東北冷渦引發(fā)的一次區(qū)域持續(xù)性暴雨天氣過(guò)程診斷分析

戰(zhàn)莘曄 高清源 徐慶喆 田璐

摘要 利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析資料、探空和衛(wèi)星云圖資料，對(duì)鞍山地區(qū)2019年7月29—30日一次區(qū)域持續(xù)性暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行了降水成因分析與物理量場(chǎng)的診斷分析。結(jié)果表明：低空冷渦切變東移與副熱帶高壓西伸北抬為此次強(qiáng)降水天氣提供了大尺度環(huán)流背景，700 hPa低空急流建立了水汽輸送通道，將西南暖濕空氣向遼寧地區(qū)輸送，為此次鞍山地區(qū)暴雨天氣過(guò)程提供了較好的水汽條件；由于副高西伸北抬，暖濕氣流不斷與低渦后部冷空氣在遼寧交匯，形成列車(chē)效應(yīng)。此外，K指數(shù)較大，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，具有對(duì)流降水特征。

關(guān)鍵詞 低渦切變；副熱帶高壓；水汽通量散度；強(qiáng)降水天氣

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）07–0213-03

暴雨是我國(guó)的主要災(zāi)害性天氣之一，具有突發(fā)性高、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，極易造成嚴(yán)重的氣象災(zāi)害。強(qiáng)降水引發(fā)的山洪、泥石流等災(zāi)害，會(huì)給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響和損失，因而對(duì)于暴雨天氣的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)和研究，一直是氣象工作者關(guān)注的重點(diǎn)[1]。

近年來(lái)，學(xué)者對(duì)暴雨天氣進(jìn)行了大量研究，從大尺度環(huán)流背景、能量場(chǎng)、物理量特征等方面探討了強(qiáng)降雨過(guò)程。陳劉鳳等[2-5]從天氣形勢(shì)和環(huán)流背景分析了暴雨區(qū)的動(dòng)力條件和水汽條件，得出暴雨天氣發(fā)生在一定的環(huán)流背景及天氣系統(tǒng)影響下，需滿足水汽、上升運(yùn)動(dòng)、持續(xù)時(shí)間的氣象條件。王春玲等[6-8]用中尺度天氣分析方法指出，暴雨是多種不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，是在天氣尺度環(huán)流背景下發(fā)展起來(lái)的。低空急流對(duì)于暴雨的形成，起著輸送水汽和能量的作用，有助于維持必要的動(dòng)力學(xué)條件，低空急流附近存在許多中小尺度的物理量特征，其與未來(lái)暴雨天氣的關(guān)系比大尺度特征更為密切[9-10]。為掌握暴雨的發(fā)生機(jī)制和原理，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)暴雨天氣，將氣象災(zāi)害降到最低，對(duì)遼寧省2019年7月29—30日暴雨環(huán)流形勢(shì)、動(dòng)力抬升、水汽條件及環(huán)境物理量等方面進(jìn)行了綜合診斷分析，以期為遼寧地區(qū)夏季暴雨天氣的預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。

1 降水天氣過(guò)程概況

2019年7月29日08：00～30日12：00，受低渦切變和副熱帶高壓西伸北抬共同影響，低空急流建立并加強(qiáng)，將西南暖濕空氣向遼寧地區(qū)輸送，與低渦后部冷空氣在遼寧交匯。遼寧地區(qū)出現(xiàn)了明顯強(qiáng)降水天氣過(guò)程，中東部地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨，有明顯短時(shí)強(qiáng)降水天氣，此次降水過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程雨量偏多、局地強(qiáng)度大等特點(diǎn)。

全省1 561個(gè)氣象站，出現(xiàn)降水的共有1 515個(gè)，平均降水量為30.3 mm。沈陽(yáng)、鞍山、錦州、鐵嶺、朝陽(yáng)、盤(pán)錦地區(qū)的38個(gè)氣象站出現(xiàn)大暴雨。全省平均降水量為30.3 mm；最大降水量142 mm，出現(xiàn)在沈陽(yáng)法庫(kù)縣丁家房鎮(zhèn)；1 h最大降水量86.4 mm，出現(xiàn)在盤(pán)錦盤(pán)山縣吳家鎮(zhèn)（圖1）。

