2016年7月21日遼陽(yáng)地區(qū)暴雨過(guò)程成因分析

蘆曉彤++董飛++盧卓義

摘要 利用自動(dòng)站的降水資料、MICAPS天氣圖、FNL再分析資料等，通過(guò)天氣學(xué)和物理量特征分析方法對(duì)2016年7月20日18：00至22日8：00發(fā)生在遼陽(yáng)地區(qū)的一次暴雨過(guò)程進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明，此次暴雨過(guò)程的影響系統(tǒng)是低渦切變及江淮氣旋，受海上阻高影響，系統(tǒng)東移緩慢，持續(xù)影響遼陽(yáng)地區(qū)，其中高空急流、低空急流及超低空急流的長(zhǎng)時(shí)間維持為暴雨的產(chǎn)生起到至關(guān)重要的作用。此外，水汽通量散度輻合、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)、對(duì)流不穩(wěn)定能量等多種因子均對(duì)暴雨的發(fā)生起到重要作用。

關(guān)鍵詞 暴雨；環(huán)流背景；急流；水汽；不穩(wěn)定能量；遼寧遼陽(yáng)；2016年7月21日

中圖分類號(hào) P458.1+21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）02-0219-03

暴雨是我國(guó)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，長(zhǎng)時(shí)間的暴雨容易產(chǎn)生積水或徑流淹沒(méi)低洼地段，造成洪澇災(zāi)害。近幾年來(lái)，我國(guó)北方經(jīng)常發(fā)生異常氣候?yàn)?zāi)害，暴雨也時(shí)有發(fā)生。孫 俊等[1]在對(duì)2013年6月30日遂寧市特大暴雨成因分析中得出：高原低渦和西南渦的耦合作用是導(dǎo)致遂寧暴雨的主要因子，急流為高空低渦的發(fā)展提供不穩(wěn)定能量；喬楓雪等[2]曾對(duì)一次引發(fā)暴雨的東北低渦的渦度的收支及位渦進(jìn)行分析，結(jié)果表明：通過(guò)對(duì)渦度收支的計(jì)算，水平渦度平流項(xiàng)和水平輻散項(xiàng)對(duì)低渦的發(fā)展加強(qiáng)起主要的作用，但在低渦的不同發(fā)展階段，這2項(xiàng)的作用及大小各不相同，從位渦的演變來(lái)看，對(duì)流層高層位渦大值區(qū)在低渦東部向下傳播，有利于低渦的發(fā)展加強(qiáng)，與低渦暴雨的落區(qū)較一致；張?zhí)K平等[3]曾從能量的角度對(duì)一次北方的臺(tái)風(fēng)暴雨進(jìn)行分析，指出：在臺(tái)風(fēng)進(jìn)入影響區(qū)之前，有大量動(dòng)能從臺(tái)風(fēng)區(qū)輸入到北方暴雨區(qū)。雖然對(duì)暴雨成因的研究很多，但在不同的暴雨過(guò)程中，制約與影響暴雨形成的因素往往不盡相同，具有不少地方性的差異，對(duì)每一次暴雨過(guò)程成因的研究都會(huì)得到不同的經(jīng)驗(yàn)，可以提高當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)的質(zhì)量。

1 降水實(shí)況

2016年7月20日18：00至22日8：00，遼陽(yáng)地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣，地區(qū)平均降水量60.7 mm。77個(gè)氣象觀測(cè)站中，27個(gè)站為大雨，48個(gè)站為暴雨，2個(gè)站為大暴雨。最大降水量為110.4 mm，出現(xiàn)在燈塔市大河南鎮(zhèn)大堡村。此次降水過(guò)程前半程降水集中在遼陽(yáng)的西北部地區(qū)，后半程是集中在遼陽(yáng)的東南部地區(qū)。

2 環(huán)流背景

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

20日20：00在河套以西地區(qū)存在一低渦，遼陽(yáng)地區(qū)位于低渦的前部，遼陽(yáng)地區(qū)降水開始逐漸加強(qiáng)。受海上高壓阻擋的影響，低渦停滯，21日8：00低渦僅北抬大約1個(gè)緯距，且中心值有所減弱。到了21日20：00，閉合低渦減弱為高空槽，遼陽(yáng)地區(qū)處于槽前位置，降水仍然持續(xù)。直至22日8：00，高空槽進(jìn)一步減弱為一個(gè)淺槽，原來(lái)槽前的偏北氣流轉(zhuǎn)為平直的西風(fēng)，此時(shí)降水趨于結(jié)束。

2.2 700 hPa環(huán)流形勢(shì)

