2009年夏季黑龍江省三次暴雨過程對(duì)比分析

秦密秋,徐 玥

(1.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱150001;2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱150030)

1 降水概況

2009年6月19日、7月20日和8月17日在黑龍江的南部地區(qū)發(fā)生了3 次暴雨過程。

6月19日黑龍江省的齊齊哈爾、 黑河局部地區(qū)遭受了大暴雨襲擊。19日01-24時(shí)，有9 個(gè)加密雨量站降水量達(dá)到100 mm 以上，74 個(gè)站降水量達(dá)到50 mm 以上，其中，齊齊哈爾曙光鄉(xiāng)的降水量超過150 mm。 此次降水過程的主要降雨時(shí)段集中在19日的01-08時(shí)， 有兩個(gè)雨量站的降水超過100 mm，12 個(gè)雨量站超過60 mm，是黑龍江省2009年入夏以來(lái)的第一次強(qiáng)降水過程。時(shí)間短，降水量大是這次暴雨的主要特點(diǎn)。

7月20日的降水主要發(fā)生在綏化南部地區(qū)，20日00-23時(shí)， 有一個(gè)站降水量超過100 mm，27 個(gè)站降水量>50 mm，以蘭西縣和安達(dá)市的降水量最多，其中蘭西縣的星火鄉(xiāng)降水量最大，為103.7 mm。此次降水過程持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)， 降水量在時(shí)間和空間上分布都比較均勻。

8月17日主要的降水落區(qū)在哈爾濱的東部地區(qū)。17日00-23時(shí)，有一個(gè)站降水量超過100 mm，36個(gè)站降水量≥50 mm， 其中以方正的暴雨點(diǎn)最多，降水量最大， 其中方正縣的永豐鄉(xiāng)降水量最大，為100.5 mm。 此次過程的降水時(shí)段主要集中在17日的14-18時(shí)，4 h 方正縣永豐鄉(xiāng)降水量為73.5 mm，珠河鄉(xiāng)降水量為61.7 mm。

2 大尺度環(huán)流背景

2.1 6月19日環(huán)流形勢(shì)

18日20時(shí)的500 hPa 形勢(shì)場(chǎng)上，黑龍江省處于貝加爾湖西部冷渦前沿較平直的西風(fēng)帶中， 有短波槽活動(dòng)，溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，在內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)有西風(fēng)急流存在。 東北冷渦在東移過程中逐漸增強(qiáng)，19日08時(shí)700 hPa 低空為偏南氣流，最大風(fēng)速超過32 m/s。 850 hPa 高度場(chǎng)上，位于黑龍江省東部的副熱帶高壓西部的偏南氣流攜帶大量水汽北上， 成為暴雨產(chǎn)生的有利水汽通道。

同時(shí)隨著系統(tǒng)東移， 暖鋒西北側(cè)與東移冷空氣相互配合降水產(chǎn)生。 在低空急流頂部的齊齊哈爾有西南風(fēng)與西風(fēng)的輻合，最大風(fēng)速為18 m/s。 齊齊哈爾從02時(shí)開始地面有降水出現(xiàn)。 冷暖空氣交匯，加強(qiáng)少動(dòng)的暖鋒是強(qiáng)降水持續(xù)的主要原因。 此次降水過程主要是在低空西南急流和暖鋒共同作用下產(chǎn)生的。 暴雨落區(qū)主要在高空槽前西南氣流中，急流軸左側(cè)，地面在高低壓過渡帶的暖鋒中。

2.2 7月20日環(huán)流形勢(shì)

20日08時(shí)500 hPa 高度上，東北冷渦中心位于黑龍江省的黑河北部地區(qū)，強(qiáng)度為561 dagpm，副高592 線北部平直位于32°N 附近，穩(wěn)定少動(dòng)，低渦槽前與副高頂部為較平直的偏西氣流。 700 hPa 冷渦中心與500 hPa 相近，槽線位于52°N，130°E-40°N，118°E附近。 20日20時(shí)冷渦東南移動(dòng)，冷渦中心位于哈爾濱北部、綏化南部地區(qū)，即46°N，128°E 附近，冷渦后部有弱冷空氣南下補(bǔ)充。 地面低壓東移北上，降水落區(qū)主要在高空冷渦第四象限，地面低壓的頂部。

