任 麗，馬國(guó)忠，孫 琪

（黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱150030）

東北冷渦是有深厚冷空氣的高空氣旋性渦旋，在我國(guó)東北附近地區(qū)活動(dòng)，東北冷渦具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，與其相伴的天氣通常為陣性降水[1-2]。東北冷渦活動(dòng)時(shí)除了冷渦本身能給東北地區(qū)帶來突發(fā)性強(qiáng)降水[3-4]外，冷渦與中緯度其它天氣系統(tǒng)[5-6]，甚至與臺(tái)風(fēng)[7-8]相互作用會(huì)給東北地區(qū)帶來更強(qiáng)的降水。東北冷渦還會(huì)給華北、黃淮甚至江南帶來暴雨天氣[9-12]。東北冷渦具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)特征，在其東南部，有西北干冷平流疊加在西南暖濕平流上，加上午后晴空輻射增溫作用，造成對(duì)流不穩(wěn)定迅速增長(zhǎng)，而此處的上升運(yùn)動(dòng)為對(duì)流有效位能的釋放提供了有利條件[13]。暴雨通常是由MCS活動(dòng)造成的，中國(guó)東北地區(qū)每年夏季平均出現(xiàn)MCS的次數(shù)為101次[14]，其中MCC又是主要的暴雨云團(tuán)。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)若完全按照Maddox定義的MCC的標(biāo)準(zhǔn)，東北地區(qū)的MCC次數(shù)極少，如果將標(biāo)準(zhǔn)中的偏心率調(diào)整為＞0.6，平均每年至少可以出現(xiàn)5次[15-16]。可見東北地區(qū)MCS出現(xiàn)的頻次較高，盡管其中MCC出現(xiàn)的次數(shù)較少，但只要出現(xiàn)就會(huì)造成暴雨，而關(guān)于東北地區(qū)MCS和MCC的研究較少。

數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究暴雨形成和發(fā)展的重要手段，通過數(shù)值模擬可以獲取暴雨發(fā)生發(fā)展過程中時(shí)空分辨率更高的資料，從而展開暴雨中小尺度[17-18]、云物理[19-21]等方面更細(xì)致的研究。2019年7月16日黑龍江省出現(xiàn)突發(fā)性暴雨，由于降水時(shí)間集中，雨強(qiáng)大，導(dǎo)致部分農(nóng)田被淹，個(gè)別路段道路橋涵被沖毀，甚至影響列車通行，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。利用WRF數(shù)值模式對(duì)此次發(fā)生在東北冷渦底部的暴雨過程進(jìn)行數(shù)值模擬，使用常規(guī)觀測(cè)資料、衛(wèi)星云圖和數(shù)值模擬結(jié)果分析此次暴雨過程發(fā)生的環(huán)流特征和有利于對(duì)流發(fā)展的環(huán)境條件，云系演變特征及云物理特征，為冷渦暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供有價(jià)值的參考和借鑒。

1 東北冷渦暴雨實(shí)況分析

1.1 暴雨概況

受東北冷渦影響，2019年7月16日黑龍江省中西部地區(qū)出現(xiàn)中到大雨、局部暴雨天氣。從7月16日08時(shí)—17日08時(shí)（北京時(shí)，下同）累積降水量圖（圖1a）上可知，降水分布不均勻，有東西2個(gè)暴雨區(qū)。降水具有很大的陣性，西部暴雨區(qū)強(qiáng)降水出現(xiàn)在16日下午（圖1b），13—14時(shí)克山站連續(xù)2 h出現(xiàn)小時(shí)雨量超過20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水，最大雨強(qiáng)為29.5 mm/h（16日13時(shí)），東部暴雨區(qū)強(qiáng)降水出現(xiàn)在16日夜間，21—22時(shí)巴彥站連續(xù)2 h出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，最大雨強(qiáng)為49.3 mm/h（16日22時(shí)）。東部暴雨區(qū)范圍和雨強(qiáng)均大于西部，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，雨量更大。

