高空冷渦及副高后部西南急流共同影響長白縣降水分析

摘 要：利用常規(guī)氣象觀測資料，對2023年8月21—22日長白縣出現(xiàn)的大到暴雨過程成因進(jìn)行診斷。結(jié)果顯示：此次暴雨過程是由高空冷渦、副高外圍的西南暖濕氣流和低空切變線三者共同作用產(chǎn)生的；200 hPa高空長白縣上空處在急流分流區(qū)，強(qiáng)烈的輻散作用促進(jìn)中低層水汽抬升，長白縣大部分地區(qū)位于急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)氣旋式切變區(qū)，氣旋式切變強(qiáng)度增加加快大氣釋放凝結(jié)潛熱，為長白縣此次大雨至暴雨天氣過程的發(fā)生發(fā)展提供了較好的動力條件；低層氣流輻合上升，高層氣流輻散下沉，高濕區(qū)與高能區(qū)出現(xiàn)，濕空氣與高能量氣團(tuán)相互疊加，低層水汽通量輻合，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)相對應(yīng)。

關(guān)鍵詞：高空冷渦；西南急流；水汽輸送；水汽輻合

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

隨著全球氣候變化加劇，極端事件頻發(fā)，暴雨成為極端強(qiáng)對流天氣中致災(zāi)嚴(yán)重的天氣之一，威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。2023年8月21—22日吉林省白山市長白朝鮮族自治縣（以下簡稱“長白縣”）發(fā)生大到暴雨天氣，城市內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重，損失巨大。對此，分析該暴雨過程對今后暴雨防災(zāi)減災(zāi)工作的實(shí)施具有積極意義。

1 降水實(shí)況及環(huán)流形勢演變特征

1.1 長白縣降水實(shí)況

2023年8月21日夜間開始至22日夜間，長白縣自西向東有一次強(qiáng)降水天氣過程，此次降水主要集中在21日夜間至22日白天，22日白天至夜間有大雨，局地暴雨。截至22日07：00，全縣出現(xiàn)大雨天氣，平均降水量為18.4 mm。最大降水量出現(xiàn)在八道溝鎮(zhèn)，為49.7 mm。

共7個站點(diǎn)出現(xiàn)大雨量級降水，10個站點(diǎn)出現(xiàn)中雨量級降水。此次降水主要以對流性降水為主，長白縣大部分地區(qū)出現(xiàn)對流性中到大雨，局地伴有雷暴大風(fēng)、雷電、短時強(qiáng)降水等天氣。

長白縣西部地區(qū)（八道溝鎮(zhèn)、新房子鎮(zhèn)、寶泉山鎮(zhèn)、十二道溝鎮(zhèn)）主要降水集中在22日凌晨至上午，最大降水量達(dá)到100 mm左右，該降水過程西部地區(qū)最大累計(jì)降水量達(dá)到130 mm左右；東部地區(qū)（十四道溝鎮(zhèn)、金華鄉(xiāng)、馬鹿溝鎮(zhèn)、長白鎮(zhèn)）主要降水集中在22日午后至夜間，此時段內(nèi)最大降水量達(dá)60 mm左右，該降水過程東部地區(qū)最大累計(jì)降水量達(dá)80 mm左右。

從EC細(xì)網(wǎng)格降水圖可看出，22日08：00，長白縣格點(diǎn)降水最大值為67.3 mm，已達(dá)暴雨量級，降水分布呈東北—西南條帶狀；22日20：00，全縣降水最大值出現(xiàn)在長白縣西部寶泉山鎮(zhèn)，全縣12 h降水量集中在25～50 mm，大到暴雨；23日08：00，主要降水集中在長白縣北部，降水量為10～25 mm，降水趨于結(jié)束。

1.2 環(huán)流形勢演變特征

如圖1所示，21日20：00，500 hPa上亞歐中高緯呈“兩槽一脊”型，貝湖地區(qū)是一個寬廣的槽區(qū)，長白縣受槽前西南氣流影響。西太平洋副高發(fā)展較為旺盛且呈條帶狀分布，中間存在斷點(diǎn)。588線西脊點(diǎn)在105°E附近，長白縣南部地區(qū)在588線控制范圍外。雨帶位于副高外圍，暴雨集中在長白縣南部。在此天氣形勢下，副高控制著長白縣南部地區(qū)，帶來穩(wěn)定的暖濕氣流；同時，高空冷渦位于北方地區(qū)，帶來冷空氣活動。這兩種氣團(tuán)的相互作用使得暖濕氣流與冷空氣相遇，形成降水現(xiàn)象。

