2023年臺風“杜蘇芮”殘余水汽對吉林省暴雨成因分析

單巖超 張富龍 李欣 阮文哲

摘要 利用NCEP/NCAR再分析資料以及吉林省降水量觀測資料，分析了降水期間環流形式，應用HYSPLIT模型研究水汽來源與運動軌跡，得出以下結論：暴雨期間588線位于40°N附近，850 hPa存在明顯低空風切變，雨區上空假相當位溫隨高度先增大后減小，垂直上升運動強烈；水汽主要來源于西太平洋，且水汽高度主要集中在中低層；水汽氣團先向西北方向移動，到達山東半島附近受西風急流影響將水汽輸送至雨區；暴雨期間水汽輸送較強，雨區水汽含量充沛。

關鍵詞 暴雨；吉林省；水汽軌跡；水汽輸送

中圖分類號：P458.1+21.1 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of Residual Water Vapor of Typhoon “Dusurai” in 2023 on the Cause of Rainstorm in Jilin Province

Shan Yan-chao et al（Fuyu Meteorological Bureau， Fuyu， Jilin 131300）

Abstract Based on the NCEP/NCAR reanalysis data and the precipitation observation data of Jilin Province， the circulation pattern during the precipitation period was analyzed， and the HYSPLIT model was used to study the water vapor source and movement trajectory. The following conclusions were drawn： during the rainstorm， the 588 line was located near 40°N， and there was an obvious low-level wind shear at 850 hPa. The pseudo equivalent potential temperature over the rain area first increases and then decreases with height， and the vertical upward movement was strong. Water vapor mainly comes from the western Pacific， and its height was mainly concentrated in the middle and lower layers. The water vapor mass first moves northwest and reaches the vicinity of the Shandong Peninsula， where it was transported to the rainy area by the influence of the westerly jet. During the rainstorm， the water vapor transmission was strong， and the rain area has abundant water vapor content.

Key words Rainstorm; Jilin Province; Water vapor track;Water vapor transport

暴雨預報是大氣科學領域難度最大的問題之一。廖曉農等[1]分析了孟加拉灣海域水汽通道，發現源于該地區充足的水汽是造成2012年夏季強降水的最主要因素。Brimelow等[2]對暴雨天氣進行氣團后向軌跡追蹤，并追溯出暴雨的水汽源地。利用HYSPLIT模式分析了2023年8月1—4日吉林省暴雨過程的水汽源地與輸送路徑對暴雨的影響。

1 特大暴雨概況

受2023年的5號臺風“杜蘇芮”殘余水汽北上和副高后部切變共同影響，吉林省中西部地區及延邊北部出現持續性強降雨天氣。舒蘭市永勝林場累計降水量高達500.6 mm，榆樹市長發村24 h降水量為284.9 mm，均打破了歷史極值（圖1）。

2 暴雨的大尺度環流背景

2023年8月2日08：00，500 hPa中高緯地區存在2個低渦中心，貝加爾湖附近有弱脊，吉林黑龍江交界處存在明顯風切變，副熱帶高壓位置異常偏北，切變線穩定少動（圖2），為暴雨產生提供了穩定的大尺度高空環流形式。由于西風急流的帶動，大量暖濕空氣向雨區輸送，急流北側的暖風式切變形成大量層結不穩定能量，加之有利的地面輻合及上升運動觸發不穩定層結，造成此次吉林省持續性強降水。

3 暴雨物理量條件分析

選取全省降水量最大的2個地面區域觀測站，榆樹市長發村（44°58′44″N，126°19′42″E）與舒蘭市永勝林場（44°25′06″N，127°21′55″E）作為研究區域，探討了暴雨過程的降水機制。

3.1 熱力條件

2023年8月1日20：00—4日08：00榆樹市長發村近地層存在假相當位溫低值區（圖3a），垂直方向上假相當位溫從近地面到600 hPa附近經歷隨高度先增大后減小的變化過程，榆樹市長發村上空能量高、濕度大。3日20：00，等假相當位溫線梯度再次變大，雨區從近地面到600 hPa上空附近再次形成假相當位溫隨高度先增大后減小的變化過程，故再次形成降水。

舒蘭市永勝林場上空假相當位溫場垂直空間分布與榆樹市長發村大致相同（圖3b），均在1日20：00和3日20：00 2個時段等假相當位溫線梯度增大，假相當位溫隨高度先增大后減小。