圖1 2019年7月16日08時(shí)—17日08時(shí)累積降水量（a）及克山和巴彥站小時(shí)雨量（b）

1.2 中尺度對(duì)流云團(tuán)特征

從FY-2G的TBB分布圖（圖2）上，可以發(fā)現(xiàn)黑龍江省東西2個(gè)暴雨區(qū)分別是由MCC和MCS活動(dòng)造成的。造成西部暴雨區(qū)的MCS生消和移動(dòng)均較快，7月16日11時(shí)，MCS在內(nèi)蒙古新生，移入黑龍江省迅速發(fā)展加強(qiáng)。12—13時(shí)MCS云團(tuán)范圍迅速擴(kuò)大，呈密實(shí)的團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，克山站位于MCS南側(cè)亮溫梯度最大處（圖2a，2b），雨強(qiáng)增大到29.5 mm/h（16日13時(shí)）。14時(shí)MCS東移（圖2c），云團(tuán)范圍繼續(xù)擴(kuò)大，盡管云頂亮溫一直＜-57℃，但是對(duì)應(yīng)的雨強(qiáng)開始減小。之后在內(nèi)蒙古東北部有多個(gè)對(duì)流云團(tuán)新生，合并加強(qiáng)形成近圓形云團(tuán)。16時(shí)移動(dòng)到黑吉蒙交界（圖2d），-32℃冷云面積為1.1×105km2，-52℃冷云面積為7×104km2，達(dá)到MCC標(biāo)準(zhǔn)。MCC生成后一直緩慢向東偏北方向移動(dòng)，移入黑龍江省。北部減弱的MCS云團(tuán)逐漸合并到MCC中，促使MCC進(jìn)一步加強(qiáng)。21時(shí)MCC強(qiáng)度達(dá)到最大（圖2e），-32℃冷云面積達(dá)1.7×105km2，-52℃冷云面積為9.5×104km2，其中有尺度更小（TBB＜-62℃）的中尺度單元活動(dòng)，對(duì)應(yīng)更大的雨強(qiáng)，形成東部暴雨區(qū)，巴彥站連續(xù)2 h雨強(qiáng)超過30 mm/h。之后的2 h內(nèi)MCC逐漸減弱，表現(xiàn)為＜-52℃的冷云范圍迅速減小，地面雨強(qiáng)也隨之減小。17日00時(shí)，-52℃冷云面積減小到3.6×104km2，不滿足MCC標(biāo)準(zhǔn)（圖2f）。本次MCC生命史為8 h，由于移動(dòng)緩慢，給黑龍江省南部地區(qū)帶來較大降水天氣。

圖2 2019年7月16日FY-2G TBB分布

1.3 探空分析

分析東西2個(gè)暴雨區(qū)上游強(qiáng)降水發(fā)生前的探空站曲線，發(fā)現(xiàn)2個(gè)暴雨區(qū)環(huán)境特征的差異。MCS發(fā)生的環(huán)境特征是大氣具有深厚的濕層（地面～500 hPa），高層有較干空氣活動(dòng)，CAPE為750 J/kg，K指數(shù)為34℃，沙氏指數(shù)為-0.2℃，抬升指數(shù)為-2.5℃，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.7×10-3/s（表1）。即對(duì)流發(fā)生前大氣層結(jié)不穩(wěn)定，這樣的環(huán)境條件有利于以短時(shí)強(qiáng)降水為主的風(fēng)暴發(fā)展。

表1 嫩江和哈爾濱探空站物理量特征對(duì)比

MCC發(fā)生的環(huán)境特征：中低層（850～600 hPa）為飽和層，中高層（500～300 hPa）有干空氣活動(dòng)，低層更濕、高層更干使大氣的對(duì)流不穩(wěn)定更強(qiáng)。CAPE為1 000 J/kg，K指數(shù)為42℃，沙氏指數(shù)為-5.1℃，抬升指數(shù)為-5.2℃。大氣整層風(fēng)速均增大，0～6 km風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，垂直風(fēng)切變達(dá)4×10-3/s。有利于MCC發(fā)展的環(huán)境條件有利于醞釀更強(qiáng)的風(fēng)暴。

2 數(shù)值模擬

2.1 模擬方案設(shè)計(jì)

