龐麗英 董震元 龐麗潔 孫鵬

摘要 本文利用MICAPS系統(tǒng)提供的常規(guī)資料、衛(wèi)星云圖產(chǎn)品，從環(huán)流背景、物理量場等方面對2016年7月25—26日鐵嶺地區(qū)暴雨天氣過程進行分析。結(jié)果表明，2016年7月25—26日鐵嶺地區(qū)暴雨天氣過程的主要影響系統(tǒng)為穩(wěn)定維持的貝湖低渦，受東部阻塞高壓影響，使低渦底部槽加強，不斷分裂冷空氣與副熱帶高壓后部深厚的暖濕氣流在遼寧北部交匯，導(dǎo)致鐵嶺出現(xiàn)暴雨到大暴雨；對流層中低層的切變線、急流和強的輻合上升運動為暴雨提供了天氣動力條件；地面氣旋和兩高之間強輻合場觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放是造成鐵嶺暴雨、大暴雨的重要因素。

關(guān)鍵詞 暴雨；物理量；診斷分析；遼寧鐵嶺；2016年7月25—26日

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0180-04

1 降水實況與災(zāi)情

2016年7月25日7：00至26日8：00鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨天氣過程，平均降水量為100 mm，強降雨主要集中在25日14：00—22：00，其中雨量>100 mm的站點有69個，最大降雨量為186.9 mm（開原市城區(qū)），最大小時雨強為51 mm（開原市上肥地鄉(xiāng)），降水期間伴有雷暴、大風(fēng)、冰雹和短時強降水等強對流天氣。此次暴雨天氣過程具有降水強度大、局地性與對流性明顯的特點（圖1～2）。

此次暴雨天氣過程造成鐵嶺地區(qū)55個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）受災(zāi)，受災(zāi)人口140 011人，倒塌房屋88間，城區(qū)積水嚴重，交通阻塞，橋涵損壞，同時出現(xiàn)風(fēng)災(zāi)、澇災(zāi)等災(zāi)害，造成直接經(jīng)濟損失大23 233萬元。

2 環(huán)流形勢特征

2.1 高空形勢

2016年7月25日降水前期，500 hPa中高緯度為兩脊一渦型，24日20：00低渦位于貝加爾湖東部，高脊分別位于貝加爾湖西面和鄂霍茨克海附近，副高穩(wěn)定呈塊狀，588 dagpm線北界位于42°N附近，西脊點位于20°～32°N、100°E附近，鐵嶺地區(qū)位于副熱帶高壓西北側(cè)，貝加爾湖冷渦底部受槽前控制。受副熱帶高壓與鄂霍茨克海高壓疊加形成的高壓壩影響，低渦穩(wěn)定少動，不斷分裂冷空氣南下并與副熱帶高壓西北部暖濕氣流在遼寧交匯，致使鐵嶺地區(qū)產(chǎn)生大雨到暴雨天氣（圖3）。

2.2 850 hPa溫度場、低空急流及切變線

500 hPa冷渦底部在遼寧西部蒙古地區(qū)形成東北—西南走向的低槽，低槽前有西南急流。在850 hPa溫度場，槽前為>18 ℃的高溫區(qū)，西南暖濕氣流源源不斷地向鐵嶺地區(qū)輸送，為暴雨的產(chǎn)生提供了充分的溫濕條件。700 hPa和850 hPa低渦底部槽東移，850 hPa存在東北—西南向切變，25日8：00切變位于遼寧西北部，鐵嶺西部地區(qū)降水開始，8：00—9：00昌圖地區(qū)出現(xiàn)強降水，切變隨著系統(tǒng)東移而加強，鐵嶺其他地區(qū)降水不斷加大，見圖4（a）。25日20：00西北與西南風(fēng)的強風(fēng)切變貫穿渤海灣到遼寧北部，導(dǎo)致25日白天鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨。26日8：00切變移至遼寧東部，鐵嶺地區(qū)降水逐漸減弱到結(jié)束。切變線的建立為此次鐵嶺地區(qū)暴雨過程的發(fā)生提供了觸發(fā)機制。

