2016年7月25—26日鐵嶺地區暴雨天氣過程診斷分析

龐麗英 董震元 龐麗潔 孫鵬

摘要 本文利用MICAPS系統提供的常規資料、衛星云圖產品，從環流背景、物理量場等方面對2016年7月25—26日鐵嶺地區暴雨天氣過程進行分析。結果表明，2016年7月25—26日鐵嶺地區暴雨天氣過程的主要影響系統為穩定維持的貝湖低渦，受東部阻塞高壓影響，使低渦底部槽加強，不斷分裂冷空氣與副熱帶高壓后部深厚的暖濕氣流在遼寧北部交匯，導致鐵嶺出現暴雨到大暴雨；對流層中低層的切變線、急流和強的輻合上升運動為暴雨提供了天氣動力條件；地面氣旋和兩高之間強輻合場觸發不穩定能量釋放是造成鐵嶺暴雨、大暴雨的重要因素。

關鍵詞 暴雨；物理量；診斷分析；遼寧鐵嶺；2016年7月25—26日

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0180-04

1 降水實況與災情

2016年7月25日7：00至26日8：00鐵嶺地區出現暴雨到大暴雨天氣過程，平均降水量為100 mm，強降雨主要集中在25日14：00—22：00，其中雨量>100 mm的站點有69個，最大降雨量為186.9 mm（開原市城區），最大小時雨強為51 mm（開原市上肥地鄉），降水期間伴有雷暴、大風、冰雹和短時強降水等強對流天氣。此次暴雨天氣過程具有降水強度大、局地性與對流性明顯的特點（圖1～2）。

此次暴雨天氣過程造成鐵嶺地區55個鄉鎮（街道）受災，受災人口140 011人，倒塌房屋88間，城區積水嚴重，交通阻塞，橋涵損壞，同時出現風災、澇災等災害，造成直接經濟損失大23 233萬元。

2 環流形勢特征

2.1 高空形勢

2016年7月25日降水前期，500 hPa中高緯度為兩脊一渦型，24日20：00低渦位于貝加爾湖東部，高脊分別位于貝加爾湖西面和鄂霍茨克海附近，副高穩定呈塊狀，588 dagpm線北界位于42°N附近，西脊點位于20°～32°N、100°E附近，鐵嶺地區位于副熱帶高壓西北側，貝加爾湖冷渦底部受槽前控制。受副熱帶高壓與鄂霍茨克海高壓疊加形成的高壓壩影響，低渦穩定少動，不斷分裂冷空氣南下并與副熱帶高壓西北部暖濕氣流在遼寧交匯，致使鐵嶺地區產生大雨到暴雨天氣（圖3）。

2.2 850 hPa溫度場、低空急流及切變線

500 hPa冷渦底部在遼寧西部蒙古地區形成東北—西南走向的低槽，低槽前有西南急流。在850 hPa溫度場，槽前為>18 ℃的高溫區，西南暖濕氣流源源不斷地向鐵嶺地區輸送，為暴雨的產生提供了充分的溫濕條件。700 hPa和850 hPa低渦底部槽東移，850 hPa存在東北—西南向切變，25日8：00切變位于遼寧西北部，鐵嶺西部地區降水開始，8：00—9：00昌圖地區出現強降水，切變隨著系統東移而加強，鐵嶺其他地區降水不斷加大，見圖4（a）。25日20：00西北與西南風的強風切變貫穿渤海灣到遼寧北部，導致25日白天鐵嶺地區出現暴雨到大暴雨。26日8：00切變移至遼寧東部，鐵嶺地區降水逐漸減弱到結束。切變線的建立為此次鐵嶺地區暴雨過程的發生提供了觸發機制。

25日8：00 700、850 hPa，從山東到遼寧南部渤海灣一帶最大風速達到12～20 m/s，低空急流形成。隨著時間推移，最大風速帶加強并向北伸展，于25日20：00到達遼寧北部鐵嶺地區至吉林南部，風速進一步增大至16～20 m/s，急流加強，將南方暖濕氣流向遼寧北部和吉林地區輸送，見圖4（b）；26日8：00急流帶移出遼寧，對鐵嶺地區的影響逐漸結束，見圖4（c）。低空急流為鐵嶺地區此次暴雨天氣過程提供了較好的水汽輸送[1]，鐵嶺地區強降水出現在西南急流與西北氣流的交匯處，暴雨區位于低空急流的左前方。

2.3 地面形勢

由地面圖中，2016年7月24日20：00貝加爾湖以西受冷高壓控制，以東高空渦前地面存在鋒面氣旋，同時在我國河套以東地區也存在一低值系統，其中低值系統受高空引導氣流作用，25日8：00后東北移動到達華北地區形成華北氣旋；25日11：00—14：00暖鋒從渤海灣伸向遼寧北部，14：00后隨著暖鋒通過鐵嶺地區，副高南落，氣旋中心有所回落，25日17：00—23：00穩定維持在北京一帶后逐漸減弱填塞（圖5）。由于貝湖南部高壓和海上高壓加強，遼寧位于兩高之間的強輻合帶內，鋒面過境時觸發不穩定能量釋放。