2 降水成因分析

2.1 大尺度高低空環(huán)流背景

對(duì)此次遼寧地區(qū)暴雨天氣過(guò)程的高低空環(huán)流形勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)（圖2），850 hPa低空切變帶來(lái)東移南下的冷空氣與副熱帶高壓脊西側(cè)南來(lái)的暖濕氣流在遼寧持續(xù)交匯，遼寧西部地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)降水，急流動(dòng)量快速下傳過(guò)程中，攜帶著冷空氣不斷向地面擴(kuò)展，為此次暴雨天氣過(guò)程提供了較好的動(dòng)力抬升條件。隨著低渦東移，低渦后部冷空氣與前期850 hPa已建立的明顯的西南暖濕急流在遼寧交匯，低空西南急流不斷地向遼寧地區(qū)輸送暖濕氣流，為此次暴雨天氣的發(fā)生提供了有利的水汽條件。隨著低渦切變的東移緩慢，且700 hPa西南急流不斷輸送水汽，東部副熱帶高壓西伸北抬，在遼寧中北部地區(qū)形成大到暴雨、局部大暴雨的天氣形勢(shì)，至30日12：00，隨著500 hPa高空槽和850 hPa切變逐漸東移，遼寧地區(qū)此次暴雨天氣過(guò)程趨于結(jié)束。

2.2 海平面氣壓形勢(shì)特征

地面低壓中心位于118°E，50°N，相對(duì)于遼寧位置偏北，遼寧處于低壓底部，29日08：00～30日08：00地面低值系統(tǒng)移動(dòng)十分緩慢。此次降水過(guò)程由于高空槽主體偏北，因此遼寧中部及北部地區(qū)降水量偏大，降雨持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，至30日12：00遼寧各地的降水基本結(jié)束，至30日中午遼寧各地的降雨基本結(jié)束。

2.3 衛(wèi)星云圖

由水汽云圖（圖略）可以看出，29日08：00～29日20：00頭邊界基本上與高空槽位置相吻合，隨著氣流自西向東運(yùn)動(dòng)帶來(lái)干冷空氣的侵入，頭邊界逐漸發(fā)展成為斜壓葉邊界，而遼寧處于在其東側(cè)較中間的位置，對(duì)流發(fā)展旺盛，存在強(qiáng)烈的補(bǔ)償?shù)纳仙\(yùn)動(dòng)，為遼寧降水提供有利的動(dòng)力條件。至30日12：00，隨著副高東撤，高空槽東移，鞍山地區(qū)上空的降水云團(tuán)也逐漸減弱，直至降水結(jié)束。

2.4 物理量診斷

2.4.1 水汽條件 充足的水汽是形成降水的重要因素之一，水汽輸送和積聚是形成降水的重要條件。由遼寧地區(qū)上空水汽通量散度的時(shí)間演變可知，2019年7月29日08：00～30日08：00，700、850、925 hPa均有充足的水汽向遼寧地區(qū)上空輸送，形成了一條水汽通量帶，08：00水汽通量散度的中心最大值為-20×10-5g/（cm2·hPa·s），水汽的強(qiáng)烈輻合，為暴雨天氣過(guò)程的發(fā)生、發(fā)展提供了充沛的水汽條件，水汽輻合中心與強(qiáng)降水落區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)應(yīng)了遼寧西部地區(qū)強(qiáng)降水帶（圖3）。29日08：00～30日08：00這條呈東北—西南走向的水汽輻合帶一直維持并東移，持續(xù)的低空急流將水汽源源不斷地輸送至遼寧地區(qū)上空，為降水提供了有利的水汽條件，充沛的水汽沿西南暖濕氣流輸送并得到輻合抬升，輸送至遼寧地區(qū)的水汽積聚并轉(zhuǎn)換為降水。

2.4.2 動(dòng)力條件 從2019年7月29—30日散度、垂直速度垂直剖面可以看出（圖4），29日08：00～20：00，700～850 hPa層為明顯的正散度區(qū)，即為氣流輻散區(qū)，900～1 000 hPa層有明顯的負(fù)散度區(qū)，中心極值在-9×10-5 s-1～-6×10-5 s-1之間，至30日08：00前后，500～900 hPa存在強(qiáng)烈的下沉氣流區(qū)，中心強(qiáng)度＞18×10-5 s-1，近地層有負(fù)散度，氣流輻合區(qū)，此次過(guò)程高層輻散低層輻合，高低空配置較好，抽吸時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，從其垂直速度場(chǎng)可以看出，在29日夜間，500～700 hPa之間等值線密集，其中心強(qiáng)度在600 hPa附近，強(qiáng)度＜-1.2 Pa/s，存在明顯的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，為此次強(qiáng)降水提供了有力的動(dòng)力條件。

