2021年7月12—13日赤峰暴雨的成因分析

摘要 采用ECWMF再分析資料對2021年7月12—13日發(fā)生在赤峰地區(qū)的暴雨過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：本次過程是受到切斷形成的高空冷渦、冷渦前部的地面形成氣旋共同影響造成的；暴雨的水汽通道是副高西側(cè)和北側(cè)強(qiáng)盛的偏南急流所帶來的南海上的水汽；前期的晴朗高溫天氣，配合急流所輸送的水汽，使得赤峰地區(qū)低層處于高溫高濕環(huán)境，造成了“上冷下暖”的不穩(wěn)定形勢；赤峰地區(qū)處于500 hPa正渦度平流控制區(qū)；濕Q矢量及其散度作為垂直運(yùn)動判據(jù)時較為清晰。

關(guān)鍵詞 暴雨；環(huán)流形勢；水汽來源；不穩(wěn)定性；Q矢量

中圖分類號：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0145-03

2021年7月12日08：00—13日20：00，赤峰地區(qū)出現(xiàn)入汛以來最強(qiáng)降水。其中，寧城縣西部，阿魯科爾沁旗局部、巴林左旗局部、克什克騰旗局部出現(xiàn)超過100 mm的大暴雨天氣，赤峰市南部和北部出現(xiàn)較大范圍暴雨天氣。此次降水天氣持續(xù)時間較長，覆蓋面積廣，降雨量級大，總計造成直接經(jīng)濟(jì)損失3 290余萬元。通過研究此次暴雨過程的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、各物理量特征等，對其進(jìn)行診斷分析，以期為日后赤峰地區(qū)暴雨研究提供參考。

1 天氣背景環(huán)流形勢分析

7月10日20：00起，副高向北伸展，588 dagpm線北部邊界達(dá)到35°N附近。11日08：00由巴爾喀什湖低渦分裂出的北支西風(fēng)槽東移至內(nèi)蒙古西部地區(qū)，同時在青藏高原東部30°N附近有一南支槽向東北方向移動，形成階梯槽形勢。而在溫度場上，由于溫度槽落后于高度槽，形成斜壓槽形勢，使得北支槽在移動過程中不斷加強(qiáng)，并在11日20：00于黃河上游地區(qū)追上南支槽，兩槽同位相疊加，強(qiáng)度增強(qiáng)，并繼續(xù)加深東移。

12日08：00后，500 hPa合并槽切斷為深厚的切斷低渦，中心強(qiáng)度達(dá)580 dagpm，低渦前部高壓脊與副熱帶高壓北抬部分合并，形成高壓壩，阻止低渦的進(jìn)一步東移，轉(zhuǎn)而向東北方向移動。同時，在850 hPa和925 hPa上，由于低渦中心與副熱帶高壓的距離逐步縮短，低渦前部氣壓梯度力加強(qiáng)，在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)作用下形成了最大風(fēng)速超過20 m/s的強(qiáng)盛的西南急流。而在200 hPa上，急流同樣有所增強(qiáng)，急流核位于內(nèi)蒙古東部偏南地區(qū)，在槽前正渦度平流和高空急流的輻散作用下，地面上河北南部，出現(xiàn)閉合的低壓中心，強(qiáng)度為997.5 hPa。

赤峰市位于低渦東北部的低空偏南急流出口區(qū)左側(cè)輻合區(qū)，200 hPa高空急流右側(cè)地轉(zhuǎn)偏差輻散區(qū)。在地面上，赤峰市位于地面氣旋頂前部，高低空急流的耦合作用配合500 hPa正渦度平流，有利于整層的上升運(yùn)動形勢，使得地面氣旋進(jìn)一步加強(qiáng)并向東北方向發(fā)展，赤峰市降水也逐步開始，低渦形勢在東北移過程中逐步增強(qiáng)，于13日白天開始減弱，并在13日14：00轉(zhuǎn)變?yōu)椴?，主體降水基本結(jié)束，轉(zhuǎn)為陣性降水（圖1）。

2 暴雨區(qū)物理量場分析

2.1 水汽輸送

由天氣形勢圖可知，12日08：00，赤峰地區(qū)位于副熱帶高壓西北側(cè)與高空西風(fēng)氣流的交匯區(qū)，有利于暴雨的產(chǎn)，并且處于高空急流右側(cè)輻散區(qū)，有利于高層抽吸作用，從而產(chǎn)生上升運(yùn)動，低空強(qiáng)盛的西南急流則為此次暴雨提供了水汽條件。