綜上可知，500 hPa副熱帶高壓和鄂霍茨克海高壓疊加形成高壓壩，貝加爾湖冷空氣與副熱帶高壓后部的水汽在遼寧北部交匯，對流層中低層的切變線、急流以及地面氣旋和兩高之間強輻合場共同作用導致2016年7月25—26日鐵嶺地區出現暴雨天氣。

3 物理條件分析

3.1 不穩定能量

3.1.1 假相當位溫。強降水的產生既需要充沛的水汽條件和動力條件，也需要一定的動能和不穩定條件[2]。假相當位溫θse是反應大氣不穩定程度的一個特征量，當Δθse/Δz<0，大氣層結不穩定。由圖5可知，24日20：00至25日23：00，鐵嶺站500 hPa以下θse值隨高度的升高而減小，大氣處于不穩定狀態，鐵嶺站500 hPa以上θse值隨高度的升高而增大，大氣處于穩定狀態。此外，降水發生時，鐵嶺站θse值較大，表明降水過程有較高的不穩定能量和水汽條件，為暴雨發生提供了充分的條件（圖6）。

3.1.2 K指數、沙氏指數SI和CAPE。K指數為大氣溫度、濕度、壓力的綜合特征量，可以反映大氣層結的穩定性[3]。鐵嶺地區此次暴雨過程開始前后，K指數逐漸增大，K指數高能區與降水區有較好的對應關系。24日20：00 K指數為28 ℃，25日8：00 K指數增大至37 ℃，25日20：00達到最高值，為40 ℃，K指數的逐漸增大，說明不穩定性逐漸加強，有利于25日8：00—23：00鐵嶺地區強降水的產生。CAPE經過能量積累到釋放的過程，鐵嶺地區暴雨發生與K指數和高值區有較好的對應，沙氏指數SI反應不明顯（表1）。暴雨出現前，鐵嶺地區處于高能量的匯集區，具備發生強雷暴、強降水的不穩定能量。

3.2 水汽條件

充分的水汽是暴雨產生的必要條件，而源源不斷的水汽輸送是降水得以維持的重要因素[4]。分析本次暴雨天氣過程的水汽條件可知，25日8：00后，水汽通量大值中心由渤海灣南部向東北方向移動進入遼寧，其軸線方向指向遼寧省中東部，各層水汽通量均逐步增大，最大值出現在850 hPa。25日20：00鐵嶺地區水汽通量為14～22 g/（s·cm·hPa），水汽通量大值區位于鐵嶺東南部遼寧東部地區，達到26 g/（s·cm·hPa）。水汽通量大值區的分布與25日白天以及夜間鐵嶺地區東部出現的暴雨天氣過程有較好的對應關系，26日8：00后水汽通量開始減小，降水減弱。

強降水不但需要水汽輸送，而且必須有水汽的輻合。由850 hPa水汽通量散度圖可知，7月25日8：00，鐵嶺地區處于弱輻合區，輻合中心位于蒙古到渤海灣一帶，強度為中心 -40×10-8 g/（s·cm2·hPa）；25日14：00—20：00，強中心通過鐵嶺地區，輻合由強到弱。

分析鐵嶺站比濕的時間-高度分布圖（圖7）可知，7月25日8：00至26日8：00，比濕≥8 g/kg的濕中心伸展高度達到650 hPa附近，濕層較為深厚。25日14：00—22：00地面到850 hPa比濕維持在14～16 g/kg，而且貼近地面出現比濕最大值，為16 g/kg，由于低層的濕度對降水貢獻最為重要，因而其間鐵嶺站6 h降雨量達86.9 mm，開原市達到134.1 mm，鐵嶺大部分地區出現暴雨到大暴雨。

3.3 動力條件

3.3.1 渦度。7月25日8：00至26日8：00，鐵嶺地區850 hPa以下低層有42×10-6/s的正渦度區，500 hPa渦度為0，300 hPa渦度為-49×10-6/s，200 hPa渦度為-84×10-6/s，表明降水前后低層有較強的上升運動，高層垂直渦度的耦合明顯，有利于降水的發生，見圖8（a）。

3.3.2 散度。7月25日8：00至26日8：00，低層925 hPa有強度為-36 g/（s·cm2·hPa）的輻合中心；500 hPa以上散度值為正值，為輻散區；200 hPa有強度為36 g/（s·cm2·hPa）的輻散中心；低層輻合、高層輻散的配置有利于暴雨天氣的產生，見圖8（b）。

