一次黄河气旋暴雨过程分析

一次黄河气旋暴雨过程分析

罗箭宇，高松影，于文革，孟 鑫，王玉琦

【摘 要】摘要：利用常规气象观测资料、FY2G卫星资料、多普勒雷达资料以及T639/NCEP2.5×2.5在分析资料对丹东地区2016年7月21日至23日的暴雨天气过程的成因进行了分析。分析表明：此次强降水天气过程是受到黄河气旋北上影响，随着日本海高压脊东撤，冷空气与沿稳定维持的副热带高压西侧低空急流相交汇，给丹东地区带来一次强降水天气过程，过程雨量暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。

【期刊名称】农业开发与装备

【年(卷),期】2019(000)006

【总页数】4

【关键词】黄河气旋；暴雨；副热带高压

【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_agricultural-development-equipments_thesis/0201272894948.html

0 引言

暴雨是辽宁主要的灾害天气之一，丹东地区由于位于辽东半岛的东南侧，处在西风带与副热带气流交汇处，南来北往于渤海、黄海北部的天气系统都能影响丹东地区，西风带的冷锋、气旋、低涡、副热带高压西部的切变和热带系统台风等都可能在丹东引起暴雨。丹东地区为中国北部的降水中心，每年的7、8月份是丹东暴雨的多发时段，尤其是在7月下旬至8月上旬，随着副热带高压的西伸北抬，其西侧暖湿气流与西风带高空槽共同作用，在丹东地区易形成中尺度对流系统，带来大范围降水。本文利用常规气象观测资料、FY2G卫星资料、多普勒雷达资料以及T639/NCEP2.5×2.5在分析资料对丹东地区2016年7月21日至23日的暴雨天气过程的成因进行研究分析。

1 降水实况

2016年7月21日至23日受黄河气旋北上影响，同时随着日本海高压脊东撤，冷空气与低空急流交汇，给丹东地区自西向东，由北向南带来一次强降水过程，过程雨量达到暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。全地区78个自动站，过程降雨量达到暴雨的12个、大暴雨46个、特大暴雨13个。最大值出现在宽甸的永甸镇为321.6 mm。丹东全地区虽然持续降水，但随着系统的移动，国家级区域站降水集中时段与形态差别有明显区别（图1）。

分别分析丹东地区四个国家级区域站，自20日20时至23日08时的降水分布情况。

1）丹东站：丹东站主要时段为21日16时至17时、22日13时至15时以及22日21至23时三个时次的短时强降水。

2）东港站：东港站主要时段为22日13时至15时以及23日01时至03时两次短时强降水。

3）凤城站：凤城站自21日午后就持续降水，其中有三个时段较为集中，为21日午后、22日凌晨及傍晚。

4）宽甸站：宽甸站自21日早晨就有降水，但21日降水较弱，主要集中在22日白天。

根据四个国家级区域站的降水实况分析，本次降水过程，南北降水性质有明显差异，南部地区主要以2h左右的短时强降水，其它时间无降水或小时雨量不足3 mm。而北部地区降水主要是持续性降水，自21日白天到22日夜间持续降水，逐小时降水分布比较均匀，中间穿插着降水比较集中的时段。

2 环流背景与影响系统分析

2.1 高空形势

从7月20日20时至23日20时500 hPa等压线以及850 hPa风场图分析，亚洲高纬度贝加尔湖东北部为冷涡中心，贝加尔湖西侧低值系统分裂出的冷空气在贝加尔湖以南地区形成短波槽，短波槽随着西风带向东南移动，500 hPa上温度槽落后于高空槽，槽线上有冷平流，短波槽加强，南伸变得明显。在两河流域地区表现为黄河气旋，黄河气旋逐渐东移北上，推动低涡北抬，黄河气旋在北上的过程中与东移来的南支槽合并成一个低值系统，在23日低值系统逐渐移动到内蒙古以北地区，丹东降水趋于结束（图2）。

