黑龍江省一次暴雨過程成因分析

任桂林，張惠君，楊丹丹,王佳瑩

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

黑龍江省一次暴雨過程成因分析

任桂林1，張惠君2，楊丹丹1,王佳瑩1

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

2013年8月12-13日，黑龍江省受暖鋒影響，自西南向東北出現(xiàn)區(qū)域性暴雨天氣過程。此次暴雨天氣過程，降水持續(xù)時(shí)間長，影響范圍廣。本文利用常規(guī)觀測、衛(wèi)星、雷達(dá)、自動站等資料對暴雨產(chǎn)生的成因進(jìn)行分析，得出結(jié)論：暴雨主要是蒙古低壓東移北上和暖鋒的共同影響產(chǎn)生的，暖鋒鋒生是雨強(qiáng)增強(qiáng)的原因。低空西南急流為暴雨區(qū)帶來了豐富的水汽和不穩(wěn)定能量，高低空急流耦合加強(qiáng)了動力條件。

暴雨；暖鋒鋒生

1 引言

暴雨是黑龍江省主要的災(zāi)害性天氣之一,易造成山洪爆發(fā)、江河泛濫、內(nèi)澇積水及大面積的洪澇等，常給經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。近年來，部分學(xué)者從災(zāi)害特征、天氣學(xué)特征及其類型、環(huán)流演變、動力學(xué)特征以及低空急流在暴雨中的作用、數(shù)值模擬等多方面進(jìn)行了研究和分析。他們利用不同資料，從不同側(cè)面證明了暴雨是不同尺度影響系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，即大尺度環(huán)流為暴雨的產(chǎn)生提供有利背景場,中尺度系統(tǒng)則是暴雨的直接制造者。本文利用常規(guī)觀測、衛(wèi)星、雷達(dá)、自動站等資料試圖從大尺度環(huán)流背景、物理量場診斷和暴雨的中尺度特征分析入手,以了解這場暴雨的成因,為此類暴雨預(yù)報(bào)提供一些預(yù)報(bào)依據(jù)。

2 降水實(shí)況

2013年8月12日08時(shí)—13日08時(shí)，黑龍江省中西部地區(qū)出現(xiàn)明顯降水，暴雨出現(xiàn)在綏化的北部地區(qū)，其中，綏棱、海倫的降水量分別為102.3 mm和101mm。最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在12日14—20時(shí)，海倫達(dá)79mm/h,綏棱達(dá)46mm/h。

3 環(huán)流形勢

3.1 高空環(huán)流形勢

過程前期,500 hPa上低渦位于貝加爾湖附近，槽后冷空氣比較強(qiáng)，低渦發(fā)展東移。12日08時(shí)，副熱帶高壓系統(tǒng)北伸，暖高壓脊控制黑龍江省，受到暖高壓脊的阻擋作用，冷渦少動，槽線東移至內(nèi)蒙古東北部，槽前有較強(qiáng)的偏南氣流，黑龍江省西南部開始出現(xiàn)降水。13日08時(shí)，冷渦東移北收，副高南退，降雨逐漸減弱。

850 hPa高空圖上，12日08時(shí)，黑龍江省處于渦前部，從渤海到黑龍江省中西部為偏南急流，輸送大量暖濕空氣，為暴雨發(fā)生提供了有利的條件，同時(shí)在黑龍江省中部存在西南風(fēng)與東南風(fēng)的切變，尺度較小，給該地區(qū)帶來強(qiáng)降水。12日20時(shí)，低渦東移增強(qiáng)，到達(dá)黑龍江省西部，急流強(qiáng)度增強(qiáng)至26m/s，此時(shí)，雨強(qiáng)也達(dá)到最大。13日08時(shí)，低渦逐漸向東北方向移動，中部地區(qū)開始轉(zhuǎn)為偏西氣流控制，降水也趨于結(jié)束。

3.2 地面環(huán)流形勢

前期在蒙古有低壓向東偏北方向移動，黑龍江省位于低壓前部，12日早晨開始，黑龍江省西南部開始出現(xiàn)降水。14時(shí)，低壓發(fā)展增強(qiáng)，其前部有暖鋒鋒生，導(dǎo)致黑龍江省中部地區(qū)降水增強(qiáng)。20時(shí)，隨著低壓逐漸向東南方向移動，黑龍江省中南部大部分地區(qū)均出現(xiàn)了較強(qiáng)降水。13日08時(shí)后，隨著低壓北移，降水逐漸結(jié)束。

