東北冷渦下的尼爾基流域一次暴雨天氣過程分析

牛立強，周 炫

（松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林長春130021）

0 引言

東北冷渦是我國東北地區特有的天氣系統，是造成東北地區持續陰雨、洪澇、突發性強對流天氣的重要天氣系統，對東北地區的天氣氣候有重大影響。孫力等[1]對1998年松嫩流域東北冷渦暴雨過程進行診斷分析，指出東亞阻高、西太平洋副高和東北冷渦以及它們在強度和位置上的最佳配置構成了松嫩流域持續性暴雨的大尺度環流背景。王蕾等[2]對2000—2017年東北冷渦活動氣候特征進行了分析，指出冷渦發生頻次和日數均具有明顯的年際變化。齊鐸等[3]指出，根據冷渦系統的環流特點，將冷渦過程劃分為初生、發展、成熟和減弱等階段，并給出各階段的物理量特征。本文主要應用天氣學分析和物理量診斷方法，利用NCEP（美國國家環境預報中心）的1°×1°逐6h再分析資料和降水實況資料，從環流形勢、物理量場特征等方面對2020年8月2日—4日尼爾基流域一次暴雨形成機制進行詳細分析。

1 降水實況

2020年8月2日—4日，尼爾基流域出現大到暴雨，局部大暴雨，并伴有短時強降水等強對流天氣，最大點雨量為嫩江站（黑龍江省-嫩江縣-嫩江鎮）223.3mm，主要降水時段為8月2日19時—8月3日3時，1h最大雨強為71.8mm，出現在8月2日21時（圖1）。流域累計面雨量見表1。由此可見，此次降雨過程具有持續時間較長、累積雨量大、降水分布不均勻、小時雨強大等特點。

圖1 為嫩江站8月2日—4日逐小時降水量分布圖（單位：mm）

表18 月2日—4日尼爾基流域面雨量統計mm

2 環流形勢

500hPa高空圖上，8月2日8時（圖2a），在貝加爾湖東南側已形成高空冷渦，中心強度為572 dagpm，并與強度為-12℃冷中心相配合，從高空冷渦中心伸出的高空槽線位于112°E，槽后冷平流明顯，導致高空冷渦不斷發展，中緯度鋒區加強，其東側的西太平洋副熱帶高壓強度偏強，位置偏北，且維持時間較長，致使高空冷渦東移緩慢，這是此次降雨天氣持續時間較長的原因。隨著西太平洋副熱帶高壓的減弱和東退，高空冷渦自西向東穿過尼爾基流域，到5日8時（圖2b），高空冷渦中心移出尼爾基流域，降雨過程基本結束。從850hPa高空圖上，8月2日8時（圖3a），在貝加爾湖東南側維持一冷渦，尼爾基流域處于冷渦前部偏南氣流中，且處于暖平流區，不斷地積聚能量，形成“上冷下暖”高低空配置，有利于強對流的發生，冷渦自西向東穿過尼爾基流域，到5日8時（圖3b），冷渦中心移出尼爾基流域，降雨過程基本結束。地面圖表現為蒙古氣旋發展加強，8月2日8時尼爾基流域處于蒙古氣旋伸出的地面暖鋒中，3日8時蒙古氣旋移至內蒙古東北部，到5日8時，移出尼爾基流域。因此，從高空到地面的系統均為尼爾基流域暴雨的形成提供了有利條件。

3 物理量場特征

由于最大點雨量出現在嫩江站，因此以嫩江站暴雨為例，分析其各種物理量場特征。

3.1 動力條件

從散度分布來看（圖4），8月2日20時，嫩江站上空低層散度場由正值轉為負值；3日2時，低層輻合明顯增強，最大輻合中心位于950hPa附近，中心強度增強至-6×10-5/s，同時300hPa附近有一個4×10-5/s輻散中心與之對應，這種低層輻合、高層輻散形勢，有利于暴雨產生。從垂直速度來看（圖5），8月3日2時，嫩江站上空整層垂直上升運動明顯增強，高值中心位于800hPa附近，強度達-0.9×10-2hPa/s，為暴雨的產生提供了有利的動力抬升條件。從渦度來看，8月3日02—08時，嫩江站上空為正渦度，大值中心位于600hPa附近，強度達12×10-5/s，說明中層有強烈的抽吸作用，有利于暴雨的產生。

圖4 嫩江站上空散度隨時間和氣壓變化（單位：10-5/s）

圖5 嫩江站上空垂直速度隨時間和氣壓變化（單位：10-2hPa/s）

3.2 熱力條件

從假相當位溫看（圖6），8月2日20時，嫩江站上空700hPa以下假相當位溫隨高度遞減，θse（1000-700hPa）約為10K，往上隨高度遞增，即700hPa以下有較強的對流不穩定，加上850hPa以下比濕值大于10g/kg，為暴雨的產生提供了有利的熱力和水汽條件。至3日2時，短時強降水發生后，能量釋放，假相當位溫迅速減小。

圖6 嫩江站上空假相當位溫和比濕隨時間和氣壓變化（圖中實線為假相當位溫，單位：K；陰影區域為比濕，單位：g/kg）

圖2500 hPa形勢場（圖中實線為等高線，單位：dagpm；虛線為等溫線，單位：℃）

圖3850 hPa形勢場（圖中實線為等溫線，單位：℃；一個風羽為4m/s）

3.3 水汽條件

充足的水汽輸送是產生強降水的必要條件之一。從水汽通量來看（圖7），8月2日14時，水汽主要來源于渤海和黃海，水汽通量大值輸送軸線由南向北指向尼爾基流域，最大值達30g/（s·hPa·cm），850hPa偏南氣流將水汽從渤海和黃海一帶源源不斷地向尼爾基流域輸送，為暴雨的發生提供了較好的水汽供應。從水汽通量散度看（圖8），8月3日2時，嫩江站上空近地面層一直到700hPa都有水汽通量輻合，并且最大輻合中心位于950hPa，強度達-8×10-8g/（s·cm2·hPa），表明嫩江站上空有較強的水汽通量輻合。

圖8 嫩江站上空水汽通量散度隨時間和氣壓變化（單位：10-8g/（s·cm2·hPa））

圖72 日14時850hPa水汽通量（陰影區域，單位：g/（s·hPa·cm）；一個風羽為4m/s）

4 結語

1）此次尼爾基流域暴雨過程主要以對流性降水為主，并伴有短時強降水等強對流天氣。此次過程的影響天氣系統為東北冷渦和地面蒙古氣旋。

2）嫩江站上空低層輻合，高層輻散，中層有強烈的抽吸作用，并且整層垂直上升運動明顯增強，為暴雨的產生提供了有利的動力抬升條件。

3）嫩江站上空700hPa以下有較強的對流不穩定，為暴雨的產生提供了有利的熱力條件，短時強降水發生后，能量釋放，假相當位溫迅速減小。

4）嫩江站上空近地面層一直到700hPa都有水汽通量輻合，850hPa偏南氣流將水汽從渤海和黃海一帶源源不斷地向尼爾基流域輸送，為暴雨的發生提供了較好的水汽供應。