2013年秦皇島連續(xù)兩次降水過(guò)程對(duì)比分析

張道平，張 靜（. 海軍9785部隊(duì)，河北 秦皇島 06600；. 秦皇島氣象臺(tái)，河北 秦皇島 066000）

2013年秦皇島連續(xù)兩次降水過(guò)程對(duì)比分析

張道平1，張 靜2
（1. 海軍92785部隊(duì)，河北 秦皇島 066200；2. 秦皇島氣象臺(tái)，河北 秦皇島 066000）

利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料及衛(wèi)星資料，從大尺度環(huán)流背景和水汽、動(dòng)力、熱力條件出發(fā)，對(duì)2013年8月底東北冷渦影響下秦皇島兩次降水過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：由于處在東北冷渦發(fā)展的不同階段，中低層溫度場(chǎng)配置不同，兩次過(guò)程降水特點(diǎn)極不相同。8月27日降水是一次連續(xù)的區(qū)域性降水過(guò)程，以層狀云降水為主，降水均勻連續(xù)，8月31日至9月2日是冷渦后部西北氣流影響下的數(shù)日局地性對(duì)流降水，具有很強(qiáng)的突發(fā)性。

東北冷渦；區(qū)域性降水；局地對(duì)流性降水；對(duì)比分析

東北冷渦是東亞大氣環(huán)流的重要組成部分，也是中國(guó)東北地區(qū)特有的重要天氣系統(tǒng)，它出現(xiàn)在35°～60°N，115°～145°E范圍內(nèi)[1]。造成秦皇島強(qiáng)對(duì)流的冷渦多來(lái)自貝加爾湖南下后經(jīng)蒙古向東南方向移動(dòng)的冷渦，也有一些來(lái)自河套北部向偏東方向移動(dòng)的冷渦。強(qiáng)對(duì)流天氣常常發(fā)生在低渦外圍東南及西南象限，且500 hPa上伴有≥20 m/s的風(fēng)速急流帶[2]。高空冷渦在形成降水時(shí)形勢(shì)復(fù)雜，在冷渦云系附近或后部都有可能不同程度的出現(xiàn)對(duì)流云的發(fā)展，尤其是冷渦后部的晴空區(qū)，常有高空冷平流和低空暖平流迭加，加上地面白天輻射增溫，形成不穩(wěn)定層結(jié)，有利于對(duì)流性天氣的發(fā)展[3]。東北冷渦連續(xù)誘發(fā)突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣是其主要特征[4]。渤海半封閉型的海域能夠加強(qiáng)冷渦的強(qiáng)度，提供水汽，同時(shí)其海岸線(xiàn)及其周?chē)奶厥獾匦螌?duì)對(duì)流的發(fā)生也有很大的貢獻(xiàn)[5]。由于其具有尺度小、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，當(dāng)前的業(yè)務(wù)難以作出長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)，更多依賴(lài)于雷達(dá)臨近預(yù)報(bào)。利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料及衛(wèi)星資料對(duì)冷渦背景下河北省兩次性質(zhì)不同的降水過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，討論在相似的環(huán)流背景下降水過(guò)程的水汽、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)等方面的差異，為今后的環(huán)境預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水過(guò)程概述

2013年8月27日至28日（過(guò)程一）和8月31日至9月2日（過(guò)程二），秦皇島受東北冷渦影響，連續(xù)發(fā)生兩次性質(zhì)不同的降水天氣過(guò)程，它們均由冷渦后部的冷空氣所觸發(fā)，但又有著明顯的區(qū)別。

過(guò)程一降水發(fā)生在8月27日20時(shí)至8月28日20時(shí)，是一次連續(xù)的區(qū)域性降水過(guò)程。這次降水過(guò)程范圍廣，降水連續(xù)，比較均勻，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。由于低渦系統(tǒng)偏北，降水自河北省西北面開(kāi)始，之后雨帶略呈東北—西南向東移，東北部地區(qū)雨量較大。在FY-2C衛(wèi)星云圖上可以看出，主要為層狀云降水。

過(guò)程二降水發(fā)生在8月31日至9月2日連續(xù)每天的傍晚或午后，是冷渦后部西北氣流造成的秦皇島局地對(duì)流性降水天氣過(guò)程，降水突發(fā)性強(qiáng)，歷時(shí)短，根據(jù)區(qū)域站資料，伴隨有暴雨、雷雨大風(fēng)出現(xiàn)。在FY-2C衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為對(duì)流單體。T-logP圖顯示：過(guò)程一降水發(fā)生時(shí)北京站對(duì)流有效位能為200 J/kg，低層濕中層干冷，存在不穩(wěn)定層結(jié)，但較淺??；而過(guò)程二降水發(fā)生時(shí)樂(lè)亭站對(duì)流有效位能為1 640 J/kg，濕度小，不穩(wěn)定層結(jié)十分深厚，并且在近地面層西北風(fēng)與東南風(fēng)對(duì)吹，利于局地對(duì)流發(fā)展。

