2021年8月18一19日呼和浩特一次大到暴雨形成機制的研究

中圖分類號：P458.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0230-03

暴雨是夏季頻發的災害性天氣現象之一，具有突發性強、持續時間長、強度大、發生發展機制復雜等特點，同時伴有大風、冰雹、雷暴等極端天氣現象。暴雨容易引發農田漬澇、城市內澇、山體滑坡、山洪、泥石流等次生災害，嚴重威脅人民群眾的日常生產生活、生命財產安全等[]。近年來，許多學者針對暴雨開展了大量研究工作。肖麗霞等[2分析了貴州習水某次特大暴雨天氣成因，得出地面輻合線、低渦切變在這一地區的持續、穩定維持是引發此次特大暴雨的主要原因；李麗霞等[3經過分析發現，2019年7月27日呼和浩特強雷暴天氣的出現與貝加爾湖低壓中心、蒙古高原高空槽東移密切相關。

呼和浩特市 （110^°46^′～112^°10^′E，40^°51^′～41^°8^′N） 地處內蒙古中部，大青山南側，其東鄰烏蘭察布市，西接包頭市，南與鄂爾多斯隔黃河相望，北與蒙古國接壤。當地地形復雜，起伏不平，總體地勢呈東北高西南低，其中大青山金鑾殿頂部海拔最高，達 2280m 呼和浩特市隸屬溫帶大陸性季風氣候區，四季氣候變化明顯且差異顯著[4]。在地形地貌、氣候等因素的綜合作用下，呼和浩特干旱、暴雨、雷電、寒潮、霜凍、大風、沙塵暴等氣象災害頻發。暴雨作為呼和浩特市常見的氣象災害之一，在全球氣候變暖加劇的大背景下，呈多發、重發態勢，嚴重影響當地民眾生命財產安全和日常生產生活。因此，以2021年8月18一19日呼和浩特市的一次暴雨過程為例，從影響系統與環流演變、物理量診斷等角度入手，深度剖析此次暴雨天氣形成機理，以完善天氣預警預報服務工作、保障民眾生產生活安全。

1天氣實況

2021年8月18日08：00—19日08：00呼和浩特市出現大到暴雨天氣現象。據統計，此時間段內，在呼和浩特市126個監測站中，共計121個站點出現降雨天氣現象，其中2個站點為大暴雨，32個站點為暴雨，54個站點為大雨，另有30個站點出現中雨，3個站點為小雨。其中，土默特左旗北什軸鄉降雨量最大，達 106.7mm ，而托克托縣古城鎮云中農業園8月18日18：00＼～19：00小時雨強最大，達 35.9mm/h 具體降水量見表1。

2環流背景與影響系統

2.1 環流背景

2021年8月18日呼和浩特市出現大范圍強降雨天氣現象。18日 08：00500hPa 東亞地區環流西低東高，其中貝加爾湖至新疆北部出現長波槽，而中國東北地區存在一脊位。同時，有短波槽自內蒙古西部至甘肅中部位置處出現分裂，后向東移動，在 35^°N 出現副熱帶高壓脊。當高空槽攜帶冷空氣向東移動時，副熱帶高壓開始向南移動，其外圍的偏南水汽通道隨之建立，不斷向北輸送偏南方向的暖濕氣流。此時，冷暖空氣交匯于 500hPa 與 700hPa 槽區，再加上受地形因素的影響，呼和浩特市中部出現大到暴雨、局部地區出現大暴雨的天氣過程。

2.2 環流特征分析

2021年8月17日08：00，亞洲大陸環流形勢表現出“兩低一高”的特點。新疆北部出現高空槽，冷渦發生分裂，東北冷渦與高空槽即將向東移入海洋，同時有短波槽在河西走廊區域快速發展。此時，呼和浩特市受副高588線的影響與控制，在西北氣流作用下，700hPa.850hPa 切變線與地面冷鋒這三層垂直疊置情況良好，加上內蒙古西部出現 T–T_d?5 C 的濕區，700hPa 切變線與 850hPa 均形成低空急流，且維持偏南風，風速為 12.0m/s 此外，額濟納旗地區出現地面低壓，其中心位置的氣壓達 1 005hPa 。從整體來看，這一天氣系統移動速度較為緩慢，切變線位置相對穩定。

