興安盟一次雙雨帶暴雨天氣分析

祁 蕾

(興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

臺風(fēng)暴雨是我國最主要的災(zāi)害性天氣之一，臺風(fēng)帶來的災(zāi)害常在登陸前后造成，臺風(fēng)登陸后受到地面摩擦的影響，結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度迅速減弱，當(dāng)臺風(fēng)減弱發(fā)展成熱帶氣旋并與中緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用時，不僅引起熱帶氣旋的變化，也對中緯度地區(qū)天氣產(chǎn)生重大影響[1]。當(dāng)?shù)顷懪_風(fēng)減弱后的殘余環(huán)流與冷空氣相互作用時，低壓系統(tǒng)將再次獲得能量，引起大暴雨的產(chǎn)生[2]。興安盟地處內(nèi)蒙古東部[3]。受到大興安嶺山脈的影響，興安盟地區(qū)降水量常呈現(xiàn)帶狀分布[4]，據(jù)統(tǒng)計[5]，興安盟夏季雷電活動頻繁程度較高，多對流性降水天氣發(fā)生。2018年7月24日—25日受高空短波槽東移帶來的冷空氣和臺風(fēng)“安比”北上的共同影響，興安盟出現(xiàn)大范圍的大到暴雨、局地大暴雨天氣，由于降水時間長，強(qiáng)度大，給興安盟帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。興安盟阿爾山市、突泉縣、科爾沁右翼前旗和科爾沁右翼中旗部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨洪澇災(zāi)害。因此，研究臺風(fēng)登陸后與中緯度系統(tǒng)共同作用產(chǎn)生的暴雨天氣對防災(zāi)減災(zāi)工作有重要的意義。

1 降水實況及降水特點(diǎn)

2018年7月24日04時—26日07時興安盟出現(xiàn)暴雨天氣過程，主要降水時段為24日04時—25日20時。100 mm以上13個站，科爾沁右翼前旗滿族屯120.9 mm、科爾沁右翼中旗新艾里117.5 mm、科爾沁右翼前旗德伯斯鎮(zhèn)114.6 mm、烏蘭浩特市葛根廟111.1 mm、科爾沁右翼中旗孟恩鉛礦107.7 mm、突泉德泉105.4 mm、科爾沁右翼中旗白音哈拉105.2 mm、烏蘭浩特市衛(wèi)東103.5 mm、科爾沁右翼前旗索倫103.3 mm，突破日降水量歷史極值、突泉太東102.4mm、突泉水泉101.6 mm、突泉太平100.3 mm、突泉合發(fā)100.3 mm，占比7.3%；50 mm～99.9 mm有50個站，占比28.1%，主要分布在阿爾山北部、科爾沁右翼前旗中西部、扎賚特旗東部、烏蘭浩特市南部、突泉中東部和科爾沁右翼中旗中南部；25 mm～49.9 mm有72個站，占比40.4%；10 mm～24.9 mm有37個站，占比20.8%。最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在扎賚特旗巴彥扎拉嘎七家子08時—09時52.3 mm/h。

從2018年7月24日04時—20時和24日20時—25日20時降水實況圖來看(見圖1)，此次暴雨過程出現(xiàn)雙雨帶現(xiàn)象。第一階段為7月24日04時-20時，降水主要集中在烏蘭浩特以北地區(qū)，以中到大雨為主，西北部降水量級較大，出現(xiàn)大到暴雨。從逐小時逐站的降水來看以短時強(qiáng)降水為主，降水時間主要集中在24日早晨和午后，中間出現(xiàn)降水間隔。第二階段為7月24日20時—25日20時，降水主要集中在中南部地區(qū)，降水分布呈帶狀。從逐小時降水來看大部地區(qū)以穩(wěn)定性降水為主，個別站點(diǎn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水。

圖1 7月24日—25日興安盟降水量實況(單位：mm)