2 大尺度環(huán)流背景

過(guò)程前期，500 hPa東亞中高緯呈兩槽一脊型，深厚的東北冷渦（128°E，55°N，中心位勢(shì)高度5 480 gpm）穩(wěn)定維持在東北北部，貝加爾湖和鄂霍次克海地區(qū)分別為一阻塞高壓，貝加爾湖南面有一低槽發(fā)展。

過(guò)程一發(fā)生時(shí)（見(jiàn)圖1a），貝加爾湖南面的低槽發(fā)展為東蒙處的低渦，位勢(shì)高度中心值為5 600 gpm，位于110°E，48°N附近，有冷槽與之配合，是一個(gè)深厚系統(tǒng)。貝加爾湖和大興安嶺地區(qū)分別為一高壓脊。由于貝湖高脊不斷發(fā)展和東北冷渦的阻擋作用，東蒙冷渦不斷發(fā)展，移動(dòng)緩慢。低緯西太平洋副熱帶高壓西脊點(diǎn)在105°E，脊線(xiàn)在28°N附近，2～3日降水過(guò)程中穩(wěn)定少動(dòng)，使得西南氣流穩(wěn)定維持。河北省處于東蒙冷渦的前底部，受偏西氣流控制，冷渦后部有冷空氣南下。700 hPa、850 hPa和925 hPa上東蒙地區(qū)有相應(yīng)的低渦和切變發(fā)展東移，西南氣流達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)。所以，過(guò)程一降水是由東蒙地區(qū)冷渦后部冷空氣南下與副高外圍西南暖濕氣流作用產(chǎn)生。

過(guò)程二發(fā)生時(shí)（見(jiàn)圖1b），系統(tǒng)發(fā)展東移，31日08時(shí)前期東北冷渦后部的冷空氣與東蒙冷渦后部的冷空氣發(fā)展合并在東北地區(qū)生成新的東北冷渦，500 hPa上東亞阻塞形式建立，使得東北冷渦停止少動(dòng)。河北省處在東北冷渦后底部的西北氣流中，低渦與冷中心（-20℃）相配合，槽后有明顯的冷平流，400 hPa附近有風(fēng)速大于20 m/s的急流出現(xiàn)。而此時(shí)850 hPa對(duì)應(yīng)暖脊，形成了下暖上冷的不穩(wěn)定層結(jié)。

對(duì)比分析，過(guò)程一冷渦初步形成，較弱，中心最低值為560 gpm，河北省位于低渦前底部。過(guò)程二低渦發(fā)展強(qiáng)盛，中心最低值為552 gpm，河北省位于低渦后底部。

圖1 2013年8月28日08時(shí)（a）和8月31日08時(shí)（b）500 hPa高度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布

3 水汽條件分析

水汽通量散度可清楚反映水汽在降水區(qū)的輸入輸出狀況。低空西南風(fēng)急流較接近地面，比濕大，是降水區(qū)所需水汽的最大提供者。

過(guò)程一降水開(kāi)始前850 hPa水汽通量散度強(qiáng)輻合區(qū)位于河北省西部上空，由于西太平洋副熱帶高壓的穩(wěn)定維持，暖濕的東南氣流和西南氣流在河北省西北部形成低空輻合，28日08時(shí)925 hPa上超低空南風(fēng)急流建立，低層水汽通道順暢，帶來(lái)源源不斷的水汽，降水加強(qiáng)，850 hPa水汽通量散度強(qiáng)輻合區(qū)東移，低層出現(xiàn)大面積輻合，中心值達(dá)-16×10-5·S-1。同時(shí)500 hpa以下整層相對(duì)濕度大于75%，水汽輸送與雨帶配合較好。

過(guò)程二31日至2日每次降水開(kāi)始前天空狀況均晴好，河北省東部上空整層相對(duì)濕度小于40%，低層沒(méi)有明顯的水汽輻合，700～500 hPa高度上水汽含量少，降水過(guò)程中濕度也不大，無(wú)西南氣流影響。

對(duì)比兩次過(guò)程中的水汽條件可知，連續(xù)的區(qū)域性降水需要源源不斷的水汽供應(yīng)，低層西南氣流的存在很重要；局地對(duì)流性降水不需要持續(xù)的水汽條件，中層大氣干燥反而有利于對(duì)流發(fā)展。

4 動(dòng)力條件分析

4.1 高低空急流及低層切變線(xiàn)

