吉林一次暴雨天氣過程成因分析
——以2019年8月14—15日為例

吳卓庭

吉林省靖宇縣氣象局，吉林靖宇 135200

暴雨是我國主要的災害性天氣之一，其特點是突發性強，極易引發洪澇和地質災害，嚴重威脅著國民經濟的發展和城鄉居民的日常生活。我國暴雨天氣大都是臺風、鋒面及青藏高原東移的西南渦或西北渦引發的。我國各個區域幾乎每年都會出現不同強度的暴雨天氣，受雨帶季節變化的影響較大[1]。

吉林省位于中高緯度地區，夏季主要降水特點是降水強度大、持續時間強、降水時段集中、局地性強，暴雨主要從平原向山區過渡地帶分布。暴雨天氣很容易引發洪澇災害，同時還會誘發滑坡、泥石流等次生災害，嚴重威脅著當地農業生產和農業基礎設施建設[2]。因此，通過對暴雨天氣過程成因進行全面分析，以加深氣象學者與業務人員對暴雨天氣成因和機制的認識，提高暴雨天氣預報水平，降低災害損失，推動社會經濟持續、健康發展[3-5]。

1 天氣實況

2019年8月5日中午開始，在臺風“羅莎”外圍水汽和高空槽的共同作用下，吉林省中東部，尤其是延邊東部有明顯的降雨天氣出現。截至16日12:00，過程降水量超過100 mm的有11站、50.0～99.9 mm的有97站，25.0～49.9 mm的有203站。降雨量前10位：琿春防川村131.5 mm、琿春129.5 mm、汪清大坎子村122.4 mm、汪清117.9 mm、琿春河東村116.4 mm、羅子溝111.6 mm、汪清明月溝108.2 mm、琿春大六道溝村105.5 mm、圖們河北村104.3 mm、圖們永昌村101.9 mm。最大小時雨強30 mm，出現在汪清大坎子村。全省平均26.5 mm，地區分布：延邊61.9 mm、白山38.1 mm、長白山保護區26.5 mm、四平21 mm、通化10.6 mm、其他地區不足10 mm。此次暴雨天氣持續時間長、影響范圍廣，給吉林省農業生產、水利基礎設施和城市交通運輸均產生了不同程度的影響。

2 環流形勢

2.1 高空環流形勢

2019年8月13日20:00，500 hPa有一明顯的冷渦出現在貝加爾湖附近，有一深槽出現在下部的蒙古國中部至廣東省一帶，此時“北渦南槽”的形勢極為突出。在日本島南部附近是十號臺風“羅莎”所在位置，加快了海上副熱帶高壓向東撤退的速度，在吉林省中部和南部區域則分布有副熱帶高壓脊區，吉林省中部存在5 800 gpm位勢線。結合溫度與風場可知，高度槽比溫度槽提前，冷空氣則在渦后西北氣流的作用下將其朝著槽區推送，促進了槽的發展加強。至14日08:00，貝加爾湖冷渦穩定維持，南槽南壓；相較于之前，臺風北進趨勢明顯，使得副熱帶高壓繼續東退，副熱帶高壓脊區略微南壓，吉林省中南部則分布有5 800 gpm位勢線；冷槽南壓后仍要比高度槽落后；在河北省附近的風場則有一切變線形成，且呈現西南至偏北走向。14日20:00，北渦整體向東轉移，南槽繼續向南移動；而臺風北部則登陸日本島區域，副熱帶高壓始終維持不變，脊區南落趨勢不太明顯，此時的5 800 gpm位勢線則出現在通化到樺甸一帶；冷槽比高度槽略微滯后，前部的-4℃線已經進入吉林省中南部地區，風切變線從河北省不斷向東轉移，最后到達遼寧省中部，切變頭部則出現在四平西部，此時的吉林省南部以西南風為主，風速有明顯增大趨勢。

15日08:00，北渦后部等高線以經向分布為主，渦后存在不斷加強的偏北氣流，槽后西北氣流強度增加，南槽轉斜槽，提升了斜壓性水平，臺風主體已經移動至日本島，副熱帶高壓脊區向東撤退后從吉林省移出。吉林省的溫度鋒區維持不變，風切變南壓趨勢不明顯，此時吉林省的降水強度較大。至15日20:00，北渦后部強度加大，同時還有新的槽區形成，在南壓后，原槽區強度減弱，位置仍舊在吉林省中南部，西南急流最終到達吉林省東部。

