2017年“8.03”特大暴雨過程水汽條件特征分析

胡明 劉靖楠 高莉莉 鄢曉茜

摘 要：本文著重分析遼寧省2017年8月3到5日一次罕見的受2017年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響所導(dǎo)致的特大暴雨過程中的水汽條件。主要利用高空風(fēng)場(chǎng)、地面加密自動(dòng)站、高空探空?qǐng)D、地形圖等資料來分析此次暴雨過程的大尺度環(huán)流背景、水汽來源及輸送情況和地形因素對(duì)強(qiáng)降水的影響。

關(guān)鍵詞：特大暴雨；水汽通量；水汽通量散度；比濕；整層大氣可降水量

1 降水實(shí)況

受2017年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響，8月2日20時(shí)至5日8時(shí)，遼寧省西部、東南部出現(xiàn)特大暴雨。過程最大降水量502.5毫米，出現(xiàn)在岫巖縣的馬嶺站。最大小時(shí)雨強(qiáng)為112.5毫米，出現(xiàn)在岫巖縣永貴村站。降水量大于250毫米的有68個(gè)站；100～249.9毫米的有296個(gè)站；50～99.9毫米的有356個(gè)站；25～49.9毫米的有329個(gè)站。

2 環(huán)流形式分析

3日08時(shí)850hpa存在兩條輻合線，一條呈南北走向自山東西部到河北，另一條呈東西走向自河北東部到遼寧中西部地區(qū)。引發(fā)此次暴雨的主要天氣系統(tǒng)是呈東西走向的風(fēng)速輻合帶，該系統(tǒng)逐漸東移，于3日20時(shí)移出遼西地區(qū)，此時(shí)系統(tǒng)強(qiáng)度有所減弱；4日08時(shí)，該系統(tǒng)移入遼寧省東部地區(qū)，此時(shí)強(qiáng)度又有所加強(qiáng)。而南北走向的切變線主要為遼寧地區(qū)帶來了南海和孟加拉灣的水汽，為遼寧地區(qū)的暴雨提供了充足的水汽。200hPa遼寧位于兩條輻散的急流帶中間，為明顯的輻散區(qū)，加強(qiáng)了氣流的上升作用。

3 水汽條件特征分析

3.1 水汽通量與水汽通量散度分析

通過對(duì)7 月30 日到8 月4 日平均的整層積分的水汽通量及其散度圖的分析，發(fā)現(xiàn)水汽主要來源于東南沿海。由于熱帶氣旋北上攜帶了大量的水汽，氣旋頂部到達(dá)遼寧后，后部仍有東南氣流從西太平洋向其源源不斷的輸送水汽，所以強(qiáng)降水出現(xiàn)在變性低壓中心的強(qiáng)輻合區(qū)和輻散區(qū)交匯處。水汽的輸送通道只是對(duì)于持續(xù)降水水汽的補(bǔ)充，同時(shí)水汽輸送的路徑依然受低壓系統(tǒng)的影響。

通過對(duì)2日20時(shí)850hPa的水汽通量場(chǎng)的分析可以看出此時(shí)在山東半島地區(qū)有一個(gè)明顯的強(qiáng)中心區(qū)域，遼寧西部地區(qū)正好位于該中心區(qū)域的邊緣。通過850hPa風(fēng)場(chǎng)的疊加可以看出遼寧西部地區(qū)有一個(gè)明顯的強(qiáng)水汽輸送帶，為此次降水過程提供充足的水汽。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著水汽輸送帶的東移發(fā)展，降水主體也有所東移且發(fā)展。

通過分析2日20時(shí)850hPa的水汽通量散度場(chǎng)，可以看出此時(shí)在河北東部地區(qū)有一弱水汽輻合區(qū)開始影響遼寧西部地區(qū)，同時(shí)伴隨著上升運(yùn)動(dòng)。3日20時(shí)850hPa的水汽通量散度場(chǎng)表明在遼寧以北吉林地區(qū)有一明顯的水汽輻合區(qū)域，其強(qiáng)度較2日20時(shí)的強(qiáng)度有所加強(qiáng)。該水汽輻合區(qū)域不僅為遼寧東北部地區(qū)提供充足的水汽，同時(shí)還提供較好的動(dòng)力條件。

