2016年7月下旬朝陽(yáng)市一次暴雨天氣過(guò)程成因分析

張艷芳，李海闊

建平縣氣象局，遼寧建平 122400

在我國(guó)，暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，暴雨是我國(guó)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。暴雨具有突發(fā)性強(qiáng)、降水量大、降水比較集中等特點(diǎn)，很容易引發(fā)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和各種次生災(zāi)害，嚴(yán)重影響了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降水天氣很容易產(chǎn)生大量的積水，淹沒(méi)徑流低洼地段，從而使城市出現(xiàn)重大洪澇災(zāi)害[1]。朝陽(yáng)市年內(nèi)降水分布不均，且降水主要集中在每年的7—8月，而副熱帶高壓、低層切變線(xiàn)等則是暴雨落區(qū)的主要影響系統(tǒng)。對(duì)2016年7月25—26日朝陽(yáng)市暴雨天氣過(guò)程成因進(jìn)行分析，可加深人們對(duì)此類(lèi)降水天氣動(dòng)力、物理機(jī)制和發(fā)展機(jī)理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而提升預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，同時(shí)還能為類(lèi)似天氣預(yù)報(bào)提供參考借鑒。

1 天氣實(shí)況和氣象服務(wù)

2016年7月24—25日，遼寧省朝陽(yáng)市出現(xiàn)大雨、局部暴雨天氣。平均降水51.9 mm，最大降水量143.9 mm。降水量超過(guò)50 mm的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有70個(gè)，超過(guò)25mm的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有125個(gè)。

針對(duì)此次過(guò)程的24日14:15，市氣象臺(tái)發(fā)布決策服務(wù)材料，明確了當(dāng)天夜間出現(xiàn)降水的時(shí)段和雨量，市局建議政府召開(kāi)會(huì)議部署防汛工作。16:00，市政府緊急召開(kāi)全市防汛工作電視電話(huà)會(huì)議。市領(lǐng)導(dǎo)指出，受上次強(qiáng)降雨影響，朝陽(yáng)大部分土壤含水量已經(jīng)基本飽和，地面的承水能力明顯減弱，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。全市上下要進(jìn)一步統(tǒng)一思想、強(qiáng)化責(zé)任，確保安全平穩(wěn)度汛，氣象部門(mén)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、決策及時(shí)、服務(wù)到位，有利于防汛工作的每一步?jīng)Q策部署。

24日21:00，朝陽(yáng)市氣象局啟動(dòng)了氣象災(zāi)害（暴雨）四級(jí)應(yīng)急響應(yīng)命令；25日05:00，變更為二級(jí)應(yīng)急響應(yīng)。響應(yīng)期間，局領(lǐng)導(dǎo)和領(lǐng)導(dǎo)小組成員24 h堅(jiān)守待命，市氣象臺(tái)每3 h為市防指提供滾動(dòng)預(yù)報(bào)信息，每小時(shí)向有關(guān)部門(mén)和社會(huì)公眾發(fā)布全市雨情。共發(fā)布雨情9期，發(fā)布預(yù)警信號(hào)15期。

2 天氣尺度影響系統(tǒng)和環(huán)流特征

2.1 高空影響系統(tǒng)和環(huán)流特征

在2017年7月23日20:00 500 hPa高度處，東亞地區(qū)環(huán)流徑向度發(fā)展加強(qiáng)，中西伯利亞高壓與蒙古高壓脊打通之后互相疊加，隨后高壓脊經(jīng)過(guò)鄂霍次克海朝日本島本部地區(qū)轉(zhuǎn)移，有低渦出現(xiàn)在貝加爾湖東部，此時(shí)低渦的中心強(qiáng)度為560 dagpm。隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)展加強(qiáng)，來(lái)自西太平洋的副熱帶高壓較為穩(wěn)定，在40°N附近副熱帶高壓北脊線(xiàn)588 dagpm等值線(xiàn)維持少動(dòng)。至25日08:00（圖1a），該低渦中心到達(dá)我國(guó)東北地區(qū)的東部，同時(shí)還有3圈閉合等值線(xiàn)存在，中心強(qiáng)度有一定下降趨勢(shì)，達(dá)到556 dagpm，低渦南部則移動(dòng)至東北部地區(qū)，相較于低渦中心，-16℃的冷中心位置略有偏南，高度槽比溫度槽提前，低渦已經(jīng)發(fā)展成為東北冷渦。

