張榮剛　王金花　靳莉君　張保龍

摘要：利用加密實(shí)時(shí)雨量觀測(cè)資料和NCEP再分析資料，對(duì)引發(fā)2016年8月16-17日內(nèi)蒙古十大孔兌地區(qū)嚴(yán)重山洪災(zāi)害的局地暴雨過(guò)程進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明：①此次暴雨天氣過(guò)程發(fā)生在“兩槽一脊”的大尺度環(huán)流背景下，新疆北部及東北亞上空的切斷低壓底部不斷有冷空氣移出，而副熱帶高壓與大陸高壓合并形成高壓脊阻擋了冷空氣的南下，冷暖空氣在十大孔兌地區(qū)強(qiáng)烈交匯，引發(fā)了此次強(qiáng)對(duì)流天氣；②700 hPa上的切變線和急流加強(qiáng)了氣流的上升運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，成為該次暴雨的主要影響系統(tǒng)；③水汽通量、垂直速度場(chǎng)以及假相當(dāng)位溫等物理量場(chǎng)的高低空配置和時(shí)空變化與暴雨過(guò)程的時(shí)空變化十分吻合。

關(guān)鍵詞：物理量場(chǎng)；環(huán)流形勢(shì)；山洪；暴雨；十大孔兌；2016年

1引言

在內(nèi)蒙古境內(nèi)有10條發(fā)源于鄂爾多斯臺(tái)地、自南向北流經(jīng)庫(kù)布齊沙漠匯入黃河干流的10條山洪溝（自西向東依次為毛不拉孔兌、卜爾色太溝、黑賴溝、西柳溝、罕臺(tái)川、壕慶河、哈什拉川、母花河、東柳溝、呼斯太河），蒙語(yǔ)稱為十大孔兌。這些河流基本呈平行分布，流域形態(tài)相似，南北狹長(zhǎng)，呈羽毛狀。河流上游為丘陵溝壑區(qū)，植被稀少，地表覆蓋有較薄的風(fēng)成沙，下伏地層有大面積砒砂巖出露，水土流失嚴(yán)重；中游為庫(kù)布齊沙漠，沙丘呈流動(dòng)和半固定狀態(tài)，沙丘之間有較為開(kāi)闊的低地和河谷階地，在風(fēng)力作用下，堆積在河溝兩側(cè)的流沙遇洪水即隨水流下泄；下游為沖洪積平原，地勢(shì)平坦，極易遭受孔兌洪水災(zāi)害。十大孔兌流域總面積為10 767.0 km2，其中水土流失面積8 361.6 km2。

黃河內(nèi)蒙古河段地理位置偏北且處于我國(guó)西北類(lèi)型暴雨中心區(qū)，也是黃河流域的暴雨極值帶。該區(qū)域大部分時(shí)間受西北氣流控制，只有盛夏時(shí)的東南季風(fēng)會(huì)帶來(lái)海洋水汽，形成降水過(guò)程。降水量主要集中在7-9月（占全年降水量的60%-70%），降水強(qiáng)度大，常有暴雨發(fā)生。觀測(cè)資料表明，內(nèi)蒙古木多才當(dāng)最大24 h降雨量達(dá)1 400 mm。暴雨強(qiáng)度大、生態(tài)環(huán)境脆弱、土壤侵蝕強(qiáng)度大，使得十大孔兌地區(qū)極易發(fā)生洪澇災(zāi)害。山洪暴發(fā)時(shí)攜帶大量泥沙尤其是粒徑大于0.05 mm的粗泥沙進(jìn)入黃河，對(duì)黃河中下游河道沖淤及防洪造成嚴(yán)重影響。自有觀測(cè)資料以來(lái)，十大孔兌地區(qū)曾出現(xiàn)過(guò)10次泥沙淤堵黃河的現(xiàn)象，給當(dāng)?shù)孛癖娚a(chǎn)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大影響。因此，深入剖析十大孔兌地區(qū)2016年8月致洪暴雨發(fā)生的物理機(jī)制，闡明其主導(dǎo)因子，不僅能夠積累非常規(guī)資料（指加密實(shí)時(shí)雨量觀測(cè)資料）在暴雨天氣分析中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提高此類(lèi)天氣預(yù)警預(yù)報(bào)的能力，而且還可為完善防洪搶險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

本文主要采用加密實(shí)時(shí)雨量觀測(cè)資料以及美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和大氣科學(xué)研究中心（NCEP/NCAR）提供的同期逐6 h再分析資料（水平分辨率為2.5°×2.5°）進(jìn)行分析。

