2022 年8 月17—18 日鄂爾多斯市大暴雨過程成因分析

李昊宇，蘇日娜

鄂爾多斯市氣象局，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017010

暴雨是我國主要的氣象災(zāi)害之一，其主要特點是突發(fā)性強、持續(xù)時間長、強度大。暴雨會造成房屋和水庫坍塌、農(nóng)田淹沒、山洪暴發(fā)、通信和交通中斷，在危害人們生命安全的同時，影響工農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)，并造成嚴重的經(jīng)濟損失[1]。

近年來，我國很多氣象學(xué)者將暴雨天氣現(xiàn)象作為重要研究課題，并且獲得了大量研究成果。壽紹文[2]結(jié)合中國暴雨的特點、環(huán)流形勢、天氣系統(tǒng)、形成機制和診斷、預(yù)報方法等進行了系統(tǒng)梳理探究，指出中國暴雨具備顯著的地域性、季節(jié)性、階段性特點。大范圍降水的環(huán)流形勢的類型包括穩(wěn)定經(jīng)向型、穩(wěn)定緯向型和中低緯相互作用型等類型。張丙辰[3]指出暴雨天氣形成機制較為復(fù)雜，涉及梅雨鋒、西南渦、切變線、低空急流、東北低渦、暖區(qū)暴雨等影響系統(tǒng)，需要深入探究其演變機理及形成機制。王海燕等[4]分析了甘肅省酒泉市2016年8月中旬一次暴雨天氣過程得出結(jié)論：500 hPa短波槽及700 hPa氣旋輻合，高低層的環(huán)流配置呈“東高西低”型；高層輻散、中低層輻合，對流層存在強烈的上升運動，這種流場的配置促進了水汽的輸送匯聚，共同為暴雨天氣的發(fā)生提供了可靠的條件。井宇等[5]通過分析2013年7月下旬黃土高原一次短時致洪暴雨MCC的特點和成因得出，MCC在對流層中上層的直接影響系統(tǒng)是500 hPa天氣尺度西南氣流和300 hPa天氣尺度反氣旋，MCC在對流層低層的直接影響系統(tǒng)是850 hPa副高西側(cè)α-中尺度低渦和700 hPaα-中尺度橫切變。低層輻合和高層強輻散的配置為MCC的生成及暴雨的形成提供了動力條件。柳志慧等[6]針對2018年7月18—19日內(nèi)蒙古河套一帶的強降水天氣展開分析，得出此次降水天氣過程中，副高較強且呈塊狀分布，穩(wěn)定少動，在高空低槽的緩慢東南壓的影響下，低空急流持續(xù)增強，且與高、低空急流共同配合、輻合切變線的北上及河套一帶多山區(qū)、水域等復(fù)雜下墊面的地形條件，為此次降水天氣的出現(xiàn)提供了水汽通道暢通、水汽匯聚、不穩(wěn)定能量以及動力抬升等有利條件。

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，鄂爾多斯高原腹地，地理坐標處于37°35′24″～40°51′40″N，106°42′40″～111°27′20″E之間，總面積8.7萬 km2。區(qū)域內(nèi)地貌地形復(fù)雜，包括高原、沙地、丘陵山區(qū)、平原多種類型。高山峽谷為主，屬北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，冬夏寒暑變化大。鄂爾多斯市降水大部分集中在7—9月，占全年降水量的70%左右，該時間段經(jīng)常出現(xiàn)暴雨天氣，一旦出現(xiàn)暴雨天氣，極易引發(fā)洪澇災(zāi)害，給當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。2022年8月17—18日，鄂爾多斯市遭遇強降雨，中東部出現(xiàn)暴雨到大暴雨，阿勒騰席熱鎮(zhèn)、薛家灣鎮(zhèn)日降雨量破歷史紀錄。受強降雨影響，多地遭受山洪、城市內(nèi)澇等次生災(zāi)害，給人民生產(chǎn)生活造成巨大經(jīng)濟損失。因此，以此次大暴雨天氣為例，重點分析了鄂爾多斯市暴雨天氣成因，為深入掌握暴雨天氣發(fā)生規(guī)律及形成機制，提升暴雨天氣預(yù)報水平，更高效地開展暴雨天氣預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供指導(dǎo)。

