鐵嶺地區(qū)主汛期一次大暴雨過程成因分析

張明哲++張丹丹++王麗++李嬌++崔一鳴++畢伊紅

摘要 利用觀測站加密觀測資料以及Micaps高空和地面實況資料，對2016年7月25日一次東北冷渦降水過程的發(fā)生、發(fā)展及影響因素進行了分析和診斷。結(jié)果表明：鐵嶺地區(qū)此次強降水過程主要受冷渦和副熱帶高壓在內(nèi)的大尺度環(huán)流系統(tǒng)影響，低層切變和氣流輻合提供了較好的動力和水汽作用。高空冷渦下的冷空氣導(dǎo)致局地強對流天氣，副高的穩(wěn)定使降水持續(xù)時間較長。

關(guān)鍵詞 東北冷渦；強降水；副熱帶高壓；成因；遼寧鐵嶺；主汛期

中圖分類號 P458.1+21 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0217-03

東北冷渦是我國東北地區(qū)的主要天氣系統(tǒng)之一，常給東北地區(qū)夏季帶來低溫多雨甚至洪澇災(zāi)害，其表現(xiàn)為具有冷心結(jié)構(gòu)的閉合低值區(qū)，配合有利的下界面條件，冷渦系統(tǒng)常伴有強對流天氣發(fā)生并帶來大范圍的持續(xù)性降水。副熱帶高壓對不同緯度地區(qū)之間的水汽、熱量、能量的輸送和平衡起著重要的作用，是大氣環(huán)流的一個重要系統(tǒng)。

研究發(fā)現(xiàn)，東北低壓或冷渦型是我國主要暴雨的特點之一，常常造成東北、華北北部暴雨或雷陣雨[1]。王東海等系統(tǒng)地回顧了幾類影響東北暴雨的天氣系統(tǒng)，歸納出東北暴雨的氣候因子及東北冷渦內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及發(fā)生、發(fā)展、演變的機理等[2]。近年來，一些學(xué)者對冷渦系統(tǒng)的環(huán)流特征及持續(xù)性活動進行了分析[3]，其中包括冷渦個例的MCS結(jié)構(gòu)及水汽收支方面的研究[4]。

1 天氣實況

2016年7月25日鐵嶺市出現(xiàn)暴雨到大暴雨天氣過程，截至26日8：00，全市平均降水量100 mm，強降雨主要出現(xiàn)在25日14：00—22：00。各縣市城區(qū)降雨量分別為：西豐136.5 mm、鐵嶺118.7 mm、開原186.9 mm、昌圖80.6 mm、調(diào)兵山112.3 mm、凡河新城149.8 mm。全市有69個站點雨量超過100 mm，最大降雨量186.9 mm，出現(xiàn)在開原市城區(qū)；最大小時雨強51 mm，出現(xiàn)在開原市上肥地鄉(xiāng)（圖1）。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。

2 環(huán)流背景分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

24日20：00歐亞地區(qū)中高緯呈明顯兩槽兩脊環(huán)流形勢，新疆東部到貝加爾湖以西為一東北方向延伸的高壓脊，另一高壓脊從鄂克茲克海向西北延伸至東西伯利亞，并形成阻高。蒙古東部冷渦位于兩脊之間，烏拉爾山附近為一低槽，槽前暖平流有利于東側(cè)高脊發(fā)展。副熱帶高壓抬升至遼寧中部，利于暖濕氣流輸送。25日8：00，貝湖西側(cè)高脊穩(wěn)定發(fā)展，雅庫茲克高脊東退并略有減弱，阻高入海消失。這種“西強東弱”環(huán)流形勢有利于迫使蒙古東部的冷渦向東南方向移動，副熱帶高壓南退至遼寧南部邊境，利于蒙古冷渦冷空氣與副熱帶高壓暖濕氣流交匯，產(chǎn)生降水，見圖2（a）。25日20：00冷渦西側(cè)高脊繼續(xù)發(fā)展，東側(cè)減弱至平直等高線，副高繼續(xù)南撤，導(dǎo)致蒙古冷渦加速南下，形成多股冷空氣不斷與暖濕氣流交匯影響遼北地區(qū)，見圖2（b）。26日8：00，副高南退至朝鮮中部，遼寧高空轉(zhuǎn)為較為平直偏西氣流。

2.2 850 hPa天氣形勢

25日8：00，切邊線位于河北北部，貝湖東側(cè)低渦與500 hPa冷渦重合，遼北上空為較弱西南氣流，見圖3（a）。25日20：00，切變線沿副高向東北移動，鐵嶺地區(qū)位于切變前部，西南急流加強輸送暖濕水汽，風(fēng)速達16 m/s。低渦北抬，偏離冷渦中心，與500 hPa冷渦配合較差，切變后部冷空氣較弱，見圖3（b）。26日8：00切變線東移至黑龍江吉林一帶，對鐵嶺地區(qū)影響減弱。