25日8：00 700、850 hPa，從山東到遼寧南部渤海灣一帶最大風(fēng)速達到12～20 m/s，低空急流形成。隨著時間推移，最大風(fēng)速帶加強并向北伸展，于25日20：00到達遼寧北部鐵嶺地區(qū)至吉林南部，風(fēng)速進一步增大至16～20 m/s，急流加強，將南方暖濕氣流向遼寧北部和吉林地區(qū)輸送，見圖4（b）；26日8：00急流帶移出遼寧，對鐵嶺地區(qū)的影響逐漸結(jié)束，見圖4（c）。低空急流為鐵嶺地區(qū)此次暴雨天氣過程提供了較好的水汽輸送[1]，鐵嶺地區(qū)強降水出現(xiàn)在西南急流與西北氣流的交匯處，暴雨區(qū)位于低空急流的左前方。

2.3 地面形勢

由地面圖中，2016年7月24日20：00貝加爾湖以西受冷高壓控制，以東高空渦前地面存在鋒面氣旋，同時在我國河套以東地區(qū)也存在一低值系統(tǒng)，其中低值系統(tǒng)受高空引導(dǎo)氣流作用，25日8：00后東北移動到達華北地區(qū)形成華北氣旋；25日11：00—14：00暖鋒從渤海灣伸向遼寧北部，14：00后隨著暖鋒通過鐵嶺地區(qū)，副高南落，氣旋中心有所回落，25日17：00—23：00穩(wěn)定維持在北京一帶后逐漸減弱填塞（圖5）。由于貝湖南部高壓和海上高壓加強，遼寧位于兩高之間的強輻合帶內(nèi)，鋒面過境時觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放。

綜上可知，500 hPa副熱帶高壓和鄂霍茨克海高壓疊加形成高壓壩，貝加爾湖冷空氣與副熱帶高壓后部的水汽在遼寧北部交匯，對流層中低層的切變線、急流以及地面氣旋和兩高之間強輻合場共同作用導(dǎo)致2016年7月25—26日鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣。

3 物理條件分析

3.1 不穩(wěn)定能量

3.1.1 假相當(dāng)位溫。強降水的產(chǎn)生既需要充沛的水汽條件和動力條件，也需要一定的動能和不穩(wěn)定條件[2]。假相當(dāng)位溫θse是反應(yīng)大氣不穩(wěn)定程度的一個特征量，當(dāng)Δθse/Δz<0，大氣層結(jié)不穩(wěn)定。由圖5可知，24日20：00至25日23：00，鐵嶺站500 hPa以下θse值隨高度的升高而減小，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，鐵嶺站500 hPa以上θse值隨高度的升高而增大，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，降水發(fā)生時，鐵嶺站θse值較大，表明降水過程有較高的不穩(wěn)定能量和水汽條件，為暴雨發(fā)生提供了充分的條件（圖6）。

3.1.2 K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI和CAPE。K指數(shù)為大氣溫度、濕度、壓力的綜合特征量，可以反映大氣層結(jié)的穩(wěn)定性[3]。鐵嶺地區(qū)此次暴雨過程開始前后，K指數(shù)逐漸增大，K指數(shù)高能區(qū)與降水區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。24日20：00 K指數(shù)為28 ℃，25日8：00 K指數(shù)增大至37 ℃，25日20：00達到最高值，為40 ℃，K指數(shù)的逐漸增大，說明不穩(wěn)定性逐漸加強，有利于25日8：00—23：00鐵嶺地區(qū)強降水的產(chǎn)生。CAPE經(jīng)過能量積累到釋放的過程，鐵嶺地區(qū)暴雨發(fā)生與K指數(shù)和高值區(qū)有較好的對應(yīng)，沙氏指數(shù)SI反應(yīng)不明顯（表1）。暴雨出現(xiàn)前，鐵嶺地區(qū)處于高能量的匯集區(qū)，具備發(fā)生強雷暴、強降水的不穩(wěn)定能量。