2.2 副热带高压

副热带高压（简称副高）588 dagpm线的西界位置不仅决定了辽宁暴雨产生所需的水汽的输送路径，而且决定副高后部低层切变线的位置和强度，是辽宁出现区域性暴雨的重要条件[1]。20日08时副高西界维持在110°E，之后持续维持在105至110°E之间，块状的副热带高压在降水期限强度变化不大且势力较强，但由于588 dampm线西伸明显，并且592 dampm线也随之西行，南方的暖湿空气在副高内沿592 dampm线源源不断的输送到辽东地区。

对于辽宁地区降水来说，副热带高压的西伸有利于引导西南暖湿气流北上，夏季降雨与西太平洋副热带高压（以下简称副高）各特征指数的关系，尤以与副高脊线位置的关系为最好[2]。副热带高压的北抬有利于在辽宁下游地区形成高压坝，从而使冷空气移速减慢，冷暖空气作用时间延长，有利于辽宁降水的时间延长，从而使降水强度增大。在21日20时副热带高压的北界甚至北抬到43°N附近，副热带高压北界在北抬-维持-南落的过程，使低涡持续维持贝加尔湖以北地区，冷空气不断向辽宁地区补充，在丹东北部地区产生持续性降水（图3）。

由于本次降水过程主要分为南北两个方面以及两个时间段，20日20时至21日20时，位于副高西侧的黄河气旋由于副高的阻挡，其携带的大量水汽只能沿副高顶部边缘偏东气流传输，黄河气旋本身对副高顶部强降水区域的水汽输送有限，因此其在该时段对本次过程的影响主要为冷涡对副热带高压的挤压作用，为副高的西伸北抬提供一定的动力条件，使副高稳定维持并与北方的低涡系统形成长时间对峙，在一定意义上延长了降水的持续时间，以此来间接影响本次降水，也是北部地区首先开始有较弱降水的原因。而22日08时至23日20时，由于黄河气旋的进一步西进北上，其位置已经由副高西侧转为顶部，且在其外围北侧存在明显沿副高外围北上的水汽输送，并在辽宁的中东部，吉林的南部存在一个水汽输送的大值区。说明在该时段沿副高外围北上的暖湿气流输送较强，由于有新的暖湿空气的补充，副高外围的中尺度对流云团得以再次发展，并沿西南气流北上至辽宁东南部，从而造成丹东地区全区降水过程的又一次增强。

2.3 高、低空急流分析

在降水发生前12 h，沿着副高边缘低空急流明显，850 hPa强度大于等于为20 m/s的低空急流自西南一直贯穿到华北地区并逐渐向辽宁地区发展。200 hPa大约等于40 m/s的高空急流在降水发生前24 h建立并逐渐加强，阶段性的强降水主要出现在850 hPa低空急流维持过程中，200 hPa高空急流发展到最强后，强度逐渐减弱，其右侧的强辐散区与低空急流左侧的强辐合区在丹东地区上空形成耦合抬升作用促使强降水的发生，并且低空急流强度越强，降雨的强度也越强。丹东处于辐合的位置急流的顶部，由于副热带高压在偏北的有利位置，在热带、副热带、西风带系统共同形成的低空急流，输送的水汽和能量更加强势，提供降水充足的水汽（图4）。

3 物理量场分析

3.1 动力条件

持续性暴雨作为一种深厚对流，其发展必须具备三个条件，即充足的水汽供应、层结不稳定、有一定的抬升条件，三者缺一不可（朱定真，华东地区大范围热带气旋大暴雨的综合分析，气象科学）。槽前正涡度平流使地面气旋发展，地面辐合上升增强。图5为丹东地区2016年7月20日08时500 hPa涡度场。在500 hPa，由于冷空气入侵，涡度中心东移到河南境内，涡度也出现明显的大值区，达到了120×10-5·S-1，说明此时气旋发展强盛。到夜间20时，当气旋中心处于山东烟台地区时，在渤海以及黄海南部存在一个-40×10-5·S-1的的闭合中心，丹东地区处于闭合中心顶部，涡度值为20×10-5·S-1，但是对应此时850 hPa高度丹东地区为一个-40×10-5·S-1的中心。随着冷空气的入侵，涡度中心逐渐移动到丹东地区，丹东地区涡度值的变化，说明了系统的移动和发展，对丹东地区暴雨天气的加强和持续比较有利。

