“7 .19”暴雨成因分析

祝玉梅,周顯偉,朱春濤,梁 爽

（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

1 引言

暴雨是齊齊哈爾市夏季主要災(zāi)害性天氣， 很多人對(duì)暴雨過程進(jìn)行了分析，如胡燕平[1]等分析得出當(dāng)對(duì)流層高層有“干侵入”向?qū)α鲗拥蛯觾A斜到暴雨區(qū)附近時(shí)，有利于強(qiáng)降水發(fā)生；張晨暉[2]等分析指出暴雨一般出現(xiàn)θse 等值線最陡峭且密集的區(qū)域內(nèi)，陡峭密集區(qū)內(nèi)有利于氣旋性渦度發(fā)展。 鋒區(qū)南側(cè)不穩(wěn)定能量發(fā)展高度越高，降水強(qiáng)度越強(qiáng)。 本文利用常規(guī)氣象資料、國(guó)家氣象衛(wèi)星中心FY-2E 衛(wèi)星資料、九三農(nóng)場(chǎng)雷達(dá)回波資料綜合分析了2014年7月19日夜里發(fā)生在齊齊哈爾北部的一次暴雨天氣過程， 試圖找出一些具有參考意義的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

2 降水實(shí)況

2014年7月19-20日齊齊哈爾市出現(xiàn)較大降水，全市平均降雨量為49.0 mm。 降水較大的區(qū)域位于齊齊哈爾市北部的訥河、克山、克東、依安和拜泉等地， 平均雨量分別為59.1 mm、106.1 mm、64 mm、87.2 mm,和104.1 mm，其中有51 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的雨量超過50.0 mm，21 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的雨量超過100.0 mm。 由于降雨區(qū)域集中， 江河水位上漲迅猛，140 個(gè)水庫(kù)超汛限的有50 個(gè)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至21日12時(shí)，洪澇災(zāi)害造成全市5 個(gè)縣（市）36 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)。 受災(zāi)人口26.73 萬(wàn)人，死亡2 人。 農(nóng)作物受災(zāi)面積15.68 萬(wàn)公頃，成災(zāi)面積12.57 萬(wàn)公頃，絕收面積2.74 萬(wàn)公頃，倒塌房屋252戶、596 間，直接經(jīng)濟(jì)損失6.51 億元。

3 環(huán)流背景分析

7月19日20時(shí)(圖1)500 hPa 高度場(chǎng)上歐亞中高緯地區(qū)為多波動(dòng)型， 貝加爾湖以東大興安嶺地區(qū)受淺槽控制，有弱冷空氣滑下；而副高588 線北跳到46°N 左右，使得暴雨區(qū)高層等壓線密集，風(fēng)力較大，高層抽吸作用明顯。 從700 hPa 和850 hPa 的槽位置上看， 暴雨區(qū)上空淺槽隨著高度的降低深度逐漸加大；暖平流越來(lái)越明顯，低層急流把水汽從渤海灣一直輸送到暴雨區(qū)，700 hPa 和850 hPa 存在風(fēng)場(chǎng)輻合，為降水區(qū)提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量的堆積。

19日17時(shí)(圖略)地面圖上，暴雨區(qū)位于地面冷鋒前部暖區(qū)中，處于低壓橫軸的前部，恰好處于西南氣流與東南氣流的交匯處， 地面風(fēng)力較小， 擾動(dòng)較弱，有利于地面氣流的輻合堆積。 19日20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)東移并開始北收，觸發(fā)暴雨區(qū)開始降水，地面風(fēng)力較小，暴雨區(qū)轉(zhuǎn)為南風(fēng)和東風(fēng)的輻合。 19日23時(shí)，低壓趨于成熟，冷鋒壓到暴雨區(qū)，暴雨區(qū)風(fēng)速及水汽輻合均明顯加強(qiáng)，地面風(fēng)速達(dá)到10 m/s，地面輻合觸發(fā)不穩(wěn)定能量，促使不穩(wěn)定能量迅速釋放，上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展強(qiáng)烈。

圖1 19日20時(shí)500 hPa 高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)

