2021 年主汛期包頭連續(xù)兩次暴雨天氣過(guò)程對(duì)比分析

魏 丹，劉瀾波，張世軍，趙志勇

（包頭市氣象局，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

暴雨是包頭夏季最主要的災(zāi)害性天氣之一，具有分布不均、強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)、常伴有對(duì)流性天氣等特點(diǎn)，往往會(huì)造成城市內(nèi)澇、山洪等災(zāi)害，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和正常生產(chǎn)生活帶來(lái)較大的影響。2021-08-14—18 包頭連續(xù)出現(xiàn)兩次暴雨天氣，本文利用Micaps、自動(dòng)氣象站等收集的數(shù)據(jù)從降水特點(diǎn)、環(huán)流形勢(shì)、成因、模式檢驗(yàn)等方面對(duì)這兩次暴雨過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，以期進(jìn)一步探索包頭地區(qū)暴雨天氣形成機(jī)理及特征，為提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供依據(jù)。

1 降水實(shí)況分析

1.1 “8·14”降水實(shí)況及特點(diǎn)

2021-08-14 T09 ：00—21：00，包頭市大部地區(qū)出現(xiàn)雷陣雨天氣，市區(qū)午后出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨并伴有冰雹，旗縣區(qū)平均降水量：青山區(qū)11.3 mm、昆區(qū)18.9 mm、東河區(qū)4.7 mm、高新區(qū)12.9 mm、土右旗3.1 mm、固陽(yáng)縣5.7 mm、白云區(qū)0.5 mm、達(dá)茂旗5.7 mm、石拐區(qū)7.3 mm、九原區(qū)8.3 mm。此次降水過(guò)程具有明顯對(duì)流性暴雨特點(diǎn)，首先，雖全市大部地區(qū)均有降水出現(xiàn)，但各地降水量差異懸殊，土右旗將軍堯降水量最小，為0.1 mm，九原區(qū)哈林格爾鎮(zhèn)降水量最大，為70.9 mm；其次，大量級(jí)降水位置分布極為不均，暴雨出現(xiàn)在九原區(qū)東部和青山區(qū)西部，大雨出現(xiàn)在昆區(qū)東南部、青山區(qū)西部、九原區(qū)東部、固陽(yáng)縣南部和達(dá)茂旗北部；降水出現(xiàn)時(shí)間比較集中，午后伴有短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，降水強(qiáng)度大，10：00—14：00 降水主要集中在山北地區(qū)，12：00 達(dá)茂旗氣候校準(zhǔn)站極大風(fēng)速達(dá)18.6 m/s（8 級(jí)），14：00以后主要集中在山南地區(qū)，14：00—16：00 山南出現(xiàn)10 個(gè)站點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水，15：00—16：00 九原區(qū)哈林格爾鎮(zhèn)1 h 降水量達(dá)到70.9 mm，市區(qū)出現(xiàn)冰雹，15：00土右旗公山灣極大風(fēng)速達(dá)17.8 m/s（8 級(jí)），16：00昆都侖區(qū)昆河鎮(zhèn)極大風(fēng)速達(dá)18.4 m/s（8 級(jí)）。

1.2 “8·18”降水實(shí)況及特點(diǎn)

2021-08-18 T05 ：00—2021-08-19T10：00，全市出現(xiàn)明顯降水天氣，30 個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨，主要分布在市區(qū)北部、土右旗中部和固陽(yáng)縣南部，大雨分布在市區(qū)、土右旗、固陽(yáng)縣大部和達(dá)茂旗烏克鎮(zhèn)，其余地區(qū)以中雨為主。旗縣區(qū)平均降水量：青山區(qū)41.5 mm，昆都侖區(qū)41.3 mm，東河區(qū)35.3 mm，高新區(qū)29.3 mm，土默特右旗41.1 mm，固陽(yáng)縣27.9 mm，白云區(qū)21.1 mm，達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗17.2 mm，石拐區(qū)58.0 mm，九原區(qū)42.7 mm。最大降雨量出現(xiàn)在九原區(qū)石門景區(qū)，為89 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在梅力更2021-08-18 T13：00—14：00，為27.8 mm/h。與2021-08-14 降水天氣相比，此次過(guò)程全市總體降水量更大，中雨、大雨、暴雨分布均較上一次過(guò)程范圍更大，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，但降水強(qiáng)度較上一次過(guò)程較弱，有短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)，但最大小時(shí)雨強(qiáng)與2021-08-14 過(guò)程相比較為懸殊。包頭市2021-08-14 和2021-08-18 降水量實(shí)況圖如圖1 所示。

