2016年7月21日遼陽地區暴雨過程成因分析

蘆曉彤++董飛++盧卓義

摘要 利用自動站的降水資料、MICAPS天氣圖、FNL再分析資料等，通過天氣學和物理量特征分析方法對2016年7月20日18：00至22日8：00發生在遼陽地區的一次暴雨過程進行了綜合分析。結果表明，此次暴雨過程的影響系統是低渦切變及江淮氣旋，受海上阻高影響，系統東移緩慢，持續影響遼陽地區，其中高空急流、低空急流及超低空急流的長時間維持為暴雨的產生起到至關重要的作用。此外，水汽通量散度輻合、強烈的上升運動區、對流不穩定能量等多種因子均對暴雨的發生起到重要作用。

關鍵詞 暴雨；環流背景；急流；水汽；不穩定能量；遼寧遼陽；2016年7月21日

中圖分類號 P458.1+21 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）02-0219-03

暴雨是我國主要氣象災害之一，長時間的暴雨容易產生積水或徑流淹沒低洼地段，造成洪澇災害。近幾年來，我國北方經常發生異常氣候災害，暴雨也時有發生。孫 俊等[1]在對2013年6月30日遂寧市特大暴雨成因分析中得出：高原低渦和西南渦的耦合作用是導致遂寧暴雨的主要因子，急流為高空低渦的發展提供不穩定能量；喬楓雪等[2]曾對一次引發暴雨的東北低渦的渦度的收支及位渦進行分析，結果表明：通過對渦度收支的計算，水平渦度平流項和水平輻散項對低渦的發展加強起主要的作用，但在低渦的不同發展階段，這2項的作用及大小各不相同，從位渦的演變來看，對流層高層位渦大值區在低渦東部向下傳播，有利于低渦的發展加強，與低渦暴雨的落區較一致；張蘇平等[3]曾從能量的角度對一次北方的臺風暴雨進行分析，指出：在臺風進入影響區之前，有大量動能從臺風區輸入到北方暴雨區。雖然對暴雨成因的研究很多，但在不同的暴雨過程中，制約與影響暴雨形成的因素往往不盡相同，具有不少地方性的差異，對每一次暴雨過程成因的研究都會得到不同的經驗，可以提高當地暴雨預報的質量。

1 降水實況

2016年7月20日18：00至22日8：00，遼陽地區出現了暴雨天氣，地區平均降水量60.7 mm。77個氣象觀測站中，27個站為大雨，48個站為暴雨，2個站為大暴雨。最大降水量為110.4 mm，出現在燈塔市大河南鎮大堡村。此次降水過程前半程降水集中在遼陽的西北部地區，后半程是集中在遼陽的東南部地區。

2 環流背景

2.1 500 hPa環流形勢

20日20：00在河套以西地區存在一低渦，遼陽地區位于低渦的前部，遼陽地區降水開始逐漸加強。受海上高壓阻擋的影響，低渦停滯，21日8：00低渦僅北抬大約1個緯距，且中心值有所減弱。到了21日20：00，閉合低渦減弱為高空槽，遼陽地區處于槽前位置，降水仍然持續。直至22日8：00，高空槽進一步減弱為一個淺槽，原來槽前的偏北氣流轉為平直的西風，此時降水趨于結束。

2.2 700 hPa環流形勢

20日20：00在河套以西地區存在一個低渦系統，中心值為302 dagpm，渦前部存在較強的西南急流（風速≥18 m/s），遼陽地區位于急流軸頂部的右側。21日8：00該低渦沒有進一步發展甚至是略微減弱，中心值為304 dagpm，低渦前部的西南急流仍然較強，在遼陽地區附近有明顯的偏南風風速的輻合。21日20：00低渦被填塞，演變為低槽系統。槽線的位置較前24 h低渦的位置向東移動了3～4個經距，海上高壓系統始終較強使低值系統的移動十分緩慢，有利于降水的長時間維持。

2.3 850 hPa環流形勢

20日20：00在河套以西地區存在一個低渦，這個低渦中心的位置與500、700 hPa上低渦中心的位置幾乎是一致的，渦前的西南急流已經建立（風速≥12 m/s）。21日8：00低渦減弱，略有東移北抬，渦前的西南急流有所增強（風速≥16 m/s），遼陽地區位于急流軸頂部位置。

2.4 地面形勢

地面主要的影響系統是江淮氣旋。20日8：00江淮氣旋位于河南、河北、山東交界一帶，中心值為992 hPa。20日14：00氣旋略北抬，中心值有所減弱，為994 hPa。隨著氣旋的東移北抬，20日20：00低壓頂部移近遼陽地區。21日8：00，氣旋演變為地面倒槽，持續影響遼陽。

此次降水，整層影響系統的斜壓性不強，中層等溫線稀疏，因而系統的強度是一個先維持后逐漸減弱的過程。但是由于受海上高壓系統的阻擋，系統移動十分緩慢，對于遼陽地區的影響時間較長，帶來了全區暴雨。

3 不穩定能量

圖1為假相當位溫θse沿123°E經線的垂直剖面圖，假相當位溫是一個重要的溫濕特征參數，它在大氣的干、濕絕熱過程中都是守恒的，因此廣泛應用于天氣分析預報業務及研究[4]。判斷對流穩定性的條件是假相當位溫隨高度的變化。

