2020年8月18日—19日沈陽地區(qū)暴雨天氣過程分析

劉 青，李 典，吳宇童，李琳琳，徐 爽，張 琳

（1.沈陽市氣象局，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，遼寧 沈陽 110166；3.遼陽市氣象局，遼寧 遼陽 111000）

受高空槽和副熱帶高壓（下文簡稱“副高”）外圍暖濕氣流的共同影響，2020 年8 月18 日—19 日（北京時(shí)，下同）沈陽地區(qū)出現(xiàn)了暴雨，局部大暴雨天氣，全地區(qū)平均降水量78.6 mm，最大降水量169.7 mm，出現(xiàn)在康平縣東關(guān)小城子站。此次強(qiáng)降水過程呈現(xiàn)范圍大、持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，降水給城市防汛帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)給市民出行也帶來了極大的不便。

1 天氣形勢分析

高空形勢顯示，2020 年8 月17 日20 時(shí)，副高逐漸南撤，但幅度不大，這有利于暖濕空氣向北輸送。18 日08 時(shí)—20時(shí)，副高明顯北抬，且北界已達(dá)沈陽中部地區(qū)附近。18 日08時(shí)，500 hPa 高空槽東移下擺，槽后偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下。850 hPa 切變線位于遼寧西北部，冷暖空氣在切變線附近交匯，等溫線梯度加大，這有利于斜壓鋒生，鋒面次級環(huán)流有利于降水的進(jìn)一步發(fā)展。18 日08 時(shí)—14 時(shí)，由于副高穩(wěn)定少動，導(dǎo)致切變線穩(wěn)定維持，這使環(huán)流場處于幾乎靜止?fàn)顟B(tài)，迫使強(qiáng)回波在沈陽北部地區(qū)長時(shí)間維持，形成強(qiáng)降水。

地面形勢顯示，2020 年8 月18 日08 時(shí)，低壓中心位于黑龍江東北部，遼寧處于冷鋒前部。18日08時(shí)—19日02時(shí)，低壓系統(tǒng)向東北方向移動，冷鋒向東南方向移動，降水位于鋒面前側(cè)暖區(qū)部分。19 日02 時(shí)后，鋒面附近的系統(tǒng)性降水開始增強(qiáng)，但強(qiáng)度相對較弱。

2 探空資料分析

2020 年8 月18 日08 時(shí)，沈陽地區(qū)K 指數(shù)在32℃～36℃，對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）在1 000～1 500 J·kg-1，大氣層結(jié)不穩(wěn)定；18 日20 時(shí)，K 指數(shù)在32℃～40℃，CAPE 在200 J·kg-1以下。降水實(shí)況監(jiān)測顯示，18日08 時(shí)—19 日02 時(shí)降水以對流性為主，雨量分布不均勻。19日02時(shí)—14時(shí)降水以穩(wěn)定性為主。

3 物理量診斷分析

3.1 動力條件

降水期間，700 hPa 垂直上升運(yùn)動經(jīng)歷了從弱到強(qiáng)的發(fā)展階段。2020 年18 日08 時(shí)—19 日02 時(shí)，沈陽西北地區(qū)垂直速度在-8～-4 Pa·s-1，強(qiáng)烈上升運(yùn)動將低層水汽、能量抬升到高層，形成了發(fā)展旺盛的對流云。18日20時(shí)，850 hPa沈陽北部地區(qū)輻合最為明顯，19日08時(shí)東南部地區(qū)輔合明顯。

從各層次風(fēng)場可以看出，沈陽地區(qū)上空存在西南低空急流和超低空急流。

3.2 熱力條件

2020 年18 日08 時(shí)假相當(dāng)位溫（θse）在67℃～72℃，之后進(jìn)一步增大；18日20時(shí)沈陽地區(qū)θse在72℃～77℃，存在不穩(wěn)定能量，有利于強(qiáng)降水發(fā)生。18 日沈陽地區(qū)的θse 高于遼寧省暴雨預(yù)報(bào)物理量最低閾值（64℃）。

3.3 水汽條件

2020 年18 日02 時(shí)—19 日22 時(shí)大氣可降水量均在50mm以上，整層空氣中的絕對水汽含量充沛。

2020 年18 日08 時(shí)，沈陽 地區(qū)850 hPa 比濕在12～14 g·kg-1，19 日08 時(shí)，沈陽北部地區(qū)逐漸減小，而東南部地區(qū)逐漸增大，最大值在14～16 g·kg-1。降水期間，沈陽地區(qū)850 hPa比濕均大于遼寧省暴雨預(yù)報(bào)物理量最低閾值（12 g·kg-1）。

4 雷達(dá)回波分析

2020 年18 日02 時(shí)—19 日22 時(shí)，沈陽地區(qū)出現(xiàn)暴雨過程是受高空槽和副熱帶高壓外圍暖濕氣流共同影響，主要是由于高空槽東移與副高南退相疊加，為中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生提供了大尺度的背景場。