低空急流是暴雨區(qū)低空對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的建立者和維持者，是低空天氣尺度上升氣流的建立者和對(duì)流不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)者。高空西風(fēng)急流是產(chǎn)生高空輻散的機(jī)制之一。通過(guò)分析兩次過(guò)程中的高低空急流發(fā)現(xiàn)：

過(guò)程一降水開(kāi)始前27日20時(shí)，高、低空沒(méi)有急流建立，冷渦后部冷空氣南下與暖濕氣流產(chǎn)生的中層切變是這次降水的主要觸發(fā)機(jī)制。隨著低渦發(fā)展東移，28日08時(shí)在河北省東部上空850 hPa出現(xiàn)最大風(fēng)速為16 m/s的低空急流，并且200 hPa上高空急流建立，這種高低空急流的耦合作用使得降水在東部加強(qiáng)，此時(shí)冷的偏北氣流占主導(dǎo)地位，切變壓至低層。28日20時(shí)高空急流仍然存在且加強(qiáng)，切變也仍然維持，但低空急流減弱消失，水汽輸送斷裂，導(dǎo)致降水減弱停止。

過(guò)程二降水開(kāi)始前31日08時(shí)沒(méi)有低空急流建立，200 hPa存在高空急流，并且在400 hPa附近有≥20 m/s的風(fēng)速急流帶，這與河北省天氣預(yù)報(bào)手冊(cè)中總結(jié)的略有不同（500 hPa存在≥20 m/s的風(fēng)速急流帶），考慮是因?yàn)榧竟?jié)不同所致，類(lèi)似的強(qiáng)過(guò)程主要發(fā)生在6月。隨著低渦東移，中、高層的急流都減弱消失。分析圖2（a、b），秦皇島東部冷空氣占主導(dǎo)，中層存在風(fēng)速的切變，在冷渦后部不斷有冷空氣南下，而秦皇島東部又臨渤海，海氣的相互作用使得地面輻合線(xiàn)生成并維持，考慮這是造成過(guò)程二連續(xù)幾日在同一地方產(chǎn)生對(duì)流天氣的原因。

圖2 2013年8月27日20時(shí)（a）和2013年8月31日08時(shí)（b）風(fēng)矢量

4.2 散度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)

過(guò)程一降水開(kāi)始時(shí)（27日20時(shí)，圖3a）河北省上空低層的輻合偏弱，中心值為-1.2×10-5·S-1，中層輻散較強(qiáng)，中心值達(dá)3.4×10-5·S-1，隨著降水東移加強(qiáng)（28日08時(shí)，圖3b），輻合輻散中心也逐漸東移增強(qiáng)，低層925 hPa出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，最小值達(dá)-2.6×10-5·S-1，500 hPa上有輻散中心存在，中心值為3.4×10-5·S-1。低層輻合高層輻散的增強(qiáng)有利于增大上升運(yùn)動(dòng)，使得中小尺度對(duì)流雨帶更加活躍。

過(guò)程二31日至2日降水發(fā)生前河北省東部上空均為輻散，低層沒(méi)有明顯的輻合中心存在，河北東部地區(qū)為一致下沉氣流。過(guò)程一降水開(kāi)始前河北省西部上空對(duì)流層高層上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，在對(duì)流層低層上升氣流偏弱，到28 日08時(shí)，河北省上空整層均為強(qiáng)上升氣流，東部700 hPa有大值中心存在，中心值為30 m/s。至28 日20時(shí)低層上升氣流逐漸減弱，降水趨于結(jié)束。

對(duì)兩次過(guò)程的動(dòng)力條件分析可知，連續(xù)的區(qū)域性降水存在明顯的低層輻合高層輻散，需要有較強(qiáng)的上升氣流；局地對(duì)流性降水動(dòng)力作用不明顯，沒(méi)有明顯的低層輻合高層輻散，也沒(méi)有上升氣流，因此，過(guò)程二主要以熱力作用為主。

5 熱力條件分析

5.1 水平溫度平流

過(guò)程一降水開(kāi)始前，27日20時(shí)（圖4a），河北省位于槽前西南暖濕氣流當(dāng)中。從溫度平流剖面圖上可以看到對(duì)流層整層為暖平流。隨著降水開(kāi)始，冷平流從中層侵入，推動(dòng)暖平流向東移動(dòng)，系統(tǒng)東移，雨帶東移南壓，但低層仍為暖平流所控制，暖中心位于925 hPa，28日08時(shí)（圖4b），中層700～500 hPa為冷平流，屬于冷鋒鋒面降水。