3.2 热力条件

层结结构的特征是降水性质的主要决定因素，通过22日08时及20时850 hPa高度层上假相当位温（图5）分析，假相当位温高值中心位于山东省北部，中心支为88 K，其高能舌伸向辽宁南部，甚至20时范围扩大到辽宁中部地区。丹东处于假相当位温的高值区的顶端，假相当位温高值区产生于大气斜压不稳定，与能量锋区和低空急流密切相关，它的形成和发展受到低纬度强暖湿空气和弱冷空气影响。本次过程虽然冷空气势力较强，但是主体偏北，并且沿副热带高压的西南暖湿气流维持给辽东地区提供了充足的水汽和能量。根据假相当位温的南北差异分析，北部地区上空处于深厚的，接近垂直的，接近不稳定的层结控制，持续降水为主要表现特征。而南部地区表现为阶段性降水，每一次底层暖湿空气的加强与干冷空气的作用均会产生一次强降水，之后不稳定层结构被破坏，但很快又重新建立，又会出现一次新的强降水。

从T-LogP图（图略）可知，整层大气都很湿润，降水条件较好，并且中层一直存在假相当位温随高度减小层，即存在不稳定能量，低层暖湿，对流不稳定，非常有利于强降水发生。

从暴雨期间丹东地区探空站CAPE值、K指数和SI指数资料表明，在丹东以及东港地区短时强降水的时段，K指数均大于35、沙氏指数小雨0，总指数接近40或大于40，表明丹东地区处在潜在不稳定状态，由于CAPE值较低，所以能量条件比较一般，这也是南部地区本次降水过程以短时强降水为主，其他时刻无降水或降水很弱的原因。丹东探空资料显示地面至850 hPa甚至700 hPa温度露点很接近，整层暖湿，空气几乎饱和，所以在存在触发机制的条件下，每一次能量的累计到释放对应着南部地区的一次短时强降水（表1）。

3.3 水汽条件

水汽通量散度的数值和平流方向可以了解暴雨过程的水汽来源以及这种水汽输送和天气系统的关系。21日20时与22日20时（图6），从江淮地区向北有水汽输送，其中丹东地区水汽通量达24，这次暴雨的水汽输送原地是江淮地区，沿着副高后部的低空急流向北输送。21日20时与22日20时（图7），辽宁东北部地区均有一个水汽通量辐合中心，相对于丹东地区位置比较偏北，但强度很强，丹东位于副热带高压后部的西南急流的左前方，急流将水汽源源不断的向北输送，在辽宁东北部堆积抬升，致使丹东北部的持续性降水。

低层辐合、高层辐散导致强烈的上升运动，为暴雨提供了有利的大尺度动力条件。西南方向上的水汽输送造成了暴雨区的大气的高湿。低层辐合系统造成暴雨中心强烈的水汽通量辐合利于激发中尺度对流系统，高层质量和能量的疏散有利于对流系统的维持和加强。

以辽宁省暴雨指标大于等于12 g/kg来看。本次暴雨过程20日开始比湿值均达到12，甚至在22日08时至23日08时（图8）达到14 g/kg。分析不同高度的比湿以及相对湿度（图略），在辽宁地区，存在一个宽度达10个纬度，高度超过700 hPa的湿柱。自西向东的湿柱东移，结合低空急流的发展，可以解释为，低空急流输送的水汽到达湿柱前部，使得降水发生前12到24 h底层的湿度明显增加，同时它源源不断输送的水汽与高空冷涡底前部的湿柱合并，使得水汽堆积到一定的厚度，为暴雨提供充分的水汽条件。