2 大尺度環(huán)流背景分析

2.1 高空形勢

從500 hPa形勢場來看(見圖2)，7月24日08時蒙古地區(qū)多短波槽活動，內(nèi)蒙古河套地區(qū)受高空槽影響。結(jié)合500 hPa溫度場分析，溫度場明顯落后于高度場，有利于高空槽的快速發(fā)展。副熱帶高壓北跳至我國東北地區(qū)。興安盟受副熱帶高壓外圍的西南暖濕氣流和中緯度南下的冷空氣共同影響。7月24日20時高空槽與其北部短波槽合并，加強(qiáng)加深發(fā)展，東移3/4個緯距。副熱帶高壓中心強(qiáng)度增強(qiáng)，繼續(xù)北跳，脊線略向東移。7月25日08時長波槽減弱分裂成北部的橫槽和南部的短槽，北部橫槽繼續(xù)東移至興安盟地區(qū)。副熱帶高壓南退至朝鮮半島一帶，中心強(qiáng)度未減弱。7月25日20時橫槽維持穩(wěn)定少動，副熱帶高壓繼續(xù)南退。

從形勢場分析來看，第一階段降水主要受高空槽東移的影響，配合下游強(qiáng)而偏北的副熱帶高壓，使得水汽和熱量向內(nèi)蒙古輸送并阻擋高空槽繼續(xù)東移發(fā)展，有利于內(nèi)蒙古東部地區(qū)上升運(yùn)動加強(qiáng)，給興安盟北部地區(qū)帶來大雨、暴雨天氣。第二階段降水主要受臺風(fēng)“安比”登錄后減弱變性為溫帶氣旋的殘余環(huán)流的影響，興安盟南部和東部地區(qū)產(chǎn)生大到暴雨天氣。

從850 hPa形勢場來看(見圖3)，7月24日08時在副熱帶高壓脊線外邊緣存在由偏東風(fēng)和偏南風(fēng)構(gòu)成的暖濕切變線，位于興安盟北部地區(qū)。在其南側(cè)有一條與其相配合的偏南低空急流，為興安盟北部地區(qū)暴雨提供充沛的水汽和能量，另外通過低層暖濕平流的輸送產(chǎn)生位勢不穩(wěn)定層結(jié)，使得低層水汽輻和，產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動，有利于強(qiáng)對流活動的持續(xù)發(fā)展，造成了興安盟地區(qū)以短時強(qiáng)降水為主的第一降水階段。此時臺風(fēng)“安比”北上至華北地區(qū)，對興安盟地區(qū)的影響較小。7月24日20時低空急流維持穩(wěn)定少動，持續(xù)向興安盟北部地區(qū)提供充足的水汽和能量，臺風(fēng)“安比”登錄后與中緯度冷空氣相遇減弱變性為溫帶氣旋北上到興安盟以西地區(qū)，其攜帶的殘余環(huán)流為興安盟南部地區(qū)第二降水階段帶來了新的水汽和能量。此時暖濕切變線對降水的影響逐漸減弱，副熱帶高壓略向南退。7月25日08時溫帶氣旋繼續(xù)東移至黑龍江一帶，興安盟位于溫帶氣旋的底后部，仍受到氣旋外圍水汽和能量的影響，主要以穩(wěn)定性降水為主，局地有短時強(qiáng)降水發(fā)生。7月25日20時氣旋繼續(xù)東北上，逐漸移出我國，興安盟地區(qū)的降水基本結(jié)束。

從7月24日08時索倫站的探空圖分析來看，興安盟一帶濕層深厚，700 hPa以下相對濕度均在80%以上。風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)暖平流強(qiáng)盛。沙氏指數(shù)-3.12℃，K指數(shù)33℃，層結(jié)不穩(wěn)定，有利于低層水汽、能量的輸送和對流性降水的發(fā)生。7月24日20時索倫站的探空圖分析來看，第二階段受到臺風(fēng)“安比”減弱變性的溫帶氣旋影響，興安盟一帶600 hPa以下相對濕度均在80%以上，濕層加深。沙氏指數(shù)1.69℃，K指數(shù)34℃，層結(jié)不穩(wěn)定。溫帶氣旋外圍豐富的水汽和能量促使興安盟第二階段降水的發(fā)生。