圖1 包頭市2021-08-14 和2021-08-18 降水量實(shí)況圖

2 環(huán)流形勢(shì)分析

前期500 hPa 中高緯度為兩槽一脊形勢(shì)[1]，上游低渦系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛，且低渦中心維持在（50°N，80°E）附近，不斷有短波槽從低渦中分裂東南下，高脊不斷北移減弱，副高由東西向帶狀分布逐漸東退至東南沿海一帶，低層中國(guó)中西部大部處于暖脊控制，由于上游低值系統(tǒng)穩(wěn)定少動(dòng)，槽前西南氣流不斷向包頭地區(qū)輸送暖濕空氣，有利于降水前期能量與水汽積累。2021-08-14T08：00 短波槽移至河套西部，700 hPa 切變線壓至包頭山北地區(qū)，觸發(fā)降水，隨著2021-08-14 白天輻合系統(tǒng)逐漸東移南壓，強(qiáng)降水出現(xiàn)位置也由山北向山南移動(dòng)[2]。2021-08-15T08：00 高空槽東移至包頭下游。海平面氣壓場(chǎng)在降水前期維持東高西低形勢(shì)[3]，包頭地區(qū)處于低壓倒槽頂端，輻合抬升有利于降水的出現(xiàn)[4]。

2021-08-14 T20 ：00，環(huán)流形勢(shì)開始出現(xiàn)調(diào)整，影響包頭地區(qū)短波槽后高脊開始明顯增強(qiáng)，環(huán)流經(jīng)向度明顯加大，2021-08-15T08：00 高空槽移出包頭，2021-08-15—17 高脊東移過(guò)程中不斷加強(qiáng)北伸，包頭處于高脊控制中，同時(shí)副高西伸北抬，與中緯度高脊同位相疊加，后又東退。2021-08-18T08：00，500 hPa上包頭處于槽前西南氣流，上游有弱冷平流，副高東退至110°E 附近，其后部偏南氣流有利于將水汽與能量向北輸送[5]；700 hPa 切變移入包頭境內(nèi)，提供有利的動(dòng)力抬升條件，同時(shí)低層河套地區(qū)存在一個(gè)暖中心，包頭地區(qū)暖平流明顯，形成不穩(wěn)定層結(jié)[6]。2021-08-19白天低槽東移出包頭。 海平面氣壓場(chǎng)上2021-08-16—17 底部大范圍低壓系統(tǒng)逐漸發(fā)展并緩慢東移北上，2021-08-18T08：00 低壓中心位于包頭北部蒙古國(guó)境內(nèi)， 包頭處于低壓底前部。2021-08-14T08：00 和2021-08-18T08：00 的500 hPa形勢(shì)場(chǎng)如圖2 所示。

圖2 2021-08-14T08：00 和2021-08-18T08：00 的500 hPa 形勢(shì)場(chǎng)

3 成因?qū)Ρ确治?/h2>

3.1 抬升條件

從抬升條件來(lái)看，2021-08-14T08：00 包頭地區(qū)低層輻合、高層輻散，處于上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。而“8·18”過(guò)程垂直運(yùn)動(dòng)較“8·14”過(guò)程更加強(qiáng)烈，雖然包頭地區(qū)并不處于強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，而是處于上升運(yùn)動(dòng)與下沉運(yùn)動(dòng)的過(guò)渡區(qū)，但是恰好形成了西側(cè)上升、東側(cè)下沉的垂直方向環(huán)流，也同樣有利于暴雨天氣的出現(xiàn)。

