齊齊哈爾兩次暴雨天氣過程對比分析

祝玉梅,周顯偉，孫 源，陳 暢，梁 爽（齊齊哈爾市氣象局，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

1 引言

暴雨是黑龍江省夏季主要災(zāi)害性天氣， 其危害主要包括洪災(zāi)和澇漬災(zāi)。 近年來，國內(nèi)的氣象工作者對暴雨研究做了大量工作，如俞小鼎[1]、孫繼松[2]等從預(yù)報技術(shù)方法和物理機制等方面， 討論了短時強降水和暴雨的異同。7 月中旬至8 月下旬雨帶北移到東北地區(qū)，形成東北雨季[3]。 黑龍江省位于中緯度地區(qū)，7 月下旬至8 月上旬，來自南部的暖濕空氣與來自北部的冷空氣在此交匯，產(chǎn)生劇烈的降水。 與南方的持續(xù)性暴雨不同， 黑龍江省的暴雨天氣過程往往有局地性強、持續(xù)時間短、降水強度大等特征[4-8]。

2 降水概況

2018 年8 月2 日20 時（北京時，下同）-4 日20時， 黑龍江省中部及內(nèi)蒙古東北部地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性暴雨天氣，最大累計雨量達117 mm。 齊齊哈爾地區(qū)最強降雨時 段為8 月2 日20 時-8 月3 日20 時，5個縣降雨量超過50 mm。 3 日02-08 時，克山縣向華鄉(xiāng)累計雨量達101.6 mm，最大小時雨強為31.7 mm。此次暴雨簡稱“8.3”暴雨。

2019 年8 月6 日08 時-9 日08 時 暴 雨 過 程 是齊齊哈爾2019 年夏季最強的一次全區(qū)范圍的暴雨過程。 齊齊哈爾10 個市（縣）共有48 個站點過程降雨量超過50 mm， 其中14 個站點超過100 mm， 甘南本站降雨量達到189 mm， 寶山、 平陽降雨量超200 mm。 此次暴雨降雨集中時段為8 月6 日08 時-7 日08 時，簡稱“8.6”暴雨。

分析兩次暴雨雨帶分布特征可以看出，“8.3”暴雨區(qū)呈現(xiàn)東西走向“帶”狀分布，且降雨中心集中，而“8.6”暴雨有多個降雨中心；從降雨強度上看“8.6”暴雨過程強降水持續(xù)時間更長。

3 環(huán)流背景

3.1 高空形勢場特征

“8.3” 暴雨天氣過程環(huán)流形勢，8 月1 日08 時（圖1a）500 hPa 上副熱帶高壓位于我國華北地區(qū)，貝加爾湖東北部分裂出一個冷中心為-22 ℃的東北冷渦[8]，形成南高北低環(huán)流形勢。850 hPa 上暴雨區(qū)受低渦后部偏北弱冷空氣控制。 2 日20 時（圖1b）副熱帶高壓加強北上，592 dagpm 中心位于遼東半島上空，588 dagpm 線北端處在黑吉兩省交界處，冷渦繼續(xù)東移南下至鄂霍茨克海上空。 850 hPa 風(fēng)場上，齊齊哈爾位于西南與偏東氣流輻合切變處， 有利于降雨天氣過程的產(chǎn)生。 3 日02 時（圖略）副熱帶高壓西北側(cè)形成一條西南-東北向低空急流，水汽沿著副熱帶高壓外圍從東海經(jīng)華北到東北。 齊齊哈爾處于低空急流出口區(qū)，齊齊哈爾暴雨區(qū)降雨強度開始加大。 4 日20 時，隨著烏拉爾山強冷渦東移和副熱帶高壓南撤，齊齊哈爾此次降雨結(jié)束。 副熱帶高壓外圍的暖濕氣流為此次暴雨提供了充足的熱量和水汽條件， 且副熱帶高壓穩(wěn)定少動，故形成了大范圍的暴雨。

圖1 2018 年8 月（a）1 日08 時、（b）2 日20 時;2019 年8 月（c）5 日20 時和（d）6 日08 時500 hPa 溫壓場和850 hPa 風(fēng)場（風(fēng)矢）（實線為500 hPa 形勢場單位：dagpm；虛線為500 hPa 氣溫單位：℃）