200 hPa高度處，13日20:00，內蒙古至黑龍江北部一帶存在高空急流，而黑龍江省北部則是主要核區，風速在50 m/s左右，此時的急流軸右側是吉林省所在區域；14日08:00，急流南壓，急流核逐漸消失，吉林省位于急流區內；20:00，急流軸南壓，同時黑龍江中北部有新的急流核出現，而吉林省的急流消失不見；15日08:00，急流軸繼續南壓，核區北抬，出口區右側仍舊是吉林省中南部所在位置；20:00，急流軸北抬，吉林省中南部位置不變，且正散度中心不斷南移，加強了低空動力抽吸作用，為短時強降水天氣提供了有利的動力條件。

2.2 海平面氣壓場和低層風場

結合13日20:00海平面氣壓場，有一較弱的低壓中心出現在渤海灣附近。該中心是九號臺風減弱后的低壓，倒槽北伸后達到吉林省大部分地區，10號臺風從海上不斷北上；結合850 hPa風場可知，朝鮮半島以偏南急流為主，遼寧省北部主要是東北氣流，且在遼寧省有風切變形成；14日08:00，弱低壓逐漸消失，倒槽強度不斷減弱，十號臺風逐漸向北轉移；朝鮮半島到吉林省南部以西南急流為主，風切變向東轉移后到達吉林省中部；14日20:00，北上的十號臺風不斷伸向渤海灣，九號臺風倒槽趨于消失，西南急流維持在朝鮮半島至吉林省南部一帶，同時與吉林省北部至遼寧省沿線的東北氣流形成了切變線；15日08:00，在十號臺風北上的過程中，臺風倒槽到達吉林省中南部，風切變移動至吉林省中部偏南地區；20:00，臺風中心東移，臺風倒槽南落，偏南急流最終到達吉林省東部，而黑龍江中部存在切變線。850 hPa風切變區幾乎與臺風倒槽重疊，且在重疊區內是短時強降水落區，說明低空急流位置和維持時間直接影響著短時強降水。

3 物理量場診斷分析

3.1 熱力條件

3.1.1 假相當位溫結合850 hPa低空處的水平位置假相當位溫分布情況來看，14日20:00，高能中心幾乎與臺風中心重合，高能舌從中心沿著朝鮮半島向北伸展，隨后折向吉林省南部，最后出現在通化至白山一線，吉林省中部則是能量鋒區所在位置；15日02:00（圖1a），在吉林省南部，高能舌不斷朝著東部和北部方向擴展，且中部的能量鋒區強度不斷加大；15日08:00（圖1b），高能舌回縮，能量鋒區南壓至吉林省中南部，密集度減弱；14:00，高能中心區域面積縮小，吉林省中南部仍舊存在能量鋒區；20:00，高能中心向東轉移，位于吉林省東南部的高能舌到達東部地區，能量鋒區北抬趨勢明顯。高能區南退、能量鋒區南壓及減弱時是強降水發生的主要時段，大降水落區與高能區外圍和能量鋒區過渡區始終保持一致。

圖1 2019年8月15日02:00（a）、08:00（b）850 hPa假相當位溫分布圖

3.1.2 K指數14日20:00日本海附近有大值區存在，中心值高達40℃，吉林省南部有大值中心存在，K指數超過36℃，而北部地區則存在小值中心；15日02:00（圖2a），吉林省南部的大值中心與日本海K指數大值中心互通，之后形成舌區，36℃等值線較為平直，并在遼源附近不斷朝著中心彎曲，北部松原地區有小值中心存在；08:00（圖2b），K指數大值區36℃等值線向中心彎曲明顯；14:00，朝鮮半島北部有40℃中心存在，在吉林省中部地區存在36℃等值線，且始終保持平直，而吉林省中南部則出現了小值中心，K指數為32℃，兩側的等值線不斷朝著中心位置彎曲。15日02:00～14:00，36℃等值線不斷向中心彎曲，分布位置與強降水落區始終保持一致，說明彎曲區域是冷暖空氣交綏的主要位置。