3.2 動力條件

2023年8月1日20：00—4日08：00強降水期間，榆樹市長發村上空整層均為垂直上升運動（圖4a）。2日20：00—3日08：00前后，低層850 hPa高度附近存在負的垂直速度大值中心，達到-1 Pa/s以上，此時上升運動最為強烈。從8月2日08：00—4日08：00，850 hPa高度以下均為負的散度場，高層為正的散度場，構成了低層輻合高層輻散的動力條件，其中，8月3日08：00存在負散度大值中心，此時低層氣流輻合最為顯著。8月3日08：00—4日08：00蘭市永勝林場上空存在負的垂直速度大值區（圖4b），尤其是在雨強最大時段8月3日20：00前后，最大上升運動速度中心達到-2.4 Pa/s以上，垂直上升運動最為強烈。同時，850 hPa存在負的散度場中心，低層輻合高層輻散的垂直環流形式尤為明顯。

3.3 水汽條件

2023年8月2、3日吉林、遼寧及內蒙古上空有較強的水汽通量平均場（圖5）。其中，吉林省處于水汽通量平均場大值區，中心強度達到600 kg/（m/s）以上。水汽通道在太平洋上臺風外圍氣旋帶動下為西北方向，在山東半島與西南急流相遇發生明顯轉向，水汽通道轉為東北方向及吉林省地區輸送水汽。

2023年8月1日20：00—2日20：00及3日20：00—4日08：00這2段時間內，榆樹市長發村上空等比濕線梯度增大（圖6a），比濕增加尤為明顯。8月2日20：00—3日20：00，850 hPa以下水汽通量散度為負的大值區，中心強度達到-20×10-7 kg/（m2·s）。舒蘭市永勝林場上空在8月1日20：00—2日20：00及3日20：00—4日08：00為比濕大值時間段（圖6b）。8月3日20：00前后，具有明顯的水汽輻合中心，水汽條件、熱力條件、動力條件三者相互不斷配合，造成此時段的短時強降水。

綜上所述，此次吉林省特大暴雨的水汽源地主要是太平洋地區，水汽經過長距離、大范圍的輸送到達雨區，并在低空形成輻合，水汽聚集，中低層對流云團發展，配合有利的動力、熱力條件形成此次吉林省特大暴雨過程。

4 區域水汽軌跡追蹤及水汽條件分析

以暴雨區雨量最大自動站所在位置（43.5°～45.5°N，126.5°～128.5°E）作為空間起點，降水最集中時段（2023年8月3日21：00）作為時間起點，水平方向上每隔1°為1個起始點，設置追蹤模式輸出位置點的時間周期為12 h。在不同高度上，設置模式以500、1 500 m分別為垂直方向起點，對應的起始區域的平均位勢高度為900、800 hPa（圖7）。

對流層低層900 hPa水汽氣團全部來自于西太平洋海面，在臺風氣旋北部的外圍東南風作用下，水汽氣團向西北方向移動，8月2日前后到達山東半島附近受低空西風急流影響轉向東北方向移動，受地形抬升作用氣團高度有所上升，并隨著西風帶將水汽輸送至雨區。

中層，影響暴雨的水汽氣團軌跡分為2股，其中，水汽貢獻最大的來自西太平洋海面，在臺風氣旋北部的外圍東南風作用下移動至我國內陸河套地區，且受地形作用氣團高度抬升，受西風急流影響水汽氣團到達雨區。中層另外一條水汽氣團軌跡的起點來自南海海面，在南風氣流帶動下向北運動與來自西太平洋的水汽氣團匯合，共同隨著西風急流到達雨區。

5 結束語

（1）暴雨期間副熱帶高壓位置異常偏北，使吉林省上空切變線穩定少動。850 hPa上吉林省受低空西風急流控制，在吉林西部存在明顯低空風切變。

（2）暴雨期間降水量最大的2個站點上空均有垂直方向上的假相當位溫隨高度先增大后減小的變化過程，具備能量高、濕度大的不穩定條件。舒蘭市永勝林場的垂直上升運動最為強烈，850 hPa存在負的散度場中心，低層輻合高層輻散的垂直環流形式尤為明顯。

（3）2023年8月2日、3日吉林上空有較強的水汽通量平均場，且水汽通道的范圍與區域軌跡追蹤的分析結果相一致。暴雨過程中降水量最大的2個站點等比濕線梯度均增大，比濕增加尤為明顯，850 hPa以下水汽通量散度為負的大值區，具有明顯的水汽輻合中心，雨區水汽含量較為充沛。

（4）此次吉林省暴雨過程中水汽主要來源于西太平洋，水汽氣團在臺風氣旋北部的外圍作用下向西北方向移動，到達山東半島附近受低空西風急流影響轉向東北方向移動，隨著西風帶將水汽輸送至雨區。

參考文獻

[1] 廖曉農，倪允琪，何娜，等.導致“7.21”特大暴雨過程中水汽異常充沛的天氣尺度動力過程分析研究[J].氣象學報， 2013，71（6）：997-1011.

[2] Brimelow J C， Reuter G W. Transport of atmospheric moisture during three extreme rainfall events over the Mackenzie River Basin[J]. Journal of Hydrometeorology， 2005， 6（4）： 423-440.