2022 年8 月17—18 日鄂爾多斯市大暴雨過程成因分析

李昊宇，蘇日娜

鄂爾多斯市氣象局，內蒙古鄂爾多斯 017010

暴雨是我國主要的氣象災害之一，其主要特點是突發性強、持續時間長、強度大。暴雨會造成房屋和水庫坍塌、農田淹沒、山洪暴發、通信和交通中斷，在危害人們生命安全的同時，影響工農業的正常生產，并造成嚴重的經濟損失[1]。

近年來，我國很多氣象學者將暴雨天氣現象作為重要研究課題，并且獲得了大量研究成果。壽紹文[2]結合中國暴雨的特點、環流形勢、天氣系統、形成機制和診斷、預報方法等進行了系統梳理探究，指出中國暴雨具備顯著的地域性、季節性、階段性特點。大范圍降水的環流形勢的類型包括穩定經向型、穩定緯向型和中低緯相互作用型等類型。張丙辰[3]指出暴雨天氣形成機制較為復雜，涉及梅雨鋒、西南渦、切變線、低空急流、東北低渦、暖區暴雨等影響系統，需要深入探究其演變機理及形成機制。王海燕等[4]分析了甘肅省酒泉市2016年8月中旬一次暴雨天氣過程得出結論：500 hPa短波槽及700 hPa氣旋輻合，高低層的環流配置呈“東高西低”型；高層輻散、中低層輻合，對流層存在強烈的上升運動，這種流場的配置促進了水汽的輸送匯聚，共同為暴雨天氣的發生提供了可靠的條件。井宇等[5]通過分析2013年7月下旬黃土高原一次短時致洪暴雨MCC的特點和成因得出，MCC在對流層中上層的直接影響系統是500 hPa天氣尺度西南氣流和300 hPa天氣尺度反氣旋，MCC在對流層低層的直接影響系統是850 hPa副高西側α-中尺度低渦和700 hPaα-中尺度橫切變。低層輻合和高層強輻散的配置為MCC的生成及暴雨的形成提供了動力條件。柳志慧等[6]針對2018年7月18—19日內蒙古河套一帶的強降水天氣展開分析，得出此次降水天氣過程中，副高較強且呈塊狀分布，穩定少動，在高空低槽的緩慢東南壓的影響下，低空急流持續增強，且與高、低空急流共同配合、輻合切變線的北上及河套一帶多山區、水域等復雜下墊面的地形條件，為此次降水天氣的出現提供了水汽通道暢通、水汽匯聚、不穩定能量以及動力抬升等有利條件。

鄂爾多斯市位于內蒙古自治區西南部，鄂爾多斯高原腹地，地理坐標處于37°35′24″～40°51′40″N，106°42′40″～111°27′20″E之間，總面積8.7萬 km2。區域內地貌地形復雜，包括高原、沙地、丘陵山區、平原多種類型。高山峽谷為主，屬北溫帶半干旱大陸性氣候區，冬夏寒暑變化大。鄂爾多斯市降水大部分集中在7—9月，占全年降水量的70%左右，該時間段經常出現暴雨天氣，一旦出現暴雨天氣，極易引發洪澇災害，給當地農牧業生產和人民生命財產安全構成嚴重威脅。2022年8月17—18日，鄂爾多斯市遭遇強降雨，中東部出現暴雨到大暴雨，阿勒騰席熱鎮、薛家灣鎮日降雨量破歷史紀錄。受強降雨影響，多地遭受山洪、城市內澇等次生災害，給人民生產生活造成巨大經濟損失。因此，以此次大暴雨天氣為例，重點分析了鄂爾多斯市暴雨天氣成因，為深入掌握暴雨天氣發生規律及形成機制，提升暴雨天氣預報水平，更高效地開展暴雨天氣預報預警服務提供指導。

1 強降雨實況特征

此次暴雨天氣過程具有降雨范圍廣、累計雨量大、持續時間長、小時雨強強等特點[7]。由2022年8月17日14:00—18日14:00鄂爾多斯市降雨量實況資料可知(圖1)，全市共有44個觀測站出現大暴雨。最大累計雨量為248.8 mm，最大小時雨強為90.1 mm。

圖1 2022年8月17日14:00—18日14:00鄂爾多斯市降雨量實況圖

2 強降雨成因

2.1 環流形勢和主要天氣系統發展演變

此次暴雨過程是在副熱帶高壓東退、高空短波槽東移、低空急流及地形抬升和阻擋作用等多種因素的共同影響下發生的。

500 hPa，貝加爾湖及巴爾喀什湖北部偏北地區分別有冷渦盤踞，穩定少動，旋轉過程中渦底不斷生成短波槽，鄂爾多斯市不斷有冷空氣注入。2020年8月17日08:00，阿拉善盟有短波槽生成并東移發展，鄂爾多斯市位于槽前輻散區，利于干冷氣流向下傳輸，為暴雨發生提供了良好的動力條件。17日20:00—18日08:00，副高迅速東退并維持，持續時間長達12 h，使水汽沿副高外圍不斷向北輸送，冷暖空氣在鄂爾多斯市中部偏南地區匯合，造成大量級降水。