穩(wěn)定維持的副高提供充沛的水汽條件， 東北冷渦后部弱冷空氣的補(bǔ)充是暴雨的觸發(fā)機(jī)制。 冷渦周圍云系旋轉(zhuǎn)經(jīng)過綏化南部地區(qū)， 連續(xù)不斷的降水產(chǎn)生局地暴雨。

2.3 8月17日環(huán)流形勢(shì)

17日08時(shí)，500 hPa 高度上為兩渦一脊形勢(shì)，黑龍江省為高空暖脊控制，20時(shí)系統(tǒng)東移，鄂海冷渦減弱消失，黑龍江省處于高空槽前西南氣流控制下，暖濕氣流強(qiáng)盛， 高空槽前氣流輻合。 700 hPa 暖脊東移，冷渦前部控制黑龍江省中西部地區(qū)，槽前氣流輻合，偏南氣流與偏西氣流交匯。 850 hPa 高度上，152 dagpm 線沿著120°E 北上， 給降水區(qū)帶來(lái)充足的水汽。 地面處于低壓倒槽頂部向東北方向延伸的過渡帶中，低壓北部氣流輻合區(qū)。 降水落區(qū)主要在槽前氣流輻合、低渦北部風(fēng)切變、地面倒槽區(qū)域內(nèi)。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 水汽及動(dòng)力條件分析

3.1.1 水汽通量和水汽通量散度

暴雨的產(chǎn)生需要大量的水汽， 其產(chǎn)生源地的水汽主要是通過大規(guī)模的水平氣流輸送到暴雨區(qū)的，而水汽輸送量的大小則用水汽通量表示。 6月19日08時(shí),850 hPa 暴雨區(qū)處于南部水汽通量高值區(qū)下游，該水汽通量高值區(qū)位于吉、遼、蒙三省交界處，中心值達(dá)32 g/(s·cm·hPa)， 暴雨區(qū)值為16 g/(s·cm·hPa)；7月20日08時(shí),850 hPa 受西南氣流影響暴雨區(qū)也在水汽通量高值區(qū)下游， 該水汽通量高值區(qū)位于（42°N，125°E）附近，中心值達(dá)18 g/(s·cm·hPa)，暴雨區(qū)值為2 g/(s·cm·hPa)，20日20時(shí)水汽通量逐漸減弱；8月17日08時(shí),850 hPa 水汽通量場(chǎng)中， 暴雨區(qū)處于兩個(gè)水汽通量高值區(qū)中間， 其中位于遼寧境內(nèi)的水汽通量高值區(qū)是此次暴雨過程的主要水汽輸送源地，中心值達(dá)16 g/(s·cm·hPa)，暴雨區(qū)值為7 g/(s·cm·hPa)。

暴雨的產(chǎn)生除了考慮水汽輸送條件， 同時(shí)還要考慮氣流的輻合情況， 尤其是低層的水汽輻合是形成暴雨的重要條件之一。 在水汽通量散度場(chǎng)上，6月19日08時(shí),水汽輻合區(qū)位于齊齊哈爾北部、黑河南部，暴雨區(qū)正位于水汽輻合中心區(qū)，水汽通量散度值為-28 g/(s·cm2·hPa)；7月20日08時(shí),850 hPa 兩個(gè)水汽輻合區(qū)分別位于（42°N，128°E）和（50°N，132°E）附近，暴雨區(qū)位于兩水汽輻合區(qū)的中心軸上，水汽通量散度值大約為-15 g/(s·cm2·hPa)；8月17日08時(shí)850 hPa 水汽輻合區(qū)位于黑龍江省西部地區(qū)，而暴雨區(qū)處于水汽輻散區(qū)， 水汽通量散度為10 g/(s·cm2·hPa)，在暴雨發(fā)生前后暴雨區(qū)一直處于水汽輻散區(qū)。