3.2 水汽條件

“8·14”過(guò)程中地面低壓倒槽前及低層切變線前偏南氣流向北輸送水汽，并使得水汽在倒槽頂端和切變線附近輻合，整層水汽輸送與輻合條件均較為有利[7-8]，2021-08-14T08：00，850 hPa 比濕為8～9 g/kg，相對(duì)濕度達(dá)70%以上[9]；“8·18”過(guò)程中副高東退，外圍偏南氣流輸送水汽，配合高低層輻合系統(tǒng)使得水汽在包頭上空積累[10]，2021-08-18T08：00，850 hPa比濕山北達(dá)到8～9 g/kg，山南達(dá)到9 g/kg 以上，相對(duì)濕度達(dá)到70%以上。兩次降水過(guò)程中水汽條件均表現(xiàn)較好。

3.3 層結(jié)條件

2021-08-14 T08 ：00 降水前期，53336 站T-LogP圖中整層層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線幾乎重疊，表明整層水汽條件較好，垂直風(fēng)切變中700 hPa 以下為弱暖平流，700—600 hPa 為冷平流，K指數(shù)達(dá)到38.4 ℃，沙氏指數(shù)為負(fù)， 有利于不穩(wěn)定層結(jié)建立和維持。2021-08-14T20：00 中層有干冷空氣侵入，不穩(wěn)定層結(jié)被破壞。2021-08-18T08：00，53543 站T-LogP 圖中狀態(tài)曲線和層結(jié)曲線呈喇叭口狀分布，K指數(shù)達(dá)到38.5 ℃，沙氏指數(shù)為負(fù)，存在一定的不穩(wěn)定能量，垂直風(fēng)切變中整層為暖平流，表明此次降水以暖區(qū)降水為主，伴隨有不穩(wěn)定能量的積累和釋放[11-12]。

4 數(shù)值預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)

在對(duì)兩次暴雨過(guò)程的EC 模式檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，兩次過(guò)程預(yù)報(bào)起止時(shí)間都基本準(zhǔn)確，稍有偏差，“8·14”過(guò)程預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)間略偏晚，“8·18”過(guò)程預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)間略偏早，可見EC 模式對(duì)降水過(guò)程起止時(shí)間把握較準(zhǔn)確，可參考性較高，但預(yù)報(bào)結(jié)束時(shí)間偏早對(duì)于預(yù)報(bào)量級(jí)偏小有一定影響；降水量級(jí)預(yù)報(bào)方面兩次過(guò)程預(yù)報(bào)均明顯偏小，且隨著時(shí)間臨近降水量預(yù)報(bào)均向更小調(diào)整，雖然估計(jì)到可能伴隨有強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)，但對(duì)具體位置和極端性估計(jì)不足導(dǎo)致降水量級(jí)預(yù)報(bào)偏小。本地預(yù)報(bào)對(duì)于整體形勢(shì)場(chǎng)的把握、災(zāi)害性天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)等仍主要依賴于中央臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，隨著總體預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的不斷提升，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在穩(wěn)定性和準(zhǔn)確率方面均有較好的反饋，為災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供了重要支撐，但也存在各家模式預(yù)報(bào)分歧大、對(duì)災(zāi)害性天氣極端性難以詳盡描述等特點(diǎn)，本地對(duì)于模式誤差的訂正能力仍有待提高。

5 氣象服務(wù)情況

針對(duì)“8·14”過(guò)程，包頭市氣象臺(tái)2021-08-13日發(fā)布?xì)庀箢A(yù)報(bào)信息，提到“14—15 日全市將出現(xiàn)一次小到中雨天氣過(guò)程，主要降水時(shí)段集中在14日白天，全市大部地區(qū)有小雨，市區(qū)、土右、固陽(yáng)有中雨，山南及沿山地區(qū)易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣?！痹?021-08-14T11：00—16：00 先后發(fā)布雷電黃色預(yù)警信號(hào)、冰雹橙色預(yù)警信號(hào)、中小河流洪水氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、暴雨黃色預(yù)警信號(hào)、山洪氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。降水期間逐小時(shí)發(fā)布降水實(shí)況信息及天氣提示，并于2021-08-14 T16：24—16：26，在土右旗開展地面防雹作業(yè)2 點(diǎn)次，共發(fā)射防雹炮彈120 發(fā)。

