2017年8月3日遼西大暴雨成因分析

郭佰匯，于芳健，王曉霞，王優(yōu)，孫嘉駿，蘇華，付揚(yáng)

摘要：利用自動站資料，micpas高空、地面資料，對2017 年 8月3日發(fā)生在遼西地區(qū)的大暴雨天氣過程的成因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：此次遼西大暴雨天氣過程是受北上氣旋和副熱帶高壓共同作用，水汽是此次大暴雨形成的重要因素，偏南急流隨氣旋北上過程中一直維持在沿海上空，攜帶更多南來水汽，同時偏南急流有利于渤海上空的水汽輸送到遼西地區(qū)，致使遼西上空各高度層都有充沛的水汽。在氣旋北上過程中，高空一直伴隨著正的渦度平流，使氣旋不斷加強(qiáng)，暴雨區(qū)上空的強(qiáng)上升運(yùn)動和高能區(qū)也是此次暴雨的成因。

關(guān)鍵詞：暴雨；水汽；低空急流；北上氣旋

中圖分類號： P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.082

1天氣實況

受北上氣旋影響，8月2日9時～4日7時，朝陽大部分地區(qū)降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，平均降水量為136.8mm。降水量超過250mm的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）有12個，超過200mm的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）有22個，超過100mm的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）有86個。朝陽各地區(qū)降水情況如表1：

2 環(huán)流形勢

2.1 500hpa形勢

2017年8月2日～3日的大暴雨天氣過程是在有利的大尺度環(huán)流形勢下發(fā)生的。在500hpa高度上，2日08時（圖1a）新疆北部上空存在一低壓系統(tǒng)，河套地區(qū)存在一高空槽，熱帶氣旋北上至江淮流域，由于受到冷空氣影響，再加上受到西風(fēng)槽的拉扯，暖心結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)維持，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為冷心結(jié)構(gòu)的溫帶氣旋。至2日20時（圖1b），河套地區(qū)高空槽與南來溫帶氣旋系統(tǒng)結(jié)合加強(qiáng)，結(jié)合后的高空槽不斷向東北移動，偏西冷空氣進(jìn)入遼西地區(qū)。同時，130°E，30°N附近海域有熱帶低壓使西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定控制在日本海上空，西側(cè)的偏南氣流把暖濕空氣輸送到遼寧上空，冷暖空氣交匯產(chǎn)生暴雨天氣。在3日20時高空槽經(jīng)向度減小并移過遼西地區(qū)，且與新疆上空移來的低壓間形成一弱高壓脊，至4日08時，副高系統(tǒng)對高空槽的阻礙和新疆上空的低壓系統(tǒng)東移的擠壓，高壓脊加強(qiáng)，脊前西北冷空氣注入又使得影響系統(tǒng)高空槽有一個加強(qiáng)東移，持續(xù)影響遼寧偏東地區(qū)。

2.2 850hpa形勢

在850hpa高度上（圖略），2日08時臺風(fēng)殘余的低渦系統(tǒng)位于江淮流域，之后不斷北上且渦旋一直維持，頂前部的偏南風(fēng)一直位于沿海和海上，在低渦北上過程中能夠攜帶更多的水汽，最強(qiáng)風(fēng)力帶持續(xù)大于16m/s，至3日08時偏南急流加強(qiáng)到22m/s，位于渤海上空，為遼西地區(qū)源源不斷輸送水汽，05～08時也是朝陽地區(qū)降水強(qiáng)度最大的時段。

2.3 地面形勢

地面圖上，2日08時由熱帶氣旋轉(zhuǎn)化的溫帶氣旋位于江淮流域，中心強(qiáng)度為1000hpa，在強(qiáng)勁偏南急流作用下迅速北上。至2日23時（圖2a），地面氣旋頂部開始影響遼寧西部，朝陽地區(qū)降水開始。至3日02時（圖2b），地面氣旋繼續(xù)東北移動，中心強(qiáng)度加強(qiáng)為999.5hpa，此時，朝陽地區(qū)位于地面暖鋒控制區(qū)，對應(yīng)朝陽地區(qū)降水強(qiáng)度、范圍都有所增大。至3日08時，地面氣旋中心基本移至朝陽地區(qū)，由氣旋中心開始的暖鋒上易出現(xiàn)暴雨天氣。3日20時，氣旋中心已經(jīng)移至遼寧和吉林交界處，遼西朝陽地區(qū)在氣旋冷鋒影響區(qū)，局部地區(qū)仍有對流性降水，但強(qiáng)降水主要時段已經(jīng)過去。