3.2 水汽條件

充分的水汽是暴雨產(chǎn)生的必要條件，而源源不斷的水汽輸送是降水得以維持的重要因素[4]。分析本次暴雨天氣過程的水汽條件可知，25日8：00后，水汽通量大值中心由渤海灣南部向東北方向移動進入遼寧，其軸線方向指向遼寧省中東部，各層水汽通量均逐步增大，最大值出現(xiàn)在850 hPa。25日20：00鐵嶺地區(qū)水汽通量為14～22 g/（s·cm·hPa），水汽通量大值區(qū)位于鐵嶺東南部遼寧東部地區(qū)，達到26 g/（s·cm·hPa）。水汽通量大值區(qū)的分布與25日白天以及夜間鐵嶺地區(qū)東部出現(xiàn)的暴雨天氣過程有較好的對應(yīng)關(guān)系，26日8：00后水汽通量開始減小，降水減弱。

強降水不但需要水汽輸送，而且必須有水汽的輻合。由850 hPa水汽通量散度圖可知，7月25日8：00，鐵嶺地區(qū)處于弱輻合區(qū)，輻合中心位于蒙古到渤海灣一帶，強度為中心 -40×10-8 g/（s·cm2·hPa）；25日14：00—20：00，強中心通過鐵嶺地區(qū)，輻合由強到弱。

分析鐵嶺站比濕的時間-高度分布圖（圖7）可知，7月25日8：00至26日8：00，比濕≥8 g/kg的濕中心伸展高度達到650 hPa附近，濕層較為深厚。25日14：00—22：00地面到850 hPa比濕維持在14～16 g/kg，而且貼近地面出現(xiàn)比濕最大值，為16 g/kg，由于低層的濕度對降水貢獻最為重要，因而其間鐵嶺站6 h降雨量達86.9 mm，開原市達到134.1 mm，鐵嶺大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨。

3.3 動力條件

3.3.1 渦度。7月25日8：00至26日8：00，鐵嶺地區(qū)850 hPa以下低層有42×10-6/s的正渦度區(qū)，500 hPa渦度為0，300 hPa渦度為-49×10-6/s，200 hPa渦度為-84×10-6/s，表明降水前后低層有較強的上升運動，高層垂直渦度的耦合明顯，有利于降水的發(fā)生，見圖8（a）。

3.3.2 散度。7月25日8：00至26日8：00，低層925 hPa有強度為-36 g/（s·cm2·hPa）的輻合中心；500 hPa以上散度值為正值，為輻散區(qū)；200 hPa有強度為36 g/（s·cm2·hPa）的輻散中心；低層輻合、高層輻散的配置有利于暴雨天氣的產(chǎn)生，見圖8（b）。

3.3.3 垂直速度。垂直速度會影響熱量、水汽、渦度等的垂直輸送進而影響天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，一般情況下，暴雨多發(fā)生在大范圍深厚的上升運動區(qū)[5]。在強降水發(fā)生時，沿暴雨軸線方向作垂直速度場的垂直剖面圖，可以看出，24日20：00至26日2：00 200 hPa以下均為上升運動，上升運動區(qū)深厚，其中25日14：00—20：00上升運動最為強盛；450～700 hPa存在一強中心（-42 hPa/s），強烈的上升運動導(dǎo)致鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)短時強降水，大部分地區(qū)達到大雨到暴雨，其中16：00—17：00開原市觀測站降水量達46.6 mm。強降水區(qū)具有強而深厚的上升運動，對強降水的強度與落區(qū)預(yù)報具有較好的指示意義，見圖8（c）。

