阿榮旗暴雨過程環(huán)流背景預(yù)報指標研究

陳高娃，田 野

（阿榮旗氣象局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼倫貝爾 162750）

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市阿榮旗是以農(nóng)業(yè)為主的旗縣，農(nóng)業(yè)種植面積3.144×104hm2，糧食生產(chǎn)能力15×108kg，是全國441個優(yōu)質(zhì)商品糧基地縣和5個自治區(qū)級大豆主產(chǎn)區(qū)之一，素有“糧豆之鄉(xiāng)”的美譽。阿榮旗地形復(fù)雜、氣候多變，氣象災(zāi)害種類繁多，其中暴雨是對農(nóng)業(yè)影響最大的氣象災(zāi)害。因此，探究阿榮旗地區(qū)暴雨變化特征，明晰暴雨預(yù)報指標，對提高有關(guān)單位對暴雨氣候診斷分析能力和增加暴雨提前預(yù)報的準確率具有重要意義[1-8]。

1 資料與分析方法

1.1 資料

本研究以內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市阿榮旗1957年—2016年逐日和逐時降水量為基礎(chǔ)資料進行分析。其中逐日降水量日界限為當(dāng)日20時—次日20時。1957年—2004年逐時降水量資料使用降水自記記錄，2005年以后使用自動氣象站逐小時記錄降水資料[1-3]。位勢高度場和暴雨發(fā)生時的環(huán)流背景采用2.5°×2.5°ECMWF進行分析，分析數(shù)據(jù)間隔為每6 h（8時、14時、20時和次日2時）。

使用中國氣象局最佳臺風(fēng)路數(shù)據(jù)，分析臺風(fēng)（或熱帶氣旋）活動情況，最后總結(jié)出暴雨預(yù)報指標。

環(huán)流形勢使用500 hPa、700 hPa和850 hPa高度場和溫度場，分析圖均為暴雨當(dāng)天8時。

凝練暴雨預(yù)報指標時段選取在1979年—2016年（其中2015年和2016年無暴雨）31次過程。

1.2 分析方法

本研究使用GrADS和ECMWF軟件對資料進行分析，并調(diào)取數(shù)據(jù)和繪圖。

2 暴雨環(huán)流形式特征

根據(jù)朱乾根等、顧潤源等和陶詩言等[4-6]研究情況，將阿榮旗大尺度暴雨環(huán)流形式分為5類：①副高（或與鄂霍次克海高壓共同）與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用；②副高與其西側(cè)北上的熱帶氣旋共同與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用；③鄂霍次克海高壓與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用；④熱帶氣旋與西風(fēng)帶系統(tǒng)遠距離的相互作用；⑤西風(fēng)帶系統(tǒng)直接作用。

2.1 副高(或與鄂霍次克海高壓)與西風(fēng)帶系統(tǒng)的相互作用

對1957年—2016年的數(shù)據(jù)進行分析可以看出，阿榮旗暴雨過程主要出現(xiàn)在副高脊線第2次至第3次北跳過程中。在31次暴雨過程中，有3例是由副高與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生（中緯度40～60°N 100～140°E深厚低渦系統(tǒng)占據(jù)），14例由副高和鄂霍次克海高壓共同與西風(fēng)帶作用產(chǎn)生，17例副高北界均比常年偏北（見表1）。

表1 大尺度環(huán)流形式統(tǒng)計表Tab.1 The statistics of large-scale circulation forms

副高西側(cè)西南氣流與中高緯度深厚的冷渦相連接輸送孟加拉灣或南海暖濕空氣，暖濕空氣與冷渦南下的冷空氣交匯，形成不穩(wěn)定層結(jié)；鄂霍次克海高壓（或高壓脊）使低渦系統(tǒng)阻擋在呼倫貝爾市附近加深停留，高壓底部偏東氣流輸送日本海和鄂霍次克海水汽；低層渦旋的移入，西南低空急流出口風(fēng)速輻合，加強垂直運動，產(chǎn)生暴雨。

此類暴雨過程中，選取連續(xù)性暴雨1998年8月9日—11日3次過程作為個例進行分析。8月8日—11日，500 hPa亞洲中高緯度地區(qū)維持兩脊一槽的環(huán)流形式，鄂霍次克海到雅庫茨克地區(qū)和烏拉爾山地區(qū)分別位于穩(wěn)定而強生的阻塞高壓；兩高之間90°E～120°E為低壓槽；下游高壓的持續(xù)穩(wěn)定對東北冷渦的活動有明顯的阻塞作用，而上游高脊的穩(wěn)定則有利于極地冷空氣沿脊前槽后西北氣流南下，不斷為東北冷渦提供新鮮冷空氣；低緯度副高北跳至30°N以北，9日—11日一直穩(wěn)定在30～35°N，并與鄂海阻高壓同位相疊加，形成南北向阻塞系統(tǒng)，并輸送西南暖濕氣流，阿榮旗發(fā)生連續(xù)性暴雨過程。

2.2 副高和其西側(cè)北上的熱帶氣旋共同與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用

此類案例中熱帶氣旋南海或臺灣附近，或是在我國南部沿海登陸。西風(fēng)帶為深厚的低槽，深槽一般發(fā)展形成低渦。阿榮旗位于低渦前部，高空300 hPa東北地區(qū)一般處于高空急流區(qū)入口右側(cè)的強輻散區(qū)。此時熱帶氣旋沿副高西側(cè)北上，副高與西風(fēng)帶低渦前部西南氣流共同輸送熱帶氣旋外圍水汽。臺風(fēng)作為“水庫”遠距影響阿榮旗地區(qū)，產(chǎn)生暴雨提供了源源不斷的水汽。