遼陽地區的位置為41°～42°N，123°E（圖中三角所在位置）。從圖1可以看出，20日14：00遼陽地區在800～900 hPa之間假相當位溫隨高度減小，處于對流不穩定，在700～850 hPa之間假相當位溫仍隨高度減小，在遼陽上空偏北一側700～800 hPa之間有一個假相當位溫的高值中心，在遼陽上空600 hPa附近存在一個假相當位溫的低值中心，600 hPa以上假相當位溫隨高度升高。說明在20日14：00，遼陽在低空和超低空處于對流不穩定區，在中空和高空是處于對流穩定區，此時遼陽地區降水還沒有開始。20日20：00遼陽上空在700～900 hPa之間仍有假相當位溫隨高度減小，中低空仍存在對流不穩定。到了21日8：00，遼陽上空假相當位溫隨高度增加，說明在20日20：00至21日8：00存在觸發機制，使不穩定能量釋放，對應的這段時期也是降水的主體時期。

4 高、低空急流

4.1 高空急流

200 hPa流場上，遼陽的南部和北部分別存在一支急流，這2支急流呈明顯疏散，這種疏散型的反氣旋性曲率在高空起到了抽吸作用，有利于上升運動的發展。20日8：00—20：00南、北2支急流逐漸合并，遼陽位于合并后急流軸的南側、反氣旋的頂部。21日8：00遼陽地區南部的反氣旋中心東移，高空急流的強度并沒有減弱，遼陽地區位于急流的西南部。21日14：00影響遼陽地區的高空急流減弱消失。

4.2 低空急流

850 hPa流場上，從湖南、湖北以北直至遼寧西部存在一個范圍較大、強度較強的偏南急流，遼陽位于低空急流出口區的右側。21日8：00隨著低渦的東移，低空急流也向東移動，遼陽地區位于急流的頂部，它可將孟加拉灣、南海、東海、黃海的水汽輸送到遼陽地區。

4.3 超低空急流

925 hPa環流場上，從湖南、湖北至遼寧西部存在一條范圍大、強度強的超低空偏南急流，遼陽地區位于急流出口區的右側。21日8：00急流仍然很強，其頂部北抬，遼陽地區位于急流頂部位置。這一長時間維持的超低空急流對于水汽的輸送至關重要。

綜上所述，3種急流在這次暴雨過程中均具有重要作用，相對來說，超低空急流起到決定性作用，因為大量水汽的輻合是產生暴雨的根本條件。

5 物理量場

5.1 水汽通量散度

由圖2可知，從20日8：00、14：00、20：00 3個時次的水汽通量散度可以看到，遼陽地區的水汽通量散度均為負值，水汽通量散度值在（-2～-1）×10-7 g/（hPa·cm2·s）之間，水汽始終是輻合的，這與850 hPa低空西南急流及925 hPa超低空偏南急流的水汽輸送有關。由圖2（d）可知，到了21日2：00，水汽通量散度強度明顯加強，達到-4×10-7 g/（hPa·cm2·s），此時也正是降水相對較強的時段。21日8：00和21日20：00，遼陽地區的水汽通量散度在（-4～-2）×10-7 g/（hPa·cm2·s），仍然維持著水汽通量散度的輻合。說明850 hPa上低空急流及925 hPa超低空偏南急流的長時間維持為遼陽地區提供了源源不斷的水汽。

5.2 垂直速度

從遼陽地區垂直速度剖面隨時間的變化可以看出，從20日20：00到21日8：00，遼陽地區處于長時間的上升運動區。特別在21日6：00前后，上升運動達到最強，最大上升速度達到-16 cm/s，并且上升運動區接近200 hPa，這是產生遼陽地區暴雨有利的動力因子。到了21日14：00，垂直上升速度明顯減弱甚至中高層為下沉運動，這與200 hPa高空急流的減弱時間相對應。在20日20：00至21日8：00是上升運動最強時期，結合圖1不穩定能量的分析，說明這段時間的抬升機制較好，為不穩定能量的釋放提供了觸發機制。

6 結論

（1）此次暴雨過程的影響系統為低渦切變及江淮氣旋，該影響系統的發展演變特點為強度維持或略微減弱，但是由于受海上高壓系統的阻擋，移動極為緩慢，對于遼陽地區的影響時間較長。

（2）20日14：00—20：00，遼陽地區超低空及低空處于對流不穩定區，充分證明了遼陽地區上空蓄積了大量的不穩定能量，一旦有合適的觸發機制便會帶來大量降水。

（3）此次暴雨過程中影響遼陽地區的高空急流、低空急流及超低空急流均較強，相對來說，超低空急流起到決定性作用，因為大量水汽的輻合是產生暴雨的根本條件，如果沒有維持較長時間的超低空急流，此次大范圍的暴雨很難產生。

（4）20日8：00至21日20：00，遼陽地區始終處于水汽通量散度的輻合區，水汽條件十分充沛。20日20：00至21日8：00，遼陽地區存在強烈的上升區，給暴雨的維持及局地的加強提供了有利的動力因子，并為不穩定能量的釋放提供觸發機制。

7 參考文獻

[1] 孫俊，鄧國衛，張渝杰，等.“13·6·30”遂寧市特大暴雨成因的初探[J].氣象，2014，40（10）：1174-1182.

[2] 喬楓雪，趙思雄，孫建華.一次引發暴雨的東北低渦的渦度及水汽收支分析[J].氣候與環境研究，2007，12（3）：397-411.

[3] 張蘇平，李春，白燕，等.一次北方臺風暴雨（9406）能量特征分析[J].大氣科學，2006，30（40）：645-659.

[4] 盛裴軒，毛節泰，李建國，等.大氣物理[M].北京：北京大學出版社，2003：138.