1 強降雨實況特征

此次暴雨天氣過程具有降雨范圍廣、累計雨量大、持續(xù)時間長、小時雨強強等特點[7]。由2022年8月17日14:00—18日14:00鄂爾多斯市降雨量實況資料可知(圖1)，全市共有44個觀測站出現(xiàn)大暴雨。最大累計雨量為248.8 mm，最大小時雨強為90.1 mm。

圖1 2022年8月17日14:00—18日14:00鄂爾多斯市降雨量實況圖

2 強降雨成因

2.1 環(huán)流形勢和主要天氣系統(tǒng)發(fā)展演變

此次暴雨過程是在副熱帶高壓東退、高空短波槽東移、低空急流及地形抬升和阻擋作用等多種因素的共同影響下發(fā)生的。

500 hPa，貝加爾湖及巴爾喀什湖北部偏北地區(qū)分別有冷渦盤踞，穩(wěn)定少動，旋轉(zhuǎn)過程中渦底不斷生成短波槽，鄂爾多斯市不斷有冷空氣注入。2020年8月17日08:00，阿拉善盟有短波槽生成并東移發(fā)展，鄂爾多斯市位于槽前輻散區(qū)，利于干冷氣流向下傳輸，為暴雨發(fā)生提供了良好的動力條件。17日20:00—18日08:00，副高迅速東退并維持，持續(xù)時間長達12 h，使水汽沿副高外圍不斷向北輸送，冷暖空氣在鄂爾多斯市中部偏南地區(qū)匯合，造成大量級降水。

17日08:00地面場，鄂爾多斯市位于高低壓過渡帶，20:00轉(zhuǎn)為低壓倒槽前部控制，輻合位于鄂爾多斯市北部，之后低壓不斷東移，輻合線在鄂爾多斯市中部一帶維持，與強降水落區(qū)基本吻合。選取伊金霍洛旗的三線(圖2)，可以看出氣旋逐漸移至鄂爾多斯市，利于上升運動，強降雨時段，T-Td≤0.5 ℃，接近飽和，說明受副高東退維持影響，偏南暖濕氣流不斷地向鄂爾多斯市東部地區(qū)輸送，持續(xù)的水汽輸送為強降水的發(fā)生提供了有利的條件。

圖2 2022年8月17日20:00—18日11:00伊金霍洛旗三線圖

2.2 物理量場

2.2.1 水汽條件通過分析此次暴雨天氣期間水汽剖面可知，2022年8月17日20:00—18日08:00水汽移入鄂爾多斯市，整層水汽配合很好。中低層構(gòu)建了穩(wěn)定且深厚的西南風氣流，最大風速超過20 m/s，適宜于西南水汽輸送。700 hPa與850 hPa兩層的水汽從8月17日午后逐漸累加堆積，持續(xù)維持水汽輸送，為此次暴雨天氣的發(fā)生提供了豐富的水汽條件。

2.2.2 探空圖要素分析17日20:00東勝站的探空圖，濕度條件較好，有狹長不穩(wěn)定區(qū)，CAPE值為84.5 J/kg，低層有垂直風切變順轉(zhuǎn)，為暖平流，500～700 hPa有干空氣侵入，中層有冷平流。

用伊金霍洛旗的溫度和露點對探空圖進行訂正(圖3)，對短時強降水潛勢進行分析發(fā)現(xiàn)，CAPE值增加至540.2 J/kg，地面比濕為15.28 g/kg，0～6km垂直風切變?yōu)?9.6 m/s(中等強度的垂直風切變)，條件有利于短時強降水的發(fā)生。