20日20：00在河套以西地區(qū)存在一個(gè)低渦系統(tǒng)，中心值為302 dagpm，渦前部存在較強(qiáng)的西南急流（風(fēng)速≥18 m/s），遼陽(yáng)地區(qū)位于急流軸頂部的右側(cè)。21日8：00該低渦沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展甚至是略微減弱，中心值為304 dagpm，低渦前部的西南急流仍然較強(qiáng)，在遼陽(yáng)地區(qū)附近有明顯的偏南風(fēng)風(fēng)速的輻合。21日20：00低渦被填塞，演變?yōu)榈筒巯到y(tǒng)。槽線的位置較前24 h低渦的位置向東移動(dòng)了3～4個(gè)經(jīng)距，海上高壓系統(tǒng)始終較強(qiáng)使低值系統(tǒng)的移動(dòng)十分緩慢，有利于降水的長(zhǎng)時(shí)間維持。

2.3 850 hPa環(huán)流形勢(shì)

20日20：00在河套以西地區(qū)存在一個(gè)低渦，這個(gè)低渦中心的位置與500、700 hPa上低渦中心的位置幾乎是一致的，渦前的西南急流已經(jīng)建立（風(fēng)速≥12 m/s）。21日8：00低渦減弱，略有東移北抬，渦前的西南急流有所增強(qiáng)（風(fēng)速≥16 m/s），遼陽(yáng)地區(qū)位于急流軸頂部位置。

2.4 地面形勢(shì)

地面主要的影響系統(tǒng)是江淮氣旋。20日8：00江淮氣旋位于河南、河北、山東交界一帶，中心值為992 hPa。20日14：00氣旋略北抬，中心值有所減弱，為994 hPa。隨著氣旋的東移北抬，20日20：00低壓頂部移近遼陽(yáng)地區(qū)。21日8：00，氣旋演變?yōu)榈孛娴共郏掷m(xù)影響遼陽(yáng)。

此次降水，整層影響系統(tǒng)的斜壓性不強(qiáng)，中層等溫線稀疏，因而系統(tǒng)的強(qiáng)度是一個(gè)先維持后逐漸減弱的過(guò)程。但是由于受海上高壓系統(tǒng)的阻擋，系統(tǒng)移動(dòng)十分緩慢，對(duì)于遼陽(yáng)地區(qū)的影響時(shí)間較長(zhǎng)，帶來(lái)了全區(qū)暴雨。

3 不穩(wěn)定能量

圖1為假相當(dāng)位溫θse沿123°E經(jīng)線的垂直剖面圖，假相當(dāng)位溫是一個(gè)重要的溫濕特征參數(shù)，它在大氣的干、濕絕熱過(guò)程中都是守恒的，因此廣泛應(yīng)用于天氣分析預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)及研究[4]。判斷對(duì)流穩(wěn)定性的條件是假相當(dāng)位溫隨高度的變化。

遼陽(yáng)地區(qū)的位置為41°～42°N，123°E（圖中三角所在位置）。從圖1可以看出，20日14：00遼陽(yáng)地區(qū)在800～900 hPa之間假相當(dāng)位溫隨高度減小，處于對(duì)流不穩(wěn)定，在700～850 hPa之間假相當(dāng)位溫仍隨高度減小，在遼陽(yáng)上空偏北一側(cè)700～800 hPa之間有一個(gè)假相當(dāng)位溫的高值中心，在遼陽(yáng)上空600 hPa附近存在一個(gè)假相當(dāng)位溫的低值中心，600 hPa以上假相當(dāng)位溫隨高度升高。說(shuō)明在20日14：00，遼陽(yáng)在低空和超低空處于對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，在中空和高空是處于對(duì)流穩(wěn)定區(qū)，此時(shí)遼陽(yáng)地區(qū)降水還沒(méi)有開始。20日20：00遼陽(yáng)上空在700～900 hPa之間仍有假相當(dāng)位溫隨高度減小，中低空仍存在對(duì)流不穩(wěn)定。到了21日8：00，遼陽(yáng)上空假相當(dāng)位溫隨高度增加，說(shuō)明在20日20：00至21日8：00存在觸發(fā)機(jī)制，使不穩(wěn)定能量釋放，對(duì)應(yīng)的這段時(shí)期也是降水的主體時(shí)期。

4 高、低空急流

4.1 高空急流

200 hPa流場(chǎng)上，遼陽(yáng)的南部和北部分別存在一支急流，這2支急流呈明顯疏散，這種疏散型的反氣旋性曲率在高空起到了抽吸作用，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。20日8：00—20：00南、北2支急流逐漸合并，遼陽(yáng)位于合并后急流軸的南側(cè)、反氣旋的頂部。21日8：00遼陽(yáng)地區(qū)南部的反氣旋中心東移，高空急流的強(qiáng)度并沒(méi)有減弱，遼陽(yáng)地區(qū)位于急流的西南部。21日14：00影響遼陽(yáng)地區(qū)的高空急流減弱消失。

