2018年8月13—15日大連地區大暴雨過程環流形勢診斷分析

張 楊 宋若寧 李金龍

（大連市金普新區氣象局，遼寧大連 116100）

8月副熱帶高壓、高空槽攜帶冷空氣南下以及臺風殘余環流北上是影響我國北方地區的重要天氣系統，具有生成突然、發展迅速、影響范圍廣等特點。大連地處中緯度，易受東移北上的臺風殘余環流、副高外圍云系以及北部冷空氣的影響，特別是三者帶來的短時強降水以及臺風殘余環流引發強烈大風天氣，從而對海上交通運輸、漁業養殖、石油平臺作業等帶來比較大的影響，造成嚴重的經濟損失。尹盡勇等[1]針對2007年3月造成黃渤海地區嚴重海洋災害的一次入海氣旋發生與發展過程進行診斷研究，分析了低層鋒區和斜壓性、高低層渦度平流差異、南北西風槽合并對氣旋發展的影響。黃 彬等[2]重點分析了干侵入在一次引發渤海強風暴潮的黃河氣旋發展過程中的特征和作用。朱營禮等[3]利用擴展Zwack-Okossi方程分析了潛熱釋放、暖平流、渦度平流等在黃渤海入海氣旋快速發展不同階段的作用。黃 彬等[4]通過分析一次渤海入海的黃河氣旋的發生、發展過程認為，氣旋的強烈發展與溫度平流、高空槽前渦度平流、大氣斜壓性、高低空急流耦合等因素有關。2018年8月13—15日，受副高外圍云系、高空槽攜帶冷空氣以及臺風“摩羯”殘余環流的共同影響，特別是臺風“摩羯”殘余環流入渤海后的加強，造成了大連全域暴雨局部特大暴雨以及陸地大風9～10級、海上大風11級左右的大風災害。本文通過天氣尺度分析和物理量診斷方法著重分析了此次入海氣旋臺風“摩羯”殘余環流爆發性發展的原因，以期為以后強烈發展的黃渤海入海氣旋的分析、預報提供科學參考。

1 降水實況

從2018年8月13日早晨開始，受不穩定云系影響，大連地區出現了間歇性陣雨和雷陣雨。截至16日8：00，大連市區、旅順口區、金普新區南部、瓦房店市北部、普蘭店區中部及北部和莊河市大部出現暴雨和大暴雨，并伴有短時強降水、雷暴等強對流天氣；大連地區其他地區出現中雨到大雨。全市平均累計降雨量為74.4 mm，有52個觀測站降雨量超過50 mm，有75個觀測站降雨量超過100 mm，有2個觀測站降雨量超過250 mm（分別是莊河市天門山村，達290.8 mm；旅順口區董砣子村，達256.9 mm）。1 h最大雨量出現在莊河塔嶺鎮，為75.3 mm。8月13日8：00至16日8：00各主要站點降雨量見表1。

表1 2018年8月13—16日大連地區各主要站點降雨量單位：mm

2 環流形勢分析

2018年8月10日副高東退至125°E附近，在臺灣東部有臺風“摩羯”活動，此時中高層為兩槽一脊的形勢。 12日冷空氣于 40°N、110°E 處堆積，在蒙古形成冷渦、副高西進的同時，臺風“摩羯”在12日23：00于浙江登陸，減弱為熱帶風暴。大連地區處于副高外圍，副高外圍水汽十分充沛，比濕達到17 g/kg。從12日20：00探空曲線可以看出，此時CAPE值開始增強至1 721 J，而K指數為21，能量場較強，整層水汽都接近飽和，但中高層并無干冷空氣侵入，見圖1（a）。13日副高呈經向型，受副高外圍云系影響，大連地區13日早晨6：00左右南部地區開始出現降水。13日下午500 hPa在河北南部有一弱低壓存在，同時北部冷空氣東移、中層開始有弱冷空氣入侵，從探空曲線上可以看出500 hPa有干冷空氣入侵，見圖1（b）。此時，CAPE值高達3 346 J，而K指數也達到40，副高持續呈經向型且位于130°E。同時，臺風“摩羯”外圍云系也逐漸開始影響大連地區，導致大連地區西部和北部開始出現短時強降水天氣。13日夜間臺風“摩羯”繼續西北上，大連地區同時受臺風外圍和副高外圍的影響，北部冷槽東移過程中攜帶冷空氣南下，入侵的程度開始增強，三者共同影響大連地區。因為副高西進至130°E，所以降水區域偏北偏西，降水主要集中在瓦房店、普蘭店和莊河。14日白天副高略微東退，同時臺風“摩羯”殘余環流繼續北上，但副高還是維持在130°E，探空曲線上中低層700 hPa也開始有冷空氣的入侵，CAPE值為2 919 J，K指數到達38.1。大連地區北部瓦房店和莊河繼續出現短時強降水。14日傍晚在日本南部有新臺風“麗琵”向西北移，迫使副高南退，并在14日夜間與大陸高壓打通，位于臺風“摩羯”南部，促使臺風“摩羯”殘余環流從而向東北移，見圖2（a）。此時，高空200 hPa在臺風殘余環流上空有明顯的急流軸，臺風殘余環流位于急流軸出口區左側，其出口區左側向南的非地轉風偏差分量使臺風“摩羯”殘余環流上空具有很強的高空輻散，對臺風“摩羯”殘余環流入海加強極為有利。臺風殘余環流前部有高空槽和副高外圍帶來的暖濕空氣，后部有北部高空槽分裂南下的冷空氣，這種相互作用使臺風“摩羯”殘余環流于15日8：00在渤海入海后突發性發展加強，見圖2（b）。前期的水汽積累和副高外圍持續的水汽輸送也為臺風“摩羯”殘余環流的加強輸送了大量水汽，形成類似熱帶環流高層的螺旋云帶結構，是環流中心附近干侵入和濕氣流的典型模型，對環流發展有重要作用。從15日早晨開始，大連地區南部地區出現持續暴雨天氣。15日夜間隨著大陸高壓東進，環流型環流逐漸消散，全區轉為偏北氣流控制，降水結束。