“8.6”暴雨天氣過程中，8 月5 日20 時（圖1c）500 hPa 歐亞為兩槽一脊的經(jīng)向環(huán)流，貝加爾湖西北有一暖高壓脊，配合-8 ℃的暖中心。西風(fēng)帶橫槽自東北向西南傾斜，在貝加爾湖南側(cè)切斷成低渦，槽后冷平流使低渦不斷加強。 850 hPa 上，齊齊哈爾處于偏南與偏東氣流控制。 6 日08 時（圖1d），500 hPa 貝加爾湖南側(cè)低渦東移發(fā)展， 副熱帶高壓中心北抬到朝鮮半島東側(cè)日本海上空，588 dagpm 線西北端處在長白山山脈，且穩(wěn)定維持有利于強降水長時間持續(xù)。 分析850 hPa，齊齊哈爾處于低渦前部偏南風(fēng)和東南風(fēng)輻合區(qū)中。9 日08 時低渦移動到東西伯利亞，齊齊哈爾此次降水結(jié)束。

兩次暴雨過程都發(fā)生在副熱帶高壓位置最北期間。 不同的是，“8.3”暴雨過程比“8.6”暴雨過程副熱帶高壓位置更偏西，“8.3” 暴雨過程500 hPa 環(huán)流為“南高北低” 型，850 hPa 風(fēng)場存在明顯低空急流，水汽沿著副熱帶高壓外圍從東海經(jīng)華北到東北， 而“8.6” 暴雨過程500 hPa 環(huán)流為 “兩低一高” 型，850 hPa 風(fēng)場存在顯著流線，水汽主要從渤海灣進入東北。

3.2 海平面氣壓場特征

從“8.3” 暴雨天氣過程低壓中心移動路徑 （圖2a） 可看出， 地面低壓移動速度較快。 8 月2 日08時蒙古低壓中心位于內(nèi)蒙古阿拉善盟， 中心值為996 hPa；地面低壓繼續(xù)東移北抬且略有減弱，2 日20時地面低壓中心位于蒙古國境內(nèi)， 此時齊齊哈爾西部降雨開始；3 日02 時地面低壓中心前部暖鋒位于齊齊哈爾南部，中心氣壓為999 hPa，齊齊哈爾降雨強度逐漸加強至最強；3 日14 時蒙古低壓中心東移南撤到內(nèi)蒙古錫林郭勒盟， 齊齊哈爾降雨強度開始減弱；4 日08 時蒙古低壓繼續(xù)向東移動，齊齊哈爾已經(jīng)處于東移的倒槽西側(cè)，主要降雨時段結(jié)束。

圖2 （a）2018 年8 月2 日08 時-4 日08 時（b）2019 年8 月5 日20 時-7 日08 時暴雨過程低壓中心移動路徑

“8.6”暴雨天氣過程低壓中心移動路徑（圖2b）上看，地面低壓移動較慢。8 月5 日20 時蒙古低壓中心（值為1001 hPa）位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟，沿低壓中心向東存在暖鋒；6 日08 時低壓略有東移，中心強度變化不大，但低壓范圍擴大，此時齊齊哈爾降雨開始；6 日14 時，暖鋒位置略有東移北抬，處于黑、吉兩省交界處西部，齊齊哈爾降雨強度逐漸增強到最強。6 日20 時地面低壓東移南撤減弱，8 月7 日08 時蒙古低壓已經(jīng)減弱為倒槽，倒槽北部維持少動，倒槽南部繼續(xù)東移。

通過對比可發(fā)現(xiàn)， 兩次暴雨都受到地面低壓的影響，地面低壓東移北抬過程中，齊齊哈爾降雨強度逐漸加強，南撤時雨強開始減弱；“8.3”暴雨過程地面低壓中心值更低，移動速度較快，造成齊齊哈爾強降雨時間較短。