另外，西太平洋副熱帶高壓與大陸高壓合并后不斷加強(qiáng)，整體以東西帶狀分布為主，副熱帶高壓的北脊線(xiàn)北抬的過(guò)程中到達(dá)42°N附近區(qū)域，在遼寧省上空則形成了西太平洋副熱帶高壓與東北冷渦南北對(duì)峙的局面。與此同時(shí)，因鄂霍次克海到日本島的高壓脊北挺和蒙古高壓脊區(qū)北伸的共同作用，使得2個(gè)高壓脊頂向北伸展到65°N附近位置，位于2個(gè)阻塞高壓間的東北冷渦呈現(xiàn)出緩慢的移動(dòng)趨勢(shì)，表現(xiàn)得較為穩(wěn)定；

至25日14:00（圖1b），鄂霍次克海至日本到的高壓脊區(qū)隨著蒙古高壓東移而逐漸向東轉(zhuǎn)移，副熱帶高壓北脊線(xiàn)從朝鮮半島附近向南快速后退，使得東北冷渦攜帶的冷空氣逐漸入侵到遼寧省西北部，再加上與低空處西南暖濕氣流的交綏作用，進(jìn)一步加強(qiáng)了低渦前的對(duì)流活動(dòng)，為朝陽(yáng)市強(qiáng)降水天氣的出現(xiàn)提供了有利條件。26日08:00，副熱帶高壓減弱南落至黃淮和江淮地區(qū)，影響朝陽(yáng)市降水強(qiáng)度減弱，直至結(jié)束。

2016年7月25日08:00和20:00 700 hP高度圖顯示，貝加爾湖東側(cè)仍有低渦系統(tǒng)存在，同500 hPa處的低渦有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我國(guó)東北地區(qū)主要在700 hPa槽前，再加上強(qiáng)盛的西南暖濕氣流，此時(shí)水汽條件較好。850 hPa高度處基本與700 hPa形勢(shì)保持一致，槽前西南急流幾乎控制整個(gè)遼寧省，因低渦東移加強(qiáng)，使得低空處的急流帶東移北傳，槽后冷空氣補(bǔ)充較為明顯。由此可以看出，因高低空系統(tǒng)配合良好，副熱帶高壓強(qiáng)度較大且位置偏北，再加上低渦系統(tǒng)向東移動(dòng)，高低層條件促進(jìn)了強(qiáng)降雨天氣的出現(xiàn)。

在200 hPa高空處，因東亞環(huán)流呈現(xiàn)出經(jīng)向度發(fā)展趨勢(shì)，至25日08:00，我國(guó)東北部的高空處存在偏西急流區(qū)，而內(nèi)蒙古東部則出現(xiàn)了急流核，且位于核區(qū)的風(fēng)速高達(dá)50～60 m/s，而在高空偏西急流核入口區(qū)右側(cè)則分布有遼寧省，此時(shí)的風(fēng)速在30～50 m/s之間；至25日14:00，隨著高空偏西急流的東移南壓，急流強(qiáng)度逐漸減弱，一直到了當(dāng)天20:00（圖1c），強(qiáng)度為50～60 m/s的急流核消失不見(jiàn)。25日08:00，高空以正散度區(qū)為主，且這種情況持續(xù)至20:00，隨后高空以輻散為主，進(jìn)而出現(xiàn)了動(dòng)力抽吸作用，有利的動(dòng)力條件促進(jìn)了強(qiáng)降水天氣的發(fā)生、發(fā)展。

圖1 2016年7月25—26日500 hPa高度場(chǎng)、200 hPa急流、散度場(chǎng)

2.2 海平面氣壓場(chǎng)和低層風(fēng)場(chǎng)特征

對(duì)于朝陽(yáng)市這次暴雨天氣過(guò)程來(lái)說(shuō)，海平面氣壓場(chǎng)的鋒面、低層風(fēng)場(chǎng)切變線(xiàn)等中尺度天氣系統(tǒng)與暴雨落區(qū)之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合25日08:00海平面氣壓場(chǎng)，在黃河下游地區(qū)有黃河氣旋生成，同時(shí)還有明顯的冷暖峰出現(xiàn)，在遼寧省中部出現(xiàn)了地面暖鋒，因黃河氣旋不斷向東轉(zhuǎn)移，14:00～20:00，地面暖鋒則進(jìn)入到吉林省中部；結(jié)合850 hPa低空處風(fēng)場(chǎng)，暖施切變同地面暖鋒的位置發(fā)生重疊，25日08:00～14:00，在850 hPa低空處，朝陽(yáng)市出現(xiàn)了西南至東南走向的暖鋒式切變，且在14:00加強(qiáng)，隨后進(jìn)入吉林省。地面暖鋒與850 hPa處的暖鋒式切變區(qū)位置重疊，在地面暖鋒區(qū)和850 hPa暖鋒式切變區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了強(qiáng)降水天氣，且隨著低層暖鋒式切變加強(qiáng)，強(qiáng)降水天氣隨之加強(qiáng)，這種情況可能是低空急流強(qiáng)度和時(shí)間持續(xù)維持共同作用的結(jié)果[2]。

