黑龍江省一次區(qū)域性暴雨過程分析

劉亞玲，姜曉雪，劉艷霞，孫鵬飛

（1.青岡縣氣象局，黑龍江 青岡151600；2.肇東市氣象局，黑龍江 肇東151100）

1 引言

黑龍江省北部、東部以黑龍江、烏蘇里江為界，與俄羅斯相望；西部以大興安嶺與內(nèi)蒙古自治區(qū)毗鄰；南部與吉林省接壤，位于121°11′-135°05′E，43°25′-53°33′N，是我國最東最北的省。 黑龍江省年平均降水量400-600 mm， 每年7月中旬到8月下旬雨帶移到我國東北地區(qū)，形成本地區(qū)的雨季，東北地區(qū)的汛期降水具有時(shí)間短，強(qiáng)度大，局地性強(qiáng)等特征。 常常會(huì)帶來重大災(zāi)害性的損失。但是暴雨過程同時(shí)帶來了充足的降水， 對干旱等氣象災(zāi)害有很好的緩解作用。 對暴雨過程的研究有利于更好地把握暴雨過程的特點(diǎn)，趨利避害，更充分的利用暴雨帶來的有利一面。

陶詩言[1]早在1980年出版的《中國之暴雨》一書中就對中國的暴雨進(jìn)行比較詳細(xì)的分析。指出西風(fēng)環(huán)流、副熱帶環(huán)流和熱帶環(huán)流是影響我國暴雨的主要大氣環(huán)流形勢。 孫力[2]統(tǒng)計(jì)得出: 大約有77%的東北冷渦與東亞地區(qū)阻塞高壓的發(fā)展變化有關(guān), 并且這一類冷渦的持續(xù)時(shí)間也比一般冷渦的生命周期平均長2.1 d。 研究認(rèn)為, 東亞季風(fēng)在我國中高緯度地區(qū)建立前（季風(fēng)雨季開始前）該地區(qū)有一個(gè)水汽和能量的積累過程， 這個(gè)積累過程不僅與低緯和熱帶地區(qū)水汽的向北輸送有關(guān), 也與副熱帶地區(qū)的水汽（轉(zhuǎn)運(yùn)站）相聯(lián)系, 季風(fēng)雨季的出現(xiàn)則是一個(gè)已積累的水汽和能量加以釋放的過程, 水汽與能量積累的減弱或消失, 意味著季風(fēng)雨季的結(jié)束。 孫力[3-4]、劉景濤[5]和白人海等[6]在分析1998年松花江和嫩江流域洪澇災(zāi)害的成因時(shí)也指出, 1998年松嫩流域大暴雨過程的出現(xiàn)是在東亞阻塞形勢穩(wěn)定和東北冷渦天氣系統(tǒng)長期維持等特定的環(huán)流條件下形成的, 甚至還與前期厄爾尼諾及青藏高原多雪等背景有密切關(guān)系, 是多尺度環(huán)流與系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。 但是, 造成大暴雨的關(guān)鍵是由于亞洲季風(fēng)水汽的輸送和輻合, 輸送到松嫩流域的水汽甚至可以追溯到印度洋并與索馬里附近的越赤道氣流有關(guān), 降水的階段性和持續(xù)性變化還受到低緯和熱帶地區(qū)暖濕大氣低頻振蕩向北傳播的調(diào)制。

2 天氣實(shí)況及災(zāi)情

受蒙古氣旋東移的影響，2012年7月28日20時(shí)-29日20時(shí)， 黑龍江省自西向東出現(xiàn)了自入汛以來范圍最廣、強(qiáng)度最強(qiáng)的區(qū)域性暴雨天氣過程。特別是綏化地區(qū)10 個(gè)縣站有6 個(gè)站出現(xiàn)暴雨，3 個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，其中綏化降雨量達(dá)139.7 mm，并創(chuàng)下歷史同期單日降雨量最大值，慶安119.8 mm，肇東108.5 mm。 強(qiáng)雨帶分布呈東北-西南向， 主要位于綏化中南部， 另外西南部普降大到暴雨，西北部普降中到大雨，全市平均降雨量為66.3 mm。此次降雨過程范圍廣、雨強(qiáng)大。 主要災(zāi)情有：倒塌房屋36戶，進(jìn)水房屋270 間，被淹農(nóng)田23000 公頃，經(jīng)濟(jì)損失約9000 萬元。