2.4.3 大氣層結(jié)及環(huán)境物理量特征 由2019年7月29日08：00錦州站探空T-lnP

圖可知（圖5），層結(jié)曲線和等飽和比濕線之間圍成的區(qū)域在29日08：00～29日20：00面積較大，說(shuō)明CAPE值較大，大氣層結(jié)潛勢(shì)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生對(duì)流天氣。且區(qū)域面積狹長(zhǎng)，不穩(wěn)定層厚。0～6 km垂直風(fēng)切變突然增大，同時(shí)500 hPa以上有干區(qū)移入，加大了層結(jié)不穩(wěn)定度。29日08：00，925 hPa比濕達(dá)23.8 g/kg，850 hPa比濕達(dá)22 g/kg，空氣中絕對(duì)含水量較大；08：00～20：00抬升凝結(jié)高度（LCL）變化不大，接近925 hPa，自由對(duì)流高度（LFC）由700 hPa降低至830 hPa，說(shuō)明環(huán)境動(dòng)力抬升條件較好，有利于此次暴雨形成。08：00～20：00，0～6 km垂直風(fēng)切變從18 m/s突增至24 m/s，對(duì)此次強(qiáng)降水起到了促進(jìn)作用。

29日20：00遼寧中西部地區(qū)K指數(shù)達(dá)到35～40 ℃，部分地區(qū)達(dá)到40 ℃以上，處在高能區(qū)中，說(shuō)明29日遼寧中西部大氣層結(jié)十分不穩(wěn)定，易產(chǎn)生對(duì)流天氣。這是由于29日白天遼寧上空的低空急流比較強(qiáng)盛，提供了豐富的暖濕水汽。多項(xiàng)物理量值的異常表現(xiàn)為此次強(qiáng)降水提供了有利的環(huán)境條件。

3 結(jié)論與討論

（1）由大尺度環(huán)流背景可知，低渦切變和副熱帶高壓西伸北抬，配合850 hPa的西南急流，為此次遼寧地區(qū)暴雨天氣過(guò)程提供了較好的動(dòng)力抬升和水汽條件。850 hPa低空切變帶來(lái)東移南下的冷空氣與副熱帶高壓脊西側(cè)南來(lái)的暖濕氣流在遼寧持續(xù)交匯，同時(shí)，急流動(dòng)量快速下傳過(guò)程中，攜帶著冷空氣不斷向地面擴(kuò)展，為此次暴雨天氣過(guò)程提供了較好的動(dòng)力抬升條件。隨著低渦東移，低渦后部冷空氣與前期850 hPa已建立的明顯的西南暖濕急流在遼寧交匯，低空西南急流不斷向遼寧地區(qū)輸送暖濕氣流，為此次暴雨天氣的發(fā)生提供了有利的水汽條件。

（2）由水汽云圖可知，29日20：00～29日20：00頭邊界基本上與高空槽位置相吻合，頭邊界逐漸發(fā)展成為斜壓葉邊界，而遼寧處于在其東側(cè)較中間位置，存在強(qiáng)烈的補(bǔ)償?shù)纳仙\(yùn)動(dòng)，為遼寧降水提供有利的動(dòng)力條件。至30日12：00，隨著副高東撤，高空槽東移，鞍山地區(qū)上空的降水云團(tuán)逐漸減弱，直至降水結(jié)束。

（3）700、850、925 hPa有水汽向遼寧地區(qū)上空輸送，形成了一條水汽通量帶，持續(xù)的低空急流將水汽源源不斷地輸送至遼寧地區(qū)上空，為降水提供了有利的水汽條件。充沛的水汽沿西南暖濕氣流輸送并得到輻合抬升，輸送至遼寧地區(qū)的水汽積聚并轉(zhuǎn)換為降水。

（4）此次過(guò)程環(huán)境抬升條件較好，高層輻散低層輻合，動(dòng)力上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，且0～6 km垂直風(fēng)切變較大，層結(jié)不穩(wěn)定性較強(qiáng)，此次暴雨天氣過(guò)程以不穩(wěn)定降水為主，小時(shí)雨量偏大。

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Diagnostic Analysis of A Regional Persistent Rainstorm Caused by the Northeast Cold Vortex

Zhan Shen-ye et al（Anshan Meteorological Bureau， Liaoning， Anhui 114004）

Abstract Using conventional mete-

orological observation data and NCEP 1 °

× 1 ° reanalysis data， radiosonde data and satellite cloud image data every 6 hours， the precipitation cause analysis and physical quantity field diagnosis analysis of a regional persistent rainstorm weather process in Anshan area from July 29 to 30， 2019 were carried out. The results showed that the low level cold vortex shear moving eastward and the Horse latitudes moving westward and northward provide a large-scale circulation background for this heavy rainfall weather. The 700 hPa low level jet has established a water vapor transport channel to transport warm and humid air from southwest to Liaoning， providing a better water vapor condition for this rainstorm weather process in Anshan. Due to the westward extension and northward uplift of the subtropical high， warm and humid airflow continuously intersects with the cold air behind the low vortex in Liaoning， forming a train effect. In addition， the K index was large， the atmospheric stratification was unstable， and it has convective precipitation characteristics.

Key words Low vortex shear; Subtropical anticyclone; Water vapor flux divergence; Heavy Rainfall Weather