本文使用WRF3.6數(shù)值模擬，采用歐拉質(zhì)量坐標(biāo)，Runge-Kutta 3階時(shí)間積分方案，模擬時(shí)段為2019年7月15日20時(shí)—17日20時(shí)。模式初始場(chǎng)選用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）提供的2019年7月15日20時(shí)—17日20時(shí)FNL全球再分析資料（Final Operational Global Analysis，以下簡(jiǎn)稱FNL資料），時(shí)間分辨率6 h，空間分辨率1°×1°，采用三層雙向網(wǎng)格區(qū)域嵌套設(shè)計(jì)（圖3），模式模擬主要參數(shù)設(shè)置見表2。

圖3 WRF模式三層嵌套模擬區(qū)域

表2 WRF-ARW模式模擬參數(shù)設(shè)置

2.2 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

通過24 h累積降水量對(duì)比（圖4），可見模式模擬的降水落區(qū)、范圍和量級(jí)與實(shí)況較為一致，并且基本模擬出了東西2個(gè)暴雨區(qū)。但細(xì)節(jié)上還是存在一定不足：西部暴雨區(qū)較實(shí)況偏西；東部暴雨區(qū)范圍和強(qiáng)度均比實(shí)況大。這可能與模式模擬的初始時(shí)間、模式與實(shí)際的地形精度等差異及地面測(cè)站密度低且分布不均勻等因素有關(guān)。分別對(duì)東西2個(gè)暴雨區(qū)主要降水時(shí)段的6 h累計(jì)降水量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模式可以較好地模擬出這2個(gè)時(shí)段的強(qiáng)降水。16日10—16時(shí)模式模擬的西部暴雨區(qū)強(qiáng)降水時(shí)段、范圍和量級(jí)與實(shí)況基本吻合，只是偏西1～2個(gè)緯度。16日19時(shí)—17日01時(shí)模式能夠模擬出東部雨帶走向及雨帶中2個(gè)強(qiáng)中心，只是模擬降水范圍略小、強(qiáng)度偏大。盡管模式模擬結(jié)果與實(shí)況在細(xì)節(jié)上存在一定差異，但模式對(duì)于過程雨量、強(qiáng)降水時(shí)段及落區(qū)等體現(xiàn)本次暴雨過程的主要特征與實(shí)況較為一致。

圖4 2019年7月16日08時(shí)—17日08時(shí)24 h累積降水量（a，d）及16日10—16時(shí)（b，e）、16日19時(shí)—17日01時(shí)（c，f）6 h累積降水量

本次冷渦暴雨的大尺度環(huán)流背景：河套地區(qū)短波槽（16日20時(shí)切斷成冷渦）向東北冷渦輸送水汽；東北冷渦低層?xùn)|南側(cè)出現(xiàn)中尺度西南低空急流，向北輸送的暖濕空氣在急流前側(cè)強(qiáng)烈輻合，形成西部暴雨區(qū)；200 hPa上逐漸形成中尺度高空急流，高空輻散增強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)增大，雨強(qiáng)更大，形成東部暴雨區(qū)；地面上有低壓活動(dòng)，低壓內(nèi)有東西向中尺度地面輻合線，觸發(fā)對(duì)流，對(duì)流沿著輻合線的方向自西向東移動(dòng)，從而在輻合線附近產(chǎn)生暴雨。

通過模擬結(jié)果與FNL資料的對(duì)比，可見模式可以較好地模擬出主要大尺度影響系統(tǒng)的位置、形態(tài)和強(qiáng)度，以及這些影響系統(tǒng)的演變過程。但是模式對(duì)中尺度風(fēng)場(chǎng)模擬稍顯不足：模擬的東北地區(qū)中南部的強(qiáng)風(fēng)速帶水平尺度更長(zhǎng)；而模擬的16日20時(shí)黑龍江南部與強(qiáng)降水相伴出現(xiàn)的中尺度高空急流水平尺度和強(qiáng)度均偏小。模式模擬結(jié)果與實(shí)況除了在細(xì)節(jié)上存在一定差異外，基本對(duì)本次暴雨過程給出了較為滿意的再現(xiàn)。

