內(nèi)蒙古錫林郭勒盟一次極端暴雨過程成因分析

宋 磊，李曉坤

(1.內(nèi)蒙古錫林浩特民航機(jī)場(chǎng)有限責(zé)任公司；2.錫林郭勒盟氣象局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

近年來，隨著全球氣候變暖，我國各地極端降水事件頻發(fā)，其致災(zāi)性也越來越明顯。為有效預(yù)防或減小極端降水事件造成的危害，對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的研究勢(shì)在必行。目前，國內(nèi)外有很多學(xué)者對(duì)致災(zāi)性暴雨和極端降水天氣過程進(jìn)行診斷分析[1-5]，發(fā)現(xiàn)暴雨和極端降水常發(fā)生在有利的大尺度環(huán)流背景下，并引發(fā)中小尺度對(duì)流性天氣系統(tǒng)產(chǎn)生[6]，低空急流的促進(jìn)作用為強(qiáng)降水提供水汽輸送，與高空急流配合提供暴雨所需的動(dòng)力和熱力條件[7]，特殊地形作用使中低層氣流抬升和輻合，地面輻合線觸發(fā)對(duì)流發(fā)展致使暴雨增強(qiáng)[8-9]等，以上研究結(jié)論對(duì)暴雨強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)提供了一定的參考依據(jù)。2021年7月24日—26日內(nèi)蒙古錫林郭勒盟(以下簡稱“錫盟”)出現(xiàn)了一次極端暴雨天氣過程，筆者從環(huán)流背景、物理量場(chǎng)等方面對(duì)此次暴雨天氣過程的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行診斷分析，總結(jié)此類暴雨天氣的成因，以更好地為防災(zāi)減災(zāi)工作提供有效的服務(wù)。

1 資料

所用資料包括2021年7月24日—26日常規(guī)觀測(cè)資料、錫林浩特和二連浩特的探空資料、錫盟地區(qū)15個(gè)國家站和500個(gè)區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料。

2 天氣實(shí)況

表1 日降水量達(dá)到極端事件監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的站點(diǎn)

2021年7月24日—26日，錫盟出現(xiàn)有氣象記錄以來的十分罕見的極端暴雨天氣過程。錫盟15個(gè)國家站中有6站累計(jì)降水量達(dá)到暴雨，500個(gè)區(qū)域自動(dòng)站中有104站累計(jì)降水量達(dá)到暴雨及以上量級(jí)，屬建站以來錫盟北部地區(qū)出現(xiàn)的最大范圍暴雨天氣過程。其中7月24日21時(shí)—25日20時(shí)，蘇尼特左旗滿都拉圖鎮(zhèn)巴彥杭蓋嘎查出現(xiàn)大暴雨，降水量達(dá)110.6 mm，見圖1，二連浩特79.3 mm，阿巴嘎旗68.6 mm，蘇尼特左旗59.7 mm，以上日降水量均超過歷史極值或極端閾值。

圖1 2021年7月24日21時(shí)—25日20時(shí)蘇尼特左旗

3 環(huán)流背景

500 hPa中高緯地區(qū)為“兩脊一槽”，巴爾喀什湖和日本海附近分別有一高壓脊，貝加爾湖上空為一高空冷渦，冷渦旋轉(zhuǎn)有小槽影響錫盟上空。西太平洋副熱帶高壓呈塊狀分布，中心位于日本海北部地區(qū)，阻擋上游高空槽東移，此種環(huán)流配置是錫盟區(qū)域性暴雨天氣的典型特征，屬于徑向性西太平洋副熱帶高壓型。2021年7月25日08時(shí)西太平洋副熱帶高壓脊線在朝鮮半島至黃海上空，比1981年—2010年平均位置偏北超過10個(gè)緯距，臺(tái)風(fēng)“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側(cè)源源不斷地將水汽和不穩(wěn)定能量輸送至錫盟上空，配合低層850 hPa切變線、河套倒槽，觸發(fā)地面輻合線，導(dǎo)致了極端暴雨天氣發(fā)生。

4 探空?qǐng)D分析

二連浩特(53068)站上空2021年7月25日08時(shí)(圖2a)整層濕度較大，LCL高度位于883.5 hPa，暖云層較厚，說明水汽極易凝結(jié)，降水效率高。但CAPE值0.9 J/kg，DCAPE值18.2 J/kg，均較小，0 ℃層和-20 ℃層位置偏高，易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，而出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和冰雹的可能性小。到2021年7月25日20時(shí)(圖2b)LCL高度位于877.8 hPa，0 ℃層和-20 ℃層位置仍偏高，CAPE值33.7 J/kg，仍然較小，但DCAPE值增大至899.4 J/kg，中層有干空氣侵入，濕度轉(zhuǎn)差，垂直風(fēng)切變指數(shù)較小，說明短時(shí)強(qiáng)降水趨于結(jié)束，也不易出現(xiàn)雷暴大風(fēng)天氣。2021年7月26日08時(shí)暖云層進(jìn)一步變薄，降水效率減弱，到26日20時(shí)暖云層厚度進(jìn)一步減小，降水結(jié)束。

(a)

(b)