4 衛(wèi)星云圖分析

副熱帶高壓外圍高溫、高濕，積聚了較高的不穩(wěn)定能量，與西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)結(jié)合，易生成強對流云團，天氣突發(fā)性強，降水強度大。鐵嶺地區(qū)暴雨、大暴雨發(fā)生在大尺度相伴的云系中，由副高外圍產(chǎn)生的中、小尺度對流云團造成。由圖9可知，2016年7月25日早晨，高空槽云系和副高外圍對流云系結(jié)合形成中尺度對流云團，呈帶狀分布，沿副高外圍自西南向東北移動，進入遼寧地區(qū)，南端伸向河套東部地區(qū)，貝湖東部到黑龍江北部為渦旋云系。25日7：30，3個對流云團和1個對流單體分別位于遼寧中南部、遼寧西部及河北地區(qū)，此時對流云團A開始影響鐵嶺地區(qū)，各地陸續(xù)出現(xiàn)降雨。8：00—9：00，昌圖地區(qū)出現(xiàn)短時強降水，昌圖站降水量為30.8 mm/h，其他地區(qū)為小雨到中雨，可能與25日8：00急流位置有關(guān)。11：30，對流云團A移出鐵嶺地區(qū)，對流云團B分裂合并位于朝陽、阜新、葫蘆島一帶，對流單體D發(fā)展為對流云團。11：30后，對流云團B移動緩慢滯留于遼寧西部，造成遼西強降水；13：30移入遼寧北部影響鐵嶺地區(qū)，受低空急流向北伸展和切變線影響，鐵嶺站降水逐漸增大；16：30云團B尾端、云團E前部有新的對流單體生成加強發(fā)展；18：30在鐵嶺開原一帶加強為中尺度云團F，大部地區(qū)小時雨量超過20 mm，開原站46.6 mm/h，上肥地鄉(xiāng)雨量達到51.1 mm/h。由于冷暖空氣交匯，19：30強云團E與新生云團F結(jié)合，鐵嶺—開原—西豐地區(qū)降水持續(xù)；21：30云團主要影響鐵嶺西豐及東部地區(qū)，此后對流云團東移，降水減弱到結(jié)束。整個云團演變過程表明，大氣環(huán)流比較穩(wěn)定，在有利環(huán)境場和層結(jié)不穩(wěn)定條件下，中尺度對流云團A、B、C、D沿副高外圍持續(xù)向東北移動，經(jīng)歷了生成、發(fā)展、減弱再加強的過程，鐵嶺地區(qū)產(chǎn)生列車效應(yīng)，降水持續(xù)時間長、雨強大，導(dǎo)致鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨天氣。中尺度降水云團發(fā)展旺盛，暴雨發(fā)生在降水云團增強和發(fā)展階段，降水強度和落區(qū)與云團的加強和移動密切相關(guān)。

5 結(jié)論與討論

（1）2016年7月25—26日鐵嶺地區(qū)暴雨天氣過程的主要影響系統(tǒng)為穩(wěn)定維持的貝湖低渦，受東部阻塞高壓影響，使低渦底部槽加強，不斷分裂冷空氣與副熱帶高壓后部深厚的暖濕氣流在遼寧北部交匯，導(dǎo)致鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨；對流層中低層的切變線、急流和強的輻合上升運動為暴雨提供了天氣動力條件；地面氣旋和兩高之間強輻合場觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放是造成鐵嶺地區(qū)暴雨、大暴雨的重要因素。

（2）低空急流為暴雨提供水汽條件；冷暖空氣交匯產(chǎn)生的強水汽輻合和上升運動及低層西南暖濕氣流的增強，使中低層大氣對流不穩(wěn)定增大；高層較強的輻散與低層冷暖空氣的輻合相配合，上升運動持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣。

（3）暴雨發(fā)生在大尺度相伴的云系中，由副高外圍產(chǎn)生的中、小尺度對流云團造成；持續(xù)的中尺度對流云團生成、發(fā)展、減弱再加強影響鐵嶺地區(qū)，列車效應(yīng)是暴雨發(fā)生的主要原因。

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