2降雨實(shí)況

2016年8月16日22時(shí)至17日24時(shí)，十大孔兌地區(qū)出現(xiàn)了局地暴雨天氣過(guò)程。據(jù)加密實(shí)時(shí)雨量觀測(cè)資料，該區(qū)域內(nèi)有60個(gè)觀測(cè)站的過(guò)程降雨量大于50mm，其中有37個(gè)觀測(cè)站的過(guò)程降雨量超過(guò)100 mm，主要集中在罕臺(tái)川、西柳溝、黑賴溝、卜爾色太溝和東柳溝，而暴雨中心則位于西柳溝流域和罕臺(tái)川流域，其過(guò)程降雨量超過(guò)200 mm（見(jiàn)圖1），致使西柳溝流域把口站——龍頭拐水文站17日14時(shí)50分洪峰流量達(dá)到3 000 m3/s（見(jiàn)圖2），為1963年有實(shí)測(cè)資料以來(lái)第4位（歷史最大洪峰流量為6 940 m3/s，1989年7月），重現(xiàn)期接近20 a。

3大尺度環(huán)流背景和影響系統(tǒng)分析

從500 hPa高度場(chǎng)（見(jiàn)圖3，圖中36、46為風(fēng)場(chǎng)標(biāo)尺）上看，8月16-17日亞洲中緯度地區(qū)為兩槽一脊經(jīng)向型環(huán)流。在我國(guó)新疆北部和東北亞上空均是切斷低壓且穩(wěn)定少動(dòng)，而在貝加爾湖南部則為高壓脊。副熱帶高壓西伸北抬，與大陸高壓連為一體，對(duì)西路冷空氣形成阻擋。十大孔兌地區(qū)位于副高的西南邊緣，暖濕氣流異常強(qiáng)盛。同時(shí)，從新疆北部切斷低壓底部分裂出來(lái)的冷空氣到達(dá)該區(qū)與暖濕氣流交匯，形成了十分有利的降水形勢(shì)。

在700 hPa風(fēng)場(chǎng)上，16-17日在河套地區(qū)存在一條穩(wěn)定切變線，并在切變線南側(cè)出現(xiàn)西南風(fēng)急流，急流軸的末端指向十大孔兌地區(qū)。16日8-20時(shí)以東一西向的暖式切變?yōu)橹?，十大孔兌地區(qū)處在切變線北側(cè)偏東氣流中。17日8時(shí)，切變線南側(cè)的西南氣流有所加強(qiáng)。急流中心風(fēng)速?gòu)?2-14 m/s加大到14～16 m/s。同時(shí)，切變線略有北抬并轉(zhuǎn)為東北一西南向，十大孔兌地區(qū)處在切變線東南側(cè)的西南氣流中。17日20時(shí)，切變線位置少動(dòng)，但西南風(fēng)已明顯減弱。至18日8時(shí)，切變線已完全移出十大孔兌地區(qū)，該地區(qū)轉(zhuǎn)為受切變線西側(cè)偏北氣流控制。850 hPa風(fēng)場(chǎng)的系統(tǒng)演變與700 hPa風(fēng)場(chǎng)的相似。

由此可見(jiàn)：500 hPa上切斷低壓底部不斷有冷空氣移出。副高與大陸高壓合并形成高壓脊，阻擋了冷空氣南下，使得冷暖空氣在十大孔兌地區(qū)強(qiáng)烈交匯，繼而造成了該區(qū)域的暴雨；低層切變線和急流是此次暴雨的主要影響系統(tǒng)，兩者的穩(wěn)定維持為暴雨的形成提供了充足的水汽和動(dòng)力條件。

4物理量場(chǎng)診斷分析

4.1水汽條件分析

水汽的輸送和積聚是形成降雨的條件之一。源源不斷的水汽輸送和強(qiáng)水汽堆積是暴雨發(fā)生不可缺少的重要因素。圖4（圖中26為水汽通量標(biāo)尺）為此次暴雨發(fā)展過(guò)程中850 hPa上的水汽通量演變情況。由圖4可知：16日8時(shí)黃河中上游以南方水汽輸送為主，水汽主要來(lái)自于南海和西太平洋。在河套地區(qū)還存在來(lái)自東邊的水汽輸送，這與低層天氣形勢(shì)一致。水汽通量最大的地區(qū)位于十大孔兌以西的石嘴山附近。之后，隨著西風(fēng)槽東移以及副高南側(cè)的西南氣流發(fā)展并加強(qiáng)，低層水汽通量也開(kāi)始增大；17日8時(shí)十大孔兌水汽通量達(dá)到最大，中心值超過(guò)14 g·hPa/（s·am）。進(jìn)一步對(duì)水汽通量散度的變化進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生前，水汽通量輻合區(qū)位于十大孔兌地區(qū)西南側(cè)，隨著降水系統(tǒng)的發(fā)展和東移，水汽通量輻合區(qū)開(kāi)始向東北擴(kuò)展，十大孔兌地區(qū)水汽通量輻散開(kāi)始減弱，17日8時(shí)水汽通量散度轉(zhuǎn)為負(fù)值，且大部地區(qū)在-3×10-5g/（m2·s）以下。