4 卫星云图分析

从FY-2G水汽图像看（图略），21日20时至23日08时辽东地区位于冷空气与副热带高压的后部的暖湿空气交汇处，在黄河气旋东北侧，不断激发出MCS。MCS生成后向东北方向移动，后部不断新生成对流云团影响丹东地区。

从红外云图的演变情况来看，由于低涡系统影响云系庞大，发展强盛、深厚，中心亮温较低，且云系自北向南，由东到西移动缓慢，给我市带来了长时间的持续降水。而21日21时，山东地区一带有强降水云团，并快速向东北方向移动，在移动到渤海海面的过程中，由于海水在夏季充当了冷源，下垫面状态改变，强度减弱。但强度减弱的云团再次移动到辽宁南部后由于下垫面的加热作用开始加强。在22日02时至08时左右在丹东北部地区开始形成强对流云团对应22日02时至08时也是凤城、宽甸地区降水的最强时段。从该时刻的FY2G红外云图分析大尺度环流场，分析该时段强降水发生前后的红外云图中的中尺度对流系统可以发现，在逐渐北移的过程中云团中心的白亮程度说明流云团云顶亮温低，对流发展旺盛。在22日20时随着黄河气旋的北上，在山东半岛又新的云团生成，这次在东北方向移动的过程中相对于丹东地区偏南，主要影响的为南部地区，对应丹东、东港在22日22时以后的两次短时强降水。黄河气旋携带的暖湿空气得以沿副高外围北上输送到降水区域，使副高外围的暖湿空气又一次与贝湖南下的冷空气发生对峙，对流活动再次得以发展，使副高的形态稳定维持之外，还为副高西侧外围中尺度对流系统的发展提供一定的热力及水汽条件，使丹东地区对流天气又一次强烈发展（图9）。

5 结语

1）本次降水主要分为两个主要影响系统，黄河气旋东移北上的过程中，推动高空冷涡北抬，与冷涡后部的加深的短波槽形成一个深厚的辐合系统。前期副高外围暖湿气流与贝湖冷空气在辽宁东部及吉林南部相交汇形成降水，由于暴雨区处于高能高湿状态，且低空急流与高空急流的叠加耦合，使得对流运动在辽宁东部强烈发展，最终形成北部暴雨；后期由于黄河气旋北上，并且位置偏北，由于气旋底部影响，形成南部的短时强降水。

2）副热带高压的偏强，西界维持在110°E，之后持续维持在105至110°E之间很好的保证的降水时间，而北界的位置偏北，北界甚至北抬到43°N，副热带高压北界的北抬，保证降水的强度。

3）本次降水的强降水时段主要出现在850 hPa低空急流维持的过程中，低空急流维持越强降水越强；低空急流在本次降水中，对水汽和能量的输送起到非常重要的作用，一方面为暴雨提供所需要的大量水汽，一方面使得暴雨区底层大气增湿增暖，从而引起对流不稳定加强级垂直上升运动强烈，为暴雨提供大量不稳定能量。

4）深厚的、接近垂直的不稳定层结是本次稳定性降水的主要原因，其中强降水的时段发生在底层暖湿空气的加强与中层干冷空气发生作用的时候。上干冷，下暖湿，墙不稳定是对流性降水的原因。

5）暴雨出现在低空急流的顶部。降水发生前12～24 h，丹东地区底层湿度明显增加。相对湿度、比湿、水汽通量都达到辽宁暴雨指标。

参考文献

[1] 陈传雷.2010年辽宁主汛期暴雨过程副高、急流及层结特征分析[J].气象科技，2013，41（1）：146-152.

[2] 段丽瑶.西太平洋副热带高压位置对华北盛夏降水的影响[J].气象科技，2008，36（3）：273-276.

[3] 公颖，陈力强，隋明.2001-2010年辽宁区域性暴雨阶段性特征[J].气象与环境学报，2011，27（6）：14-19.

【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_agricultural-development-equipments_thesis/0201272894948.html

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