4 暴雨發(fā)生的水汽動力條件

“8.3”暴雨天氣過程，2 日14 時（圖3a）925 hPa華北地區(qū)反氣旋西北部的西南風(fēng)將東海的大量水汽輸送到內(nèi)蒙古的東北部， 水汽通量和水汽通量輻合大值區(qū)位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市， 齊齊哈爾水汽輸送不明顯，散度場上有弱輻散。 3 日02 時（圖3b）較大水汽通量（2×10 g·(cm·hPa·s)-1）從黃渤海輸送到齊齊哈爾西部地區(qū)， 西南暖濕空氣和東北冷空氣在本地交匯，形成氣旋性渦旋，散度場有明顯的輻合，中心值是-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2，輻合空氣以-0.4 Pa·s-1的速度上升， 此時齊齊哈爾暴雨區(qū)降雨強度逐漸加強；隨著系統(tǒng)繼續(xù)東移暴雨區(qū)也向東移動，齊齊哈爾地區(qū)降雨逐漸減小。

圖3 （a）2018 年8 月2 日14 時、（b）2018 年8 月3 日02 時、（c）2019 年8 月6 日08 時和（d）2019 年8 月7 日02 時925 hPa 水汽通量（箭頭）、水汽通量散度（陰影）和垂直速度（等值線，單位：pa·s-1）

“8.6”暴雨天氣過程925 hPa 上，6 日08 時（圖3c） 水汽通量與水汽通量散度、 垂直速度的疊加場上， 副熱帶高壓外圍的偏南風(fēng)將黃渤海的暖濕空氣通過遼寧、吉林輸送到黑龍江省西部，水汽通量達到1.5×10 g·(cm·hPa·s)-1以上。 齊齊哈爾西部水汽通量（水汽通量散度-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2） 輻合上升，垂直上升速度為-0.4 Pa·s-1， 為暴雨提供動力條件，齊齊哈爾西部強降雨開始。 隨著系統(tǒng)略有東移發(fā)展， 7 日02 時 （圖3d） 水汽通量較上一時刻加大，輻合區(qū)范圍也擴大， 齊齊哈爾全區(qū)都處于-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2輻合上升區(qū)，垂直上升速度中心為-0.8 Pa·s-1，說明水汽輻合上升非常強，此時齊齊哈爾降雨強度達到最強。 7 日08 時（圖略），925 hPa 上水汽輻合中心和下沉速度中心位置一致， 齊齊哈爾的降雨強度開始減弱。

對比兩次暴雨天氣過程的水汽通量和水汽通量散度分析，“8.6” 暴雨過程齊齊哈爾地區(qū)上空水汽更為豐富，兩次過程均存在水汽的強輻合，水汽輻合中心能夠很好的指示暴雨的落區(qū)，“8.6” 暴雨低層上升運動更加明顯。

5 雷達回波演變特征分析

“8.3”暴雨天氣過程的雷達組合反射率因子演變來看，8 月3 日00 時(圖4a)齊齊哈爾北部有離散的回波單體逐漸發(fā)展；02 時(圖4b)齊齊哈爾北部的回波單體經(jīng)過發(fā)展、合并，形成西北東南向帶狀，回波中心強度超過50 dBz，頂高達8 km 以上，回波朝東北方向緩慢移動。 04 時之后（圖4c-d），回波移動過程中50 dBz 以上的強回波范圍不斷擴大， 呈現(xiàn)帶狀連續(xù)分布，強回波位于訥河、克山、拜泉境內(nèi)，速度圖（圖略）上強回波區(qū)域內(nèi)存在輻合，且輻合區(qū)域集中在齊齊哈爾東北部，此時克山向華、依安新生、依安雙陽分別出現(xiàn)了1 h 降雨量為31.7 mm、49.4 mm 和64.6 mm 的短時間強降水。

圖4 2018 年8 月3 日（a）00 時（b）02 時（c）04 時（d）06 時齊齊哈爾1.5°仰角雷達回波圖

“8.6”暴雨過程以混合性降水回波為主，回波中心強度在35-45 dBz。 主要降雨時段開始之前齊齊哈爾雷達區(qū)域內(nèi)回波都比較松散，呈絮狀，回波主要分布于測站北側(cè)，回波高度4 km 以下，強中心范圍較小，回波的降雨強度基本在10 mm/h 以下；從速度圖上看（圖略），回波區(qū)域內(nèi)有輻合，低空零速度線呈“S”型，有明顯的暖平流。

