內蒙古錫林郭勒盟一次極端暴雨過程成因分析

宋 磊，李曉坤

(1.內蒙古錫林浩特民航機場有限責任公司；2.錫林郭勒盟氣象局，內蒙古 錫林浩特 026000)

近年來，隨著全球氣候變暖，我國各地極端降水事件頻發，其致災性也越來越明顯。為有效預防或減小極端降水事件造成的危害，對其進行細致的研究勢在必行。目前，國內外有很多學者對致災性暴雨和極端降水天氣過程進行診斷分析[1-5]，發現暴雨和極端降水常發生在有利的大尺度環流背景下，并引發中小尺度對流性天氣系統產生[6]，低空急流的促進作用為強降水提供水汽輸送，與高空急流配合提供暴雨所需的動力和熱力條件[7]，特殊地形作用使中低層氣流抬升和輻合，地面輻合線觸發對流發展致使暴雨增強[8-9]等，以上研究結論對暴雨強度和落區預報提供了一定的參考依據。2021年7月24日—26日內蒙古錫林郭勒盟(以下簡稱“錫盟”)出現了一次極端暴雨天氣過程，筆者從環流背景、物理量場等方面對此次暴雨天氣過程的發生機理進行診斷分析，總結此類暴雨天氣的成因，以更好地為防災減災工作提供有效的服務。

1 資料

所用資料包括2021年7月24日—26日常規觀測資料、錫林浩特和二連浩特的探空資料、錫盟地區15個國家站和500個區域自動站逐小時降水資料。

2 天氣實況

表1 日降水量達到極端事件監測標準的站點

2021年7月24日—26日，錫盟出現有氣象記錄以來的十分罕見的極端暴雨天氣過程。錫盟15個國家站中有6站累計降水量達到暴雨，500個區域自動站中有104站累計降水量達到暴雨及以上量級，屬建站以來錫盟北部地區出現的最大范圍暴雨天氣過程。其中7月24日21時—25日20時，蘇尼特左旗滿都拉圖鎮巴彥杭蓋嘎查出現大暴雨，降水量達110.6 mm，見圖1，二連浩特79.3 mm，阿巴嘎旗68.6 mm，蘇尼特左旗59.7 mm，以上日降水量均超過歷史極值或極端閾值。

圖1 2021年7月24日21時—25日20時蘇尼特左旗

3 環流背景

500 hPa中高緯地區為“兩脊一槽”，巴爾喀什湖和日本海附近分別有一高壓脊，貝加爾湖上空為一高空冷渦，冷渦旋轉有小槽影響錫盟上空。西太平洋副熱帶高壓呈塊狀分布，中心位于日本海北部地區，阻擋上游高空槽東移，此種環流配置是錫盟區域性暴雨天氣的典型特征，屬于徑向性西太平洋副熱帶高壓型。2021年7月25日08時西太平洋副熱帶高壓脊線在朝鮮半島至黃海上空，比1981年—2010年平均位置偏北超過10個緯距，臺風“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側源源不斷地將水汽和不穩定能量輸送至錫盟上空，配合低層850 hPa切變線、河套倒槽，觸發地面輻合線，導致了極端暴雨天氣發生。

4 探空圖分析

二連浩特(53068)站上空2021年7月25日08時(圖2a)整層濕度較大，LCL高度位于883.5 hPa，暖云層較厚，說明水汽極易凝結，降水效率高。但CAPE值0.9 J/kg，DCAPE值18.2 J/kg，均較小，0 ℃層和-20 ℃層位置偏高，易出現短時強降水，而出現雷暴大風和冰雹的可能性小。到2021年7月25日20時(圖2b)LCL高度位于877.8 hPa，0 ℃層和-20 ℃層位置仍偏高，CAPE值33.7 J/kg，仍然較小，但DCAPE值增大至899.4 J/kg，中層有干空氣侵入，濕度轉差，垂直風切變指數較小，說明短時強降水趨于結束，也不易出現雷暴大風天氣。2021年7月26日08時暖云層進一步變薄，降水效率減弱，到26日20時暖云層厚度進一步減小，降水結束。

(a)

(b)