3 環(huán)流形勢特征

3.1 高空環(huán)流形勢

在環(huán)流形勢上看出，28日08時(shí)副高已經(jīng)北抬，副高脊線位于35°N 附近，同時(shí)烏拉爾山附近有一強(qiáng)冷渦低值中心發(fā)展，在日本海地區(qū)為弱的高壓控制，同時(shí)東西伯利亞有低槽的西退。 在28日20時(shí)500 hPa 環(huán)流圖上，副高脊線位于35°N 附近，東亞中高緯度地區(qū)（40°N 以北）多低渦活動(dòng)。 內(nèi)蒙古東部地區(qū)和貝加爾湖附近地區(qū)分別有兩個(gè)低渦，同時(shí)在鄂霍次克海以北的極圈附近為冷渦，從冷渦底部有一低槽伸向黑龍江北部地區(qū)， 引導(dǎo)冷空氣南下與內(nèi)蒙古東部地區(qū)低渦前部的暖濕氣流在黑龍江省西南部地區(qū)交綏，造成大范圍的暴雨天氣。 29日20時(shí)，內(nèi)蒙古東部地區(qū)的低渦向東北方向移動(dòng)與冷渦底部伸展到黑龍江省北部地區(qū)的低槽合并， 合并后其強(qiáng)度增強(qiáng)，由570 dagpm 降低到566 dagpm， 低渦中心位于綏化北部，暴雨出現(xiàn)在低渦前部。 30日20時(shí)，低渦中心移至黑龍江省東北部，綏化地區(qū)的降水過程趨于結(jié)束。

3.2 中低層系統(tǒng)分析

對流層低層850 hPa 上， 低渦東移發(fā)展加強(qiáng)，28日20時(shí)，低渦中心位于內(nèi)蒙古東北部，低渦前側(cè)為偏南風(fēng)急流，從海上向暴雨區(qū)輸送水汽和熱量，并在黑龍江省西南部的暖濕切變線處強(qiáng)烈的輻合上升， 低渦中心和切變線附近出現(xiàn)大范圍的暴雨、大暴雨。隨后暴雨區(qū)隨低渦向東北方向移動(dòng)，到29日20時(shí)，低渦中心移至黑龍江省中部地區(qū)，其前部的偏南急流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂洗箫L(fēng)（風(fēng)速≥10 m/s），水汽條件減弱，暴雨出現(xiàn)在低渦中心及其東北和西南方向上的兩條切變線附近。 同時(shí)可以看出在此次過程中，黑龍江省上空有明顯的冷暖氣團(tuán)的交匯，在29日20時(shí)， 黑龍江省850 hPa 上的溫度露點(diǎn)差都比較小，水汽十分充足。 再加上渤海的水汽沿副高外圍低空急流不斷輸送， 為大范圍強(qiáng)降水天氣的發(fā)生起到了至關(guān)重要的作用。

3.3 地面形勢分析

此次過程主要是由于蒙古氣旋東移，配合渤海、日本海水汽輸送產(chǎn)生的。 其中東西伯利亞的的高壓逐步向南壓，蒙古氣旋不斷東進(jìn)，在31日20時(shí)入海減弱。 其中可以看出由于北面高壓的活動(dòng)， 為綏化地區(qū)帶來了東北方向的次冷空氣，而偏南暖濕氣流的大量輸送，增強(qiáng)了大氣的不穩(wěn)定性。 29日20時(shí)地面天氣可以看到蒙古氣旋有明顯的冷暖鋒區(qū)的活動(dòng)， 其中強(qiáng)降水主要位于暖鋒后，露點(diǎn)溫度差在整個(gè)黑龍江省都比較小， 綏化地區(qū)尤其小， 部分地區(qū)已近飽和， 慶安的溫度與露點(diǎn)溫度相同，都為20 ℃， 充足的水汽條件是這次暴雨過程產(chǎn)生的重要原因之一。

4 物理量場診斷分析

4.1 動(dòng)力條件

7月28-30日的散度場， 在暴雨發(fā)生時(shí)綏化地區(qū)呈低層輻合、高層輻散的特征。 28日20時(shí)250 hPa 散度場上，綏化地區(qū)上空為大片正散度區(qū)，其散度值≥40×10－5s－1的大值中心位于綏化北側(cè)，綏化境內(nèi)有≥30×10－5s－1的輻散中心；500 hPa≤－10×10－5s－1的輻合區(qū)位于綏化南部至黑河北部之間；700 hPa≤－20×10－5s－1的輻合區(qū)位于綏北。29日20時(shí)850 hPa 散度場黑龍江大部呈輻散特征，正散度大值區(qū)呈西北東南向，在慶安有39×10－5s－1的強(qiáng)輻散中心，在西側(cè)為較強(qiáng)的輻合中心，負(fù)值中心在長春附近，散度值≤－30×10－5s－1，高層輻散加強(qiáng)了中低層的輻合上升運(yùn)動(dòng)。通過分析表明，暴雨落區(qū)與850 hPa 負(fù)散度中心有較好的對應(yīng)關(guān)系。 由此看出空間的大形勢散度的配置對暴雨的產(chǎn)生是有利的。