3 模擬結(jié)果分析

從模擬的雷達(dá)組合反射率因子演變可知，給黑龍江省帶來暴雨的東西兩塊強(qiáng)回波均是從內(nèi)蒙古移入黑龍江，并在黑龍江獲得發(fā)展的。7月16日10時(shí)（圖5a）回波開始移入黑龍江，回波前側(cè)反射率因子大梯度區(qū)呈弓形，回波后側(cè)弱回波區(qū)風(fēng)場(chǎng)向四周輻散，特別是向回波前側(cè)的偏北風(fēng)，風(fēng)力較大。較大的偏北風(fēng)與東南風(fēng)形成的輻合線位于回波前側(cè)反射率因子大梯度區(qū)附近。較大的偏北風(fēng)推動(dòng)輻合線向東南方向移動(dòng)，回波隨之向東南方向移動(dòng)。11時(shí)（圖5b）回波呈帶狀結(jié)構(gòu)，主體移入黑龍江，因其南側(cè)和東側(cè)不斷有對(duì)流新生而一直維持高反射率因子，回波北側(cè)反射率因子強(qiáng)度逐漸減弱?；夭ㄇ皷|南風(fēng)的偏南分量逐漸加大，風(fēng)速增加，這樣在回波東側(cè)輻合加強(qiáng)，對(duì)流活躍。12時(shí)（圖5c）隨著南側(cè)和北側(cè)對(duì)流的減弱消失，回波演變?yōu)閴K狀。西部暴雨區(qū)位于回波東側(cè)輻合最強(qiáng)、對(duì)流最活躍的區(qū)域，只是模擬回波演變比實(shí)況早1～2 h。

16日19時(shí)在黑龍江西南部沿著地面輻合線有南北兩塊回波新生并迅速發(fā)展加強(qiáng)。20時(shí)（圖5d）兩塊回波相連，在回波的東側(cè)和南側(cè)有偏南風(fēng)與偏北風(fēng)的輻合，兩者風(fēng)力相當(dāng)，使得地面輻合線長(zhǎng)時(shí)間在此停留，這樣降水回波在此維持超過4 h。兩塊回波緩慢東移，南側(cè)回波在東移過程中后側(cè)不斷有對(duì)流新生，逐漸變?yōu)闁|西帶狀；北側(cè)回波則向南北2個(gè)方向伸展，形成東北—西南帶狀結(jié)構(gòu)（圖5e），東部暴雨區(qū)與南側(cè)回波后向傳播形成列車效應(yīng)有關(guān)。之后南側(cè)回波后部風(fēng)場(chǎng)由輻合轉(zhuǎn)為輻散，回波減弱，與北側(cè)回波合并（圖5f），加速東移。

圖5 2019年7月16日10—12時(shí)（a，b，c，間隔1 h）、16日20時(shí)—17日00時(shí)（d，e，f，間隔2 h）模擬的雷達(dá)組合反射率因子（陰影，單位：dBZ）和地面10 m風(fēng)場(chǎng)（箭矢，單位：m/s）

可見造成東西兩個(gè)暴雨區(qū)的降水回波與地面輻合線同時(shí)出現(xiàn)，共同移動(dòng)，兩者有正反饋?zhàn)饔?。與西部回波相對(duì)應(yīng)的輻合線輻合更強(qiáng)，北側(cè)偏北風(fēng)風(fēng)速更大，移動(dòng)更快，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)降水范圍更小、時(shí)段更集中。而東部暴雨區(qū)相對(duì)應(yīng)的輻合線兩側(cè)風(fēng)速均較小，呈準(zhǔn)靜止態(tài)，回波長(zhǎng)時(shí)間在輻合線附近維持，列車效應(yīng)形成暴雨，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)降水范圍較大、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

