鐵嶺地區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生、發展及影響因素進行了分析和診斷。結果表明：鐵嶺地區此次強降水過程主要受冷渦和副熱帶高壓在內的大尺度環流系統影響，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致局地強對流天氣，副高的穩定使降水持續時間較長。

關鍵詞 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 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0217-03

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

研究發現，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]。王東海等系統地回顧了幾類影響東北暴雨的天氣系統，歸納出東北暴雨的氣候因子及東北冷渦內部結構特征及發生、發展、演變的機理等[2]。近年來，一些學者對冷渦系統的環流特征及持續性活動進行了分析[3]，其中包括冷渦個例的MCS結構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，強降雨主要出現在25日14：00—22：00。各縣市城區降雨量分別為：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，出現在開原市城區；最大小時雨強51 mm，出現在開原市上肥地鄉（圖1）。降水期間伴有雷暴、大風、冰雹和短時強降水等強對流天氣。

2 環流背景分析

2.1 500 hPa環流形勢

24日20：00歐亞地區中高緯呈明顯兩槽兩脊環流形勢，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高脊發展。副熱帶高壓抬升至遼寧中部，利于暖濕氣流輸送。25日8：00，貝湖西側高脊穩定發展，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，產生降水，見圖2（a）。25日20：00冷渦西側高脊繼續發展，東側減弱至平直等高線，副高繼續南撤，導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，見圖2（b）。26日8：00，副高南退至朝鮮中部，遼寧高空轉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，鐵嶺地區位于切變前部，西南急流加強輸送暖濕水汽，風速達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，對鐵嶺地區影響減弱。

2.3 地面形勢

25日8：00，華北地區發展一氣旋系統，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合，利于強降水過程持續，見圖4（b）。26日8：00，氣旋減弱消失，地面轉為較弱東北風，強降水過程基本結束。

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逐漸增強。在25日14：00，Cape值達950J/kg，K指數為37 ℃，其他不穩定條件不明顯。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，僅依靠當地水分，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），水汽輸送最大區位于遼寧東部低壓系統內。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，輻合區中心位于吉林、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，低層轉為負的水汽平流，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出現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，加強暴雨區的對流不穩定和垂直環流。

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（正值），高層的輻散有利于動力抽吸作用增強，使得次級環流增強，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 結語

鐵嶺此次強降水過程主要受冷渦和副熱帶高壓在內的大尺度環流系統影響，局地有強對流過程，但以持續性降水為主。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。副高的穩定使鐵嶺地區受影響時間較長，降水區移動相對緩慢，造成此次降水強度大、持續時間長，災害較為嚴重。

5 參考文獻

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980：225.

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

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

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