至17日 20;00，500hPa 處的短波槽強度逐漸減弱，并緩慢向東移動，副熱帶高壓明顯向南回落，此時 T. 業T_d?5% 的濕區位于短波槽前，并逐漸向內蒙古西部移動，水汽條件明顯改善， T_-T_d 達到 2°C ，而呼和浩特市處于脊內控制下，大氣層較為干燥。 700，850hPa 切變區與地面冷鋒均出現在內蒙古西部， 700，850hPa 切變區只增不減，地面低壓進一步向北移動且強度增加。

至18日08：00，位于冷渦底部的高空槽略微東移，并逐漸南壓，短波槽的溫度場滯后于高度場，并持續向東移動和發展，出現在阿拉善盟東部區域。在脊內偏西氣流的作用下，呼和浩特 700，850hPa 與地面冷鋒這三層垂直疊置情況繼續維持，并逐漸移向呼和浩特西部與包頭市交界區域。低空急流位于切變線前后，其強度明顯增強，同時西北風風速也大幅提高，整個系統呈后傾狀態。地面低壓向北移動至貝湖以南，其中心氣壓達 1 002.5hPa ，此時呼和浩特位于地面低壓的東南區域，以偏南氣流為主。槽前還出現大面積云區， 500hPa.700hPa 區出現 T_-T_d?2 （2 C 的飽和區，其中， 500hPa 區域的比濕達 4g/kg

18日 20：00，500hPa 處出現短波槽，其不斷移往阿拉善盟東部，而槽前 500、700 與 850hPa 處呼和浩特地區出現 T_?T_??2 ℃的飽和區，此時整層水汽均達到飽和狀態。同時，槽后干冷平流隨之而來，副熱帶高壓南落區域明顯減小[5-6。而 700hPa 低槽強度增加，且逐漸移向呼和浩特地區，切變輻合依舊強勁。 850hPa 與上游包頭出現“對頭”風切變，此時系統結構發生改變，并呈略微前傾態勢，從而引發對流性降水。但是，200hPa 急流開始遠離，抽吸作用削弱，偏南風速顯著降低，水汽輸送也隨之逐漸減弱。

8月19日08：00，高空槽出現在貝湖冷渦底部且緩慢向東移動，同時短波槽強度呈減弱趨勢。在500、700hPa 高度層，呼和浩特市受槽后偏西氣流作用，溫濕差值 T–T_dgt;40C ，干燥寒冷的下沉氣流成為主導，降水就此停歇，天空放晴，氣溫開始下滑。然而，呼和浩特市中部 850hPa 高度處存在明顯的輻合切變。由于前期降水使整層空氣濕度較大，白晝時分 700hPa 的短波槽過境，天空愈發晴朗，太陽輻射增多，進而形成上干冷下暖濕的不穩定空氣層結構，為19日積攢能量、催生強對流天氣提供了條件[7-8]

3物理量診斷

表2以呼和浩特站、和林格爾縣和土默特左旗北什軸鄉為例，統計了2021年8月18一19日呼和浩特市中部暴雨過程物理量場個例指標，包括比濕值、水汽通量散度、渦度等。

3.1 水汽條件

3.1.1 比濕條件

8月18日08：00＼～20：00，在 700，850hPa 高度上，呼和浩特市以西區域比濕達 8g/kg 35^°N 以南存在比濕大值中心。這種比濕分布狀況反映出 700，850hPa 層面的青海低渦環流東側偏南、西南方向的水汽通道已然建立，中低層水汽朝著北方推進，導致呼和浩特市及其上游區域出現濕舌凸起現象。隨著近乎垂直疊置的天氣系統向東移動，濕舌不斷增厚，降水隨之逐漸開始。18日15：00，比濕攀升至最高值，達 13g/kg ，同時降水強度也達到峰值。至20：00，盡管 700，850hPa 高度的呼和浩特市依舊處于濕舌掌控范圍，但 500hPa 已有干冷空氣侵人，濕舌隨之減弱，呼和浩特市的降雨勢頭隨之減弱[9-15]

