東北冷渦下的尼爾基流域一次暴雨天氣過程分析

牛立強(qiáng)，周 炫

（松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林長春130021）

0 引言

東北冷渦是我國東北地區(qū)特有的天氣系統(tǒng)，是造成東北地區(qū)持續(xù)陰雨、洪澇、突發(fā)性強(qiáng)對流天氣的重要天氣系統(tǒng)，對東北地區(qū)的天氣氣候有重大影響。孫力等[1]對1998年松嫩流域東北冷渦暴雨過程進(jìn)行診斷分析，指出東亞阻高、西太平洋副高和東北冷渦以及它們在強(qiáng)度和位置上的最佳配置構(gòu)成了松嫩流域持續(xù)性暴雨的大尺度環(huán)流背景。王蕾等[2]對2000—2017年東北冷渦活動(dòng)氣候特征進(jìn)行了分析，指出冷渦發(fā)生頻次和日數(shù)均具有明顯的年際變化。齊鐸等[3]指出，根據(jù)冷渦系統(tǒng)的環(huán)流特點(diǎn)，將冷渦過程劃分為初生、發(fā)展、成熟和減弱等階段，并給出各階段的物理量特征。本文主要應(yīng)用天氣學(xué)分析和物理量診斷方法，利用NCEP（美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心）的1°×1°逐6h再分析資料和降水實(shí)況資料，從環(huán)流形勢、物理量場特征等方面對2020年8月2日—4日尼爾基流域一次暴雨形成機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 降水實(shí)況

2020年8月2日—4日，尼爾基流域出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣，最大點(diǎn)雨量為嫩江站（黑龍江省-嫩江縣-嫩江鎮(zhèn)）223.3mm，主要降水時(shí)段為8月2日19時(shí)—8月3日3時(shí)，1h最大雨強(qiáng)為71.8mm，出現(xiàn)在8月2日21時(shí)（圖1）。流域累計(jì)面雨量見表1。由此可見，此次降雨過程具有持續(xù)時(shí)間較長、累積雨量大、降水分布不均勻、小時(shí)雨強(qiáng)大等特點(diǎn)。

圖1 為嫩江站8月2日—4日逐小時(shí)降水量分布圖（單位：mm）

表18 月2日—4日尼爾基流域面雨量統(tǒng)計(jì)mm

2 環(huán)流形勢

500hPa高空圖上，8月2日8時(shí)（圖2a），在貝加爾湖東南側(cè)已形成高空冷渦，中心強(qiáng)度為572 dagpm，并與強(qiáng)度為-12℃冷中心相配合，從高空冷渦中心伸出的高空槽線位于112°E，槽后冷平流明顯，導(dǎo)致高空冷渦不斷發(fā)展，中緯度鋒區(qū)加強(qiáng)，其東側(cè)的西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏北，且維持時(shí)間較長，致使高空冷渦東移緩慢，這是此次降雨天氣持續(xù)時(shí)間較長的原因。隨著西太平洋副熱帶高壓的減弱和東退，高空冷渦自西向東穿過尼爾基流域，到5日8時(shí)（圖2b），高空冷渦中心移出尼爾基流域，降雨過程基本結(jié)束。從850hPa高空圖上，8月2日8時(shí)（圖3a），在貝加爾湖東南側(cè)維持一冷渦，尼爾基流域處于冷渦前部偏南氣流中，且處于暖平流區(qū)，不斷地積聚能量，形成“上冷下暖”高低空配置，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生，冷渦自西向東穿過尼爾基流域，到5日8時(shí)（圖3b），冷渦中心移出尼爾基流域，降雨過程基本結(jié)束。地面圖表現(xiàn)為蒙古氣旋發(fā)展加強(qiáng)，8月2日8時(shí)尼爾基流域處于蒙古氣旋伸出的地面暖鋒中，3日8時(shí)蒙古氣旋移至內(nèi)蒙古東北部，到5日8時(shí)，移出尼爾基流域。因此，從高空到地面的系統(tǒng)均為尼爾基流域暴雨的形成提供了有利條件。