4 中尺度分析

12日20時(shí)的中分析(圖1)，黑龍江中部中高層冷空氣與低層暖脊垂直配置，形成不穩(wěn)定的溫度層結(jié)，從水汽條件上看，黑龍江省中西部地區(qū)的濕度層較厚，500 hPa以下溫度露點(diǎn)差均≤4℃，水汽條件好，有利于暴雨的發(fā)生，地面暖鋒為觸發(fā)機(jī)制，造成中部地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。另外，高低空急流同時(shí)出現(xiàn)，對暴雨起著重要的作用，高空急流的存在有利于上升氣流的維持和加強(qiáng)，為長久的上升運(yùn)動提供動力，中低層西南急流的持續(xù)為暴雨提供充足水汽和動力條件。同時(shí)，在低空急流出口的左前方有明顯的水汽輻合和質(zhì)量輻合及強(qiáng)的上升運(yùn)動，這對產(chǎn)生暴雨的強(qiáng)對流活動的發(fā)展非常有利。

圖1 2013年8月12日20時(shí)中尺度分析圖

5 物理量場分析

5.1 水汽通量和水汽通量散度

從水汽通量場上看，此次暴雨的水汽來源主要是來自渤海灣地區(qū)。12日08時(shí)，850 hPa水汽通量大值區(qū)位于渤海灣至黑龍江省南部，與低空急流相配合，水汽輸送條件較好，到了12日20時(shí)，水汽通量大值區(qū)向北推進(jìn)到遼寧與吉林交界處至黑龍江省中南部，同時(shí)在850 hPa水汽通量散度場上，黑龍江中部地區(qū)有明顯的水汽輻合，與暴雨區(qū)對應(yīng)較好。

5.2 散度

散度場上，低層輻合、高層輻散的抽吸作用加強(qiáng)了上升運(yùn)動，為本次暴雨提供了動力條件。12日20時(shí)，黑龍江省中西部地區(qū)，700 hPa以下均為輻合場，500 hPa以上為輻散場，200 hPa輻散較強(qiáng)，與低層的輻合場基本垂直。此時(shí)高低空的配置最好，降水效率較高。

5.3 假相當(dāng)位溫場

暴雨發(fā)生前，隨著偏南氣流輸送的暖濕空氣的加強(qiáng)，低層高能區(qū)逐漸向東北方向擴(kuò)展，低層高溫高濕的不穩(wěn)定能量與中層向南擴(kuò)散的冷空氣結(jié)合，導(dǎo)致中低層不穩(wěn)定層結(jié)，從而為強(qiáng)降水提供了熱力和動力條件。12日20時(shí)，高能舌維持在黑龍江省中部地區(qū)，與暴雨區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

5.4 不穩(wěn)定條件

圖2 2013年8月12日(a)08時(shí)和(b)20時(shí)伊春站探空圖

分析伊春12日08和20時(shí)的探空圖(圖2)，08時(shí)大氣層結(jié)處于低層濕中高層干的不穩(wěn)定層結(jié)中，低層為偏西風(fēng)，且風(fēng)力較弱，垂直風(fēng)切變不強(qiáng)，濕度層較薄，不利于暴雨的發(fā)生。在12日20時(shí)圖上，隨著暖鋒的移動攜帶南來水汽，整層大氣濕度增大，對流不穩(wěn)定能量增加，k指數(shù)為35，沙氏指數(shù)為2.32，cape值為380.6 J/Kg，低層從偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，風(fēng)速增大，垂直風(fēng)切變增強(qiáng)，有利于暴雨的產(chǎn)生。

6 衛(wèi)星云圖分析

12日08時(shí)，從紅外云圖上，黑龍江省西南部地區(qū)有暖鋒云系覆蓋，當(dāng)?shù)亻_始降水。12時(shí)，暖鋒云系上有對流云開始明顯發(fā)展，覆蓋黑龍江省中部地區(qū)。15時(shí)，云系向東北方向移動，但強(qiáng)中心仍在綏化北部和伊春南部，從13時(shí)的可見光云圖上也可以看出對流云系的頂部粗糙有陰影，說明此時(shí)的對流云系處于發(fā)展旺盛階段。