3.1.2 水汽通量散度

8月18日08：00，在 700hPa 以上高度，呼和浩特市以西區域水汽通量散度為正值；而 850hPa 處為負值，并于鄂爾多斯中部 38^°N 出現最大的負值中心。此時呼和浩特市處于正值區或正負值過渡地帶，輻合與輻散作用并不明顯。18日14：00，觀察水汽通量散度平面圖（圖略）可見，呼和浩特市全市 700hPa 的水汽通量散度均表現為負值， 850hPa 則轉為正值。鄂爾多斯東南 38^°N 處出現 850hPa 最大負值中心，該區域為風向暖式切變區，其中心數值為 -42×10^-8g/（cm²?hPa?s）_? 呼和浩特市恰好位于偏東風急流區，風速達 18.2m/s ，相比之下，上游風速僅為 8.2m/s ，由此形成了輻散場，且表現為正值。19日00：00， 850hPa 負散度中心向東移動，呼和浩特市西部受正散度把控，低層出現水汽通量輻散現象，降水隨之減弱。

3.2 動力條件

3.2.1 渦度

8月17日20：00，500、700hPa的最大正渦度中心出現在貝湖低渦區，同時高原區域正渦度區逐漸成形，這反映出 700hPa 青海低壓環流開始形成， 500hPa 短波槽正向東移動。18日 08：00，500，700hPa 的最大正渦度中心基本維持穩定、變動不大。而高原上對應高度的正渦度區則向東移動、向北抬升，進而延展成帶狀分布，還與巴湖正渦度中心連通。由此可見，巴湖低渦外圍分裂出的系統向東移動且向北抬升是造成正渦度區呈帶狀分布的主要原因。

3.2.2 散度

8月18日08：00，呼和浩特市上空 200hPa 呈現正散度， 700hPa 負散度中心處于巴盟東部，該市同樣處于負散度狀態。從垂直維度來看，這種散度分布精準體現了高空輻散抽吸、低層輻合抬升的作用，兩者最大差值可達 20×10^-6/s 到18日14：00，最大正散度中心與最大負散度中心顯著向東移動，降水強度也攀升至峰值。

4結論

通過分析可見，此次呼和浩特大到暴雨天氣過程由切變線、暖濕氣流與冷空氣等共同作用引發，各物理量場參數均有明顯變化，可得出以下結論。

（1）2021年8月中呼和浩特大到暴雨主要集中在18日08：00—19日08：00。18日08：00＼～20：00雨強呈增強趨勢，20：00之后強降水逐漸移至呼和浩特東部。

（2）在暴雨天氣過程中， 200hPa 一直存在風速不低于 60m/s 、長度較短的急流核，其輻散抽吸能力對低層大氣減壓起到了推動作用。 500hPa 暖平流與正渦度平流持續施加影響，促使 700hPa 以下低值系統逐步建立，并逐漸朝東邊移動和發展。同時， 850hPa 切變輻合不斷強化，且持續向東位移。地面氣旋逐漸生成并一路向北行進，強度逐漸增大，此時，呼和浩特市處于地面低壓的東南區域，暖切變線與上層輻合相互連通，后續演變成略微前傾的布局，深層對流抬升態勢初現，降水強度也穩步攀升。至20：00，整個系統垂直疊置的狀態移動至呼和浩特東側后，便迅速向東而去， 200hPa 的急流核的抽吸效果隨之減弱，導致降水強度也隨之減弱。

（3）在暴雨發生過程中，各物理量相互配合，偏南、西南方向的水汽通道等為暴雨發生提供了良好的水汽條件；高層輻散、低層輻合的動力配置有利于產生上升運動，為暴雨過程的發生與發展創造了有利條件。

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