沿東西2個(gè)暴雨中心做各物理量的垂直剖面圖（圖6）來研究暴雨發(fā)生前后的動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)特征。假相當(dāng)位溫θse沿西部暴雨中心的緯向剖面上可見，對(duì)流出現(xiàn)前，大氣表現(xiàn)為對(duì)流不穩(wěn)定。16日10時(shí)，124°～124.5°E，為較弱的上升運(yùn)動(dòng)（上升速度1 m/s）區(qū)，大氣低層表現(xiàn)為弱對(duì)流不穩(wěn)定，中層為對(duì)流中性，這是上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽和熱量向上輸送的結(jié)果，對(duì)應(yīng)深厚的濕層。上升氣流后側(cè)（西側(cè)）中低層為較強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，加強(qiáng)的下沉氣流通過強(qiáng)迫抬升促使其前側(cè)的暖濕空氣更加強(qiáng)烈的輻合上升，上升氣流迅速加強(qiáng)。11時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)東移至124.5°～125.5°E，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度迅速增大到4 m/s，大氣中低層對(duì)流中性，是強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)促使大氣充分混合的結(jié)果。上升氣流后側(cè)的下沉氣流強(qiáng)度和范圍減小，強(qiáng)迫抬升作用減弱，上升運(yùn)動(dòng)開始減小。12時(shí)，隨著上升運(yùn)動(dòng)的減弱，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)由對(duì)流中性變?yōu)閷?duì)流穩(wěn)定；前側(cè)為較大的下沉氣流，切斷了暖濕空氣的輸送，對(duì)流迅速減弱。

東側(cè)暴雨區(qū)位置更偏南，低層有θse超過340 K，比濕達(dá)14 g/kg的更強(qiáng)暖濕空氣。16日20時(shí)（圖6a、6c），600 hPa有冷空氣活動(dòng)，疊加在低層暖濕空氣之上，形成低層對(duì)流不穩(wěn)定。由于東側(cè)暴雨區(qū)低層大氣比西側(cè)暴雨區(qū)更暖濕，低層大氣對(duì)流不穩(wěn)定更強(qiáng)。特別是在125.5°E和126.5°E附近，冷空氣隨下沉氣流嵌入低層，此處大氣最不穩(wěn)定。125°E整個(gè)對(duì)流層均為上升氣流，最大上升運(yùn)動(dòng)超過4 m/s，位于對(duì)流層中上層，上升氣流的混合作用，使此處中層大氣趨于對(duì)流中性。之后，對(duì)流向著最不穩(wěn)定區(qū)移動(dòng)并獲得發(fā)展。22時(shí)（圖6b、6d），125.5°～127.5°E間隔100 km左右分別有3個(gè)對(duì)流發(fā)展，西側(cè)的2個(gè)對(duì)流發(fā)展到強(qiáng)盛階段，上升運(yùn)動(dòng)占據(jù)整個(gè)對(duì)流層，最大上升速度均可達(dá)4 m/s，位于對(duì)流層中上層。東側(cè)的為新生對(duì)流，上升運(yùn)動(dòng)位于中上層，最大上升速度為2 m/s，位于400 hPa。除了對(duì)流區(qū)域受上升氣流的混合作用，大氣層結(jié)接近中性外，其他區(qū)域依然維持較大的對(duì)流不穩(wěn)定。125.5°E以西，大氣低層受持續(xù)暖濕空氣輸送影響，暖濕層增厚；而中層有冷空氣向下伸展，使得此處維持強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定，所以持續(xù)有對(duì)流新生。126.5°E對(duì)流逐漸減弱消失，127.5°E對(duì)流東移發(fā)展。17日00時(shí)，大氣中低層僅在125.5°E和128°E維持較弱的上升運(yùn)動(dòng)，其他區(qū)域的對(duì)流均減弱消散，中低層以下沉運(yùn)動(dòng)為主。受降水影響126.5°～128°E大氣低層對(duì)流不穩(wěn)定大幅減小。東部強(qiáng)降水區(qū)東移減弱。

圖6 2019年7月16日20時(shí)（a，c）、22時(shí)（b，d）比濕（陰影，單位：g/kg）和假相當(dāng)位溫（等值線；單位：K）（a，b），垂直速度（陰影，單位：m/s）和垂直流場(chǎng)（ω放大10倍）（c，d）沿46.8°N的垂直剖面