7 雷達(dá)回波特征分析

本次過程降水的主要時(shí)段為14-17時(shí)，回波性質(zhì)為積層混合性降水，大片的層狀云降水回波中夾雜著發(fā)展旺盛的對流云降水回波。此類回波降水效率高，降水面積大，持續(xù)時(shí)間長，易產(chǎn)生大范圍暴雨。

生成階段：14時(shí)43分，在伊春雷達(dá)上，降水回波主要位于黑河南部和綏化，其中強(qiáng)回波中心在綏化北部的海倫和綏棱，降水回波較為密實(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)回波中心處。

發(fā)展階段：15時(shí)04分，降水回波向東北偏北方向移動，強(qiáng)中心前端不斷觸發(fā)有新的對流單體，且移動軌跡與強(qiáng)回波帶基本重合，也是綏化北部強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)間長，累積雨量大的原因之一。沿入流方向?qū)椈辈刻幓夭ㄗ龃怪逼拭?，可看到積層混合性降水回波中的多個(gè)強(qiáng)回波中心，對應(yīng)混合云中的多個(gè)對流單體，強(qiáng)降水范圍大，中心強(qiáng)度超過55 dBz，并有假尖頂回波。

強(qiáng)盛階段，15時(shí)14分，回波繼續(xù)向東北方向移動，但移動速度較慢，強(qiáng)回波中心仍位于綏化北部，強(qiáng)回波面積有所增大，強(qiáng)度有所增強(qiáng)。

消散階段，15時(shí)59分，回波逐漸移入伊春南部，回波結(jié)構(gòu)變得松散，回波強(qiáng)度減弱，層狀云降水面積變大，向四周彌散，混合云降水系統(tǒng)進(jìn)入消散階段。

8 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

通過對ECMWF和T639數(shù)值預(yù)報(bào)的各項(xiàng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品與實(shí)況進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者在24 h內(nèi)對本次暴雨過程的天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)較準(zhǔn)確，對預(yù)報(bào)員有較大的參考價(jià)值。對于低渦和副熱帶高壓584線位置的預(yù)報(bào)，EC模式各時(shí)效預(yù)報(bào)與實(shí)況都基本一致；T639模式24 h和48 h預(yù)報(bào)與實(shí)況比較一致，72 h預(yù)報(bào)的低渦和584線位置比實(shí)況偏南。對于黑龍江省中部的低層風(fēng)場的預(yù)報(bào)，EC和T639模式24 h預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致，48 h和72 h預(yù)報(bào)的風(fēng)速偏小。

9 小結(jié)

(1)本次暴雨過程主要是由暖鋒和低壓的共同影響造成的降水，暖鋒鋒生時(shí)降雨強(qiáng)度加大，暖鋒云系上不斷有對流云團(tuán)生成發(fā)展。

(2)低空西南急流為暴雨區(qū)帶來了豐富的水汽和不穩(wěn)定能量，高低空急流耦合加強(qiáng)了動力條件。

(3)物理量診斷分析看，暴雨發(fā)生在高能鋒區(qū)內(nèi)，暴雨發(fā)生前，對流有效位能急劇增加。

(4)雷達(dá)圖特征上看，降水主要以積層混合性降水為主，降水效率高，面積大，持續(xù)時(shí)間長，且降水回波移動軌跡與強(qiáng)回波帶基本重合，易產(chǎn)生大范圍暴雨。

Cause analysis of a rainstorm process in Heilongjiang

REN Gui-lin1,ZHANG Hui-jun2,YANG Dan-dan1,WANG Jia-ying1
(1.Heilongjiangmeteorological bureau,Heilongjiang Harbin 150001; 2.Meteorological observatory of Heilongjiang province，Heilongjiang Harbin 150030)

A regional rainstorm weather processwas happened from the southwest to the northeastof Heilongjiang province during August12-13th,2013 which influenced by warm frontogenesis.There is long duration of precipitation and wide range of influence in this the rainstorm weather process.Analyzed the cause of the rainstorm with the conventional observation,satellite,radar and automatic station data.And the results show that,the heavy rain ismainly due to the common influence of the Mongolian low pressure eastward and the warm front,and the warm frontogenesis is the reason for the strong rain.Low-level southwest jet for the storm area has brought a wealth ofwater vapor and unstable energy,high and low jet coupling to strengthen the dynamic conditions

rainstorm;warm frontogenesis

P458.1+21

A

1002－252X(2017)01－0014－03

2017－1－1

任桂林（1979-),男，黑龍江省大興安嶺人，哈爾濱工程大學(xué)，碩士生，工程師.