3 物理量場特征

由于最大點(diǎn)雨量出現(xiàn)在嫩江站，因此以嫩江站暴雨為例，分析其各種物理量場特征。

3.1 動(dòng)力條件

從散度分布來看（圖4），8月2日20時(shí)，嫩江站上空低層散度場由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值；3日2時(shí)，低層輻合明顯增強(qiáng)，最大輻合中心位于950hPa附近，中心強(qiáng)度增強(qiáng)至-6×10-5/s，同時(shí)300hPa附近有一個(gè)4×10-5/s輻散中心與之對應(yīng)，這種低層輻合、高層輻散形勢，有利于暴雨產(chǎn)生。從垂直速度來看（圖5），8月3日2時(shí)，嫩江站上空整層垂直上升運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng)，高值中心位于800hPa附近，強(qiáng)度達(dá)-0.9×10-2hPa/s，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的動(dòng)力抬升條件。從渦度來看，8月3日02—08時(shí)，嫩江站上空為正渦度，大值中心位于600hPa附近，強(qiáng)度達(dá)12×10-5/s，說明中層有強(qiáng)烈的抽吸作用，有利于暴雨的產(chǎn)生。

圖4 嫩江站上空散度隨時(shí)間和氣壓變化（單位：10-5/s）

圖5 嫩江站上空垂直速度隨時(shí)間和氣壓變化（單位：10-2hPa/s）

3.2 熱力條件

從假相當(dāng)位溫看（圖6），8月2日20時(shí)，嫩江站上空700hPa以下假相當(dāng)位溫隨高度遞減，θse（1000-700hPa）約為10K，往上隨高度遞增，即700hPa以下有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定，加上850hPa以下比濕值大于10g/kg，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的熱力和水汽條件。至3日2時(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生后，能量釋放，假相當(dāng)位溫迅速減小。

圖6 嫩江站上空假相當(dāng)位溫和比濕隨時(shí)間和氣壓變化（圖中實(shí)線為假相當(dāng)位溫，單位：K；陰影區(qū)域?yàn)楸葷?，單位：g/kg）

圖2500 hPa形勢場（圖中實(shí)線為等高線，單位：dagpm；虛線為等溫線，單位：℃）

圖3850 hPa形勢場（圖中實(shí)線為等溫線，單位：℃；一個(gè)風(fēng)羽為4m/s）

3.3 水汽條件

充足的水汽輸送是產(chǎn)生強(qiáng)降水的必要條件之一。從水汽通量來看（圖7），8月2日14時(shí)，水汽主要來源于渤海和黃海，水汽通量大值輸送軸線由南向北指向尼爾基流域，最大值達(dá)30g/（s·hPa·cm），850hPa偏南氣流將水汽從渤海和黃海一帶源源不斷地向尼爾基流域輸送，為暴雨的發(fā)生提供了較好的水汽供應(yīng)。從水汽通量散度看（圖8），8月3日2時(shí)，嫩江站上空近地面層一直到700hPa都有水汽通量輻合，并且最大輻合中心位于950hPa，強(qiáng)度達(dá)-8×10-8g/（s·cm2·hPa），表明嫩江站上空有較強(qiáng)的水汽通量輻合。

圖8 嫩江站上空水汽通量散度隨時(shí)間和氣壓變化（單位：10-8g/（s·cm2·hPa））

圖72 日14時(shí)850hPa水汽通量（陰影區(qū)域，單位：g/（s·hPa·cm）；一個(gè)風(fēng)羽為4m/s）

4 結(jié)語

1）此次尼爾基流域暴雨過程主要以對流性降水為主，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣。此次過程的影響天氣系統(tǒng)為東北冷渦和地面蒙古氣旋。

2）嫩江站上空低層輻合，高層輻散，中層有強(qiáng)烈的抽吸作用，并且整層垂直上升運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng)，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的動(dòng)力抬升條件。

3）嫩江站上空700hPa以下有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的熱力條件，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生后，能量釋放，假相當(dāng)位溫迅速減小。

4）嫩江站上空近地面層一直到700hPa都有水汽通量輻合，850hPa偏南氣流將水汽從渤海和黃海一帶源源不斷地向尼爾基流域輸送，為暴雨的發(fā)生提供了較好的水汽供應(yīng)。