呼倫貝爾地區一次暴雨過程成因診斷分析

[摘 要] 利用NCEP2.5°×2.5°格點資料及常規觀測資料，對內蒙古呼倫貝爾地區一次暴雨過程成因進行診斷分析。結果表明：此次暴雨過程，南亞高壓與副高發展異常強盛導致東亞地區長時間處于槽區控制下，擾動頻繁、旺盛且持續影響；極渦直接切斷形成冷渦南下與副熱帶鋒區快速發展的擾動合并加強；比濕通量“均勻狹長”分布形態具有更高水汽輸送效率；上升運動自降水開始至結束始終貫穿整層；水汽圖像印證暖云降水效率較高，中紅外圖像彌補長波紅外對穩定降水反映不足；多普勒天氣雷達各類產品表明過程前期以對流活動為主，后期以穩定降水為主。

[關鍵詞] 暴雨；冷渦；水汽輸送；垂直運動

[中圖分類號] P458.121 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）10-68-2

暴雨預報是當今世界氣象科學的難題之一，也是國內氣象學者攻克的主要目標。暴雨的發生與水汽輻合、大氣不穩定層結、位勢不穩定釋放機制和高低空急流及其耦合作用等密切相關，他們的不同配置和演變決定著暴雨過程的降水強度[1]。呼倫貝爾市位于內蒙古東北部，地處中緯度內陸，呈明顯大陸性氣候，暴雨是主要災害性天氣之一。因此，研究呼倫貝爾市暴雨天氣成因，不僅可以為當地政府應對氣候變化決策提供科學依據，還可以為今后暴雨預報及研究提供參考。

1 天氣實況概述

2016年6月15-18日呼倫貝爾市出現降水天氣，16個國家站中大暴雨1站次、大雨7站次、中雨9站次；最大日降水量于17日出現在扎蘭屯市，為101.5 mm；最大小時雨強于15日12：00-13：00出現在額爾古納市，為31.8 mm。193個區域站中，共出現大暴雨1站次、暴雨16站次、大雨48站次；最大日降水量于17日出現在扎蘭屯市高臺子辦事處，為101.9 mm；最大小時雨強于16日13：00-14：00出現在莫力達瓦達斡爾族自治旗西瓦爾圖，為44.2 mm。水文站、山洪站出現暴雨4站次。此外，伴隨此次降水天氣過程，呼倫貝爾市共出現短歷時強降水20站次、冰雹6站次以及極端降水5站次。

2 環流形勢分析

14日8：00（見圖1），500 hPa等壓面上，貝湖以南蒙古境內擾動B在阻塞高壓脊前偏北氣流引導下南壓，與副熱帶鋒區疊加，致使鋒區有效位能快速釋放轉化為擾動動能，擾動快速發展形成閉合渦動，此時110°E、65°N附近又有擾動C發展。15日8：00，500 hPa等壓面上，四支系統全部顯現，渦動A減弱東移至雅庫茨克，渦動B東移至華北平原東部，重新減弱為擾動，擾動C疊加在極鋒鋒區之上快速發展成為渦動。此外，極渦分裂導致120°E，70°N附近重新有切斷冷渦D生成。自16日8：00-18日8：00，渦動A減弱為擾動并入渦動D，擾動B并入渦動C，渦動加深，降水加強。至19日8：00，南壓高壓向東伸展，阻塞高壓減弱東移，逐漸控制呼倫貝爾市，降水趨于減弱。

海平面氣壓場上，受高空低值系統正渦度平流與暖平流共同作用，地面始終處于低壓與倒槽持續控制之中。低壓前部偏南、偏東氣流有利于水汽輸送；低壓導致變壓風輻合，氣旋式環流導致地轉偏差輻合，兩者共同作用，促進邊界層產生上升運動。邊界層附近水汽輻合上升，產生降水。

3 降水成因機制分析

3.1 水汽輸送條件

15日20：00，擾動B減弱東移，與副高相互作用，導致偏南低空急流顯著加強，925 hPa等壓面上急流中心最大風速達18 m/s，自15°N至45°N水汽輸送通道完全打開，以南海為源地，不斷向北輸送水汽，比濕通量中心位于30°N，達28 g/（s·hPa·cm）；16日20：00，渦動C與擾動B形成階梯形態，急流分布變化，由南向北依次轉為西南-偏西-偏南-東南，急流中心最大風速>24 m/s，比濕通量中心達36 g/（s·hPa·cm），水汽通道末端值>16 g/（s·hPa·cm），逐漸影響呼倫貝爾市。17-18日渦動C南下，水汽通道中心轉為一致偏南氣流，盡管比濕通量中心值減弱，但就形態而言，水汽通道更為“均勻”，表明水汽輸送過程中沒有明顯輻合輻散，全部被輸送至降水區。