通過對7月28日20時(shí)850 hPa 渦度場分析， 黑龍江省西南部處于正渦度區(qū)中。正渦度區(qū)位于遼寧、吉寧一帶，中心最大值≥80×105·s-1，并向東北方向伸展到齊齊哈爾和綏化地區(qū)。 正渦度區(qū)隨著低渦的發(fā)展東移過綏化地區(qū)。 分析表明渦度的大值區(qū)與綏化地區(qū)暴雨落區(qū)相一致，暴雨落區(qū)一般在高空槽前正渦度中心附近偏南一側(cè)，與當(dāng)日綏化地區(qū)出現(xiàn)的暴雨落區(qū)一致。

通過對垂直速度場的分析，700 hPa 和850 hPa 綏化均處在上升氣流區(qū)，與負(fù)散度中心區(qū)相對應(yīng)。 其中7月28日20時(shí)850 hPa 垂直速度正值區(qū)位于黑龍江省的北側(cè)，中心位于黑龍江省以北，其中心強(qiáng)度為＞12×10－3hPa.s－1，為下沉氣流，700 hPa 下沉氣流大值區(qū)與850 hPa 相對應(yīng)。同時(shí)在綏化地區(qū)及綏化以南為上升區(qū)， 大值中心位于吉林省西部， 中心強(qiáng)度為≤-36×10－3hPa.s－1。 同時(shí)700 hPa上升氣流大值區(qū)與850 hPa 十分吻合。 分析結(jié)果表明，強(qiáng)的垂直上升氣流為輻合產(chǎn)生強(qiáng)降水提供了足夠的動(dòng)力條件，強(qiáng)雨帶位于強(qiáng)上升氣流區(qū)東北側(cè)。

綜上分析可知，7月29-30日綏化中南部出現(xiàn)的暴雨， 局部大暴雨天氣是發(fā)生在高空槽前正渦度平流作用下，并配合低層輻合、高層輻散的“抽吸效應(yīng)”下產(chǎn)生的。

4.2 熱力條件

從2012年7月28日20時(shí)K 指數(shù)分析可以看出，華北、東北一帶為高K 指數(shù)區(qū)域。 除東北部少數(shù)地區(qū)以外，黑龍江省大部處于大氣層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)，黑龍江省中南部、 東部為高K 指數(shù)區(qū)域， 其中， 綏化地區(qū)位于20-32℃，說明此時(shí)大氣表現(xiàn)為潮濕不穩(wěn)定的特性，有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。2012年7月28日20時(shí)哈爾濱站的T-logP 圖看出，整層大氣的濕度較大，同時(shí)具有較低的自由對流高度和較大的對流有效位能， 此時(shí)整層大氣表現(xiàn)為對流不穩(wěn)定。 2012年7月28日20時(shí)850 hPa 總能量場（圖略）分析可知，整個(gè)中國東部，到東北部都為一高能量值區(qū)，從華北到吉林為一高能舌， 其中華北有≥84 ℃的高能值區(qū)，位于河北省，綏化處于52-60 ℃之間，位于高能舌北側(cè)。 由上可以表明暴雨落區(qū)與大氣不穩(wěn)定的K 指數(shù)高值區(qū)和高能鋒區(qū)相對應(yīng)，當(dāng)日綏化中、南部一帶強(qiáng)雨帶正位于高能舌北部鋒區(qū)附近。

4.3 水汽條件

從2012年7月28-29日水汽通量分析， 700 hPa、850 hPa 東北地區(qū)南面都有一個(gè)較強(qiáng)的水汽通量正值中心，這是因?yàn)閷α鲗拥蛯佑休^強(qiáng)的西南暖濕氣流，為此次暴雨過程輸送水汽和不穩(wěn)定能量。 28日20時(shí)850hPa（圖1）水汽通量大值區(qū)位于黃渤海到遼寧、吉林一帶，最大值≥30 g.cm－1.hPa－1.s－1， 分別在遼寧吉林交界以及黃渤海上有兩個(gè)大值中心。 另外在日本海到黑龍江省東部一帶也有水汽通道為暴雨區(qū)輸送水汽， 最大中心值≥8 g.cm－1.hPa－1.s－1。 通過分析表明，渤海、黃海是此次暴雨的主要水汽輸送源地，為暴雨產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件。