3.2 比濕場(chǎng)分析

通過分析錦州、大連、丹東三站的垂直水汽分布，發(fā)現(xiàn)在主要降水時(shí)段之前三站比濕≥8g/kg的濕中心伸展高度均可達(dá)到500hpa，這表明對(duì)流層中低層水汽與降水強(qiáng)度有一定的相關(guān)性。從三站的逐時(shí)降水量分布情況發(fā)現(xiàn)，明顯降水均發(fā)生在比濕達(dá)到峰值之后的一段時(shí)間之內(nèi)，并且850hpa以下比濕大于10g/kg維持的時(shí)間長短與降水的持續(xù)時(shí)間長短有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如錦州站3日08時(shí)比濕就達(dá)到最強(qiáng)，強(qiáng)中心位于925hpa到850hpa之間，隨后該站附近出現(xiàn)了明顯的降雨天氣，最大小時(shí)降水量為40毫米。而4日08時(shí)丹東、大連站700hpa以下的比濕一直大于10g/kg，與之對(duì)應(yīng)丹東、大連站的降水持續(xù)時(shí)間也較長，只是兩站比濕在3日08開始時(shí)就已經(jīng)達(dá)到最強(qiáng)，并一直維持，強(qiáng)中心同樣位于850hpa到925hpa之間，明顯降水也出現(xiàn)在比濕達(dá)到最大之后，由于前期的水汽累積，兩站附近出現(xiàn)的最大小時(shí)降水量為112毫米。

3.3 整層大氣可降水量PWV演變特征

從GPS/MET遙感PWV的水平分布特征來看，8日2日20時(shí)，遼寧西部地區(qū)的PWV已經(jīng)達(dá)到55～60mm以上。隨著2日夜間臺(tái)風(fēng)減弱的熱帶低壓逐漸北上，受到其輸送水汽的影響，3日2時(shí)，遼寧西部地區(qū)PWV出現(xiàn)大值區(qū)，遼寧西部PWV明顯增加，大部分地區(qū)已經(jīng)增加到60～65mm，6h增加量達(dá)到5～10mm，這意味著水汽條件增加，有利于出現(xiàn)極端暴雨天氣。因此2日夜間到3日早晨，朝陽地區(qū)出現(xiàn)大暴雨天氣。在3日中午開始，遼寧西部地區(qū)PWV開始減弱，PWV降低到35～40 mm，遼寧西部地區(qū)的水汽條件也逐漸停止。

3日白天遼寧中東部PWV始終維持在65mm左右，這說明南方系統(tǒng)北上，其水汽通道帶來的水汽十分充足。3日20時(shí)，岫巖及周邊PWV開始較之前有所增加，PWV更是達(dá)到66mm，也達(dá)到遼寧省發(fā)生暴雨天氣PWV閾值。同時(shí)在強(qiáng)降水發(fā)生期間（4日2時(shí)），PWV更是高達(dá)70mm，更是表征本次暴雨極端性的原因之一。

4 地形因素對(duì)降水的增幅

由于本次過程主要受東南氣流影響，通過對(duì)遼寧省地形的分析發(fā)現(xiàn)，在2日20時(shí)到3日20時(shí)的時(shí)段內(nèi)的降水中心朝陽地區(qū)正好位于大興安嶺余脈努魯爾虎山迎風(fēng)坡處，其中心雨量為326毫米；在3日20時(shí)到5日8時(shí)的降水中心鞍山岫巖、丹東、大連東北部一帶位于長白山山脈迎風(fēng)坡處，其中心雨量為502毫米。地形對(duì)降水主要有動(dòng)力和云物理兩方面的影響。一方面由于地形的強(qiáng)迫抬升作用，增強(qiáng)水汽的凝結(jié)量并觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，使得降水增強(qiáng)；另一方面，改變降水形成云霧物理過程，使已經(jīng)凝結(jié)的水分，高效率地下降為雨，從而增加降水量。這也是此次過程兩個(gè)降水中心位于山脈迎風(fēng)坡的原因之一，說明了地形對(duì)降水有著較為明顯的作用。

5 結(jié)論

本次暴雨過程為臺(tái)風(fēng)"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響，低空切變線停滯少動(dòng)，北上氣旋持續(xù)影響遼寧地區(qū)；低層和中層水汽來源主要為臺(tái)風(fēng)"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓兩條通道，這為暴雨的發(fā)展提供了充足的水汽；850hPa水汽通量散度復(fù)合中心與強(qiáng)降水的極值中心有較好的正相關(guān)關(guān)系。暴雨發(fā)生的前期和發(fā)生時(shí)均存在強(qiáng)烈的水汽向上輸送，高濕層即比濕大值區(qū)集中在從地面一直延伸到中高空500hPa處；本次暴雨的兩個(gè)極值中心，在降水前PWV均存在著增加的現(xiàn)象，在發(fā)生強(qiáng)降水期間PWV達(dá)到65～70mm。當(dāng)PWV降低后，對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的降水也逐漸結(jié)束。同時(shí)在本次過程中地形對(duì)降水有一個(gè)很好的增幅性作用。