由850 hPa水汽通量和散度圖（圖2）可以看到，此次暴雨的水汽輸送通道主要是副高外圍西南急流所帶來的南海上的水汽，一直輸送至赤峰地區(qū)。雖然輸送距離較遠(yuǎn)，但達(dá)到赤峰的水汽通量仍超過100×10–2 kg·s-1·m-1，并且持續(xù)時間較長。自12日08：00起，水汽通量大值區(qū)已經(jīng)到達(dá)赤峰市南部地區(qū)，而在氣旋轉(zhuǎn)變?yōu)槲黠L(fēng)槽之后輸送來的水汽，則為后續(xù)的陣性降水提供了水汽條件。較強(qiáng)的水汽輸入，配合黃河氣旋所帶來的強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，加上較長的持續(xù)時間，構(gòu)成了產(chǎn)生暴雨所需要的“三要素”。

而在水汽通量散度圖上，輻合中心也存在著自南向北的移動趨勢，在13日02：00之前，主要集中在赤峰南部，而到02：00之后則跳躍至赤峰市北部地區(qū)，之后一直持續(xù)至13日14：00，水汽通量輻合中心的維持位置與赤峰市此次降雨“南北多、中間少”的落區(qū)情況較為吻合。

2.2 不穩(wěn)定能量

假相當(dāng)位溫反映了大氣溫濕條件和能量特征，分析此次過程假相當(dāng)位溫垂直剖面圖（圖略）可知，12日08：00赤峰市上空850～500 hPa為冷層，對應(yīng)著深厚的冷渦系統(tǒng)，冷層下方，等假相當(dāng)位溫線較為密集且隨高度逐步加密，表示存在著上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)。同時500 hPa以下均為位勢高度緯向偏差負(fù)值區(qū)，說明此時赤峰已受到低值系統(tǒng)影響，對流層低層到中層的位勢高度降低，從而受變壓風(fēng)輻合作用產(chǎn)生上升運(yùn)動，并釋放不穩(wěn)定能量。而隨著降雨造成的凝結(jié)潛熱釋放，850 hPa以下的假相當(dāng)位溫有所增加，使得相當(dāng)位溫的垂直梯度加大，對流不穩(wěn)定性增強(qiáng)。直至13日14：00前后，假相當(dāng)位溫垂直梯度大值區(qū)移出赤峰，但由于氣旋后部冷空氣侵入，有340 K的相當(dāng)位溫低中心形成，赤峰上空仍舊維持著相當(dāng)位溫遞減的不穩(wěn)定層結(jié)，為后續(xù)的陣性降水提供能量。

而在假相當(dāng)位溫平面圖上（圖3），隨著上游系統(tǒng)不斷向東北方向移動，西南急流不斷向赤峰輸送水汽，同時，由于前期赤峰市處于冷渦下游受高壓脊控制，天氣晴朗少云，地表溫度較高（11日南部地區(qū)最高氣溫達(dá)33～35 ℃），受地表長波輻射加熱，赤峰低空大氣溫度較高，兩者共同作用下使得赤峰地區(qū)的相當(dāng)位溫上升。伴隨冷渦的相當(dāng)位溫低值中心在12日08：00已到赤峰西南方，并在14：00與赤峰市所處的相當(dāng)位溫區(qū)高值中心構(gòu)成相當(dāng)位溫水平梯度大值區(qū)，在此能量鋒區(qū)的影響下，配合著高低空的抬升形勢，有利于對流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，從而產(chǎn)生局地大暴雨量級的降水。

2.3 渦度平流

選取赤峰地區(qū)500 hPa渦度平流時間緯向剖面圖（圖4），可以看到12日08：00前后，114°E附近有正渦度平流向東移動，同時中心強(qiáng)度有所加強(qiáng)，在12日14：00前后達(dá)到赤峰地區(qū)（116°E～121°E）。同時正渦度平流中心強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，考慮此時是赤峰受到氣旋影響最明顯的階段，正渦度平流帶來的低層減壓輻合作用，也是造成暴雨區(qū)上升運(yùn)動的重要原因之一，而隨著時間推移，正渦度平流中心逐步東移并減弱，13日14：00之后，赤峰市大部地區(qū)轉(zhuǎn)為負(fù)渦度平流控制，這與低渦形勢的特征轉(zhuǎn)變相符合。

