呼倫貝爾一次暴雨的物理量診斷分析

楊保成

摘? 要：利用NCEP再分析資料、區域自動站資料，從環流配置、物理量配置等對2018年7月呼倫貝爾地區一次暴雨天氣進行了診斷，結果表明：在環流形勢穩定的前提下，充沛的水汽輸送，螺旋度的大值落區及高溫高濕的能量鋒區在暴雨區匯集，這樣的物理量配置利于中、小尺度系統的發展，有助于暴雨產生。

關鍵詞：暴雨;垂直螺旋度;能量鋒區

中圖分類號：P458.1+21.1? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0064-03

Abstract： Using NCEP reanalysis data and regional automatic station data， a stormy weather in Hulunbuir area was diagnosed in July 2018 from circulation configuration and physical quantity configuration. The results show that under the premise of stable circulation， abundant water vapor transport， the high value falling area of helicity and the energy front area of high temperature and high humidity gather in the rainstorm area， which is beneficial to the development of medium- and small-scale systems and to the occurrence of torrential rain.

Keywords： torrential rain; vertical helicity; energy front

引言

內蒙古地區的暴雨雖然不如濕潤地區的頻繁，但雨量集中，強度大，突發性強，是內蒙古主要災害性天氣之一[1]。近年來，很多學者都對夏季內蒙古暴雨進行了診斷分析[2-3]，對于呼倫貝爾地區的暴雨研究總體上不夠深入。鑒于此，本文以呼倫貝爾地區一次暴雨天氣過程為例，重點對此次暴雨進行物理量診斷，期望能夠為暴雨天氣過程提供科學合理的參考依據。

1 資料選取與研究方法

1.1 資料選取

本文利用NCEP資料（網格距1°×1°經緯度，6h一次全球再分析資料）;觀測資料選用呼倫貝爾氣象觀測站資料。

1.2 研究方法

本文將借助于螺旋度，研究本次暴雨過程的動力學特征。其在等壓坐標系中，垂直螺旋度可以寫成如下形式：

其中：u，v，w分別為等壓坐標系中x方向，y方向和垂直方向的速度，？灼為垂直方向上的渦度。

Hz螺旋度公式表明，垂直螺旋度是垂直速度與渦度垂直分量的乘積，由于在強天氣區有強的上升運動（w>0），如果渦度為正，則有正螺旋度;如果渦度為負，則有負螺旋度。

2 天氣過程簡述

2018年7月7日-8日，呼倫貝爾地區出現強降水天氣過程，其中38個氣象站出現暴雨，最大降水量為阿榮旗興隆水庫83.5mm。根據民政局統計，本次暴雨洪澇災害共造成直接經濟損失3141.3萬元，受災人口10584人，農田受災16181.8公頃，成災12262.4公頃。

3 環流形勢特征

分析7日08：00 500hPa高度場，亞洲北部為一槽一脊型，貝加爾湖地區有一深厚的低槽，槽后冷中心溫度達-24℃，偏北風風力較大，預示槽將進一步發展，同時，下游阻塞高壓異常強盛，使得冷渦穩定。8日08：00（圖1a）槽發展成冷渦，呼倫貝爾東南部處于西南氣流之中，200hPa高空急流抽吸作用明顯，利于暴雨產生。20：00冷渦維持，9日08：00呼倫貝爾地區低層逐漸被干冷空氣控制，降水趨于結束。

低層850hPa（圖1b）呼倫貝爾西部維持一低渦，同時低空急流在暴雨區形成，利于水汽和能量的匯集，有助于暴雨出現。

4 物理量分析

4.1 水汽條件分析

4.1.1 比濕

8日08：00 850hPa比濕圖（圖略），呼倫貝爾市東南部比濕達到11g·Kg-1，同時偏南風急流達到18m·s-1，水汽沿著急流區向北聚集，14：00，11g·Kg-1的比濕大值區東移，暴雨區風速減弱至4m·s-1～8m·s-1。20：00，比濕大值區進一步東北移，由于冷空氣的滲透，呼倫貝爾中南部轉為偏西風，比濕值進一步減小，水汽通道進一步阻斷直至降水結束。

