎn)安全帶來了較嚴(yán)重的影響。本文利用常規(guī)觀測資料、黑龍江省地面加密雨量點(diǎn)資料、國家氣象衛(wèi)星中心提供的FY-2C衛(wèi)星TBB資料、NCEP再分析資料和齊齊哈爾雷達(dá)回波資料對2009年6月19日齊齊哈爾地區(qū)暴雨過程進(jìn)行分析，試圖找出此類天氣的形成機(jī)理，為今后的暴雨天氣提供有益的預(yù)報(bào)思路。

2 天氣形勢場特征

2009年6月19日00：00～20：00降水量分布，此次過程是在有利的環(huán)流背景下發(fā)生的。2009年6月18日20:00（見圖1），500 hPa高度場上歐亞中高緯地區(qū)為兩槽兩脊型，烏拉爾山西側(cè)為一深槽，東側(cè)為高脊一直北伸到新地島，而貝加爾湖以西52～60°N為一冷渦，其南為一深槽，使冷空氣從北冰洋一直輸送到貝加爾湖南側(cè)，日本海和黑龍江省東部為一弱脊，阻止冷空氣東移，使冷空氣在大興安嶺南麓西側(cè)堆積。200 hPa風(fēng)場(圖略)上看，蒙古國和我國內(nèi)蒙古交界處為一條準(zhǔn)東西向強(qiáng)勁西風(fēng)急流，最大風(fēng)速在70 m/s以上。在850 hPa風(fēng)場上有渤海經(jīng)遼寧到吉林西北部存在著低空急流，在925 hPa風(fēng)場(圖略)上有山東半島經(jīng)渤海遼寧到吉林西北部存在著超低空急流，急流中心風(fēng)速在16 m/s以上。與高空低渦相配合的是蒙古氣旋，中心位于貝加爾湖南側(cè)（47°N，108°E）。

圖1 6月18日20時(shí)實(shí)況圖(實(shí)線為500 hPa等高線，風(fēng)向風(fēng)速為850 hPa風(fēng)場)

19日08:00 500 hPa形勢場歐亞中高緯度環(huán)流形勢無明顯變化，但是聚集的冷空氣向東南已經(jīng)擴(kuò)散到黑龍江省西部齊齊哈爾地區(qū)，200 hPa高空急流東伸到吉林西北部，低空急流和超低空急流北伸到黑龍江西南部，齊齊哈爾處于高低空急流終端的左側(cè)，高低空急流相耦合，有氣旋性切變和偏差風(fēng)輻合，有利于地面氣旋的發(fā)展，對暴雨形成和維持十分有利?？梢?，高空槽、高低空急流和地面氣旋是齊齊哈爾地區(qū)暴雨的主要影響系統(tǒng)。

3 衛(wèi)星云圖分析

利用氣象衛(wèi)星云圖能夠直觀地看到各種天氣系統(tǒng)下產(chǎn)生的云系演變情況，同時(shí)也可以幫助識(shí)別云系對應(yīng)的天氣系統(tǒng)[4]。本文利用每小時(shí)一次的FY-2C衛(wèi)星資料，對這次暴雨進(jìn)行初步分析。18日20:00紅外云圖（見圖2）上，在內(nèi)蒙古的東北部和吉林交界處有一西北東南向的對流云帶，尺度較小，強(qiáng)度不強(qiáng)。隨著高空急流東伸和低空急流北抬，在齊齊哈爾雷達(dá)站北25 km處開始有對流單體生成，并逐漸北移擴(kuò)大發(fā)展和西南移來的對流云帶合并加強(qiáng)，19日01:00（圖3）在齊齊哈爾站北50 km處形成一條水平尺度約250 km東西向?qū)α髟茙?，云頂亮溫（最低或整個(gè)云團(tuán)，下同）TBB=-55℃，此時(shí)齊齊哈爾部分地區(qū)開始產(chǎn)生降水。在19日04:00（圖4），由于超低空急流向暴雨區(qū)不斷輸送大量的水汽和不穩(wěn)定能量致使對流混合云團(tuán)發(fā)展達(dá)到最旺盛階段，云頂發(fā)展得更高，云頂亮溫TBB=-65℃，云團(tuán)冷云面積大幅度增加，TBB≤55℃云罩面積約7×104km2，覆蓋齊齊哈爾北部和東北部，強(qiáng)降水在云頂亮溫TBB低值中心，莽格吐03:00～04:00降雨量為40mm，曙光03:00～04:00降雨量為36.8 mm。19日07時(shí)（見圖5），隨著高空急流轉(zhuǎn)向和低空急流被阻斷，暴雨區(qū)的水汽輸送減弱，對流混合體也開始減弱東移，冷云面積減小，云頂亮溫TBB低值中心由-65℃升到-55℃，說明對流開始減弱，19日10:00對流云團(tuán)主體移出齊齊哈爾地區(qū)，齊齊哈爾暴雨區(qū)主體降水過程結(jié)束。