扎蘭屯單站比濕時間高度剖面上，16日20：00后比濕突增，由10 g/kg快速增加至16 g/kg，并且濕區明顯向上伸展，表明水汽受到上升氣流作用，由下而上進行擴散。扎蘭屯單站相對濕度時間垂直剖面上，由于水汽水平輸送與垂直擴散，16日20：00飽和程度突然加大，400 hPa以下相對濕度均增至70%以上，降水最強時段，整層基本處于飽和狀態，而邊界層的飽和狀態則一直持續至18日20：00。

3.2 垂直運動條件

自16日8：00-18日20：00，扎蘭屯站高低層始終維持著一對正負中心，最強時段為17日8：00-20：00，值分別為1.5×10-5/s與-1.8×10-5/s，表明高層存在明顯的輻散而低層存在明顯輻合，即高層質量流失而低層質量匯集，高低層水平運動共同作用強迫空氣抬升，產生強烈垂直運動。

自16日8：00-18日20：00，扎蘭屯站整層均處于垂直速度負值區，而降水最強時段，其值>-25 Pa/s。分析17日8：00海拉爾站探空曲線可知，水汽通道建立后，局地水汽絕對含量增大，露點提高，整層近乎飽和，假相當位溫廓線自邊界層向上至250 hPa基本垂直，表明層結處于中性，產生中小尺度系統，而0～3 km垂直風切變>8 m/s，有利于中小尺度系統組織。

4 衛星圖像分析

16日11：00，FY-2G衛星圖像上，低渦中心附近正渦度平流區形成逗點云系，底部鋒區附近形成斜壓葉云系，而前部均壓區則形成變形場云系，形成渦旋云系。水汽圖像上，斜壓葉云系后側出現水汽邊界，表明有中空干冷氣流入侵，有利于環境場不穩定條件增強；光圖像上，均壓區內有對流云線自南向北發展，表明低層擾動劇烈，且風場垂直切變較強，有利于中小系統發生、組織；中紅外圖像上，亮溫大值區較長波紅外寬廣，表明盡管云體發展高度不高，但厚度較厚，且結構密實。至16日17：00，水汽圖像上云區更為寬廣，說明上升運動范圍很大，可見光圖像上暗影明顯，表明在穩定降水中對流發展活躍，亮溫大值區逐漸東移，脫離低渦中心，進入暖區，導致降水效率增大，因而該時段降水最強。

5 雷達產品分析

此次天氣過程前期（15-16日）以對流活動為主，后期（17-18日）以穩定降水為主，這一特征在雷達產品上反映更為明顯。對比16日午后與17日凌晨海拉爾多普勒天氣雷達各類產品可見，16日午后組合反射率因子產品回波分布零散，反射率因子較高，已接近70 dBZ，對應最高回波頂高13.1 km；17日凌晨組合反射率因子產品回波分布均勻，反射率因子較低，均<35 dBZ，對應最高回波頂高7.3 km。表明前期以積云對流為主，后期以層云降水為主。

16日午后，正負速度交錯分布，表明湍流活躍、對流旺盛，而17日凌晨，正負速度成對分布，表明風場均勻。垂直風廓線產品顯示，16日午后，回波發展高度較高，最高達10.7 km，低層東北風、高層西南風，風場垂直切變明顯，有利于中小系統組織，擬合均方根誤差較大，同樣表明回波零散、湍流活躍；17日凌晨，回波高度較低，最高僅6.1 km，且風場均勻，低層為偏東風、高層為偏南風，有利于降水持續產生，擬合均方根誤差較小，表明回波均勻、湍流消失。

16日午后，雷達估測東南偏東方向50～150 km范圍內出現明顯降水，最大小時雨強45.7 mm，而該區域、該時段未出現降水，云體降水顆粒多呈固態，導致估測結果虛高；17日凌晨雷達估測雨強、落區則與實況一致。可見穩定降水情況下，雷達降水估測產品較具參考意義。

6 結論

①此次暴雨過程是在南亞高壓與副熱帶高壓發展異常強盛導致東亞地區長時間處于槽區控制的背景下，擾動頻繁、旺盛并且持續影響所致。②極渦直接切斷而成的冷渦在南下減弱，后與副熱帶鋒區上快速發展擾動合并，重新加強，引發此次暴雨過程。③比濕通量“均勻狹長”的分布形態具有更高的水汽輸送效率。④渦度差動平流與溫度平流表明動力與熱力因子在本次過程中對垂直運動有顯著貢獻，水平散度直觀地反映垂直運動強弱與分布，診斷后發現本次過程中上升運動始終貫穿整層。⑤水汽圖像印證暖云降水效率較高，而中紅外圖像則可彌補長波紅外對穩定降水反映不足；多普勒天氣雷達各類產品表明過程前期以對流活動為主，過程后期以穩定降水為主。

參考文獻

[1]嚴明良，王錳，于波，等.基于模糊聚類分型的數值產品暴雨預報釋用方法[J].氣象科學，2008（5）：581-585.