4.1.2 水汽通量、水汽通量散度

8日08：00 850hPa水汽通量（圖2a），渤海灣的水汽沿著偏南風急流向呼倫貝爾東部輸送，水汽通道完整，中心值達到20·cm-1·hPa-1·s-1;14：00（圖2b）水汽通道進一步東移，水汽中心位于呼倫貝爾東北部地區;08：00水汽通量散度場在呼倫貝爾東南部出現了輻合，中心值為-8×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1;14：00，水汽輻合中心進一步北移，中心值增大為-14×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1;14：00沿124°E做相對濕度剖面，在強降雨區上從1000hPa至700hPa為相對濕度大值區（大于80%），同時風向隨高度順時針旋轉，表明對流層低層存在暖平流，在700hPa至550hPa之間則相對濕度較小，說明對流層中層較干，差動濕度平流有利于不穩定的發展，利于降雨的加強。

4.2 動力條件分析

8日08：00 850hPa垂直螺旋度（圖3a），螺旋度正值大值區呈近似橢圓狀南北走向，中心值達到120×10-6m·s-2，暴雨站1處于螺旋度正值大值區之中，對比實況降雨，05：00-08：00站1的降雨量達到35.2mm，表明垂直螺旋度大正值落區與短時強降雨落區比較一致。

沿124°E做剖面圖（圖3b），在強降雨區上空850hPa有一正值中心，中心強度達到120×10-6m·s-2， 正值區域垂直伸展在950hPa-600hPa之間，同時隨高度向高緯地區傾斜發展，表明大氣斜壓性較強，垂直螺旋度伸展較高，正渦度與垂直速度都比較大，利于短時強降雨的產生。

4.3 熱力不穩定條件分析

4.3.1 K指數

8日08：00 850hPa K指數圖（圖略），K指數大于35℃的區域集中在呼倫貝爾東南部地區，其中站1的值更是接近37.5℃，表明此時對流層低層大氣層結極不穩定，易出現對流性天氣;14：00 K指數大于35℃的區域進一步東移，站2仍處于這一不穩定區域中，對比實況降雨可知，13：00-14：00，站2降雨量為17.1mm，強降雨區與K指數大于35℃的區域比較一致。

4.3.2 假相當位溫

假相當位溫的分布能夠反映大氣中濕斜壓能量的分布，假相當位溫的高值區為高溫高濕的高能區，等值線的密集區為能量鋒區，8日08：00 850hPa假相當位溫（圖4a），呼倫貝爾地區東南至西北存在一條高能舌區，中心值已達到334K，屬于一個高能中心;14：00的剖面圖（圖4b），在強降雨區域上空存在一條能量鋒區，同時，在900hPa-700hPa之間假相當位溫隨高度減小，不穩定條件明顯，說明在中低層高溫高濕的有利環境下，暖濕空氣的輻合抬升促進了不穩定能量的發展，形成強降雨。

5 結論

（1）高空冷渦穩定少動，鄂霍茨克海形成阻塞形勢，使得地面至500hPa冷渦底部冷空氣南下與槽前暖濕氣流在呼倫貝爾地區交綏，利于增強西南水汽向呼倫貝爾地區輸送。（2）比濕大于10g·Kg-1的區域如果有偏南風速急流（低空急流）配合，一般會有暴雨產生，如果對流層低層到達或接近飽和，而對流層中層較干，則這樣的差動濕度平流利于不穩定的發展，利于暴雨的產生。（3）K指數達到或超過35℃，該地區易出現暴雨。（4）暴雨一般位于假相當位溫高能舌區（能量鋒區），能量鋒區上方存在不穩定層結，利于暖濕空氣的輻合抬升，對于暴雨形成正反饋機制。（5）垂直螺旋度正值區對于暴雨的落區具有較好的指示意義。

參考文獻：

[1]顧潤源.內蒙古自治區天氣預報手冊[M].北京：氣象出版社，2012：154-260.

[2]張桂蓮，仲夏，韓經緯，等.內蒙古中西部地區一次極端大暴雨特征分析[J].干旱氣象，2018，36（1）：17-26.

[3]常煜.內蒙古典型暴雨過程的中尺度雨團觀測分析[J].應用氣象學報，2016，27（1）：56-66.