烏蘭察布市2013年一次單站暴雨成因分析

楊瑞梅 陳 杰

（內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣象局，內(nèi)蒙古 集寧 012000）

1 降水實況

受東移低槽影響，2013年6月30日8時開始，烏蘭察布市出現(xiàn)了分布不均勻的降雨天氣，至7月1日08時全市大部地區(qū)過程雨量為中到大雨西南部地區(qū)為暴雨，24小時降水量如下：四子王旗5.4mm，察右中旗23.2mm，察右后旗14.4mm，商都9.5mm，化德2.5mm，卓資 35.3mm，涼城 85.2mm，集寧 24.2mm，察右前旗 33.3mm，興和 38.6mm，豐鎮(zhèn) 49.7mm，個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了大暴雨，最大降雨中心出現(xiàn)在涼城縣的岱海電廠，雨量達102.8mm。

在烏蘭察布市發(fā)生降水前12時，從6月29日20時500hPa中緯亞洲大陸為一槽一脊的東高西低形勢，貝加爾湖南部有一低槽，副熱帶高壓維持在西太平洋洋面上，此時副高脊線北抬至30°N、126°E 附近，下游的大尺度系統(tǒng)對上游天氣尺度系統(tǒng)的阻擋，有利于冷空氣在烏蘭察布市上游地區(qū)堆積（圖略）。6月30日8時，低槽東移至本市，本市處于副熱帶高壓西北側(cè)強西南氣流控制中，最大風(fēng)速為20m/s，烏蘭察布市西邊呼和浩特市溫度露點差為2℃。700hPa在貝湖北部有一冷渦，從孟加拉灣一帶的西南暖濕氣流，最大風(fēng)速為14 m/s，經(jīng)河套地區(qū)源源不斷地向烏蘭察布市輸送，與西來的冷空氣交綏于上游。這時中旗、卓資縣、涼城縣出現(xiàn)了陣性降水。地面形勢是烏蘭察布市處于河套氣旋內(nèi)控制，結(jié)合高空500hPa形勢，該氣旋處于低渦前部，由于渦前有強上升氣流有利于氣旋發(fā)展，輻合抬升加強，對降水提供了動力條件。隨著系統(tǒng)東移，20時烏蘭察布市出現(xiàn)了降水?？傊@次中雨過程是在中高緯穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景下，地面氣旋輻合抬升、天氣尺度低渦和副熱帶高壓共同作用下產(chǎn)生的，西移冷空氣與西南暖濕氣流交綏是造成此次強降水的天氣原因。

圖1 2013年6月29日8時到7月2日20時涼城縣上空（40.5°N，112.5°E）水汽通量散度時間剖面圖

2 強降雨形成原因分析

2.1 水汽條件分析

暴雨發(fā)生、發(fā)展和維持必須有充足的水汽供應(yīng)。分析低層風(fēng)場發(fā)現(xiàn)，此次降水過程水汽輸送是由一支偏南氣流將孟加拉灣低層水汽向北輸送，與干冷偏西氣流在烏蘭察布市上游交匯，結(jié)合500hPa、700hPa從孟加拉灣一帶有西南暖濕氣流向烏蘭察布市輸送，可見南風(fēng)氣流和西南暖濕氣流的水汽輸送是暴雨發(fā)生的水汽來源。分析這次過程各時次的850hPa和700hPa比濕場發(fā)現(xiàn)，在降水過程中烏蘭察布市一直維持一高濕區(qū)，比濕最大值達到了14g·kg-1，對產(chǎn)生暴雨有利。為了更進一步分析各個方向輸送來的水汽能否在某地集中起來，分析了水汽通量散度。從烏蘭察布市的涼城縣上空水汽通量散度時間剖面圖上（圖1）可以看出，在降水過程中（1日 20 時）850～925hPa有一中心強度為-28×10-7g·cm2·hPa-1·s-1的水汽輻合帶，該輻合帶與高空低槽位置相對應(yīng)，隨著低槽東移而東移，由于降水的發(fā)生，輻合強度有所減弱，到2日8 時其中心量值為－4×10-7g·cm2·hPa-1·s-1。 由此可見，暴雨發(fā)生過程中涼城縣始終有充足、穩(wěn)定的水汽輸送和較強的水汽輻合。