3 低空急流分析

低空急流有利于在暴雨區(qū)低空形成高能高濕區(qū)，從而建立和維持暴雨區(qū)低空的對流不穩(wěn)定層結(jié)，并且低空急流左側(cè)有強(qiáng)的氣旋性切變，能觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放產(chǎn)生小尺度的強(qiáng)上升運(yùn)動。丁一匯等[1]的研究也表明，低空急流作為一種動量、熱量和水汽的集中帶，被認(rèn)為是給中緯度暴雨提供水汽和動量最重要的機(jī)制。在850hpa高度上，臺風(fēng)殘余氣旋在不斷北上的過程中，頂前部的偏南風(fēng)急流，急流軸強(qiáng)度一直維持在16m/s，偏南風(fēng)急流在向北傳播的過程中最強(qiáng)風(fēng)速帶一直維持在近海上空，這樣使系統(tǒng)在北上的過程中，攜帶著更多的水汽，形成一條水汽輸送帶。至3日08時（圖略）偏南急流的最強(qiáng)風(fēng)速帶增強(qiáng)到22m/s，位于渤海上空，低渦北上的過程中攜帶了大量的水汽，渤海上空的高濕也為遼西地區(qū)源源不斷地提供了水汽，對應(yīng)著3日05～08時也是朝陽地區(qū)降水強(qiáng)度最大的時段。

4 物理量診斷

4.1 水汽條件

4.1.1比濕 比濕是表明大氣中實際水汽含量的物理量，暴雨是大氣飽和比濕達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值以上才形成的，因此對朝陽地區(qū)（120.1°E，40.3°N）2日20～4日08時各層比濕場作垂直剖面分析（圖略）可以看出，2日20時開始，朝陽上空850hpa以下大氣的比濕一直維持在16g/kg 以上， 500hpa上也存在著5 g/kg 的比濕區(qū)，至3日20時之后500hpa以上高度比濕明顯下降，500hpa高度以下大氣的比濕大值區(qū)一直持續(xù)到4日08時仍無明顯減弱，說明此次降水具有的高濕區(qū)深厚且水汽的供應(yīng)充沛的特點(diǎn)。

4.1.2水汽通量 持續(xù)性暴雨的發(fā)生必須要有水汽源源不斷地向暴雨區(qū)輸送。因此，充足的水汽供應(yīng)是暴雨發(fā)生的重要物理條件，大氣中水汽的多少、輸送特點(diǎn)及其聚集度是決定降水大小的重要因子。從850hPa暴雨期間水汽通量圖上可以看出（圖3），降水過程中偏南暖濕氣流將豐沛的水汽自江淮一帶向朝陽地區(qū)輸送。對朝陽地區(qū)（120.1°E，40.3°N）進(jìn)行分析，2日20時開始水汽通量開始增強(qiáng)，至3日08時前后，降水的最強(qiáng)時段，水汽的輸送也達(dá)到最強(qiáng)，3日20時之后水汽通量明顯減弱。

（2日20時～4日08時，124°E，32°N ～119°E，42°N）

4.1.3 水汽通量散度 有了充分的水汽來源后，為了維持短時的強(qiáng)降水，水汽需要有一個快速輻合的過程，8月3日08時（圖略），在遼寧西部地區(qū)存在一個廣泛的水汽輻合區(qū)，而輻合中心位于朝陽地區(qū)，到4日水汽通量散度的輻合區(qū)東北移，暴雨區(qū)移過朝陽地區(qū)，輻合中心的移動正與暴雨區(qū)的移動相對應(yīng)。