4.2動(dòng)力條件

從圖5可知：16日8時(shí)十大孔兌處大氣中低層氣流為弱上升運(yùn)動(dòng)，高層為下沉運(yùn)動(dòng)，有利于對(duì)流天氣的發(fā)展。降雨開(kāi)始后，上升氣流顯著增強(qiáng)并向上延伸，16日20時(shí)在中層500 hPa附近出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)的高值區(qū)。隨著不穩(wěn)定能量的不斷釋放，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)進(jìn)一步向高空擴(kuò)展。17日8時(shí)，研究區(qū)850 hPa以上至100 hPa為一致的上升運(yùn)動(dòng)，最大上升運(yùn)動(dòng)中心位于700 hPa附近。之后，上升運(yùn)動(dòng)開(kāi)始減弱并重回低值。散度的變化與垂直速度的變化基本一致。暴雨發(fā)生伊始，十大孔兌地區(qū)中低層表現(xiàn)為弱輻合，高層表現(xiàn)為輻散，有利于高層大氣的“抽吸”，從而導(dǎo)致垂直上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展和加強(qiáng)，反過(guò)來(lái)又使得低層輻合繼續(xù)加大，在17日8時(shí)中低層大氣輻合的高度和強(qiáng)度均達(dá)到最大，從17日20時(shí)開(kāi)始，低層輻合中心強(qiáng)度有所減弱，輻合高度也隨之降低，暴雨過(guò)程漸趨于結(jié)束。

4.3不穩(wěn)定能量

假相當(dāng)位溫可用來(lái)描述大氣層結(jié)的穩(wěn)定度，尤其是850 hPa假相當(dāng)位溫的變化對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有較好的指示意義。圖6為16-17日暴雨區(qū)假相當(dāng)位溫的演變情況。從圖6可知：16日8時(shí)十大孔兌位于假相當(dāng)位溫的低值區(qū)，大部地區(qū)假相當(dāng)位溫在68℃以下，而在其南側(cè)則是假相當(dāng)位溫的高值區(qū)，對(duì)應(yīng)著低層強(qiáng)盛的西南氣流。之后，假相當(dāng)位溫的高值區(qū)明顯向東北擴(kuò)展，這與西風(fēng)槽東移以及西南暖濕氣流加強(qiáng)北上有關(guān)。16日20時(shí)（圖略），研究區(qū)的假相當(dāng)位溫已達(dá)到72℃。冷暖空氣的劇烈交匯加劇了能量鋒區(qū)強(qiáng)度的變化，從17日8時(shí)的假相當(dāng)位溫圖（圖6（b））上看，東北一西南向的鋒區(qū)位于河套北部，十大孔兌剛好位于鋒區(qū)南側(cè)的高能舌中，研究區(qū)假相當(dāng)位溫均在76℃以上，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。17日20時(shí)鋒區(qū)南壓，之后暴雨區(qū)假相當(dāng)位溫開(kāi)始降低并再次成為低值區(qū)。

5結(jié)論

（1）2016年8月16-17日，十大孔兌地區(qū)上空大陸高壓與副熱帶高壓連為一體，有力地阻擋了冷空氣南下，致使自新疆北部切斷低壓底部分裂出來(lái)的冷空氣與副高西南邊緣的暖濕氣流在該地區(qū)交匯，為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供了有利的背景條件。

（2）700 hPa的切變線及其南側(cè)的西南風(fēng)急流為暴雨發(fā)生提供了強(qiáng)有力的動(dòng)力條件，為此次暴雨的主要影響系統(tǒng)。

（3）850 hPa上來(lái)自于南海和西太平洋的南方水汽輸送和來(lái)自東邊的水汽輸送在十大孑L兌地區(qū)堆積，加之低中高層一致的上升運(yùn)動(dòng)，形成了強(qiáng)度較大的降雨。