17日08:00地面場，鄂爾多斯市位于高低壓過渡帶，20:00轉為低壓倒槽前部控制，輻合位于鄂爾多斯市北部，之后低壓不斷東移，輻合線在鄂爾多斯市中部一帶維持，與強降水落區基本吻合。選取伊金霍洛旗的三線(圖2)，可以看出氣旋逐漸移至鄂爾多斯市，利于上升運動，強降雨時段，T-Td≤0.5 ℃，接近飽和，說明受副高東退維持影響，偏南暖濕氣流不斷地向鄂爾多斯市東部地區輸送，持續的水汽輸送為強降水的發生提供了有利的條件。

圖2 2022年8月17日20:00—18日11:00伊金霍洛旗三線圖

2.2 物理量場

2.2.1 水汽條件通過分析此次暴雨天氣期間水汽剖面可知，2022年8月17日20:00—18日08:00水汽移入鄂爾多斯市，整層水汽配合很好。中低層構建了穩定且深厚的西南風氣流，最大風速超過20 m/s，適宜于西南水汽輸送。700 hPa與850 hPa兩層的水汽從8月17日午后逐漸累加堆積，持續維持水汽輸送，為此次暴雨天氣的發生提供了豐富的水汽條件。

2.2.2 探空圖要素分析17日20:00東勝站的探空圖，濕度條件較好，有狹長不穩定區，CAPE值為84.5 J/kg，低層有垂直風切變順轉，為暖平流，500～700 hPa有干空氣侵入，中層有冷平流。

用伊金霍洛旗的溫度和露點對探空圖進行訂正(圖3)，對短時強降水潛勢進行分析發現，CAPE值增加至540.2 J/kg，地面比濕為15.28 g/kg，0～6km垂直風切變為19.6 m/s(中等強度的垂直風切變)，條件有利于短時強降水的發生。

圖3 2022年8月17日20:00伊金霍洛旗訂正后的探空圖

2.3 中小尺度系統精細化發展演變

根據雷達ROSE 2.0產品演變分析可知(圖4)，此次降雨天氣過程主要分為2個階段：前期為對流性降水，主要發生在鄂爾多斯市南部；后期對流云帶分裂，東南部對流云北上至中部，形成混合性降水，且一直有回波補充，造成“列車效應”，從而使強降水維持。

圖4 鄂爾多斯市雷達18日05:16反射率因子圖、04:56徑向速度圖

鄂爾多斯市中部偏南地區從17日22:00開始受降水回波影響，開始出現20 mm以上降水，之后西南方向不斷有降水回波生成并進行補充，“列車效應”明顯，加之地形抬升作用，使得較強降水回波一直在烏審旗北部、伊金霍洛旗南部地區維持，最大降水回波在51～58 dBz之間，持續時間長達近10 h(圖4a)。

徑向速度場從18日02:00后，零等速線呈明顯“S”形，低層有暖平流，且有低空急流，在04:56(圖4b)伊金霍洛旗南部出現速度模糊，之后維持，至18日08:00，特征減弱，持續3 h，輻合強烈，表明動力抬升條件、水汽條件顯著，對應速度模糊位置與強降水落區，位置基本吻合，具有較強指示意義。

2.4 云圖分析

17日20:10(圖5a)鄂爾多斯市南部有新生對流云團，冷云頂快速膨脹，云頂溫度迅速下降，單體左側逐漸出現“V”型頂點，邊緣清晰，右側對流快速發展，邊緣模糊，受500 hPa槽前西南氣流影響，對流往東偏北方向移動。后續時刻對流云團冷云蓋面積增幅最大，近似橢圓形，結構密實，四周有卷云砧，整個系統呈現準靜止狀態。18日04:30(圖5b)地面輻合線附近不斷有對流云團新生、合并、加強，形成明顯的“列車效應”，短時強降雨的雨帶與地面輻合線位置一致。

圖5 2022年8月17日20:10、18日04:30 HWM_IR

3 結論

(1)此次鄂爾多斯市大暴雨天氣過程是在副熱帶高壓東退、高空短波槽東移、低空急流及地形抬升和阻擋作用等多種因素的共同影響下發生的。

(2)在此次暴雨天氣發生前期，鄂爾多斯市位于槽前輻散區，利于干冷氣流向下傳輸，為暴雨發生提供了良好的動力條件；受副高東退維持影響，偏南暖濕氣流不斷向鄂爾多斯市東部地區輸送；鄂爾多斯市上空整層水汽配合很好，持續輸送水汽，為此次暴雨天氣的發生提供了豐富的水汽條件。探空資料上CAPE、垂直風切變顯示降水落區具備不穩定能量，促進了大暴雨天氣的發生與發展。

(3)不同時段強降水中小尺度系統的發展演變特征不同，在強降水時段出現MCS，結構密實，維持時間長，對流強。雷達基本反射率顯示明顯“列車效應”，較強回波持續時間長達近10 h。徑向速度場表現出強烈的輻合，有較好的指示意義。“S”形、速度模糊等特征長時間出現，證明底層有強有力的暖濕氣流，動力條件顯著，有利于短時強降水的發生和長時間維持。

(4)中尺度系統的發生發展機制和雷達對強對流天氣的監測技術仍是未來重點研究方向。