5 物理量場分析

5.1 動力條件

2021年7月23日20時—26日20時沿超歷史暴雨極值站——二連浩特(111.967°E，43.65°N)作散度、垂直速度的時間——垂直剖面圖(圖略)。從散度的時間——垂直剖面圖上可以看出，24日20時，500 hPa以下為輻合區，輻合中心較弱(1.6×10-4s-1)，位于700 hPa上空，500 hPa至200 hPa為輻散區，到25日08時輻合中心強度增至-3.6×10-4s-1，500 hPa至150 hPa為輻散區，中心位于200 hPa附近，強度達到4.8×10-4s-1，此時中低層輻合強度明顯加強，輻散區厚度和強度均加強，這種低層強輻合，高層強輻散，有利于大氣垂直運動的發展與維持，同時加強水汽的垂直輸送，為強降水的發生提供動力條件。

垂直速度的時間-垂直剖面圖上顯示，2021年7月24日20時，二連浩特地面至150 hPa附近均為負值區，對應垂直上升運動，到2021年7月25日08時，負值區增大增厚，垂直上升運動中心值達到-5.7 Pa/s，位于500 hPa，強烈深厚的上升運動提高大氣中水汽的凝結效率，配合切變線、地面輻合線以及水汽的輸送作用，共同造成強降水的發生。

5.2 水汽條件

極端強降水和持續性暴雨天氣發生時，常伴有超強的水汽輸送和強烈的水汽輻合[3]。通過分析，此次天氣過程的水汽主要是臺風“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側的東南風源源不斷地將水汽輸送至錫盟上空，與往年同期相比，西太平洋副熱帶高壓位置更為偏北，臺風攜帶的水汽輸送也隨之偏北，造成降雨強度偏大，落區偏北的特征。

此次暴雨天氣水汽輻合主要集中在500 hPa以下，水汽輻合上升強度大，維持時間長。2021年7月25日08時—25日20時，錫盟西部地區850 hPa比濕達到14 g/kg，700 hPa比濕達到10 g/kg，東南氣流輸送充足的水汽，為暴雨區提供水汽條件，加上850 hPa錫盟西部地區明顯的風向風速輻合，加強了高濕區水汽的匯合。根據經驗，錫盟地區夏季強降水預報指標中，850 hPa比濕基本保持在8 g/kg～10 g/kg，此次過程850 hPa比濕場顯示，錫盟西部地區比濕大值區在錫盟西部偏北一帶，中心值為11 g/kg，同時風場輻合也位于錫盟西部地區，這種大范圍的增濕及輻合流場是此次暴雨形成和維持的重要條件。

水汽通量散度是反映水汽輸送集中程度的物理量，其負值越大，表示水汽通量匯合越強，越有利于強降水的產生。從水汽通量散度圖(圖略)可以看出，2021年7月24日20時暴雨區水汽迅速集中輻合上升，中心值為-1.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，位于近地層，到2021年7月25日08時水汽輻合中心上升至700 hPa，且中心強度加強為-3.3×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，說明濕層深厚，水汽上升高度高。到2021年7月25日20時500 hPa轉為水汽輻散區，中心強度達到1.8×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，700 hPa以下為水汽輻合區，中心值為-4.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，這種低層輻合高層輻散，有利于水汽的凝聚上升，造成暴雨天氣。

6 結論

此次暴雨天氣過程發生的環流背景屬于徑向性西太平洋副熱帶高壓型，是錫盟地區暴雨的典型配置形勢。西太平洋副熱帶高壓阻擋上游高空槽東移，高空槽長時間影響錫盟地區。西太平洋副熱帶高壓脊線較常年偏北超過10個緯距，臺風“煙花”沿西太平洋副熱帶高壓西側源源不斷地將水汽和不穩定能量輸送至錫盟上空，配合低層850 hPa切變線、河套倒槽，觸發地面輻合線，導致極端暴雨天氣發生。

暴雨區二連浩特(53068)上空整層濕度較大，LCL高度較低，暖云層較厚，易出現短時強降水。CAPE值較小，0 ℃層和-20 ℃層位置偏高，中層有干空氣侵入，垂直風切變指數較小，不利于冰雹、雷暴大風等強對流天氣的出現。

低層強輻合，高層強輻散，強烈深厚的上升運動，比濕的異常大值區和風場輻合區相配合，以及水汽通量散度低層強輻合，高層強輻散，都有利于大氣垂直運動的發展與維持，提高大氣中水汽的凝結效率，為強降水的發生提供動力條件和水汽條件。