3.1.2 假相當(dāng)位溫

通過分析700 hPa 和850 hPa 的假相當(dāng)位溫發(fā)現(xiàn)，6月19日08時(shí)和7月20日08時(shí)暴雨區(qū)南部均有高能區(qū)，700 hPa 能量中心分別為68 ℃和60 ℃，并且向著暴雨區(qū)方向延伸， 而8月17日08時(shí)暴雨區(qū)則處于能量低值區(qū)過渡帶，能量值低。 850 hPa 上，三日的暴雨區(qū)均處于能量高能區(qū)延伸出的高能舌上，6月19日的高能區(qū)位于華北地區(qū)， 而7月20日和8月17日的高能區(qū)則位于我國(guó)東部洋面上。

6月19日高能區(qū)自西南方北上進(jìn)入黑龍江省西南部，移動(dòng)路徑經(jīng)向度大，能量鋒區(qū)明顯并占據(jù)主導(dǎo)地位。7月20日高能區(qū)在東移北上時(shí)偏東分量較大，能量區(qū)移動(dòng)路徑明顯偏南，能量鋒區(qū)不明顯，高能量占據(jù)優(yōu)勢(shì)。8月17日高能區(qū)的路徑也是東移北上，偏東分量大，低能舌東移南下，能量鋒區(qū)很不明顯。3.1.3 垂直速度

大氣中的能量轉(zhuǎn)換主要是通過垂直運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 垂直速度是衡量大氣垂直運(yùn)動(dòng)的一個(gè)物理量，垂直運(yùn)動(dòng)造成的水汽、能量、動(dòng)量、渦度等物理量的垂直輸送是天氣系統(tǒng)的發(fā)展的重要因素。 6月19日08時(shí)500、700、850 hPa 垂直速度上，暴雨落區(qū)垂直速度值均為負(fù)值，且處于負(fù)值中心區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。7月20日08時(shí)500、700、850 hPa 垂直速度上，暴雨落區(qū)垂直速度值均為負(fù)值， 但是暴雨落區(qū)處于負(fù)值邊緣區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)較6月19日弱。 8月17日暴雨落區(qū)處于垂直速度正、負(fù)值過渡區(qū)，垂直速度大約為0 hPa/h，垂直速度很弱。 從700 hPa 垂直速度上，暴雨區(qū)的垂直速度分別為-70 hPa/h、-20 hPa/h 和0 hPa/h。

3.1.4 渦度場(chǎng)

大氣的大尺度運(yùn)動(dòng)基本上是渦旋運(yùn)動(dòng)， 實(shí)踐證明，500 hPa 渦度場(chǎng)能較好的描述大氣運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。通過對(duì)各層大氣渦度場(chǎng)的分析發(fā)現(xiàn)，6月19日08時(shí)500 hPa 以下暴雨區(qū)均為正渦度中心控制，正渦度中心強(qiáng)度強(qiáng)，渦度梯度大，300 hPa 以上轉(zhuǎn)為負(fù)渦度。 7月20日08時(shí)500 hPa 以下暴雨區(qū)均處于正渦度邊緣，正渦度中心強(qiáng)度較弱，渦度梯度小，250 hPa 以上轉(zhuǎn)為負(fù)渦度。 8月17日08時(shí),700 hPa 以上暴雨落區(qū)為負(fù)渦度，850 hPa 以下為正渦度區(qū)，且渦度層淺薄。

3.2 不穩(wěn)定場(chǎng)分析

3.2.1 6月19日

分析齊齊哈爾探空站T-logP 圖，18日20時(shí)正能量區(qū)明顯， 700 hPa 高度以下水汽條件充沛，700 hPa 以上水汽含量較低， 大氣層結(jié)表現(xiàn)為 “上干下濕”，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。 19日08時(shí)，正能量區(qū)消失，500 hPa 高度以下均為高濕度區(qū)，此時(shí)強(qiáng)降水過程已經(jīng)減弱。 同時(shí)風(fēng)向由底層的西南風(fēng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為高層的西北風(fēng)， 暖濕空氣占主導(dǎo)地位，隨著冷渦的東移,低空的風(fēng)速明顯增強(qiáng)。