在槽后冷平流作用下，高空冷渦逐漸加深發(fā)展南移，于21日08：00移至長白縣上空附近，同時副高明顯東退，西脊點(diǎn)退至115°E附近，584線也隨之壓在長白縣南部，海上暖濕氣流和冷渦相遇導(dǎo)致對流性降水，過程中雨區(qū)逐漸擴(kuò)大至全縣，大到暴雨范圍擴(kuò)大；23日08：00，東北冷渦減弱為高空槽，隨著系統(tǒng)的東移，長白縣逐漸受槽后西北氣流控制，降水趨于結(jié)束。

2 暴雨天氣成因分析

此次降水過程中的高空冷渦和副熱帶高壓后部西南急流都是大氣環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)高空冷渦遇到副熱帶高壓后部西南急流時，兩者間的相互作用會導(dǎo)致天氣形勢發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)降水。具體來說，主要有以下幾個原因。

（1）溫度差異。高空冷渦內(nèi)部空氣較冷，而副熱帶高壓后部西南急流帶來暖濕空氣。當(dāng)冷渦與暖濕空氣相遇時，由于溫度差異，空氣會開始上升和下沉，形成對流運(yùn)動。這種對流運(yùn)動使水汽凝結(jié)成云，并最終導(dǎo)致降水。

（2）濕度差異。高空冷渦通常帶來較低的濕度，而副熱帶高壓后部西南急流則帶來較高的濕度。當(dāng)兩者相遇時，濕度較高的暖濕空氣會向冷渦內(nèi)部滲透，導(dǎo)致空氣中的水汽含量增加。在高空冷渦中，水汽達(dá)到飽和狀態(tài)后，便會凝結(jié)成云，并導(dǎo)致降水。

（3）動力作用。高空冷渦和副熱帶高壓后部西南急流之間的動力作用會使得大氣變得不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定的大氣條件有利于降水的形成。當(dāng)暖濕空氣被迫上升至冷渦時，會形成對流云，并可能導(dǎo)致強(qiáng)降水。

（4）風(fēng)向變化。副熱帶高壓后部西南急流的風(fēng)向與高空冷渦的風(fēng)向可能產(chǎn)生相互作用。這種相互作用會改變風(fēng)向和風(fēng)速，形成風(fēng)切變，從而影響降水的形成和分布。氣層不穩(wěn)定加上對流強(qiáng)度大，這種風(fēng)向變化導(dǎo)致強(qiáng)降水。

3 高、低空配置分析

如圖2所示，21日16：00，588線控制長白縣以南地區(qū)，長白縣受槽前西南氣流控制。對應(yīng)700 hPa、850 hPa上在吉林南部地區(qū)出現(xiàn)風(fēng)切變，長白縣南部有暖式切變線。而200 hPa上長白縣處于急流分流區(qū)，強(qiáng)烈的輻散作用加強(qiáng)了低層的上升運(yùn)動。

21日20：00，高空槽緩慢東移，588線南退至海上，長白縣槽前西南氣流顯著加大，有利于水汽和能量的輸送。700 hPa低空切變發(fā)展為氣旋式環(huán)流，影響長白縣中南部，且西南風(fēng)風(fēng)速加大形成西南急流，持續(xù)的低空急流為暴雨區(qū)輸送了源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量，急流最大風(fēng)速出口區(qū)輻合和地形抬升為暴雨形成提供了輻合上升的動力條件。長白縣中部地區(qū)位于急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)氣旋式切變區(qū)，有利于觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動。對應(yīng)850 hPa長白縣中部有低渦形成，暴雨生成于副高外圍低層氣旋式環(huán)流附近。

4 物理量診斷

4.1 動力條件

22日08：00，輻散層主要位于300 hPa以上，輻合在850 hPa以下，輻合中心位于850 hPa，輻合中心與暴雨區(qū)相對應(yīng)，低層輻合、高層輻散，導(dǎo)致強(qiáng)烈的上升運(yùn)動。

在高空冷渦配合副高后部西南急流的情況下，300 hPa以上輻散和850 hPa以下輻合的配置引發(fā)暴雨天氣[2-3]。首先，高空冷渦出現(xiàn)在東北地區(qū)，導(dǎo)致300 hPa以上的大氣層趨緩，形成輻散。這使得低層的大氣流動更加劇烈，形成了強(qiáng)烈的西南氣流。其次，副高位置的變化導(dǎo)致了對流層中下的氣壓場發(fā)生變化，即在850 hPa以下出現(xiàn)了輻合。這意味著暖濕空氣被聚集在一起，為暴雨的形成提供了足夠的水汽條件。最后，當(dāng)輻散和高密度空氣流遇到輻合和低密度空氣流時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，其為暴雨形成的關(guān)鍵因素。