3.3.3 垂直速度。垂直速度會影響熱量、水汽、渦度等的垂直輸送進而影響天氣系統的發生發展，一般情況下，暴雨多發生在大范圍深厚的上升運動區[5]。在強降水發生時，沿暴雨軸線方向作垂直速度場的垂直剖面圖，可以看出，24日20：00至26日2：00 200 hPa以下均為上升運動，上升運動區深厚，其中25日14：00—20：00上升運動最為強盛；450～700 hPa存在一強中心（-42 hPa/s），強烈的上升運動導致鐵嶺地區出現短時強降水，大部分地區達到大雨到暴雨，其中16：00—17：00開原市觀測站降水量達46.6 mm。強降水區具有強而深厚的上升運動，對強降水的強度與落區預報具有較好的指示意義，見圖8（c）。

4 衛星云圖分析

副熱帶高壓外圍高溫、高濕，積聚了較高的不穩定能量，與西風帶天氣系統結合，易生成強對流云團，天氣突發性強，降水強度大。鐵嶺地區暴雨、大暴雨發生在大尺度相伴的云系中，由副高外圍產生的中、小尺度對流云團造成。由圖9可知，2016年7月25日早晨，高空槽云系和副高外圍對流云系結合形成中尺度對流云團，呈帶狀分布，沿副高外圍自西南向東北移動，進入遼寧地區，南端伸向河套東部地區，貝湖東部到黑龍江北部為渦旋云系。25日7：30，3個對流云團和1個對流單體分別位于遼寧中南部、遼寧西部及河北地區，此時對流云團A開始影響鐵嶺地區，各地陸續出現降雨。8：00—9：00，昌圖地區出現短時強降水，昌圖站降水量為30.8 mm/h，其他地區為小雨到中雨，可能與25日8：00急流位置有關。11：30，對流云團A移出鐵嶺地區，對流云團B分裂合并位于朝陽、阜新、葫蘆島一帶，對流單體D發展為對流云團。11：30后，對流云團B移動緩慢滯留于遼寧西部，造成遼西強降水；13：30移入遼寧北部影響鐵嶺地區，受低空急流向北伸展和切變線影響，鐵嶺站降水逐漸增大；16：30云團B尾端、云團E前部有新的對流單體生成加強發展；18：30在鐵嶺開原一帶加強為中尺度云團F，大部地區小時雨量超過20 mm，開原站46.6 mm/h，上肥地鄉雨量達到51.1 mm/h。由于冷暖空氣交匯，19：30強云團E與新生云團F結合，鐵嶺—開原—西豐地區降水持續；21：30云團主要影響鐵嶺西豐及東部地區，此后對流云團東移，降水減弱到結束。整個云團演變過程表明，大氣環流比較穩定，在有利環境場和層結不穩定條件下，中尺度對流云團A、B、C、D沿副高外圍持續向東北移動，經歷了生成、發展、減弱再加強的過程，鐵嶺地區產生列車效應，降水持續時間長、雨強大，導致鐵嶺地區出現暴雨、大暴雨天氣。中尺度降水云團發展旺盛，暴雨發生在降水云團增強和發展階段，降水強度和落區與云團的加強和移動密切相關。

5 結論與討論

（1）2016年7月25—26日鐵嶺地區暴雨天氣過程的主要影響系統為穩定維持的貝湖低渦，受東部阻塞高壓影響，使低渦底部槽加強，不斷分裂冷空氣與副熱帶高壓后部深厚的暖濕氣流在遼寧北部交匯，導致鐵嶺地區出現暴雨到大暴雨；對流層中低層的切變線、急流和強的輻合上升運動為暴雨提供了天氣動力條件；地面氣旋和兩高之間強輻合場觸發不穩定能量釋放是造成鐵嶺地區暴雨、大暴雨的重要因素。

（2）低空急流為暴雨提供水汽條件；冷暖空氣交匯產生的強水汽輻合和上升運動及低層西南暖濕氣流的增強，使中低層大氣對流不穩定增大；高層較強的輻散與低層冷暖空氣的輻合相配合，上升運動持續發展，導致鐵嶺地區出現暴雨天氣。

（3）暴雨發生在大尺度相伴的云系中，由副高外圍產生的中、小尺度對流云團造成；持續的中尺度對流云團生成、發展、減弱再加強影響鐵嶺地區，列車效應是暴雨發生的主要原因。

6 參考文獻

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].4版.北京：氣象出版社，2007：398-400.

[2] 吳春英，侯波，劉飛，等.2005年8月13日撫順地區大暴雨天過程診斷分析[J].氣象與環境學報，2006，22（3）：11-15.

[3] 楊蓮梅.南亞高壓突變引起的新疆暴雨天氣研究[J].氣象，2003，29（8）：21-25.

[4] 曲曉波，張廷治.遼寧夏季強降水天氣環流特征分析[J].遼寧氣象，1996（4）：11-12.

[5] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980：89-91.