針對(duì)“8·18”過(guò)程，包頭市氣象臺(tái)2021-08-16發(fā)布?xì)庀箢A(yù)報(bào)信息，預(yù)報(bào)“17—18 日全市將出現(xiàn)一次小到中雨天氣過(guò)程，主要降水時(shí)段集中在18 日白天，全市大部地區(qū)小雨，市區(qū)、土右、固陽(yáng)有中雨，局部地區(qū)偏大，沿山地區(qū)易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣?！?021-08-18T07：00—18：00 先后發(fā)布山洪氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、城市內(nèi)澇氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、暴雨黃色預(yù)警信號(hào)，與自然資源局聯(lián)合發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，及時(shí)啟動(dòng)重大氣象災(zāi)害（暴雨）Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)。降水期間逐小時(shí)發(fā)布降水實(shí)況信息及天氣提示并于2021-08-18T08：50—13：51 在固陽(yáng)縣、達(dá)茂旗開展地面人工增雨作業(yè)4 點(diǎn)次，發(fā)射增雨火箭彈36 枚。

6 結(jié)論

“8·14”降水過(guò)程具有明顯對(duì)流性暴雨特點(diǎn)，各地降水量差異懸殊，大量級(jí)降水位置分布極為不均，降水出現(xiàn)時(shí)間集中，降水強(qiáng)度大，午后伴有短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣；而“8·18”降水過(guò)程全市降水范圍更大，總體降水量更大，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，同樣伴隨有短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，但降水強(qiáng)度較“8·14”過(guò)程稍弱。

“8·14”過(guò)程為兩槽一脊形勢(shì)，短波槽從低渦中不斷分裂南下，副高東退，槽前西南氣流配合副高外圍西南氣流向北輸送暖濕空氣與不穩(wěn)定能量，地面倒槽有利于輻合抬升，低空切變線觸發(fā)降水?！?·18”過(guò)程中環(huán)流調(diào)整，經(jīng)向度明顯加大，副高西升北抬并與高脊疊加，打通暖濕空氣輸送通道，低層暖中心利于不穩(wěn)定層結(jié)形成，地面低壓發(fā)展提供輻合抬升條件。

兩次過(guò)程均處于低層輻合、高層輻散的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，且“8·18”過(guò)程存在西側(cè)上升、東側(cè)下沉的垂直方向環(huán)流。兩次過(guò)程均達(dá)到了比濕8～9 g/kg、相對(duì)濕度達(dá)70%以上的有利水汽條件，且整層水汽條件均較好。K指數(shù)均達(dá)到38 ℃以上，沙氏指數(shù)小于0，上干冷下暖濕的層結(jié)有利于不穩(wěn)定能量的聚積。

各家模式在降水量上預(yù)報(bào)分歧較大，其中EC 模式在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)較好，尤其在降水起止時(shí)間上把握較準(zhǔn)確，可參考性較高，但對(duì)具體位置和極端性估計(jì)不足。

包頭市氣象臺(tái)提前1～2 d 發(fā)布降水預(yù)報(bào)信息，在降水開始后及時(shí)發(fā)布各類氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)以及山洪、中小河流洪水、城市內(nèi)澇、地質(zhì)災(zāi)害等氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，人影部門選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、地點(diǎn)及時(shí)開展人影防雹、增雨作業(yè)，提供了及時(shí)有效的氣象服務(wù)，為減輕各類損失提供支撐。但兩次過(guò)程中預(yù)報(bào)量級(jí)均偏小，本地對(duì)于數(shù)值模式誤差的訂正能力仍有待提高。