3.2.2 7月20日

分析伊春探空站T-logP 圖，19日20時(shí)正能量區(qū)不明顯，低層水汽飽和度不高，物理量符合不穩(wěn)定大氣層結(jié)特點(diǎn)。 20日08時(shí)正能量沒有明顯增加，600 hPa 高度以下水汽條件轉(zhuǎn)好，k 指數(shù)增強(qiáng)，θse850-θse500和沙氏指數(shù)SI 表明大氣層結(jié)處于較弱的穩(wěn)定狀態(tài)。 整體看來(lái)， 大氣層結(jié)還是處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，降水也以穩(wěn)定性降水為主。

3.2.3 8月17日

分析哈爾濱探空站17日08時(shí)的T-logP 圖發(fā)現(xiàn)，700 hPa-500 hPa 高度上有明顯的正能量區(qū)，500 hPa 高度以下水汽條件較差，風(fēng)向由低層的南風(fēng)逐漸向高層順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)， 物理量指數(shù)表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定， 綜合分析表明， 會(huì)有局地對(duì)流天氣出現(xiàn)。17日20時(shí)，正能量區(qū)消失，大氣層結(jié)不穩(wěn)定指標(biāo)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)， 降水也較16-18時(shí)的強(qiáng)降水有明顯減弱。 三次過程的物理量對(duì)比見表1。

4 雷達(dá)回波特征

表1 物理量指數(shù)對(duì)比

4.1 6月19日

18日23時(shí)，齊齊哈爾北部不斷有較強(qiáng)的塊狀回波交替生消， 新生回波沿西北-東南向線性排列，以30 km/h 的速度向東北移動(dòng)，西南邊界處有層狀云回波向東北方向移動(dòng)，逐漸進(jìn)入觀測(cè)范圍。 19日00時(shí)30 分，齊齊哈爾北部的對(duì)流回波加強(qiáng)，并聯(lián)結(jié)成一條長(zhǎng)210 km，寬10 km 的強(qiáng)回波帶，回波帶中有對(duì)流單體，對(duì)流回波持續(xù)時(shí)間很短，降水量不大。

對(duì)流回波帶在向東北移動(dòng)時(shí)逐漸減弱， 齊齊哈爾附近不斷有回波產(chǎn)生，強(qiáng)度在40 dBz 左右。同時(shí)從西南方向進(jìn)入觀測(cè)范圍的層狀回波面積進(jìn)一步擴(kuò)大，回波強(qiáng)度由十幾dBz 增到35 dBz 左右，至04時(shí)已經(jīng)形成大面積的混合性降水回波， 強(qiáng)回波維持在37 dBz 左右，有“零度層亮帶”。 混合云回波較強(qiáng)的降水效率產(chǎn)生了局地暴雨，富?？h的塔哈1 h 降水量達(dá)到54.5 mm，二道灣為32.7 mm。 08時(shí)左右回波強(qiáng)度逐漸減弱為層狀云回波。

在速度圖上，02時(shí)齊齊哈爾北部的對(duì)流回波中有風(fēng)場(chǎng)輻合和“逆風(fēng)區(qū)”，同時(shí)在0.3 km 和6 km 高度處有強(qiáng)速度中心， 速度分別達(dá)到20 m/s 和16.9 m/s，表明有急流的存在。 至04時(shí)速度特征比較穩(wěn)定，風(fēng)場(chǎng)比較均勻，速度中心逐漸增大，在1.1 km 和3 km高度處速度均為27.5 m/s，有“牛眼”和“速度模糊”出現(xiàn)，這是典型的急流速度場(chǎng)特征。 同時(shí)，高空急流的高度逐漸降低，高空急流的能量下傳，此時(shí)地面降水強(qiáng)度最大。

降水回波逐漸從混合云回波減弱為層狀云，速度分布均勻，“牛眼”和“速度模糊”越發(fā)清晰，08時(shí)最大來(lái)向風(fēng)速和去向風(fēng)速分別達(dá)到33 m/s 和22.6 m/s，急流特征顯著，零速度線呈“S”型彎曲。