個例1：2012年7月26日暴雨過程。500 hPa中高緯度，高壓穩(wěn)定在貝加爾湖北部，并貝加爾湖地區(qū)存在冷渦，冷渦底部短波槽活動頻繁，攜帶小股弱冷空氣內(nèi)蒙古地區(qū)自西向東移動，至26日短波槽加深為低槽移動至呼倫貝爾市，副高西伸至我國大陸，低緯度588 dgpm線北界位于40°N附近，西伸脊點111°E附近，此時24日在廣東沿海登陸的第8號臺風(fēng)“韋森特”移動至廣西壯族自治區(qū)南寧市境內(nèi)減弱為熱帶低壓，通過水汽輸送情況能看出副高西側(cè)西南氣流與中高緯度西風(fēng)帶共同使熱帶低壓水汽輸送至阿榮旗，產(chǎn)生暴雨。

個例2：2014年7月8日暴雨過程。500 hPa中高緯度地區(qū)兩脊一槽的環(huán)流形式，上游位于貝加爾湖北部脊提供冷空氣，使貝加爾湖槽加深演變?yōu)槔錅u，下游高壓脊穩(wěn)定維持在鄂霍茨克海阻擋冷渦停留呼倫貝爾市附近。低緯度副高588 dgpm線北界位于30～35°N，西伸脊點120°E以東，熱帶氣旋副高西側(cè)北上，副高西側(cè)偏南氣流與中緯度低渦前部西南風(fēng)共同輸送熱帶氣旋暖濕空氣至阿榮旗，出現(xiàn)暴雨過程。

2.3 鄂霍茨克海高壓與西風(fēng)帶系統(tǒng)相互作用

此類1957年—2016年在阿榮旗只出現(xiàn)1次，為2014年6月8日。500 hPa中高緯度為兩脊一槽，分別位于烏拉爾山和50～60°N（西北—東南向脊線），位于西西伯利亞低渦底部分離出來的小槽東移南下發(fā)展成低渦至我國東北40°N附近。低渦前東南氣流和50～60°N西北—東南向脊前東南氣流共同輸送日本海水汽，導(dǎo)致阿榮旗出現(xiàn)暴雨過程。此時低緯度以偏西風(fēng)氣流為主，因副高還沒發(fā)生第1次北跳（6月中旬，北界線20°N以北），副高北界線位于20°N以南，西脊點140°E以東，對暴雨沒有產(chǎn)生影響。

2.4 熱帶氣旋與西風(fēng)帶系統(tǒng)遠距離的相互作用

孫建華等[8]指出，西太平洋是世界上臺風(fēng)（或熱帶氣旋）發(fā)生最頻繁的地區(qū)，當(dāng)條件有利時可與中緯度系統(tǒng)發(fā)生相互作用，引發(fā)暴雨。通過分析發(fā)現(xiàn)，在副高東縮至140°E以東背景下，2次暴雨伴隨東海熱帶低壓，雖然熱帶低壓沒有直接產(chǎn)生阿榮旗暴雨天氣，但是分析中發(fā)現(xiàn)西北上的熱帶低壓向暴雨區(qū)輸送暖濕空氣，水汽通道700 hPa上更為明顯。

以1994年7月28日為例，500 hPa中高緯度為兩脊一槽，分別位于葉尼塞河和鄂霍次克海，槽南伸至35°N，700 hPa低緯度熱帶低壓（15～35°N，110～120°E）與深槽同位相疊加，阿榮旗產(chǎn)生暴雨提供水汽。

2.5 西風(fēng)帶系統(tǒng)直接作用

通過1979年—2016年暴雨過程統(tǒng)計分析，不受副高、鄂霍次克海高壓和臺風(fēng)影響引發(fā)的阿榮旗暴雨天氣只1次，出現(xiàn)在2000年7月19日。

500 hPa中高緯度一脊一槽，脊位于烏拉爾山，深槽南伸至30°N東北-西南向位于中國西部，45°N以南中國東部（110°E以西）為寬廣的低壓系統(tǒng)控制，上下同位相疊加利于水汽輸送。低層850 hPa西南低空急流出口左側(cè)輻合觸發(fā)暴雨天氣。

2.6 大尺度環(huán)流形式暴雨指標

（1）副高和鄂霍次克海高壓不僅與阿榮旗暴雨關(guān)系密切，而且也是阿榮旗暴雨的重要大尺度環(huán)流，其副高西緣的西南氣流和鄂霍次克海高壓偏東或東南氣流是阿榮旗暴雨的主要水汽輸送；阿榮旗暴雨過程多與副高和鄂霍次克海高壓共同作用下發(fā)生。

（2）副高北界線緯度比常年偏北3～10°N（見表2），或副高與鄂霍次克海同位相疊加形成高壓壩。

表2 副高影響下暴雨發(fā)生時副高北界和西伸脊點特征統(tǒng)計Tab.2 The statistics of the characteristics of the northern boundary and the western ridge point of the subtropical high during the rainstorm under the influence of the subtropical high

（3）西風(fēng)帶環(huán)流系統(tǒng)有冷渦移入時，常有暴雨發(fā)生。

（4）熱帶氣旋遠距離影響均副高東撤至140°E以東，熱帶低壓多處于東海。

（5）副高西脊點比常年偏東時與熱帶氣旋共同作用于阿榮旗暴雨。臺風(fēng)均減弱為熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴和強熱帶風(fēng)暴時作用于阿榮旗暴雨過程。