4.2 低空急流

850 hPa流場(chǎng)上，從湖南、湖北以北直至遼寧西部存在一個(gè)范圍較大、強(qiáng)度較強(qiáng)的偏南急流，遼陽(yáng)位于低空急流出口區(qū)的右側(cè)。21日8：00隨著低渦的東移，低空急流也向東移動(dòng)，遼陽(yáng)地區(qū)位于急流的頂部，它可將孟加拉灣、南海、東海、黃海的水汽輸送到遼陽(yáng)地區(qū)。

4.3 超低空急流

925 hPa環(huán)流場(chǎng)上，從湖南、湖北至遼寧西部存在一條范圍大、強(qiáng)度強(qiáng)的超低空偏南急流，遼陽(yáng)地區(qū)位于急流出口區(qū)的右側(cè)。21日8：00急流仍然很強(qiáng)，其頂部北抬，遼陽(yáng)地區(qū)位于急流頂部位置。這一長(zhǎng)時(shí)間維持的超低空急流對(duì)于水汽的輸送至關(guān)重要。

綜上所述，3種急流在這次暴雨過(guò)程中均具有重要作用，相對(duì)來(lái)說(shuō)，超低空急流起到?jīng)Q定性作用，因?yàn)榇罅克妮椇鲜钱a(chǎn)生暴雨的根本條件。

5 物理量場(chǎng)

5.1 水汽通量散度

由圖2可知，從20日8：00、14：00、20：00 3個(gè)時(shí)次的水汽通量散度可以看到，遼陽(yáng)地區(qū)的水汽通量散度均為負(fù)值，水汽通量散度值在（-2～-1）×10-7 g/（hPa·cm2·s）之間，水汽始終是輻合的，這與850 hPa低空西南急流及925 hPa超低空偏南急流的水汽輸送有關(guān)。由圖2（d）可知，到了21日2：00，水汽通量散度強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，達(dá)到-4×10-7 g/（hPa·cm2·s），此時(shí)也正是降水相對(duì)較強(qiáng)的時(shí)段。21日8：00和21日20：00，遼陽(yáng)地區(qū)的水汽通量散度在（-4～-2）×10-7 g/（hPa·cm2·s），仍然維持著水汽通量散度的輻合。說(shuō)明850 hPa上低空急流及925 hPa超低空偏南急流的長(zhǎng)時(shí)間維持為遼陽(yáng)地區(qū)提供了源源不斷的水汽。

5.2 垂直速度

從遼陽(yáng)地區(qū)垂直速度剖面隨時(shí)間的變化可以看出，從20日20：00到21日8：00，遼陽(yáng)地區(qū)處于長(zhǎng)時(shí)間的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。特別在21日6：00前后，上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)，最大上升速度達(dá)到-16 cm/s，并且上升運(yùn)動(dòng)區(qū)接近200 hPa，這是產(chǎn)生遼陽(yáng)地區(qū)暴雨有利的動(dòng)力因子。到了21日14：00，垂直上升速度明顯減弱甚至中高層為下沉運(yùn)動(dòng)，這與200 hPa高空急流的減弱時(shí)間相對(duì)應(yīng)。在20日20：00至21日8：00是上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)時(shí)期，結(jié)合圖1不穩(wěn)定能量的分析，說(shuō)明這段時(shí)間的抬升機(jī)制較好，為不穩(wěn)定能量的釋放提供了觸發(fā)機(jī)制。

6 結(jié)論

（1）此次暴雨過(guò)程的影響系統(tǒng)為低渦切變及江淮氣旋，該影響系統(tǒng)的發(fā)展演變特點(diǎn)為強(qiáng)度維持或略微減弱，但是由于受海上高壓系統(tǒng)的阻擋，移動(dòng)極為緩慢，對(duì)于遼陽(yáng)地區(qū)的影響時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）20日14：00—20：00，遼陽(yáng)地區(qū)超低空及低空處于對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，充分證明了遼陽(yáng)地區(qū)上空蓄積了大量的不穩(wěn)定能量，一旦有合適的觸發(fā)機(jī)制便會(huì)帶來(lái)大量降水。

（3）此次暴雨過(guò)程中影響遼陽(yáng)地區(qū)的高空急流、低空急流及超低空急流均較強(qiáng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，超低空急流起到?jīng)Q定性作用，因?yàn)榇罅克妮椇鲜钱a(chǎn)生暴雨的根本條件，如果沒(méi)有維持較長(zhǎng)時(shí)間的超低空急流，此次大范圍的暴雨很難產(chǎn)生。

（4）20日8：00至21日20：00，遼陽(yáng)地區(qū)始終處于水汽通量散度的輻合區(qū)，水汽條件十分充沛。20日20：00至21日8：00，遼陽(yáng)地區(qū)存在強(qiáng)烈的上升區(qū)，給暴雨的維持及局地的加強(qiáng)提供了有利的動(dòng)力因子，并為不穩(wěn)定能量的釋放提供觸發(fā)機(jī)制。

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