3 物理量場(chǎng)診斷

3.1 水汽條件

結(jié)合低層處的水汽通量、風(fēng)場(chǎng)的水平分布情況來(lái)看，針對(duì)此次朝陽(yáng)市這次大暴雨天氣，西太平洋和南海是此次降水天氣的主要水汽來(lái)源地，其沿著西南氣流，依次經(jīng)過(guò)我國(guó)南方、華北地區(qū)，最后則進(jìn)入遼寧省中部。通過(guò)對(duì)850 hPa處的水汽通量和流場(chǎng)進(jìn)行分析可知，在暴雨天氣還沒(méi)有出現(xiàn)之前，在西南氣流的影響下，來(lái)自西太平洋和南海地區(qū)的水汽進(jìn)入我國(guó)南方地區(qū)，使得南方水汽通量大幅度增加，之后則是因大陸高壓與西太平洋副熱帶高壓的合并作用，使得西南氣流加強(qiáng)并成為西南急流，隨后的南方水汽則朝著華北地區(qū)輸送和匯聚，到了25日14:00（圖2a），遼寧省中部出現(xiàn)西南急流，且水汽通量中心比急流頭部要滯后，在遼寧省中東部地區(qū)存在水汽通量中心，其中心值達(dá)到了22 g/（cm·hPa·s），另外還有一個(gè)水汽通量大值中心出現(xiàn)在山東中部，隨后急流發(fā)展加強(qiáng)；20:00，西南急流頭部從遼寧省境內(nèi)移出，此時(shí)水汽通量中心值達(dá)到了27 g/（cm·hPa·s），并進(jìn)入遼寧省中部（圖2b）。結(jié)合水汽通量散度，25日14:00，在遼寧省中西部存在水汽輻合區(qū)，中心位于朝陽(yáng)市，中心強(qiáng)度 達(dá) 到-80 g/（cm·hPa·s）（圖2c），到了當(dāng)天20:00，除了遼寧省西北部外，其余地區(qū)均在水汽輻合區(qū)中，輻合中心則位于遼寧省北部，中心強(qiáng)度為-140 g/（cm·hPa·s）（圖5d）。由此可以看出，在朝陽(yáng)市有西南氣流攜帶的暖濕空氣積聚，使得水汽通量值快速增加，因高空抽吸和抬升共同作用，有強(qiáng)烈的輻合出現(xiàn)，為暴雨天氣的出現(xiàn)提供了充足的水汽條件[3]。

圖2 2016年7月25日850 hPa水汽通量、水平風(fēng)和水汽通量散度、水平風(fēng)

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 散度 在7月25日08:00 850 hPa處，朝陽(yáng)市低層存在散度負(fù)值區(qū)，有輻合上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)，500 hPa高度處朝陽(yáng)市高層存在散度正值區(qū)，中高層有輻散運(yùn)動(dòng)。由此說(shuō)明，高層散度正值區(qū)同低層負(fù)值區(qū)之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。低層輻合與高層輻散的這種配置形勢(shì)為垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展加強(qiáng)提供了有利條件；至26日02:00，850 hPa朝陽(yáng)市低層散度正值區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，負(fù)散度區(qū)強(qiáng)度減小，低層輻合運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱。在500 hPa處，朝陽(yáng)市以正散度區(qū)為主，輻散運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不斷減弱；26日08:00，朝陽(yáng)市850 hPa低空處只有極個(gè)別地區(qū)以負(fù)散度為主，基本沒(méi)有明顯的輻合，說(shuō)明降水區(qū)不斷向東移動(dòng)，強(qiáng)度減弱。中高層大部分地區(qū)為正散度區(qū)，只有朝陽(yáng)東部地區(qū)存在強(qiáng)烈的輻散運(yùn)動(dòng)。低層輻合及中高層輻散運(yùn)動(dòng)的垂直配置，促進(jìn)了垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，是暴雨天氣出現(xiàn)的主要?jiǎng)恿C(jī)制。