兩處暴雨區(qū)強(qiáng)降水前大氣低層均為對(duì)流不穩(wěn)定，而東部暴雨區(qū)低層大氣更暖濕，對(duì)流不穩(wěn)定更強(qiáng)。西部暴雨區(qū)對(duì)流生消、移動(dòng)較快；東部暴雨區(qū)增厚的暖濕層之上有冷空氣向下伸展，有強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定，持續(xù)有對(duì)流新生，從而使回波后向傳播，回波呈準(zhǔn)靜止態(tài)，形成列車效應(yīng)，降水時(shí)間長(zhǎng)，形成暴雨。

4 微物理結(jié)構(gòu)特征

圖7給出沿西部強(qiáng)降水中心水凝物粒子比含水量和氣溫的剖面圖。16日10時(shí)（圖7a）降水剛開始時(shí)上升運(yùn)動(dòng)還不強(qiáng)，水凝物粒子分布在200 hPa以下，0℃層高度在650 hPa，-40℃層高度在300 hPa，云內(nèi)負(fù)溫度層深厚。自然云降水過程中0℃以下為暖云降水，-40～0℃為冷云增長(zhǎng)層，低于-40℃僅存冰雪粒子。此時(shí)水凝物粒子主要集中在冷云增長(zhǎng)層。隨著對(duì)流的發(fā)展，11時(shí)（圖7b）云中上升氣流迅速增強(qiáng)并貫穿整個(gè)對(duì)流層，水凝物粒子遍布整個(gè)對(duì)流層，水凝物含量高值區(qū)位于對(duì)流層高層，集中在冷云增長(zhǎng)層。200 hPa以上有向上突起的針狀水凝物比含水量，同時(shí)高層等溫線也向上突起，此處為強(qiáng)上升氣流將水凝物帶到平流層而形成的上沖云頂。12時(shí)（圖7c）對(duì)流減弱東移，水凝物粒子大值中心下移到中層，依然集中在冷云增長(zhǎng)層。可見西部暴雨區(qū)對(duì)流云是以冷云增長(zhǎng)為主的。

由強(qiáng)降水中心（48°～49.5°N，124.5°～126°N）水凝物含量平均垂直廓線圖可知，降水開始時(shí)對(duì)流云冷云增長(zhǎng)層內(nèi)有霰、雪、冰晶及過冷云水4種粒子存在（圖7d）。其中又以霰和雪花含量最高，其含量極大值分別達(dá)到0.72、0.35 g/kg，分別出現(xiàn)在500、400 hPa高度上。在極大值高度下霰和雪隨高度降低而減小，同時(shí)云水含量開始增加，在暖云層頂達(dá)到最高。暖云層內(nèi)霰和雪隨高度的減小而迅速融化直至消失，雨水的含量急劇增加。在霰和雪完全融化（含量減小到0）時(shí)對(duì)應(yīng)雨水含量的極大值，可見霰和雪的融化對(duì)雨水的形成有正貢獻(xiàn)。隨著對(duì)流云的發(fā)展，降水的加強(qiáng)，霰和雪含量的極大值分別增加到0.92和0.65 g/kg。霰和雪含量增加，在暖云內(nèi)的融化亦增加，雨水和云水含量也隨之增加（圖7e）。對(duì)流云減弱時(shí)段（圖7f）霰含量減小，而雪含量繼續(xù)增加，極大值高度均下降，霰和雪含量極大值分別為0.85、0.89 g/kg，所在高度分別下降至600和500 hPa。云水含量減小，雨水含量達(dá)到最大。

圖7 2019年7月16日10—12時(shí)水凝物粒子比含水量（陰影，單位：g/kg）和溫度（等值線；單位：℃）沿48.8°N的垂直剖面（a，b，c），強(qiáng)降水中心（48°～49.5°N，124.5°～126°N）水凝物含量（單位：Pa/s）平均垂直廓線（d，e，f）

此次降水過程中霰和雪是對(duì)流云中主要的降水粒子，并通過冷云增長(zhǎng)，雨水的增長(zhǎng)主要依賴于霰和雪的融化，其次還有暖云中云水的碰并增長(zhǎng)。