過(guò)程二31日至2日降水發(fā)生前，河北省東部地區(qū)位于深厚的東北冷渦后底部，高低層為一致西北氣流。溫度平流剖面圖上對(duì)流層整層冷平流占主導(dǎo)地位，但每日在925 hPa到地面河北省東部都有弱暖平流存在，這種下暖上冷的層結(jié)極不穩(wěn)定，有利于激發(fā)對(duì)流天氣。

圖4 2013年8月27日20時(shí)（a）和8月28日08時(shí)（b）溫度平流

5.2 地面輻射增溫

過(guò)程一前期不存在輻射增溫作用。過(guò)程二降水連續(xù)三天均發(fā)生在午后到傍晚，且上午天空狀況均晴好，太陽(yáng)輻射有著重要的作用，地面輻射增溫是冷渦誘發(fā)的對(duì)流性天氣的重要因素。午后地面增溫使得垂直層結(jié)由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定，有利于產(chǎn)生熱力對(duì)流。31日、1日和2日14時(shí)的地面氣溫分別是29℃、28℃、26℃，而高層?xùn)|北冷渦后部不斷有冷空氣南下，對(duì)流有效位能增大，觸發(fā)河北省東部局地對(duì)流天氣。

6 結(jié)論與討論

（1）8月27日至28日這次降水過(guò)程是一次連續(xù)的區(qū)域性降水過(guò)程，它發(fā)生在東北冷渦發(fā)展的初期，由冷渦后部冷空氣與副高外圍暖濕西南氣流相互作用產(chǎn)生。降水過(guò)程中存在明顯的高低空急流，低空西南急流為降水提供了重要的水汽和動(dòng)力條件，降水過(guò)程中存在大范圍的低層輻合高層輻散場(chǎng)，相應(yīng)有持續(xù)的上升運(yùn)動(dòng)，大氣層結(jié)比較穩(wěn)定。

（2）8月31日至9月2日是連續(xù)數(shù)日在河北省東部出現(xiàn)的區(qū)域性對(duì)流天氣過(guò)程，它發(fā)生在東北冷渦發(fā)展的強(qiáng)盛時(shí)期，由冷渦后部不斷南下的冷空氣所致。降水前期水汽條件不好，無(wú)西南氣流影響，沒(méi)有明顯的大范圍的低空輻合高空輻散場(chǎng)，但上冷下暖的大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，熱力作用明顯，午后地面增溫和海氣相互作用等因素，也有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

[1]孫力，邦秀雅，王琪.東北冷渦的時(shí)空分布特征及其與東亞大型環(huán)流系統(tǒng)之間的關(guān)系[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1994，5（3）：297-303.

[2]壽紹文.中尺度氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2003：55-62，359-365.

[3]陳立強(qiáng)，張立祥，楊森.東北冷渦誘發(fā)的一次連續(xù)強(qiáng)風(fēng)暴環(huán)境條件分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006，22（6）：1-5.

[4]朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學(xué)原理與方法[M].4版.北京：氣象出版社，2000.

[5]許愛(ài)華，許彬，劉曉暉.2003年4月9～13日連續(xù)暴雨和強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析及災(zāi)情評(píng)述[J].江西氣象科技，2003，26（3）：13-16.

[6]黃克慧，吳賢篤，張?zhí)旌?高空偏西氣流下的連續(xù)性暴雨過(guò)程分析[J].浙江氣象，28（3）17-21.

（編輯：周利海）

The Analysis and Comparison on the Processes of Two Continuous Rainfall in Qinhuangdao Area in 2013

Zhang Daoping1,Zhang Jing2
（1.NO.92785 Unit of PLAN,Qinhuangdao Hebei 066200,China；2.Weather Bureau of Qinhuangdao,Qinhuangdao Hebei 066000,China）

Using conventional meteorological observation data,automatic station data and satellite data,by analyzing the large scale circulation background，the water vapor distribution,dynamic and thermal conditions,two rainfall processes were analyzed under the background of northeast cold vortex in late Aug 2013.The results showed that the presentation of two rainfalls have obvious difference because there are different configuration in the temperature field of low-middle layer in the different developing stages of cold vortex.A regional continuous rainfall took place on august 27,it presented the characteristic of stratiform cloud rainfall,and being stable and continuous.The rainfall from August 31to September 2 can be determined scattered local convective rainfall with uncertain nature in several days due to the impact of northwest airflow in back of the cold vortex.

northeast cold vortex；regional precipitation；local convective precipitation；comparison and analysis

P458.1

A

1008-813X（2014）03-0023-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2014.03.07

2014-03-11

張道平（1973-），男，山東濟(jì)南人，畢業(yè)于南京海軍工程學(xué)院物理海洋專(zhuān)業(yè)，工程師，主要從事海岸帶-海區(qū)災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)研究工作。