3.2.2 渦度 結(jié)合渦度變化情況可以將高低層系統(tǒng)氣壓變化反映出來(lái)。25日08:00，朝陽(yáng)市850 hPa低空處屬于渦度正值區(qū)，表現(xiàn)為氣旋式旋轉(zhuǎn)，與輻合上升運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)；在朝陽(yáng)市存在氣旋式旋轉(zhuǎn)上升區(qū)最大值。500 hPa處朝陽(yáng)市為渦度負(fù)值區(qū)，表現(xiàn)為反氣旋式旋轉(zhuǎn)，同輻散運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)。隨著時(shí)間的推移，至當(dāng)天14:00，低層正渦度不斷向東北方向轉(zhuǎn)移，且氣旋式旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)趨勢(shì)明顯，正渦區(qū)存在大值中心，高達(dá)8×10-5s-1，高層處的負(fù)渦度區(qū)也朝著東北方向轉(zhuǎn)移；26日02:00，朝陽(yáng)市低層位于正渦度區(qū)內(nèi)，且高層渦度區(qū)同低層正渦度區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3 熱力條件

3.3.1 假相當(dāng)位溫 暴雨天氣的出現(xiàn)需要充足的水汽條件和動(dòng)力條件，同時(shí)還要有一定的動(dòng)能和不穩(wěn)定條件。假相當(dāng)位溫可以將大氣不穩(wěn)定程度反映出來(lái)。7月24日20:00—25日20:00這 段 時(shí) 間內(nèi)，朝陽(yáng)市500 hPa高度以下，隨著高度的升高假相當(dāng)位溫?cái)?shù)值不斷下降，大氣極不穩(wěn)定；而在500 hPa高度以上，隨著高度的升高，假相當(dāng)位溫值隨之增大，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，在暴雨天氣出現(xiàn)時(shí)，朝陽(yáng)市假相當(dāng)位溫值較大，說(shuō)明降水天氣出現(xiàn)時(shí)的不穩(wěn)定能量和水汽條件較好，為暴雨天氣的出現(xiàn)提供了充足的水汽和動(dòng)力條件。

3.3.2 K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI和CAPE K指數(shù)代表了大氣溫濕度及壓力的綜合特征量，可以將大氣層結(jié)的穩(wěn)定性反映出來(lái)。在朝陽(yáng)市暴雨天氣出現(xiàn)前后，K指數(shù)數(shù)值不斷增加，且K指數(shù)高能區(qū)同降水區(qū)之間保持一致。在7月24日20:00，K指數(shù)達(dá)到28℃，之后K指數(shù)值不斷增大，至25日08:00達(dá)到了37℃，尤其是25日20時(shí)達(dá)到最大，為40℃，隨著K指數(shù)的增大，說(shuō)明朝陽(yáng)市不穩(wěn)定性逐漸增加，促進(jìn)了朝陽(yáng)市暴雨天氣的出現(xiàn)。CAPE從能量積累到逐漸釋放，朝陽(yáng)市暴雨天氣的出現(xiàn)同K指數(shù)及CAPE高值區(qū)之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只有沙氏指數(shù)SI沒(méi)有明顯變化。

4 結(jié)論

（1）這次暴雨天氣過(guò)程在500 hPa為兩槽一脊形勢(shì)，朝陽(yáng)市位于東北冷渦前的西南氣流中，在地面暖鋒區(qū)和850 hPa暖鋒式切變區(qū)內(nèi)是暴雨落區(qū)；

（2）來(lái)自西太平洋和南海的水汽是此次朝陽(yáng)市暴雨天氣的主要水汽來(lái)源，并在西南氣流的幫助下輸送至朝陽(yáng)市境內(nèi)，暴雨區(qū)上空的水汽輸送和水汽輻合較強(qiáng)，中低層干冷空氣下沉促進(jìn)了暖濕氣流的抬升，再加上冷暖空氣交綏促進(jìn)了暴雨天氣的出現(xiàn)。

（3）低層輻合和中高層輻散運(yùn)動(dòng)的垂直配置，促進(jìn)了垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，是暴雨天氣出現(xiàn)的主要?jiǎng)恿C(jī)制。高層渦度區(qū)與低層正渦度區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，渦度場(chǎng)垂直配置為上升運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了有利條件。

（4）在暴雨天氣出現(xiàn)時(shí)，朝陽(yáng)市假相當(dāng)位溫值較大，說(shuō)明降水天氣出現(xiàn)時(shí)的不穩(wěn)定能量強(qiáng)，為暴雨天氣的出現(xiàn)提供了熱量條件。