4 物理量場(chǎng)分析

4.1 假相當(dāng)位溫

500 hPa 上θse 低能舌自大興安嶺伸向齊齊哈爾地區(qū)北部，700 hPa 上θse 場(chǎng)高能舌自吉林伸向齊齊哈爾，850 hPa 上θse 場(chǎng)等溫線密集，西南氣流源源不斷地把暖濕氣流輸送到齊齊哈爾地區(qū)， 形成該地區(qū)的高能中心， 這表明低層增溫增濕， 高層冷空氣南下， 這種疊加在低層高能舌上的高層低能舌的形勢(shì)加大了大氣的不穩(wěn)定度，有利于形成強(qiáng)對(duì)流天氣。 假相當(dāng)位溫空間垂直剖面圖 （圖2） 上, 地面到700 hPaθse 隨高度升高而減小， 自地面向上伸展的舌狀高值區(qū)在122.5°E-127°E, 該區(qū)域?yàn)樯仙\(yùn)動(dòng)區(qū)；且θse500-θse850 負(fù)值區(qū)與θse700 ，θse850 高值區(qū)重合，滿足高溫、高濕的不穩(wěn)定條件，利于暴雨生成[3]。這說(shuō)明， 齊齊哈爾暴雨區(qū)常發(fā)生在中低層是高溫高濕的有利環(huán)境下，同時(shí)，暖濕氣流的輻合抬升也促使了不穩(wěn)定能量的釋放，形成降水。

圖2 19日20時(shí)沿47.8°N 的θse 垂直剖面(單位℃)

4.2 渦度

分析19日20時(shí)沿47.8°N 的渦度垂直剖面圖（圖3）， 齊齊哈爾市上空1000-850 hPa 為正渦度，700 hPa 以上為負(fù)渦度， 最大負(fù)渦度中心出現(xiàn)在200 hPa 高空，其值為-80×10-5s-1，最大正渦度中心出現(xiàn)在925 hPa 高空，其值為20×10-5s-1，這種配置說(shuō)明中低層有正渦度有利于氣旋加強(qiáng)， 高層有負(fù)渦度有利于反氣旋加強(qiáng)，且高層反氣旋加強(qiáng)作用更強(qiáng)，低層輻合高層輻散有利于對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展， 使系統(tǒng)維持和加強(qiáng)。

圖3 19日20時(shí)沿47.8°N 的渦度垂直剖面圖(單位℃)

4.3 水汽通量和水汽通量散度

暴雨的產(chǎn)生需要有充足的水汽， 西南氣流是本次暴雨的主要水汽輸送載體。 但暴雨的發(fā)生更重要的是這些水汽能否在此地匯集， 特別是底層的水汽匯集。 為此計(jì)算了此次暴雨上空的水汽通量和水汽通量散度。 19日20時(shí)925-700 hPa 黑龍江省西部地區(qū)都為水汽通量大值區(qū)，且850 hPa 上有兩個(gè)閉合的水汽通量大值中心， 中心值都為16×10-2g·cm-2·s-1，暴雨區(qū)位于兩個(gè)大值中心的鞍型場(chǎng)內(nèi)，850 hPa 上水汽通量最大值達(dá)到14×10-2g·cm-2·s-1。 在850 hPa 有水汽通量散度負(fù)大值中心（輻合），中心值為-20×10-2g·hPa-1·cm-2·s-1， 且大值中心位于暴雨區(qū)上空。 可以看到水汽通量中心和水汽通量輻合中心并不重疊，水汽通量輻合中心對(duì)本次暴雨的落區(qū)有很好的指示意義。 因此，低層大的水汽通量以及水汽通量散度說(shuō)明， 齊齊哈爾地區(qū)不僅有大的水汽輸送而且還有水汽的強(qiáng)烈輻合， 為該地區(qū)暴雨的產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件。

4.4 “上干下濕”的濕度層結(jié)

19日20時(shí)的齊齊哈爾探空?qǐng)D的物理量場(chǎng) （圖略）可知，700 hPa 以下相對(duì)濕度都維持在80%以上，溫度露點(diǎn)差<3 ℃，700 hPa 以上相對(duì)濕度迅速減小；嫩江站600 hPa 以下相對(duì)濕度大于65%，600 hPa 以上相對(duì)濕度也迅速減小， 這表明黑龍江省西部地區(qū)對(duì)流層低層濕度大， 且濕層較深厚，700-500 hPa 有干冷空氣存在，“上干下濕” 的濕度層結(jié)對(duì)短時(shí)暴雨的形成有利。