4.2 動力條件

當(dāng)存在大規(guī)模的水汽輸送和高濕區(qū)時，必須有大范圍深厚的上升運(yùn)動抬升水汽產(chǎn)生才能形成強(qiáng)降水，因此動力條件是產(chǎn)生強(qiáng)降水的一個必要條件。高低空急流的耦合、高空輻散、低層輻合、強(qiáng)的垂直速度及較強(qiáng)的位勢不穩(wěn)定均可產(chǎn)生較強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供動力學(xué)條件。

4.2.1 渦度 500hPa槽前持續(xù)正的渦度平流將有利于對流層低層低值系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。1日20時～4日20時，對北上地面氣旋移動路徑上空850hpa和500hpa作渦度水平剖面圖可以看出（圖4），正渦度在江淮流域上空生成，并不斷向東北傳播，至遼西朝陽地區(qū)上空，地面氣旋的移動路徑上空一會維持著正渦度，致使地面氣旋在北上的過程不斷加強(qiáng)，造成遼西暴雨的產(chǎn)生。

4.2.2 垂直速度 當(dāng)大氣層結(jié)出現(xiàn)位勢不穩(wěn)定時，在對流層下部積累大量不穩(wěn)定能量，如果有了抬升作用，就可以使不穩(wěn)定能量釋放出來，引起強(qiáng)對流。由于強(qiáng)對流所引起的大量潛熱釋放，加熱使得上升速度更加增強(qiáng)[2]。垂直運(yùn)動使大氣中的能量轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)，同時降水過程與上升運(yùn)動有密切聯(lián)系。垂直運(yùn)動會引起水汽、熱量、動量、渦度等的垂直輸送，對天氣系統(tǒng)的發(fā)展有很大的影響。

從垂直速度垂直剖面圖（118°E，40°N -122°E，43°N）（圖略）分布可以看出，此次過程的上升運(yùn)動強(qiáng)烈，在降水過程開始118～120°E，500hpa有一-45×10-5Pa.s-1中心，存在強(qiáng)烈上升運(yùn)動，強(qiáng)上升運(yùn)動大值區(qū)的位置及移動與暴雨過程的時空演變基本一致。此種形勢場對暴雨的強(qiáng)度與落區(qū)的預(yù)報有較好的指示意義。

4.3 能量條件

假相當(dāng)位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，表示了大氣的溫濕特征和垂直運(yùn)動。其水平分布和垂直分布與對流天氣的發(fā)生發(fā)展有極大關(guān)系，也反映了大氣中的能量分布。分析2日～3日850hPa假相當(dāng)位溫場發(fā)現(xiàn)（圖略），在此次過程中，從2日20時開始，30°～40°N之間700hpa假相當(dāng)位溫在72℃～80℃，沿經(jīng)向分布，江淮沿海一帶有高能舌向遼西地區(qū)伸展，3日08時隨偏南氣流輸送的暖濕空氣的加強(qiáng)，高能舌明顯向北擴(kuò)張，遼西地區(qū)位于高能區(qū)里，3日20時，高能區(qū)不斷東北移，移過朝陽上空，說明此次降水落區(qū)與假相當(dāng)位溫高能區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié)語

此次大暴雨過程是一次極端降雨過程，產(chǎn)生在極為有利的水汽、動力和能量條件作用下，具有雨量大、范圍廣的特點(diǎn)。今后要預(yù)報這種由北上氣旋影響的區(qū)域性大暴雨，要關(guān)注氣旋移動過程中的發(fā)展，水汽的輸送路徑，高低空急流的配置以及動力、能量條件，用雷達(dá)資料進(jìn)行短時臨近的預(yù)警服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]丁一匯.高等天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，2005：188-236.

[2]陶詩言，等.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：8-11.

[3]張培昌，杜秉玉，戴鐵丕.雷達(dá)氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2010：305-323.

[4]陳傳雷，孫欣，李玉鳴，等.2010年遼寧主汛期暴雨過程副高、急流及層結(jié)特征分析[J].氣象科技，2013，41（01）：146-152.

[5]孫欣，陳傳雷，趙明，等.遼寧2008年3場暴雨對比分析[J].氣象科技，2010，30（06）：881-888.

作者簡介：郭佰匯，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：天氣預(yù)報、預(yù)警、環(huán)境氣象、農(nóng)業(yè)氣象。