5 物理量場(chǎng)分析

5.1 動(dòng)力條件

2021年7月23日20時(shí)—26日20時(shí)沿超歷史暴雨極值站——二連浩特(111.967°E，43.65°N)作散度、垂直速度的時(shí)間——垂直剖面圖(圖略)。從散度的時(shí)間——垂直剖面圖上可以看出，24日20時(shí)，500 hPa以下為輻合區(qū)，輻合中心較弱(1.6×10-4s-1)，位于700 hPa上空，500 hPa至200 hPa為輻散區(qū)，到25日08時(shí)輻合中心強(qiáng)度增至-3.6×10-4s-1，500 hPa至150 hPa為輻散區(qū)，中心位于200 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)到4.8×10-4s-1，此時(shí)中低層輻合強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，輻散區(qū)厚度和強(qiáng)度均加強(qiáng)，這種低層強(qiáng)輻合，高層強(qiáng)輻散，有利于大氣垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與維持，同時(shí)加強(qiáng)水汽的垂直輸送，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供動(dòng)力條件。

垂直速度的時(shí)間-垂直剖面圖上顯示，2021年7月24日20時(shí)，二連浩特地面至150 hPa附近均為負(fù)值區(qū)，對(duì)應(yīng)垂直上升運(yùn)動(dòng)，到2021年7月25日08時(shí)，負(fù)值區(qū)增大增厚，垂直上升運(yùn)動(dòng)中心值達(dá)到-5.7 Pa/s，位于500 hPa，強(qiáng)烈深厚的上升運(yùn)動(dòng)提高大氣中水汽的凝結(jié)效率，配合切變線、地面輻合線以及水汽的輸送作用，共同造成強(qiáng)降水的發(fā)生。

5.2 水汽條件

極端強(qiáng)降水和持續(xù)性暴雨天氣發(fā)生時(shí)，常伴有超強(qiáng)的水汽輸送和強(qiáng)烈的水汽輻合[3]。通過分析，此次天氣過程的水汽主要是臺(tái)風(fēng)“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側(cè)的東南風(fēng)源源不斷地將水汽輸送至錫盟上空，與往年同期相比，西太平洋副熱帶高壓位置更為偏北，臺(tái)風(fēng)攜帶的水汽輸送也隨之偏北，造成降雨強(qiáng)度偏大，落區(qū)偏北的特征。

此次暴雨天氣水汽輻合主要集中在500 hPa以下，水汽輻合上升強(qiáng)度大，維持時(shí)間長。2021年7月25日08時(shí)—25日20時(shí)，錫盟西部地區(qū)850 hPa比濕達(dá)到14 g/kg，700 hPa比濕達(dá)到10 g/kg，東南氣流輸送充足的水汽，為暴雨區(qū)提供水汽條件，加上850 hPa錫盟西部地區(qū)明顯的風(fēng)向風(fēng)速輻合，加強(qiáng)了高濕區(qū)水汽的匯合。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，錫盟地區(qū)夏季強(qiáng)降水預(yù)報(bào)指標(biāo)中，850 hPa比濕基本保持在8 g/kg～10 g/kg，此次過程850 hPa比濕場(chǎng)顯示，錫盟西部地區(qū)比濕大值區(qū)在錫盟西部偏北一帶，中心值為11 g/kg，同時(shí)風(fēng)場(chǎng)輻合也位于錫盟西部地區(qū)，這種大范圍的增濕及輻合流場(chǎng)是此次暴雨形成和維持的重要條件。

水汽通量散度是反映水汽輸送集中程度的物理量，其負(fù)值越大，表示水汽通量匯合越強(qiáng)，越有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。從水汽通量散度圖(圖略)可以看出，2021年7月24日20時(shí)暴雨區(qū)水汽迅速集中輻合上升，中心值為-1.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，位于近地層，到2021年7月25日08時(shí)水汽輻合中心上升至700 hPa，且中心強(qiáng)度加強(qiáng)為-3.3×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，說明濕層深厚，水汽上升高度高。到2021年7月25日20時(shí)500 hPa轉(zhuǎn)為水汽輻散區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到1.8×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，700 hPa以下為水汽輻合區(qū)，中心值為-4.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，這種低層輻合高層輻散，有利于水汽的凝聚上升，造成暴雨天氣。

6 結(jié)論

此次暴雨天氣過程發(fā)生的環(huán)流背景屬于徑向性西太平洋副熱帶高壓型，是錫盟地區(qū)暴雨的典型配置形勢(shì)。西太平洋副熱帶高壓阻擋上游高空槽東移，高空槽長時(shí)間影響錫盟地區(qū)。西太平洋副熱帶高壓脊線較常年偏北超過10個(gè)緯距，臺(tái)風(fēng)“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側(cè)源源不斷地將水汽和不穩(wěn)定能量輸送至錫盟上空，配合低層850 hPa切變線、河套倒槽，觸發(fā)地面輻合線，導(dǎo)致極端暴雨天氣發(fā)生。

暴雨區(qū)二連浩特(53068)上空整層濕度較大，LCL高度較低，暖云層較厚，易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。CAPE值較小，0 ℃層和-20 ℃層位置偏高，中層有干空氣侵入，垂直風(fēng)切變指數(shù)較小，不利于冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

低層強(qiáng)輻合，高層強(qiáng)輻散，強(qiáng)烈深厚的上升運(yùn)動(dòng)，比濕的異常大值區(qū)和風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)相配合，以及水汽通量散度低層強(qiáng)輻合，高層強(qiáng)輻散，都有利于大氣垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與維持，提高大氣中水汽的凝結(jié)效率，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供動(dòng)力條件和水汽條件。