2020 年18 日02 時(shí)—08 時(shí)，副高邊緣地區(qū)形成局地雷陣雨，回波區(qū)主要位于遼中區(qū)和渾南區(qū)。18 日08 時(shí)，對流云團(tuán)在露點(diǎn)鋒附近偏濕空氣一側(cè)觸發(fā)，且向東北方向移動，康平縣上空形成東西向的帶狀對流系統(tǒng)。對流云團(tuán)于18 日12 時(shí)移至康平縣上空并發(fā)展加強(qiáng)，且在此對流單體后側(cè)不斷有新單體生成向東北移動，新生單體沿西南氣流北上。強(qiáng)回波移速快、組織化程度并不強(qiáng)，以零散的塊狀回波為主。18 日09時(shí)—15時(shí)回波始終維持在康平縣，15時(shí)后回波南壓。

2020年18日18時(shí)，強(qiáng)回波區(qū)主要位于沈陽地區(qū)東部，形成了組織化的弓狀回波，移動快，18 日18 時(shí)18 分，主體移出法庫縣，進(jìn)入沈陽市區(qū)，此時(shí)由于垂直風(fēng)切變大值區(qū)位于遼寧西北，市區(qū)垂直風(fēng)切相對較小，加之地面露點(diǎn)減小，對應(yīng)高空CAPE 下降，均不利于對流長時(shí)間維持和發(fā)展。進(jìn)入沈陽市區(qū)后，回波南部開始減弱消散。

2020年19日02時(shí)—22時(shí)，隨著切變線和鋒面南壓，系統(tǒng)性降水開始增強(qiáng)。

5 模式預(yù)報(bào)偏差分析

數(shù)值模式降水量預(yù)報(bào)分為大尺度降水預(yù)報(bào)和對流性降水預(yù)報(bào)。大尺度降水預(yù)報(bào)是格點(diǎn)微物理過程結(jié)果，反映的槽或切變線產(chǎn)生的系統(tǒng)性降水，偏差來源于降水系統(tǒng)預(yù)報(bào)的誤差。對流性降水預(yù)報(bào)是次網(wǎng)格對流參數(shù)化結(jié)果，根據(jù)每個(gè)格點(diǎn)的溫、壓、濕、風(fēng)反算出來的，結(jié)果僅作為對流條件判斷。

第一階段（副高外圍對流降水）500 hPa 副高位置預(yù)報(bào)穩(wěn)定，低渦底部槽預(yù)報(bào)略偏弱且偏北。850 hPa 切變線位置及兩側(cè)的風(fēng)速預(yù)報(bào)基本一致。模式預(yù)報(bào)偏差不是系統(tǒng)誤差造成的，主要來源于對流性降水的預(yù)報(bào)偏差；東北中尺度數(shù)值模式（Weather Research and Forecasting，WRF）預(yù)報(bào)的降水量存在一定參考意義，但降水時(shí)段存在明顯滯后性。

第二階段（鋒面降水）500 hPa 副高位置預(yù)報(bào)穩(wěn)定，但584線上短波槽預(yù)報(bào)偏弱；低渦底部槽預(yù)報(bào)偏弱且偏北，導(dǎo)致槽前正渦度平流減弱，使輻合抬升作用減??；850 hPa 切變線位置預(yù)報(bào)基本一致，但兩側(cè)的風(fēng)速預(yù)報(bào)偏?。ㄒ姳?）。

表1 ECMWF模式預(yù)報(bào)風(fēng)速和實(shí)況風(fēng)速對比Tab.1 Comparison of ECMWF model forecast wind speed and actual wind speed

ECMWF 預(yù)報(bào)整層水汽含量為56～57 mm，實(shí)況監(jiān)測為54～60 mm，預(yù)報(bào)和實(shí)況相差不多。

模式預(yù)報(bào)的風(fēng)速偏小，并沒有導(dǎo)致明顯的水汽條件減弱，很可能使輻合抬升條件變差，進(jìn)而導(dǎo)致模式大尺度降水預(yù)報(bào)略偏小。

6 結(jié)論

（1）本次降水過程發(fā)生在高空槽和副熱帶高壓外圍暖濕氣流的共同影響下，降水以對流性為主，伴有雷電、短時(shí)強(qiáng)降水和局地的雷暴大風(fēng)，具有強(qiáng)降水范圍大，降水持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)。

（2）降水共分為2 個(gè)階段：第一階段為副高邊緣對流降水，降水量達(dá)到了大到暴雨、局部大暴雨；第二階段為鋒面降水，降水量達(dá)到了中到大雨。

（3）降水過程中模式預(yù)報(bào)均出現(xiàn)偏差：第一階段模式預(yù)報(bào)的偏差不是系統(tǒng)誤差造成的，主要來源于對流性降水的預(yù)報(bào)偏差；第二階段（鋒面降水）模式預(yù)報(bào)偏差主要來源于系統(tǒng)預(yù)報(bào)誤差，低渦底部槽預(yù)報(bào)偏弱且偏北，切變線兩側(cè)的風(fēng)速預(yù)報(bào)偏小，使輻合抬升條件變差，導(dǎo)致模式降水預(yù)報(bào)略偏小。