2017年“8.03”特大暴雨過程水汽條件特征分析

胡明 劉靖楠 高莉莉 鄢曉茜

摘 要：本文著重分析遼寧省2017年8月3到5日一次罕見的受2017年第10號臺風"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響所導致的特大暴雨過程中的水汽條件。主要利用高空風場、地面加密自動站、高空探空圖、地形圖等資料來分析此次暴雨過程的大尺度環流背景、水汽來源及輸送情況和地形因素對強降水的影響。

關鍵詞：特大暴雨；水汽通量；水汽通量散度；比濕；整層大氣可降水量

1 降水實況

受2017年第10號臺風“海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響，8月2日20時至5日8時，遼寧省西部、東南部出現特大暴雨。過程最大降水量502.5毫米，出現在岫巖縣的馬嶺站。最大小時雨強為112.5毫米，出現在岫巖縣永貴村站。降水量大于250毫米的有68個站；100～249.9毫米的有296個站；50～99.9毫米的有356個站；25～49.9毫米的有329個站。

2 環流形式分析

3日08時850hpa存在兩條輻合線，一條呈南北走向自山東西部到河北，另一條呈東西走向自河北東部到遼寧中西部地區。引發此次暴雨的主要天氣系統是呈東西走向的風速輻合帶，該系統逐漸東移，于3日20時移出遼西地區，此時系統強度有所減弱；4日08時，該系統移入遼寧省東部地區，此時強度又有所加強。而南北走向的切變線主要為遼寧地區帶來了南海和孟加拉灣的水汽，為遼寧地區的暴雨提供了充足的水汽。200hPa遼寧位于兩條輻散的急流帶中間，為明顯的輻散區，加強了氣流的上升作用。

3 水汽條件特征分析

3.1 水汽通量與水汽通量散度分析

通過對7 月30 日到8 月4 日平均的整層積分的水汽通量及其散度圖的分析，發現水汽主要來源于東南沿海。由于熱帶氣旋北上攜帶了大量的水汽，氣旋頂部到達遼寧后，后部仍有東南氣流從西太平洋向其源源不斷的輸送水汽，所以強降水出現在變性低壓中心的強輻合區和輻散區交匯處。水汽的輸送通道只是對于持續降水水汽的補充，同時水汽輸送的路徑依然受低壓系統的影響。

通過對2日20時850hPa的水汽通量場的分析可以看出此時在山東半島地區有一個明顯的強中心區域，遼寧西部地區正好位于該中心區域的邊緣。通過850hPa風場的疊加可以看出遼寧西部地區有一個明顯的強水汽輸送帶，為此次降水過程提供充足的水汽。同時發現隨著水汽輸送帶的東移發展，降水主體也有所東移且發展。

通過分析2日20時850hPa的水汽通量散度場，可以看出此時在河北東部地區有一弱水汽輻合區開始影響遼寧西部地區，同時伴隨著上升運動。3日20時850hPa的水汽通量散度場表明在遼寧以北吉林地區有一明顯的水汽輻合區域，其強度較2日20時的強度有所加強。該水汽輻合區域不僅為遼寧東北部地區提供充足的水汽，同時還提供較好的動力條件。

3.2 比濕場分析

通過分析錦州、大連、丹東三站的垂直水汽分布，發現在主要降水時段之前三站比濕≥8g/kg的濕中心伸展高度均可達到500hpa，這表明對流層中低層水汽與降水強度有一定的相關性。從三站的逐時降水量分布情況發現，明顯降水均發生在比濕達到峰值之后的一段時間之內，并且850hpa以下比濕大于10g/kg維持的時間長短與降水的持續時間長短有較好的對應關系，如錦州站3日08時比濕就達到最強，強中心位于925hpa到850hpa之間，隨后該站附近出現了明顯的降雨天氣，最大小時降水量為40毫米。而4日08時丹東、大連站700hpa以下的比濕一直大于10g/kg，與之對應丹東、大連站的降水持續時間也較長，只是兩站比濕在3日08開始時就已經達到最強，并一直維持，強中心同樣位于850hpa到925hpa之間，明顯降水也出現在比濕達到最大之后，由于前期的水汽累積，兩站附近出現的最大小時降水量為112毫米。

3.3 整層大氣可降水量PWV演變特征

從GPS/MET遙感PWV的水平分布特征來看，8日2日20時，遼寧西部地區的PWV已經達到55～60mm以上。隨著2日夜間臺風減弱的熱帶低壓逐漸北上，受到其輸送水汽的影響，3日2時，遼寧西部地區PWV出現大值區，遼寧西部PWV明顯增加，大部分地區已經增加到60～65mm，6h增加量達到5～10mm，這意味著水汽條件增加，有利于出現極端暴雨天氣。因此2日夜間到3日早晨，朝陽地區出現大暴雨天氣。在3日中午開始，遼寧西部地區PWV開始減弱，PWV降低到35～40 mm，遼寧西部地區的水汽條件也逐漸停止。

3日白天遼寧中東部PWV始終維持在65mm左右，這說明南方系統北上，其水汽通道帶來的水汽十分充足。3日20時，岫巖及周邊PWV開始較之前有所增加，PWV更是達到66mm，也達到遼寧省發生暴雨天氣PWV閾值。同時在強降水發生期間（4日2時），PWV更是高達70mm，更是表征本次暴雨極端性的原因之一。

4 地形因素對降水的增幅

由于本次過程主要受東南氣流影響，通過對遼寧省地形的分析發現，在2日20時到3日20時的時段內的降水中心朝陽地區正好位于大興安嶺余脈努魯爾虎山迎風坡處，其中心雨量為326毫米；在3日20時到5日8時的降水中心鞍山岫巖、丹東、大連東北部一帶位于長白山山脈迎風坡處，其中心雨量為502毫米。地形對降水主要有動力和云物理兩方面的影響。一方面由于地形的強迫抬升作用，增強水汽的凝結量并觸發不穩定能量釋放，使得降水增強；另一方面，改變降水形成云霧物理過程，使已經凝結的水分，高效率地下降為雨，從而增加降水量。這也是此次過程兩個降水中心位于山脈迎風坡的原因之一，說明了地形對降水有著較為明顯的作用。

5 結論

本次暴雨過程為臺風"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓的共同影響，低空切變線停滯少動，北上氣旋持續影響遼寧地區；低層和中層水汽來源主要為臺風"海棠”減弱低壓和副熱帶高壓兩條通道，這為暴雨的發展提供了充足的水汽；850hPa水汽通量散度復合中心與強降水的極值中心有較好的正相關關系。暴雨發生的前期和發生時均存在強烈的水汽向上輸送，高濕層即比濕大值區集中在從地面一直延伸到中高空500hPa處；本次暴雨的兩個極值中心，在降水前PWV均存在著增加的現象，在發生強降水期間PWV達到65～70mm。當PWV降低后，對應站點的降水也逐漸結束。同時在本次過程中地形對降水有一個很好的增幅性作用。