2.2 地面形勢

綜合分析海平面氣壓場和地面填圖，興安盟第一降水階段時臺風(fēng)“安比”登錄后一直北上，興安盟位于倒槽頂部的位置，受偏東風(fēng)影響。從7月24日20時的海平面氣壓場和地面填圖來看，臺風(fēng)“安比”與中緯度冷空氣相遇，減弱變性的溫帶氣旋移至興安盟以南地區(qū)，此時興安盟開始了第二降水階段。

3 物理條件分析

3.1 水汽條件

從7月24日08時—20時850 hPa比濕場來看，水汽主要在副熱帶高壓西側(cè)，分布在華北和東北地區(qū)，興安盟地區(qū)比濕在14 g/kg左右。從7月24日08時850 hPa水汽通量散度來看，興安盟位于水汽輻和中心左側(cè)，水汽輻和中心最大強(qiáng)度為-60 g/cm2·hPa·s。隨著時間的變化，水汽輻和中心東南移動且強(qiáng)度減弱，最大強(qiáng)度為-40 g/cm2·hPa·s。7月25日08時—20時興安盟地區(qū)比濕減小，在10 g/kg左右，南部地區(qū)較大，達(dá)到12 g/kg。從7月25日08時—20時850 hPa水汽通量散度來看，水汽輻和中心繼續(xù)東移并減弱，興安盟地區(qū)低層處于水汽輻散場。

圖2 7月24日-25日500 hPa形勢場

圖3 7月24日—25日850 hPa形勢場

圖4 7月24日—25日850 hPa比濕場(單位：g/kg)

圖5 7月24日08時—20時假相當(dāng)位溫場(單位：K)

綜合分析，興安盟地區(qū)第一降水階段比濕最大達(dá)到14 g/kg，發(fā)生大雨、暴雨的興安盟北部地區(qū)與水汽通量散度大值區(qū)相一致。大雨、暴雨雨帶隨著水汽的大值區(qū)進(jìn)行移動，水汽的大值區(qū)主要位于暖濕切變線的南側(cè)，低空急流左側(cè)。興安盟地區(qū)第二降水階段發(fā)生大雨、暴雨的興安盟南部地區(qū)比濕最大達(dá)到12 g/kg。雖然低層為水汽輻散區(qū)域，但臺風(fēng)“安比”減弱變性的溫帶氣旋仍給興安盟南部地區(qū)帶來了大到暴雨天氣。

3.2 動力條件

臺風(fēng)“安比”登陸后，7月24日08時其中心位于38°N附近，南北兩側(cè)均存在上升運(yùn)動。隨著臺風(fēng)“安比”的北上上升運(yùn)動區(qū)繼續(xù)北移，7月24日20時中心位于43°N附近，東北西南兩側(cè)均存在上升運(yùn)動區(qū)。7月25日08時—20時，臺風(fēng)“安比”變性減弱的溫帶氣旋繼續(xù)向東北移動，上升運(yùn)動強(qiáng)度及范圍逐漸減弱。從索倫站(121.2°E，46.6°N)和突泉站(121.5°E，45°N)7月24日08時20時的整層散度場分析來看，興安盟北部地區(qū)300 hPa以下均為上升氣流，中心強(qiáng)度為-12 hPa/s。南部地區(qū)在7月24日上午上升氣流較為深厚，隨著時間的增加，上升氣流的厚度逐漸減小，但中心強(qiáng)度增大到-38 hPa/s。綜合分析，臺風(fēng)兩側(cè)的上升運(yùn)動分布不均，北側(cè)上升運(yùn)動強(qiáng)度一直大于南側(cè)，上升運(yùn)動的不均勻分布為臺風(fēng)北上提供了動力條件；通過分析南北兩個雨帶的垂直散度場隨時間的變化，受臺風(fēng)影響的第二降水階段上升運(yùn)動的中心強(qiáng)度較大。

