彭 鵬
內蒙古滿洲里市氣象局,內蒙古滿洲里 021600
滿洲里市位于內蒙古呼倫貝爾大草原的西北部,介于117°12′E~117°53′E及49°19′N~49°41′N之間,其東部毗鄰新巴爾虎左旗,西部與南部均臨近新巴爾虎右旗,北部與俄羅斯聯邦為鄰。全市總面積為732.44 km2,境內主要包括丘陵、洼地、山脈等多種地形,并整體具有西北高、東南低的變化特征。滿洲里市隸屬于中溫帶大陸性草原氣候區,呈現出春季干燥且風大,夏季溫涼且短促,秋季氣溫下降明顯,冬季寒冷漫長等特點。受到當地氣候、地形等多種因素的影響,滿洲里市暴雨、短時強降雨等天氣現象頻發,極易引發泥石流、山體滑坡、洪澇等多種次生災害[1-3]。每年6—8月為滿洲里市降水多發時期,持續性強降雨天氣現象頻發,其中以6月最集中[4]。以2019年6月26日發生在滿洲里的一次強降雨天氣過程為例,重點探討了本次強降雨過程的形成機理,以期能夠為今后該地區此類強降雨天氣的預報預警、做好氣象服務工作等提供借鑒。
受高空冷渦、地面冷鋒等因素的影響,2019年6月26日07:00~27日07:00內蒙古呼倫貝爾市出現強降雨天氣現象,本次降水主要為中雨至大雨,部分地區為暴雨甚至大暴雨,而且還伴隨有大風、冰雹等氣象災害。據自動氣象站觀測資料統計,呼倫貝爾市有4個站點出現大暴雨(100.0~249.9 mm),13個站點出現暴雨(50.0~99.9 mm),60個站點出現大雨(25~49.9 mm),35個站點出現中雨(10.0~24.9 mm),80個站點出現小雨(0.1~9.9 mm)。其中,以莫力達瓦達斡爾族自治旗騰克的降水量最大,為184.6 mm,阿榮旗興安鎮26日17:00~18日的雨強最大,為35.4 mm/h。
2019年6月26日08:00,500 hPa高度位置處有一深厚冷渦出現在貝湖周圍,而且副熱帶高壓呈現出北抬趨勢,對冷渦向東南方向移動起到一定的阻塞作用。副熱帶高壓與冷渦之間強烈的西南氣流為該區域暴雨天氣過程提供了有利的環流形勢。此時,高度脊影響與控制呼倫貝爾市500 hPa大部分位置區域。6月26日20:00短波槽由冷渦前部分裂而出,并對呼倫貝爾滿洲里市產生一定的影響,導致該地區出現短時強降雨天氣,同時該過程也與短波槽降水特點保持一致(圖1)。

圖1 2019年6月26日20:00 500 hPa高空形勢圖(a)及海平面氣壓場地面圖(b)
700 hPa與850 hPa不 僅 出 現 冷渦,還出現有明顯的輻合切變。6月25日08:00~20:00滿洲里市由之前的低壓中心控制轉為冷鋒控制。到6月26日08:00冷鋒強度明顯增強,并在滿洲里市出現錮囚,這時系統強度較強,為本次強降雨過程創造了有利的環流背景。
地面位置處出現氣旋中心,還出現較為強烈的上升運動。隨著地面氣旋逐漸南移,東南氣流開始影響與控制呼倫貝爾滿洲里市,由此帶來的充沛的暖濕水汽為強降雨過程創造了有利條件。另外,東南氣流在途經大興安嶺位置處開始爬坡,強烈的上升運動導致滿洲里市降水強度明顯增強,進而導致該地區出現強降雨天氣[5-7]。
通常情況下,大氣當中的水汽含量與強降雨的發生發展有密切聯系。通過比濕可以直接反映出強降雨發生區域大氣當中的水汽含量;通過相對濕度可以反映出強降雨發生時大氣當中水汽的飽和程度,通過水汽通量可以直觀反映出強降雨發生區域的水汽輸送情況。將從這三個方面分析2019年6月26日滿洲里市強降雨發生過程中的水汽條件[8]。
3.1.1 相對濕度滿洲里市夏季850hPa相對濕度場上的相對濕度在70%以上就應當考慮是否會出現強降水天氣。本次強降雨過程發生時的相對濕度超過80%,降雨集中時間段的相對濕度大于95%。
3.1.2 比濕 當滿洲里市夏季850 hPa比濕場的比濕位于8 g/kg時就極易產生降水天氣。觀察6月26日08:00~6月27日20:00的比濕場可見,6月26日08:00 850 hPa位置處比濕達10 g/kg,到當日20:00比濕值依然維持10 g/kg,尤其是強降雨過程發生時間段,部分時段比濕為12 g/kg,甚至在12 g/kg以上。