圖2 18日20：00TBB圖(單位℃)

圖3 19日01：00TBB圖(單位℃)

圖4 19日04：00TBB圖(單位℃)

圖5 19日07：00TBB圖(單位℃)

4 探空資料分析

由2009年6月18日20:00強(qiáng)對流活動(dòng)區(qū)附近齊齊哈爾探空站上空的溫、濕、風(fēng)的特征（圖6）可知，CAPE（濕對流有效位能）為 769.1 J·kg-1，K 指數(shù) 35 ℃，沙氏指數(shù)-2.68，層結(jié)不穩(wěn)定；計(jì)算各種對流參數(shù)可得，850與500 hPa的溫度差達(dá)到26℃，θse（850 hPa～500 hPa）達(dá)到 13.85 ℃，大氣上冷下暖的結(jié)構(gòu)非常明顯；500 hPa以下風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有暖平流活動(dòng)，高層偏西北風(fēng)輸送的干冷空氣與低層偏南暖濕空氣在齊齊哈爾北部疊加，大氣層結(jié)不穩(wěn)定加劇，為對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供較大的不穩(wěn)定能量、水汽條件和觸發(fā)條件。

從降水前18日18時(shí)地面θse分布圖（圖7）上可以看出，θse分布不均勻，有一條呈東北西南走向高能量帶，有兩個(gè)高能量中心分別在兩個(gè)大暴雨中心南側(cè)，隨著時(shí)間的推移能量在積累增強(qiáng)同時(shí)并逐漸向北發(fā)展，這位不穩(wěn)定能量聚集和對流不穩(wěn)定層結(jié)的建立奠定了基礎(chǔ)[5]。

圖6 6月18日20：00齊齊哈爾探空站T-logp圖

圖7 18日18：00地面 θse分布圖

5 雷達(dá)反射率產(chǎn)品分析

分析這次暴雨過程的反射率產(chǎn)品，時(shí)間長、強(qiáng)度大混合性降水回波是造成這次齊齊哈爾地區(qū)暴雨過程的主要因素。自6月18日23：07（圖略）雷達(dá)站東北方25 km處開始有強(qiáng)度為35 dBz對流單體生成，并且在北移過程中迅速發(fā)展加強(qiáng)。到19日00：03（圖略）對流單體發(fā)展成45 dBz對流性單體群，雷達(dá)站西方有層狀云回波移入，在19日01：05（見圖8a）新生對流單體群和移來的層狀云合并形成一條多個(gè)強(qiáng)度中心為50 dBz、東西向的強(qiáng)回波帶，回波頂高在9 km左右，這時(shí)雷達(dá)能探測到的大暴雨區(qū)（富裕、莽格吐、巨寶）降水開始。從平均徑向速度圖上可以看出，02：00（見圖8c）出現(xiàn)了 中尺度氣旋式輻合流場[6]，對流發(fā)展旺盛，雷達(dá)回波中心達(dá)到55 dBz，云頂高度升高，45 dBz強(qiáng)度回波頂高達(dá)9 km左右，降雨強(qiáng)度和面積開始迅速增大。隨降水回波迅速發(fā)展輻合，02：28出現(xiàn)一明顯中尺度逆風(fēng)區(qū)（大片正速度區(qū)內(nèi)的負(fù)速度區(qū)），如圖（見圖8d）中不同高度的反射率因子和徑向速度圖，各圖中箭頭指向是同一位置，低仰角1.5°、2.4°的PPI上反射率因子均在40 dBz左右，而對應(yīng)5.3°仰角PPI上反射率因子在50 dBz以上，有明顯的弱回波區(qū)，與中尺度逆風(fēng)區(qū)相對應(yīng)，即為輻合上升區(qū)。逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)說明此地將有強(qiáng)降水出現(xiàn)[7],這段時(shí)間正是大暴雨區(qū)降水強(qiáng)度達(dá)最大時(shí)段，富裕本站一小時(shí)降雨量達(dá)40 mm。19日05：05（圖9b）回波呈大片的層狀云回波中鑲嵌對流單體群或?qū)α鲉误w帶，對流強(qiáng)度開始減弱，回波最大反射率強(qiáng)度在35 dBz左右，對流單體對應(yīng)的回波頂高在6 km左右。之后，回波緩慢向東北方向移動(dòng)同時(shí)強(qiáng)度繼續(xù)減弱，11：00回波基本移出齊齊哈爾雷達(dá)站監(jiān)視范圍。