3.3 熱力不穩(wěn)定條件

從7月24日08時兩層的假相當(dāng)位溫來看，興安盟地區(qū)假相當(dāng)位溫隨高度的升高是減小的，存在不穩(wěn)定層結(jié)，加之上升運(yùn)動的抬升作用，釋放不穩(wěn)定能量，從而產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。另外兩個層次的假相當(dāng)位溫大值中心在興安盟偏南一帶，均位于強(qiáng)降雨中心的南側(cè)。7月24日20時，500 hPa和850 hPa均存在明顯的暖舌，興安盟位于暖舌的頂部。由于臺風(fēng)“安比”的繼續(xù)北上，在興安盟南部一帶與槽后冷空氣相遇，由暖心結(jié)構(gòu)的熱帶氣旋轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖诶渑Y(jié)構(gòu)的溫帶氣旋。冷空氣的入侵改變了系統(tǒng)的熱力結(jié)構(gòu)，不穩(wěn)定能量增加，觸發(fā)了第二階段的強(qiáng)降水天氣過程。

4 結(jié)束語

此次暴雨過程出現(xiàn)雙雨帶現(xiàn)象。從影響系統(tǒng)來看，第一階段降水主要受高空槽東移的影響，配合副熱帶高壓脊線外邊緣的暖濕切變線和切變線南側(cè)的偏南低空急流，地面系統(tǒng)上興安盟位于倒槽頂部的位置，受偏東風(fēng)影響，使得水汽和熱量向內(nèi)蒙古輸送并阻擋高空槽繼續(xù)東移發(fā)展，有利于內(nèi)蒙古東部地區(qū)上升運(yùn)動加強(qiáng)，給興安盟北部地區(qū)帶來大雨、暴雨天氣。第二階段臺風(fēng)“安比”登陸后與中緯度冷空氣相遇減弱變性為溫帶氣旋北上到興安盟以西地區(qū)，其攜帶的殘余環(huán)流為興安盟南部地區(qū)第二降水階段帶來了新的水汽和能量， 興安盟南部和東部地區(qū)產(chǎn)生大到暴雨天氣。

從物理量場來看，第一階段降水比濕最大達(dá)到14 g/kg，發(fā)生大雨、暴雨的興安盟北部地區(qū)與水汽通量散度大值區(qū)相一致。第二階段降水興安盟南部地區(qū)比濕最大達(dá)到12 g/kg，興安盟南部地區(qū)帶來了大到暴雨天氣。降水發(fā)生時，臺風(fēng)北側(cè)上升運(yùn)動強(qiáng)度一直大于南側(cè)，上升運(yùn)動的不均勻分布為臺風(fēng)北上提供了動力條件，從降水階段來看，受臺風(fēng)影響的第二降水階段上升運(yùn)動的中心強(qiáng)度較大。從假相當(dāng)位溫的垂直變化來看，第一階段興安盟地區(qū)假相當(dāng)位溫隨高度的升高是減小的，假相當(dāng)位溫大值中心位于強(qiáng)降雨中心的南側(cè)，興安盟地區(qū)存在不穩(wěn)定層結(jié)，加之上升運(yùn)動的抬升作用，釋放不穩(wěn)定能量，觸發(fā)了強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。第二階段假相當(dāng)位溫場上存在明顯的暖舌，興安盟位于暖舌的頂部。由于臺風(fēng)“安比”的繼續(xù)北上，在興安盟南部一帶與槽后冷空氣相遇，由暖心結(jié)構(gòu)的熱帶氣旋轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖诶渑Y(jié)構(gòu)的溫帶氣旋，不穩(wěn)定能量增加，觸發(fā)了第二階段的強(qiáng)降水天氣過程。