3.1.3 水汽通量水汽通量為滿洲里市強降雨發生過程中的水汽輸送創造了有利條件。2019年6月26日08:00 850 hPa位置處的水汽通量為12 g/(s·hPa·m),20:00該位置的水汽通量增加為16 g/(s·hPa·m),源源不斷的水汽輸送為滿洲里地區強降雨過程的持續與發展創造了有利條件,同時也為27日更大范圍的強降雨過程奠定良好的水汽基礎。
3.2.1 高低空急流 此次強降雨過程發生時并未出現高空急流,高空位置處僅僅出現有一個較為明顯的渦旋式切變,為大氣當中強烈的上升運動提供了強有力的動力支撐。2019年6月26日08:00與20:00 850 hPa位置處出現有明顯的南風急流,其中心位置處的風速最高為20 m/s,滿洲里市地處低空急流出口區的左側,屬于輻合區(圖2a)。偏東風及急流出現在出口位置,既有利于形成風場切變,又為該位置處上升運動的相互疊加創造了有利條件(圖2b),導致該地區出現強烈的上升運動,進而引發強降雨天氣[9]。

圖2 2019年6月26日08:00(a)與20:00(b)850 hPa風場
3.2.2 散度與渦度水平輸送來的水汽在上升運動的作用下持續向上輸送。同時,空氣在絕熱冷卻作用下逐漸接近飽和,最終凝結成為水滴而落下。通常情況下,使用垂直速度與渦度能夠直觀反映上升運動的強度。主要從這2個方面分析此次強降雨天氣發生時的上升運動條件。
2019年6月26日08;00,滿洲 里市850 hPa位置出現垂直速度中心,其強度為-5.5 m/s,到該日20:00垂直速度有所加快,為-9.5 m/s。由此可見,上升運動呈現出增強的趨勢。6月26日08:00 850 hPa位置處位于負渦度區,其中心位置處的數值為40 m/s,到20:00此位置變為正渦度區,其中心位置的數值為80 m/s。由此可見,渦度呈現出明顯的增強趨勢,表明滿洲里市強降雨發生過程中維持強烈的上升運動,為本次強降雨過程的發生與發展創造了有利的動力條件。
在此次強降雨過程發生時,滿洲里市貯存了大量的不穩定能量,主要表現為T-lnP圖上露點曲線與溫度層結曲線表現出向上開口的喇叭狀,而且存在著良好的不穩定層結條件,為能量貯存創造了有利條件,最終引發了強降雨天氣[10]。
根據紅外云圖發現,2019年6月26日15:00出現一個較為明顯的帶狀云系,且自西向東對滿洲里市產生影響,滿洲里市位于云系的尾部。伴隨著地面氣旋的移動及強降雨的減弱,云系的強度也呈現出減弱的趨勢。
由雷達圖可見,雷達降水回波與云系的移動趨勢基本保持一致。雷達回波也呈現出帶狀分布,而且逐漸從西南方向移動至東北方向,最終影響滿洲里市。在此過程中,回波強度最大達到50 dBz,而且速度場較為均勻。另外,零速度線呈現出S型彎曲分布狀態,也出現暖濕氣流,并與天氣圖當中風場的分布相吻合。
通過分析2019年6月26日滿洲里市的一次強降雨天氣過程,結論如下:
(1)500 hPa位置處貝加爾湖冷渦逐漸向東部移動,西太平洋副熱帶高壓呈北抬趨勢,能夠對冷渦的東移起到一定的阻塞作用,同時兩者之間較為強烈的西南氣流為該地區源源不斷的水汽輸送創造了有利條件。
(2)地面冷鋒過境,形成錮囚,加上高空形式的相互配合,為本次強降雨天氣現象創造了有利的環流背景條件;
(3)強烈的低空急流攜帶渤海附近的水汽到滿洲里市,既補充了當地的水汽,又為強降雨的持續維持創造了有利條件;相對濕度與比濕的含量表明強降雨發生過程中的水汽較為充沛;急流與輻合,再加上較大的垂直上升速度,為本次強降雨天氣過程創造了有利的動力條件;不穩定層結為不穩定能量的釋放創造了有利條件,進而引發了強降雨天氣。
(4)在本次強降雨發生的過程中,出現一帶狀云系與雷達回波自西向東影響滿洲里市,且在此過程中其強度有所增強。