2.4 Q矢量

從1978年Hoskins等提出Q矢量的概念以來，在暴雨分析中得到了廣泛應(yīng)用，張興旺[1]考慮了大尺度穩(wěn)定性凝結(jié)加熱，引入非絕熱效應(yīng)，提出了非地轉(zhuǎn)濕Q矢量（簡稱濕Q矢量）概念。Q矢量散度與ω相關(guān)，當(dāng)Q矢量散度輻合時，ω<0，即存在上升運(yùn)動，反之，則ω>0存在下沉運(yùn)動。

圖5是此次暴雨過程中，赤峰地區(qū)850 hPa濕Q矢量及其散度圖，可以看到12日08：00降水逐漸開始時，濕Q矢量輻合區(qū)對應(yīng)著冷渦前部的上升運(yùn)動區(qū)，位于赤峰地區(qū)西南方，隨著冷渦的東移北上，濕Q矢量輻合區(qū)也同步向赤峰東北方向移動。首先移動至赤峰市西南部，之后于13日02時躍至赤峰市北部地區(qū)，同時可以發(fā)現(xiàn)在濕Q矢量輻合中心的附近，一般同時存在著一處濕Q矢量輻散中心，這種局地垂直環(huán)流，使得上升運(yùn)動得以持續(xù)，并且上升運(yùn)動中心與水汽通量散度輻合中心位置配合很好，為此次暴雨的產(chǎn)生提供了有利條件。

3 結(jié)論

（1）2021年7月12—13日暴雨過程是受到自內(nèi)蒙古西部東移的北支槽與青藏高原西部的南支槽同位相疊加切斷形成的高空冷渦，以及冷渦前部由正渦度平流的減壓作用而在地面形成氣旋共同影響造成的，同時高低空急流的耦合作用在此次降水過程中也十分關(guān)鍵。

（2）此次暴雨的水汽通道是副高西側(cè)和北側(cè)強(qiáng)盛的偏南急流所帶來的南海上的水汽，在850 hPa上，赤峰處于西南急流控制區(qū)，并且影響時間較長，持續(xù)的水汽輸送和較強(qiáng)的水汽輻合造成了此次赤峰市大范圍的暴雨天氣。

（3）前期的晴朗高溫天氣，配合急流所輸送的水汽，使得赤峰地區(qū)低層處于高溫高濕環(huán)境，冷渦移來時，上冷下暖的層結(jié)條件使得大氣有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定性，在受上升運(yùn)動激發(fā)后，產(chǎn)生對流性降水，造成局地大暴雨。

（4）暴雨期間，赤峰地區(qū)處于500 hPa正渦度平流影響區(qū)域，赤峰地區(qū)前期降水以穩(wěn)定性降水為主，后期則轉(zhuǎn)為對流性降水。

（5）濕Q矢量及其散度在作為垂直運(yùn)動判據(jù)時較為清晰，而其散度輻合中心與水汽通量輻合中心之間較好的匹配是造成此次暴雨的重要原因。

參考文獻(xiàn)

[1] 張興旺.濕Q矢量表達(dá)式及其應(yīng)用[J].氣象，1998，24（8）：3-7.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis on the Cause of Heavy Rain in Chifeng on July 12-13， 2021

Guo Zhao-dong （Chifeng Meteorological Station， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract Used ECWMF reanalysis data to diagnose and analyze the heavy rain process occurred in chifeng area from july 12 to 13， 2021. The results showed that this process was caused by the combined influence of the high altitude cold vortex formed by cutting off and the ground cyclone formed in front of the cold vortex. The water vapor channel of the rainstorm was the water vapor on the South China Sea brought by the strong southerly jet on the west and north sides of the subtropical high. The early sunny and high temperature weather， combined with the water vapor transported by the jet stream， made the lower layer of Chifeng area in a high temperature and high humidity environment， resulting in an unstable situation of “cold up and warm down”. Chifeng area was in the control area of 500 hPa positive vorticity advection. The wet Q vector and its divergence were clear when used as the criterion of vertical motion.

Key words Rainstorm; Circulation situation; Water vapor source; Instability; Q vector

作者簡介 郭兆東（1995—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，助理工程師，主要從事短期預(yù)報工作。

收稿日期 2022-12-09