分析7月28日20時(shí)850 hPa（圖2）的比濕場，有濕舌從渤海地區(qū)經(jīng)遼寧，吉林伸向黑龍江省，形成一明顯的濕舌。850 hPa 上綏化境內(nèi)的比濕為10-12g.kg－1，這是由低空急流向綏化地區(qū)輸送大量水汽，使大氣低層增濕所致。另外從7月28日20時(shí)850 hPa 的水汽通量散度場分析可知， 黑龍江省偏南地區(qū)為負(fù)值區(qū)， 水汽在此強(qiáng)烈的輻合。

圖1 2012年7月28日20時(shí)850 hPa 水汽通量場

綜上分析可知，7月28-30日綏化區(qū)域性暴雨具有如下特點(diǎn)：水汽通量散度和水汽通量中心值都偏西偏南，綏化地區(qū)位于鋒線上。

5 衛(wèi)星云圖資料分析

2012年7月28-29日FY2C 衛(wèi)星云圖資料演變分析來看，影響綏化強(qiáng)降水主要有兩個(gè)時(shí)段：第一個(gè)降水峰值時(shí)段為28日16-20時(shí)； 第二個(gè)降水峰值時(shí)段為29日01-03時(shí)，之后降水云系東移，移出綏化地區(qū)，降水逐漸減弱。從28日10時(shí)開始，云系隨著高空引導(dǎo)氣流從黑龍江省的大慶市一帶開始向綏化地區(qū)移動(dòng)，到17時(shí)綏化地區(qū)中南部的對流云系發(fā)展旺盛，出現(xiàn)了較低的云頂亮溫，對應(yīng)綏化中南部一帶出現(xiàn)強(qiáng)降水，18時(shí)綏化地區(qū)的對流云系開始向北移動(dòng)，強(qiáng)度上有所減弱，南部又有新的對流云發(fā)展，此時(shí)綏化全區(qū)降水都較為明顯。 28日19時(shí)綏化地區(qū)南部對流云帶位于肇東一帶，并對應(yīng)較強(qiáng)降雨區(qū)。29日01時(shí)對流云系移動(dòng)到哈爾濱和綏化一帶，綏化東部地區(qū)位于發(fā)展最強(qiáng)的對流云團(tuán)西北部，這段時(shí)間北林、慶安兩地出現(xiàn)了超強(qiáng)的降水。此后對流云系繼續(xù)東移，并移出綏化地區(qū)，盡管齊齊哈爾一帶仍有對流云系發(fā)展，并繼續(xù)東移影響綏化地區(qū)，但降水強(qiáng)度明顯減弱。

6 結(jié)論

(1) 黑龍江省7月28-30日區(qū)域性暴雨，局地大暴雨的天氣過程是在副熱帶高壓北抬，日本海有弱高壓阻擋，貝爾加湖地區(qū)有低壓， 配合蒙古氣旋與低壓槽西伸等有利于黑龍江省發(fā)生前汛期暴雨的特定環(huán)流背景下產(chǎn)生的。

(2)中低層輻合，配合高層輻散，“抽吸效應(yīng)”引起的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)了此次區(qū)域性暴雨， 局部大暴雨天氣過程的發(fā)生。

(3)從相關(guān)動(dòng)力、熱力和水汽條件物理量進(jìn)行診斷分析可知， 本次降水過程的物理量場提供了充足的熱力和水汽條件。

(4)從衛(wèi)星云圖資料分析可知，本次降水過程是在高空低渦系統(tǒng)的鋒面云系東移過程中與東北一帶的對流云系冷暖交匯下發(fā)生的。

（5）高低空急流的配合以及地面的暖鋒在此次過程中起到了十分重要的作用。

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M]. 北京: 科學(xué)出版社,1980:225.

[2]孫力,鄭秀雅,王琪, 等. 東北冷渦的時(shí)空分布特征及其東亞大型環(huán)流系統(tǒng)之間的關(guān)系[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1994,5(3):297-303.

[3]孫力,安剛,高樅亭,等.1998年夏季嫩江和松花江流域東北冷渦暴雨的成因分析[J] .應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2002,13(2):156-162.

[4]孫力,安剛,沈柏竹.98.8.9.嫩江流域東北冷渦暴雨過程的中尺度對流系統(tǒng)分析[J].暴雨災(zāi)害,2000, (1):99-110.

[5]劉景濤,孟亞里,康玲,等.1998年汛期嫩江松花江流域大暴雨成因分析[J].氣象,2000,26(2):20-24.

[6]白人海,陳立亭,孫永罡.1998年松花江、嫩江流域特大暴雨的成因及預(yù)報(bào)應(yīng)用研究[M].北京:氣象出版社,2001.