圖2 2013年7月1日8時衛(wèi)星云圖、副高和850hPa風(fēng)場

此外，從2013年6月30日到7月2日南海地區(qū)都維持一熱帶風(fēng)暴 （2013年第6號熱帶風(fēng)暴 “溫比亞”），此風(fēng)暴為此次暴雨提供了一個運動的水汽源。它與副高相互作用，在熱帶風(fēng)暴與副高脊之間形成一支超地磚的低空偏南風(fēng)急流，這支低空急流是海上和熱帶風(fēng)暴中的水汽向河套地區(qū)輸送的重要通道（見圖2）。

圖3 2013年6月29日8時到7月2日20時涼城縣上空（40.5°N，112.5°E）散度時間剖面圖

圖4 2013年6月29日8時到7月2日20時涼城縣上空（40.5°N，112.5°E）θse 時間剖面圖

2.2 動力特征分析

降雨的發(fā)生、發(fā)展，與大氣環(huán)境中的一些物理量場變化有密切的關(guān)系，如渦度、散度與垂直速度等。從29日8時到2日20時烏蘭察布市涼城縣上空散度時間剖面圖（圖3）可知，從30日20時到2日8時涼城縣上空400hPa以下有負散度區(qū)，最大值為－30×10-5s-1，以上則為正散度區(qū)，最大值為65×10-5s-1，出現(xiàn)明顯的低層輻合、高層輻散中心，并與高空低槽有很好的對應(yīng)關(guān)系，隨著時間的推移，此低槽逐步向東移動。1日8時低層輻合、高層輻散中心值進一步加大，500hPa為－30×10-5s-1，150hPa 為 45.5×10-5s-1， 且位于強降水區(qū)，高低空散合場中心耦合越好，地面降水越強。2日8時隨著高低層散度中心東移出烏蘭察布市，此次降水也隨之結(jié)束。另外從中心數(shù)值分析，500hPa散度場有一個大的增幅，3日20 時為－10×10-5s-1，1 日14時為－30×10-5s-1，降水增大時輻合也隨之增大。高層輻散中心與低層的輻合中心相互作用，促進了對流的發(fā)展。從散度中心移動路徑和強度變化可以看出，高空輻散和低空輻合的位置及強度的耦合，與降水發(fā)生時間對應(yīng)較好。高空強烈的輻散，通過抽吸作用引起低層強烈的輻合，從而激發(fā)氣流的垂直上升運動導(dǎo)致降水天氣的發(fā)生。

2.3 不穩(wěn)定能量分析

假相當位溫 （θse）是表征大氣溫濕特征的物理量，其值大小反映潛熱能和顯熱能的高低，其高值中心反映大氣能量的積累；θse隨高度的變化還反映大氣層結(jié)穩(wěn)定度狀況，當其隨高度減小時，為對流不穩(wěn)定，反之則為對流穩(wěn)定。從此次降水過程中烏蘭察布市涼城縣上空剖面圖（圖4）看出，從29日8時到2日8時850hPa以下大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為暴雨的發(fā)生積累了大量不穩(wěn)定能量。而在對流層500hPa以上的大氣處于對流穩(wěn)定狀態(tài)，阻擋了暖濕氣流向上擴散，使得不穩(wěn)定能量在底層不斷積累，為強降水的發(fā)生積聚了能量。到2日8時大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定，降水結(jié)束。

3 結(jié)論

3.1 此次暴雨過程是在中高緯穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景下，地面氣旋輻合抬升、天氣尺度低槽和副熱帶高壓共同作用下產(chǎn)生的，西移冷空氣與西南暖濕氣流交綏是造成此次強降水天氣原因。

3.2 高空輻散和低空輻合的位置及強度的耦合，與降水發(fā)生時間對應(yīng)較好。高空強烈的輻散，通過抽吸作用引起低層強烈的輻合，從而激發(fā)氣流的垂直上升運動導(dǎo)致降水天氣的發(fā)生。不穩(wěn)定區(qū)具有強不穩(wěn)定能量暖濕空氣向上輸送阻擋，促使不穩(wěn)定能量在底層積累，使得降水發(fā)展和維持。

3.3 涼城縣850hPa以下大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為暴雨的發(fā)生積累了大量不穩(wěn)定能量。