圖3 2022年8月17日20:00伊金霍洛旗訂正后的探空圖

2.3 中小尺度系統(tǒng)精細化發(fā)展演變

根據(jù)雷達ROSE 2.0產(chǎn)品演變分析可知(圖4)，此次降雨天氣過程主要分為2個階段：前期為對流性降水，主要發(fā)生在鄂爾多斯市南部；后期對流云帶分裂，東南部對流云北上至中部，形成混合性降水，且一直有回波補充，造成“列車效應(yīng)”，從而使強降水維持。

圖4 鄂爾多斯市雷達18日05:16反射率因子圖、04:56徑向速度圖

鄂爾多斯市中部偏南地區(qū)從17日22:00開始受降水回波影響，開始出現(xiàn)20 mm以上降水，之后西南方向不斷有降水回波生成并進行補充，“列車效應(yīng)”明顯，加之地形抬升作用，使得較強降水回波一直在烏審旗北部、伊金霍洛旗南部地區(qū)維持，最大降水回波在51～58 dBz之間，持續(xù)時間長達近10 h(圖4a)。

徑向速度場從18日02:00后，零等速線呈明顯“S”形，低層有暖平流，且有低空急流，在04:56(圖4b)伊金霍洛旗南部出現(xiàn)速度模糊，之后維持，至18日08:00，特征減弱，持續(xù)3 h，輻合強烈，表明動力抬升條件、水汽條件顯著，對應(yīng)速度模糊位置與強降水落區(qū)，位置基本吻合，具有較強指示意義。

2.4 云圖分析

17日20:10(圖5a)鄂爾多斯市南部有新生對流云團，冷云頂快速膨脹，云頂溫度迅速下降，單體左側(cè)逐漸出現(xiàn)“V”型頂點，邊緣清晰，右側(cè)對流快速發(fā)展，邊緣模糊，受500 hPa槽前西南氣流影響，對流往東偏北方向移動。后續(xù)時刻對流云團冷云蓋面積增幅最大，近似橢圓形，結(jié)構(gòu)密實，四周有卷云砧，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)準靜止狀態(tài)。18日04:30(圖5b)地面輻合線附近不斷有對流云團新生、合并、加強，形成明顯的“列車效應(yīng)”，短時強降雨的雨帶與地面輻合線位置一致。

圖5 2022年8月17日20:10、18日04:30 HWM_IR

3 結(jié)論

(1)此次鄂爾多斯市大暴雨天氣過程是在副熱帶高壓東退、高空短波槽東移、低空急流及地形抬升和阻擋作用等多種因素的共同影響下發(fā)生的。

(2)在此次暴雨天氣發(fā)生前期，鄂爾多斯市位于槽前輻散區(qū)，利于干冷氣流向下傳輸，為暴雨發(fā)生提供了良好的動力條件；受副高東退維持影響，偏南暖濕氣流不斷向鄂爾多斯市東部地區(qū)輸送；鄂爾多斯市上空整層水汽配合很好，持續(xù)輸送水汽，為此次暴雨天氣的發(fā)生提供了豐富的水汽條件。探空資料上CAPE、垂直風切變顯示降水落區(qū)具備不穩(wěn)定能量，促進了大暴雨天氣的發(fā)生與發(fā)展。

(3)不同時段強降水中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展演變特征不同，在強降水時段出現(xiàn)MCS，結(jié)構(gòu)密實，維持時間長，對流強。雷達基本反射率顯示明顯“列車效應(yīng)”，較強回波持續(xù)時間長達近10 h。徑向速度場表現(xiàn)出強烈的輻合，有較好的指示意義。“S”形、速度模糊等特征長時間出現(xiàn)，證明底層有強有力的暖濕氣流，動力條件顯著，有利于短時強降水的發(fā)生和長時間維持。

(4)中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機制和雷達對強對流天氣的監(jiān)測技術(shù)仍是未來重點研究方向。