綜上，300 hPa以上的輻散和850 hPa以下的輻合通過相互配合，引發(fā)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，從而形成大到暴雨。

4.2 水汽條件

21日08：00起，長白縣水汽條件逐漸轉(zhuǎn)好，至21日20：00，該縣均處于中低層水汽飽和區(qū)（溫度露點(diǎn)差≤4 ℃），并配合西南急流的建立，為長白縣大到暴雨的發(fā)生與發(fā)展提供了充沛的水汽條件。從水汽通量散度來看，08：00，850 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中西部，而700 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中部，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)重合。

由長白縣空間垂直剖面圖可以看出，副高后部水汽帶來的大氣濕度最大值主要集中在20日20：00—22日20：00。21日20：00，200 hPa高層水汽較為充足。22日20：00，水汽發(fā)展更充足，相對濕度較大，整層大氣水汽含量趨于飽和，中高層對流較為旺盛，低層垂直速度較大，降水準(zhǔn)備條件較為充分。

在濕度變化方面，由于副高后部西南急流從海上帶來了暖濕空氣，700 hPa比濕逐漸增加。高空冷渦和副高急流相互作用后，長白縣的濕度水平處于60%～80%。通過觀察700 hPa比濕圖，比濕值越大，濕層越厚，降水準(zhǔn)備條件越好，大比濕值持續(xù)時間越長，產(chǎn)生暴雨級以上降水的概率越大。21日20：00，長白縣大部分地區(qū)比濕為9 g/kg。至22日08：00，長白縣大部分地區(qū)比濕有所增加，中部地區(qū)十二道溝鎮(zhèn)、十四道溝鎮(zhèn)比濕值一直維持在9～10 g/kg左右。22日20：00，全縣比濕值從北到南逐漸下降，為6～8 g/kg，降水趨于結(jié)束。

4.3 熱力條件

21日20：00，從850 hPa假相當(dāng)位溫可看出，能量舌伸至吉林省東部，長白縣位于能量鋒內(nèi)，利于冷暖空氣的交換，從而促進(jìn)暴雨天氣的形成。而隨著副高的南退，23日08：00，能量鋒區(qū)南壓，對長白縣的影響減弱。

從長白縣單站的探空圖來看，21日08：00，500 hPa以下的相對濕度較大，濕層深厚，抬升凝結(jié)高度為0.8 km，暖云厚度大，降水效率較高，有利于短時強(qiáng)降水的發(fā)生；0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?0 m/s，屬于中等強(qiáng)度，對流有效位能值較大。因此，大氣存在一定的不穩(wěn)定能量，且500～300 hPa存在一個明顯的干層，曲線呈“上喇叭口”形狀，有利于雷暴大風(fēng)的出現(xiàn)。

從紅外云圖上看，21日午后長白縣南部已有對流云團(tuán)不斷新生，于21日夜間影響長白縣南部，隨后云團(tuán)不斷發(fā)展，在八道溝鎮(zhèn)至十二道溝鎮(zhèn)一帶形成線性排列的云團(tuán)，隨后云團(tuán)沿高層西南氣流不斷向東北移動，長白縣多地出現(xiàn)暴雨天氣。22日04：00后，長白縣中南部有多個新生對流云團(tuán)，在向東北移動過程中逐漸加強(qiáng)，造成長白縣中南部一線的暴雨天氣；08：00后，降水云團(tuán)不斷減弱，結(jié)構(gòu)變松散，降水強(qiáng)度也隨之減弱。

5 結(jié)論

（1）此次暴雨過程是由高空冷渦、副高外圍的西南暖濕氣流和低空切變線三者共同作用產(chǎn)生的。

（2）假相當(dāng)位溫的分布反映了大氣中能量的分布，暴雨發(fā)生必有相應(yīng)的能量鋒區(qū)存在[4]。

（3）中低層處于水汽飽和區(qū)（溫度露點(diǎn)差≤4 ℃），并配合西南急流的建立，為長白縣暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了充沛的水汽條件。從水汽通量散度來看，850 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中南部，而700 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中部，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)相對應(yīng)。

（4）高層輻散，低層輻合，兩者相互作用形成的垂直上升運(yùn)動有利于不穩(wěn)定的能量釋放，為強(qiáng)降水天氣的發(fā)生提供了有利的動力條件。

（5）21日午后對流云團(tuán)在向西南方向移動過程中與新的對流單體合并加強(qiáng)，其云頂較高，云層較厚，降水潛勢較大，造成長白縣中西部雨量偏大。

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：楊琦（1984—），女，吉林白山人，工程師，研究方向?yàn)榫C合氣象觀測。