圖 8 2009年 6月 19日(a)01∶05時(shí)和(b)05∶05時(shí)1.5°仰角反射率因子(c)02∶00時(shí)1.5°徑向速度圖

6 結(jié)論

(1)此次強(qiáng)降水過程的主要影響系統(tǒng)是高空槽、高空急流、低空急流、超低空急流和地面氣旋。高低空急流相耦合不斷給齊齊哈爾暴雨區(qū)高層輸送冷干空氣和低層輸送暖濕空氣，產(chǎn)生中尺度對流云系，云頂TBB在-55℃以下，大暴雨區(qū)對應(yīng)云頂TBB在-60℃以下。

(2)暴雨天氣發(fā)生在不穩(wěn)定大氣中，低層暖濕，高層干冷。地面能量鋒和氣旋輻合上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)對流不穩(wěn)定能量釋放，使高能量區(qū)產(chǎn)生暴雨，高能量中心產(chǎn)生大暴雨天氣。

(3)雷達(dá)觀測對流混合性回波面積大、強(qiáng)度強(qiáng)、移動(dòng)緩慢是造成齊齊哈爾地區(qū)普遍產(chǎn)生暴雨的主要原因。在回波移動(dòng)過程中有新生回波生成加入，是造成大暴雨區(qū)的主要原因；大暴雨區(qū)反射率因子有明顯的弱回波區(qū)，徑向速度圖上有 中尺度氣旋式輻合區(qū)和“逆風(fēng)區(qū)”。

[1]陶詩言.中國之暴雨[M].科學(xué)出版社,1980：51-64.

[2]林毅,劉銘,劉愛鳴.高低空急流在閩西北大暴雨過程中的作用及數(shù)值模擬［J］.氣象科學(xué),2006,26(4):449-455.

[3]王麗榮,胡志群,匡順?biāo)?應(yīng)用雷達(dá)產(chǎn)品計(jì)算風(fēng)暴相對螺旋度［J］.氣象,2006,32(4):45-51.

[4]呂江津，王慶元，楊曉君.海河流域一次大到暴雨天氣過程的預(yù)報(bào)分析［J］.氣象，2007，33（10）：52-60.

[5]何群英，東高紅，賈慧珍，等.天津一次突發(fā)性局地大暴雨中尺度分析［J］.氣象，2009，35（7）：16-22.

[6]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用［M］.氣象出版社，2006：53-61.

[7]伍志方，葉愛芬，胡勝，等.中小尺度天氣系統(tǒng)的多普勒統(tǒng)計(jì)特征［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2004，20（4）：391-400.

Analysis of Cause of the Heavy Rainfall On 19 June In Qiqihar

ZHU Yu-mei，ZHOU Xian-wei，SHEN Yan-mei
(Meteorology Bureau of Qiqihar,Heilongjiang Qiqihar 161006)

Based on conventional observation data,encryption rainfall in Heilongjiang Province,TBB of FY-2C of the State Meteorological Satellite Center,NCEP reanalysis data and Qiqihar weather radar data,the heavy rainfall on 19 June 2009 in Qiqihar is analyzed.Results show that the coupling high and low level jet continuously transport dry-cool air and warm-wet air to rainfall area,which make instability energy in atmosphere increasing.The energy front and cyclone convergence rise trigger the meso-scale convective cloud unceasing development.The convective cloud top area TBB below-55℃ corresponding the high-energy area,and TBB below-60℃ corresponds to high energy center.Radar reflectivity of Heavy rain area has obvious weak echo area.There are meso-cyclone type convergence and converse wind area on the radial velocity diagram.

Heavy rainfall；Instability energy；meso-cyclone type convergence ；converse wind area

∶P458.1+21.1

∶A

1002-252X(2010)03-0001-03

2010-6-6

祝玉梅（1983-），女，齊齊哈爾市訥河市人，西華師范大學(xué)，本科生，助理工程師.