圖2 2019年6月15日02:00（a）、08:00（b）K指數的分布

吉林省此次暴雨天氣落區主要在柳河至樺甸沿線上，14日20:00，在42°N～44°N區域內等危險密集區，該區域以偏南風為主，等位線位置偏北，地面暖鋒在吉林省中部和南部地區出現，低空西北氣流逐漸進入46°N附近，而45°N附近存在垂直風切變。因此，近地面風向轉變時，說明冷空氣開始活動，高空風場中主要是風切變南壓，在風切變右側區域則是強降水落區。

3.2 水汽條件

9月14日20:00，700 hPa中低空處的比濕大值中心出現在日本南部，與臺風環流之間有很好的對應關系，濕舌經過朝鮮半島西南側后，不斷朝著北側和延邊州東部伸展。此時在吉林省中部存在比濕大值中心，高達10 g/kg，吉林省南部的比濕數值則在9～10 g/kg之間；15日02:00，海上的比濕中心北抬趨勢不太明顯，濕舌大值中心從朝鮮半島南部北伸至吉林省中南部，濕度條件不斷增大（圖3a）；08:00，濕舌中心南退時到達通化至白山一帶，吉林省中南部比濕數值下降。

水汽通量在反映水汽充足與否的同時，還能對后續補充情況進行判斷。結合此次暴雨天氣700 hPa處的水汽通量數值來看，在14日20:00，水汽通量中心同臺風之間有很好的對應關系，且臺風中心不斷向四周流出，外圍有2支次一級的水汽通量區出現：一支出現在20°N附近，主要是海洋水汽沿著臺風外圍朝著臺風東側流入；還有一支則是從臺風北側流入朝鮮半島，且轉向后進入吉林南部；15日02:00，臺風中心北抬，2支水汽通量也隨之北抬，而北支水汽通量幾乎占據整個吉林省中部和南部地區。隨著時間的推移，至08:00，北支水汽通量強度減弱，同時還有南退趨勢，頭部出現在吉林省中南部，還有水汽通量輻合，同短時強降水出現時段有很好的對應關系（圖3b）；14:00，北支水汽通量強度減弱并向東轉移，最后到達延邊地區。在此過程中，南支水汽始終維持少動，而來自南海和西太平洋的水汽不斷朝著臺風區輸送水汽，之后輸送到吉林省南部。因此，臺風水汽是此次暴雨天氣的主要水汽來源，而間接來源則是中國南海與西太平洋水汽。

圖3 2019年8月15日02:00（a）和08:00（b）700 hPa的比濕和水汽通量

3.3 動力條件

結合700 hPa處的上升運動可知，14日20:00，吉林省北部的上升運動區較為明顯，中部以下沉區為主；15日02:00，吉林省中部表現為較強的上升運動，中南部是弱的下沉區；08:00，吉林省中南部上升運動強度增大，通化市北部表現為強的上升運動；14:00，吉林市至通化一帶以上升區為主。由此說明，15日02:00～14:00，低空抬升運動一直存在，尤其是08:00的強上升中心較為明顯，與200 hPa高空處的輻散相對應，進而形成高低空抽吸效應，為強降水天氣的發生發展提供了有利條件。

4 結論

（1）此次暴雨天氣過程是在臺風“羅莎”外圍水汽和高空槽的共同作用下產生的，200 hPa高空急流入口右側對反氣旋環流的生成和發展有促進作用，與正散度中心有很好的對應關系；500 hPa西風槽、西太平洋副熱帶高壓及臺風共同作用，對西南急流強度的增大和冷暖空氣交綏極為有利；850 hPa風切變區幾乎與臺風倒槽重疊，且在重疊區內是短時強降水落區，說明低空急流位置和維持時間會直接影響短時強降水。

（2）高能區南退、能量鋒區南壓及減弱時是強降水發生的主要時段，大的降水落區與高能區外圍和能量鋒區過渡區始終保持一致。

（3）700 hPa中低空處的比濕大值中心出現在日本南部，與臺風環流之間有很好的對應關系，濕舌經過朝鮮半島西南側后，不斷朝著北側及延邊州東部伸展；臺風水汽是此次暴雨天氣的主要水汽來源，而間接來源則是中國南海與西太平洋水汽。

（4）15日02:00～14:00，低空抬升運動一直存在，尤其是08:00的強上升中心較為明顯，與200 hPa高空處的輻散相對應，進而形成高低空抽吸效應，為強降水天氣的發生和發展提供了有利的動力和熱力條件。