5 探空資料分析

降水開始前，齊齊哈爾北部受暖濕氣團(tuán)控制，有較大的不穩(wěn)定能量， 大興安嶺北部新生槽的尾部不斷有冷空氣下滑導(dǎo)致不穩(wěn)定能量的觸發(fā)。19日20時(shí)齊齊哈爾探空?qǐng)D （圖4a） 上， 濕層已經(jīng)擴(kuò)展到700 hPa，700 hPa 以下風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，風(fēng)向風(fēng)速隨高度快速轉(zhuǎn)變， 因此風(fēng)的垂直切變較大，CAPE 值達(dá)到2535 J/kg，CIN 值僅為35 J/kg 對(duì)流抑制弱， 潛在不穩(wěn)定能量大，K 指數(shù)>34 ℃達(dá)到齊齊哈爾市暴雨K 指數(shù)的閾值。 嫩江探空?qǐng)D（圖4b）上，對(duì)流有效位能大于對(duì)流抑制能，K 指數(shù)為33 ℃,風(fēng)速的垂直變化比齊齊哈爾更劇烈， 且上干下濕的層結(jié)不穩(wěn)定更加明顯。 這說(shuō)明齊齊哈爾北部大氣層結(jié)不穩(wěn)定劇烈，為對(duì)流天氣的發(fā)生、發(fā)展提供較大的不穩(wěn)定能量、水汽條件和觸發(fā)條件。

圖4 19日20時(shí)(a)齊齊哈爾探空?qǐng)D和(b)嫩江探空?qǐng)D

6 衛(wèi)星云圖分析

利用氣象衛(wèi)星云圖能夠直觀地看到各種天氣系統(tǒng)下產(chǎn)生的云系演變情況， 同時(shí)也可以幫助識(shí)別云系對(duì)應(yīng)的天氣系統(tǒng)[4]。 本文利用每小時(shí)一次的FY-2C衛(wèi)星資料， 對(duì)影響2014年7月19日夜齊齊哈爾北部地區(qū)暴雨的對(duì)流混合體進(jìn)行初步分析。

(1)生成、發(fā)展階段。 19日19時(shí)在齊齊哈爾市偏北方向開始出現(xiàn)對(duì)流云團(tuán)，尺度較小，強(qiáng)度不強(qiáng)。 20時(shí)冷云區(qū)范圍迅速增大，云團(tuán)呈現(xiàn)圓形，強(qiáng)度梯度較大，云頂溫度迅速降低色調(diào)變紅，邊界清晰，此時(shí)齊齊哈爾北部訥河市19-20時(shí)1 h 降雨量達(dá)到72.5 mm，強(qiáng)降水出現(xiàn)在云團(tuán)的第二象限（西偏西北方向，下同）的邊緣強(qiáng)度梯度大的區(qū)域。

(2)成熟階段。21-22時(shí)云團(tuán)由圓形逐漸趨于半圓形，后界變成為“<”形，面積較前一個(gè)時(shí)次增大近兩倍，亮溫梯度加大，冷云頂繼續(xù)膨脹，且冷云區(qū)覆蓋整個(gè)云頂色調(diào)變淺白， 云團(tuán)邊緣整齊光滑， 克山縣21-22時(shí)1 h 降雨量達(dá)到59.6 mm， 強(qiáng)降水出現(xiàn)在云團(tuán)的第二象限，冷云梯度大的區(qū)域。23時(shí)-次日01時(shí)由于西南氣流向暴雨區(qū)不斷輸送大量的水汽和不穩(wěn)定能量致使對(duì)流云團(tuán)發(fā)展達(dá)到旺盛階段， 云頂發(fā)展得更高，但發(fā)展速度減慢，后界少動(dòng)呈現(xiàn)“(”，且后界的強(qiáng)度梯度仍然很強(qiáng)，依安縣19日23時(shí)至20日00時(shí)1 h 降雨量達(dá)到88.4 mm，拜泉縣20日00-01時(shí)1 h 降雨量達(dá)到47.3 mm，強(qiáng)降水依舊出現(xiàn)在云團(tuán)的第二象限。 此后，云團(tuán)維持旺盛階段移出齊齊哈爾市轄區(qū)。

以上分析可知， 19日19時(shí)-20日01時(shí)，由于低空暖濕氣流的堆積、抬升作用，云團(tuán)在齊齊哈爾市上空迅速膨脹發(fā)展，呈現(xiàn)明顯的團(tuán)（塊）形式，強(qiáng)對(duì)流中心（CB 云）的形成，為齊齊哈爾市的強(qiáng)降水提供了云物理?xiàng)l件。 云圖上可以清楚的看出強(qiáng)降水的落區(qū)，是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。