8 月6 日14 時-7 日02 時為主要降雨時段，從強度圖（圖5a-d）演變可以看出回波結(jié)構(gòu)緊密有序，回波整體呈現(xiàn)渦旋狀，分布于龍江、甘南的回波由西南向東北方向移動，強回波區(qū)域呈東北-西南向窄帶狀，與回波移動方向一致，回波東移的速度緩慢，這使強回波帶可以長時間維持在甘南地區(qū)，形成“列車效應(yīng)”。

圖5 2019 年8 月齊齊哈爾1.5°仰角雷達回波圖6 日（a）14 時（b）17 時（c）20 時（d）7 日02 時

分析多普勒雷達圖可以看出， 兩次暴雨雷達回波均為層積混合性結(jié)構(gòu),回波都是由松散塊狀發(fā)展合并而成，維持時間均超過了12 h，徑向速度上都存在輻合區(qū)。 不同的是“8.3”暴雨雷達回波強度更強，且55 dBz 以上的強回波排列緊密，呈現(xiàn)帶狀，造成的降雨強度更強；“8.6” 暴雨在雷達反射率因子圖上甘南縣境內(nèi)存在“列車效應(yīng)”，且在雷達徑向速度圖上，徑向速度場零速度線呈“S”型回波結(jié)構(gòu)，有明顯的暖平流。

6 結(jié)論與討論

利用常規(guī)觀測資料、地面自動站觀測資料、多普勒雷達資料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料，對“8.3”暴雨和“8.6”暴雨過程的特征及成因進行診斷分析，結(jié)果表明：

兩次暴雨過程相同之處：（1）這兩次暴雨過程都發(fā)生在齊齊哈爾的防汛關(guān)鍵時期， 也是副熱帶高壓位置跳至最北的時間；兩次暴雨都是副熱帶高壓、高空冷渦和地面低壓大尺度環(huán)流造成的。 （2）兩次暴雨過程，925 hPa 上存在強的水汽輸送， 水汽輻合也較強，水汽輻合中心能夠很好的指示暴雨的落區(qū)。 （3）兩次暴雨雷達回波均為層積混合性結(jié)構(gòu),回波都是由松散塊狀發(fā)展合并而成，維持時間均超過了12 h，徑向速度上都存在輻合區(qū)。

兩次暴雨過程不同之處：（1）“8.3”暴雨區(qū)呈現(xiàn)東西走向“帶”狀分布，且降雨中心集中，而“8.6”暴雨有多個降雨中心；從降雨強度上看“8.6”暴雨強降水持續(xù)時間更長。 （2）“8.3”暴雨過程比“8.6”暴雨過程副熱帶高壓位置更偏西，但“8.6”暴雨過程齊齊哈爾地區(qū)水汽輸送量更大、低層上升運動更加明顯、造成的暴雨范圍更大；“8.3”暴雨過程500 hPa 環(huán)流為“南高北低”型，850 hPa 風(fēng)場存在明顯低空急流，水汽沿著副熱帶高壓外圍從東海經(jīng)華北到東北，而“8.6”暴雨過程500 hPa 環(huán)流為“兩低一高”型，850 hPa 風(fēng)場存在顯著流線。 （3）地面低壓中心“8.3”暴雨過程更低，本身所含暖濕空氣更多，移動速度較快。 （4）“8.6”暴雨過程齊齊哈爾上空水汽更為豐富， 低層上升運動更加明顯。 （5）“8.3”暴雨雷達回波強度更強，且55 dBz 以上的強回波排列緊密，呈現(xiàn)帶狀，造成的降雨強度更強；而“8.6”暴雨在雷達反射率因子圖上甘南縣境內(nèi)存在“列車效應(yīng)”，在雷達徑向速度圖上，徑向速度場零速度線呈“S”型回波結(jié)構(gòu)，有明顯的暖平流。