由東部強(qiáng)降水中心水凝物粒子分布的高度更高，可達(dá)100 hPa。-40～0℃層高度均比西部強(qiáng)降水區(qū)高，低于-50℃的等溫層高度比西部強(qiáng)降水區(qū)低，東部暴雨區(qū)對(duì)流發(fā)展更旺盛，小時(shí)雨強(qiáng)更強(qiáng)，對(duì)流云的范圍更大，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。水凝物粒子大值中心在對(duì)流云發(fā)展、強(qiáng)盛和減弱階段逐漸下降。強(qiáng)降水中心（46.5°～47.5°N，126°～127.5°N），各種降水粒子分布和變化趨勢(shì)與西部暴雨區(qū)相同，只是霰、雪和冰晶粒子還出現(xiàn)在200～100 hPa高度上。對(duì)流最強(qiáng)盛階段霰含量極大值超過1.1 g/kg，位于500 hPa，霰含量最高時(shí)雨水含量也達(dá)到最高。對(duì)流云減弱階段，霰含量大幅減小，雨水含量也減小。由于暖層更厚，雨水含量極大值所在高度較高。

5 結(jié)論

利用WRF數(shù)值模式對(duì)2019年7月16日發(fā)生在東北冷渦底部的暴雨過程進(jìn)行數(shù)值模擬，使用常規(guī)觀測(cè)資料、衛(wèi)星云圖和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)此次暴雨過程的中尺度及云物理特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

（1）本次暴雨天氣有東西2個(gè)暴雨區(qū)分別由MCC和MCS活動(dòng)造成。2個(gè)暴雨區(qū)強(qiáng)降水發(fā)生前大氣表現(xiàn)為較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定，這樣的環(huán)境條件有利于以短時(shí)強(qiáng)降水為主的風(fēng)暴發(fā)展。MCC發(fā)展的環(huán)境具有低層更濕、高層更干，對(duì)流不穩(wěn)定更強(qiáng)，0～6 km風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有更大的垂直風(fēng)切變等特點(diǎn)，有利于醞釀更強(qiáng)的風(fēng)暴。

（2）造成東西2個(gè)暴雨區(qū)的降水回波與地面輻合線同時(shí)出現(xiàn)，共同移動(dòng)，兩者有正反饋?zhàn)饔?。與西部回波相對(duì)應(yīng)的輻合線輻合更強(qiáng)，北側(cè)偏北風(fēng)風(fēng)速更大，移動(dòng)更快，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)降水范圍更小、時(shí)段更集中。而東部暴雨區(qū)相對(duì)應(yīng)的輻合線兩側(cè)風(fēng)速均較小，呈準(zhǔn)靜止態(tài)，回波長(zhǎng)時(shí)間在輻合線附近維持，列車效應(yīng)形成暴雨，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)降水范圍較大、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

（3）兩處暴雨區(qū)強(qiáng)降水前大氣低層均為對(duì)流不穩(wěn)定，而東部暴雨區(qū)低層大氣更暖濕，對(duì)流不穩(wěn)定更強(qiáng)。西部暴雨區(qū)對(duì)流生消、移動(dòng)較快；東部暴雨區(qū)增厚的暖濕層之上有冷空氣向下伸展，有強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定，持續(xù)有對(duì)流新生。后向傳播使回波呈準(zhǔn)靜止態(tài)，形成列車效應(yīng)，降水時(shí)間長(zhǎng)，形成暴雨。

（4）降水過程中霰和雪是對(duì)流云中主要的降水粒子，并通過冷云增長(zhǎng)；雨水的增長(zhǎng)主要依賴于霰和雪的融化，其次還有暖云中云水的碰并增長(zhǎng)。

以上僅為一次東北冷渦突發(fā)性暴雨個(gè)例研究的結(jié)論，缺乏更多的個(gè)例來驗(yàn)證結(jié)論的普適性。未來將會(huì)選取更多的個(gè)例，更加深入具體地研究此類型暴雨過程的中小尺度特征及云物理機(jī)制等問題。