7 雷達(dá)回波

7.1 反射率產(chǎn)品分析

分析這次暴雨過程的反射率產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度大、移動(dòng)速度緩慢的混合性降水回波是造成這次齊齊哈爾北部地區(qū)暴雨過程的主要因素。 19日18時(shí)00 分（圖略）在九三分局西南距離測(cè)站80-100 km 之間有對(duì)流單體生成，中心強(qiáng)度在50 dBz 附近，回波主體向東南方向移動(dòng)，移動(dòng)過程中迅速加強(qiáng)，影響范圍不斷擴(kuò)大。19時(shí)46 分回波主體移到雷達(dá)探測(cè)范圍的西南方向形成強(qiáng)度中心為50-60 dBz 的混合性回波，強(qiáng)回波頂高在10 km 左右。 平均徑向速度出現(xiàn)中尺度氣旋式輻合流場(chǎng)[5]，此時(shí)降雨強(qiáng)度和面積開始迅速增大，到20時(shí)訥河本站1 h 降雨量達(dá)72.5 mm。22時(shí)19 分回波處于發(fā)展旺盛期， 大于50 dBz 的強(qiáng)回波帶位于測(cè)站正南方， 對(duì)應(yīng)的低仰角0.5°、1.5°的PPI 反射率因子圖上均有明顯的“V”型缺口，通過多層次顯示可以看到弱回波區(qū)。

19日21時(shí)-20日01時(shí)前側(cè)的混合型回波移到測(cè)站東南方向， 尾部不斷有強(qiáng)對(duì)流單體生成逐漸合并成強(qiáng)回波帶， 強(qiáng)回波帶的強(qiáng)降水單體依次通過同一地點(diǎn)，產(chǎn)生了“列車效應(yīng)”，使累計(jì)雨量達(dá)到最大。依安縣19日23時(shí)-20日00時(shí)1 h 降雨量達(dá)到88.4 mm，就是“列車效應(yīng)”的結(jié)果。

7.2 雷達(dá)回波徑向風(fēng)場(chǎng)特征

從19時(shí)19 分雷達(dá)徑向速度圖上看“零”速度線呈西北東南向直線型分布，整層為西南風(fēng)，距離雷達(dá)60-90 km 處出現(xiàn)速度大值區(qū)，負(fù)速度中心值為25 m/s，西南風(fēng)為系統(tǒng)的發(fā)展提供充沛的水汽，且西南-東北走向的暖濕氣流碰上冷鋒不斷觸發(fā)新的對(duì)流回波生成。 21時(shí)03 分“零”速度線呈“s”型，曲率變化大，各層次均為偏南風(fēng)，本站南70 km 處出現(xiàn)輻合區(qū)，有利于對(duì)流發(fā)展，從而使得降水得以維持。

8 結(jié)論

（1）高空冷空氣、低空暖濕氣流與地面低壓配合，為短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生提供了動(dòng)力和水汽條件。

（2）850 hPa 切變線的存在為降水區(qū)提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量的堆積， 在地面輻合的觸發(fā)下不穩(wěn)定能量得以釋放是產(chǎn)生暴雨的主要原因。

（3）近地層偏南氣流與低空東南氣流為系統(tǒng)提供充沛的水汽，加強(qiáng)了對(duì)流的發(fā)展，使暴雨得以維持。

（4）強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的生成、移動(dòng)與強(qiáng)降水的發(fā)生密切相關(guān)。 本次暴雨發(fā)生在低層高能舌與高層低能舌的疊加區(qū)域，這種形勢(shì)加大了大氣的不穩(wěn)定度；水汽通量散度比較好地反映本次暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)。

（5）回波中出現(xiàn)“V”型缺口、中尺度氣旋式輻合等特征，這可作為短時(shí)、臨近預(yù)報(bào)的一個(gè)著眼點(diǎn)。

[1] 胡燕平，田秀霞，趙規(guī)劃，等．沙澧河流域兩場(chǎng)大暴雨過程的對(duì)比分析[J]．氣象，21108，34(8)：95-103．

[2] 張晨暉，劉靜，張程明，等．寧波一次特大暴雨過程的診斷分析[J]．暴雨災(zāi)害，2010，29(2)：166-170．

[3] 姚學(xué)祥.天氣預(yù)報(bào)技術(shù)與方法[M]，北京：氣象出版社，2011。

[4] 呂江津，王慶元，楊曉君．海河流域一次大到暴雨天氣過程的預(yù)報(bào)分析［J］．氣象，2007，33（10）：52-60．

[5] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等．多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用［M］．氣象出版社，2006：53-61．