4.2 7月20日

從1.5°仰角的PPI 上可以看出，從7月20日02時(shí)開始， 在測(cè)站的西南向有混合性降水回波進(jìn)入觀測(cè)范圍，回波強(qiáng)度在35 dBz 左右，強(qiáng)度均勻，前沿整齊，在低壓前部西南氣流引導(dǎo)下，以30 km/h 的速度向東北方向移動(dòng)。 東移北上過程中回波前部不斷有穩(wěn)定回波生成，05時(shí)觀測(cè)范圍內(nèi)已布滿混合性降水回波，回波整體結(jié)構(gòu)松散，但是較強(qiáng)的回波中心還是清晰可見的。 此時(shí)地面有降水出現(xiàn)。 到10時(shí)回波結(jié)構(gòu)緊密，強(qiáng)回波中心面積明顯增大，強(qiáng)度增強(qiáng)，達(dá)到40 dBz 以上，地面降水強(qiáng)度增強(qiáng)。 此時(shí)暴雨區(qū)仍處于系統(tǒng)前部，受西南氣流影響，給暴雨區(qū)帶來(lái)第一波強(qiáng)降水。 隨著低渦東移，地面低壓后部進(jìn)入觀測(cè)范圍，從11時(shí)開始， 回波移動(dòng)方向由東北方轉(zhuǎn)為東南方，受低空氣流影響的降水回波從低壓后部再次進(jìn)入，給暴雨區(qū)帶來(lái)第二波降水。 此次降水過程仍為混合性降水回波，回波面積不大，持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)度很大，帶狀的回波中有明顯的對(duì)流塊， 強(qiáng)度達(dá)到50 dBz 左右。 至18時(shí)回波逐漸減弱消散，但氣旋式旋轉(zhuǎn)明顯，在低壓后部不斷有弱的降水回波生成。

徑向速度圖上混合性回波特征明顯，速度分布均勻穩(wěn)定，在強(qiáng)回波處有速度輻合和“逆風(fēng)區(qū)”，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)有較弱的速度中心區(qū)，在05時(shí)6°仰角上“牛眼”結(jié)構(gòu)最為明顯，最大風(fēng)速分別為12 m/s 和-8 m/s。

4.3 8月16日

此次降水過程也是混合性降水回波產(chǎn)生的，回波范圍不大， 但是回波強(qiáng)度較強(qiáng)， 典型的 “絮狀回波”，中心強(qiáng)度較強(qiáng)。 從17日凌晨開始就有混合回波進(jìn)入觀測(cè)范圍，以60 km/h 的速度自西南向東北方向移動(dòng)，回波在移動(dòng)過程中伴隨生消演變。12時(shí)第一塊混合云回波位于測(cè)站東北方向60-90 km 范圍內(nèi)，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度最大50 dBz 左右。 13時(shí)回波強(qiáng)度減弱為較穩(wěn)定的回波，回波強(qiáng)度在40 dBz 左右，產(chǎn)生第一次降水， 同時(shí)在觀測(cè)站北部開始有新的混合性回波生成并迅速加強(qiáng)， 測(cè)站正南方有對(duì)流單體東移北上減弱為混合回波， 移動(dòng)過程中兩者不斷有新的回波生成，共同構(gòu)成呈南北走向的帶狀混合性回波，大于40 dBz 的強(qiáng)回波中心面積大，降水效率高，正是地面暴雨的主要降水時(shí)段。 隨著回波減弱移出，暴雨區(qū)的降水回波以層狀云回波為主，降水強(qiáng)度減弱。

雖然此次過程回波比較零散， 但整體上速度結(jié)構(gòu)仍很清晰。 1.5°仰角徑向速度圖上底層為“S”型彎曲，高層為反“S”型彎曲，徑向速度大，有“速度模糊”和“牛眼”，16時(shí)6°仰角最大徑向速度為27 m/s 和-24 m/s。 同時(shí)伴有“逆風(fēng)區(qū)”和速度輻合。