2.3 地面形勢

25日8：00，華北地區(qū)發(fā)展一氣旋系統(tǒng)，低壓中心為1 002.5 hPa，遼寧位于氣旋外圍前部，見圖4（a）。25日14：00—20：00，氣旋向東北方向發(fā)展，中心強度變化不大，暖鋒增強，鐵嶺受暖鋒影響，地面氣溫上升，抬升的暖濕空氣與高空下沉冷空氣結(jié)合，利于強降水過程持續(xù)，見圖4（b）。26日8：00，氣旋減弱消失，地面轉(zhuǎn)為較弱東北風(fēng)，強降水過程基本結(jié)束。

2.4 探空資料分析

通過沈陽觀測站（站號：54342）探空資料分析此次暴雨過程大氣垂直條件變化（訂正為14：00）。地面到高空整層水汽條件都趨近于飽和（圖5），從底層到高層西南風(fēng)逐漸增強。在25日14：00，Cape值達950J/kg，K指數(shù)為37 ℃，其他不穩(wěn)定條件不明顯。25日8：00—20：00濕層范圍縮小。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

水汽通量與水汽通量散度是形成暴雨的必要條件之一，僅依靠當(dāng)?shù)厮?，難以形成暴雨。從850 hPa水汽通量演變來看，25日8：00，渤海海面上的水汽沿氣旋前部西南氣流向遼寧輸送。25日20：00，水汽條件好于8：00，水汽通量最大值增至28 g/（cm·hPa·s），水汽輸送最大區(qū)位于遼寧東部低壓系統(tǒng)內(nèi)。26日8：00水汽輸送大值軸東移至日本海，此次過程也基本結(jié)束。從850 hPa水汽通量散度和相對濕度來看，25日20：00，遼寧東北部位于水汽輻合區(qū)，輻合區(qū)中心位于吉林、黑龍江交界，中心最小值達-30×10-7 g/（cm·hPa·s），相對濕度達90%以上，局部地區(qū)達到飽和（圖6）。

通過鐵嶺站54249 7月24—26日鐵嶺站比濕的時間垂直剖面，分析不同高度水汽條件隨時間變化。25日8：00開始，600 hPa以上受高空冷空氣影響比濕逐漸減??；600 hPa以下，受低層輸送的暖濕氣流影響，中低層比濕從8：00開始逐漸增強，25日20：00水汽含量到達最大，最大比濕為14.5 g/kg。20：00之后，整層水汽條件變差，900 hPa以下比濕達到最低，具體見圖7（a）。同時，從水汽平流垂直剖面圖可以看出，25日8：00后降水時段，低層轉(zhuǎn)為負(fù)的水汽平流，中層為正值；20：00左右中低層分別達到此次過程極值，見圖7（b）。低層的水汽輻合長時間維持為暴雨的連續(xù)出現(xiàn)提供了有利的水汽條件，中層的水汽輻散利于把暴雨和周圍高空多余水汽和熱量帶走，加強暴雨區(qū)的對流不穩(wěn)定和垂直環(huán)流。

3.2 動力條件

通過分析散度場和渦度場時間垂直剖面圖（圖8），從25日上午鐵嶺降水開始，850 hPa以下散度為負(fù)值，渦度為正值，并且輻合強度逐漸增強，20：00左右達到最強，300 hPa以上為散度大值區(qū)（正值），高層的輻散有利于動力抽吸作用增強，使得次級環(huán)流增強，有利于低層上升運動的增強和維持。同時，降水強度此時也達到最大。

4 結(jié)語

鐵嶺此次強降水過程主要受冷渦和副熱帶高壓在內(nèi)的大尺度環(huán)流系統(tǒng)影響，局地有強對流過程，但以持續(xù)性降水為主。高空冷渦南甩冷空氣，且利于中高層水汽的輻散，副高引導(dǎo)低層西南氣流輸送暖濕水汽，水汽輻合較強，同時受切變動力作用影響，水汽垂直運動加強。副高的穩(wěn)定使鐵嶺地區(qū)受影響時間較長，降水區(qū)移動相對緩慢，造成此次降水強度大、持續(xù)時間長，災(zāi)害較為嚴(yán)重。

5 參考文獻

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：225.

[2] 王東海，鐘水新，劉英，等.東北暴雨的研究[J].地球科學(xué)進展，2007， 22（6）：549-560.

[3] 孫力.東北冷渦持續(xù)活動的分析研究[J].大氣科學(xué)，1997，21（3）：297-307.

[4] 劉宗秀，廉毅，孫力，等.東北冷渦持續(xù)活動時期的北半球500 hPa環(huán)流特征分析[J].大氣科學(xué)，2005，26（3）：361-372.