3 雷達回波分析

分析雷達回波可知，自8月13日白天開始大連地區受副高外圍云系的影響，沿著副高西北側大連地區開始出現絮狀混合型回波，回波強度為30～45 dBZ。回波在大連地區金州以北及黃海北部持續生成東北移中加強，主要影響區域是瓦房店、普蘭店和莊河地區。在上述地區中，11：00—12：00首先由強的絮狀混合型回波在莊河北部地區加強，主要影響莊河北部地區，不斷有40～50 dBZ強度的降水回波經過，造成了莊河冰峪溝地區小時雨強達到43 mm。12：00普蘭店南部開始有強對流回波生成，并在東北上中部與莊河地區的回波連成一片。普蘭店開始出現短時強降水，四平街道小時雨強達到30 mm。從15：00開始，回波強度有所減弱，特別是普蘭店地區的回波減弱明顯，雨強也有所下降。此時，莊河光明山鎮地區的回波強度達到50 dBZ，強回波中心呈帶狀，持續影響該地區，并且移速緩慢形成列車效應，光明山鎮小時雨強達到67 mm。普蘭店南部回波北上時在瓦房店中部開始加強成塊狀強對流回波，強度為45～50 dBZ，瓦房店市在17：00出現短時強降水。隨著副高的略微北抬、西進，副高外圍云系主要集中在葫蘆島營口一線。強降水回波主要集中在莊河北部地區，0：00莊河塔嶺出現短時強降水，桂玉華鄉雨強達到50 mm。14日白天開始副高略微東退，同時隨著臺風變性環流北上，北部冷槽東移過程中攜帶冷空氣南下，大連地區北部開始有冷空氣匯入，導致14日9：00瓦房店、普蘭店、莊河有絮狀強對流回波生成。由于副高維持在130°E導致臺風外圍云系主體還是偏西，位于渤海西岸一側，大連地區主要受其攜帶水汽的影響。回波在北上過程中12：00左右逐漸移出大連地區，同時渤海西岸的回波強度整體偏弱（20～35 dBZ），為臺風外圍云系回波。其在北上的過程中減弱，副高外圍和臺風外圍云系帶來的回波主要壓在渤海和瓦房店西部地區，13：00—15：00瓦房店西楊鄉和萬家嶺地區出現短時強降水，雨強為50 mm左右，回波反射率上出現類似列車效應。此后，回波整體東北上，普蘭店北部和莊河北部持續受到影響。隨著14日傍晚在日本南部有新臺風“麗琵”向西北移，迫使副高南退，并在14日夜間與大陸高壓打通，位置在臺風“摩羯”南部，臺風“摩羯”殘余環流從而向東北移，冷槽攜帶冷空氣與臺風“摩羯”殘余環流于15日8：00在渤海形成環流型環流，并且加強加深。14日夜間位于渤海西南岸的臺風回波主體在東北移中開始增強，呈現片狀強降水回波。大連地區西部和南部開始逐漸受到影響，回波中心位于渤海中部，強度為45～55 dBZ，范圍較大。環流頂前部不斷有片狀強降水回波生成，回波帶主體寬度達到50 km，強度為40～50 dBZ。隨著環流旋轉不斷加強并持續影響大連、旅順，列車效應非常明顯，垂直積分液態水含量維持在20 kg/m2以上且持續時間較長，水汽條件非常充沛。15日白天大連、旅順地區出現短時強降水，并伴有大連本站14：00雨強達到60 mm。傍晚，隨著臺風“摩羯”殘余環流移出開始消散。

4 臺風“摩羯”殘余環流發展分析

4.1 溫度平流

溫度平流是斜壓擾動強力發展最基本的動力條件，能造成高空槽脊發展，而高空槽脊發展伴隨的強渦度平流可引起地面環流或反環流發展。黃 彬等[4]指出，暖平流的存在有利于地面環流發展。此次臺風“摩羯”殘余環流爆發性發展過程中，從環流中心所在緯度進行溫度平流緯向剖面來看，環流前部伴隨明顯暖平流，后部有冷空氣侵入，冷暖交匯劇烈，表明對流層下層存在西冷東暖的斜壓結構，使環流中心地轉渦度加強，促使環流發展。由圖3（a）可知，14日8：00臺風“摩羯”殘余環流位于115°E，受副熱帶高壓外圍的影響，環流前部的暖平流比較明顯且范圍較大，125°E以西都為暖平流控制，中心位于500 hPa 高度上，強度為 20×10-5K/s。由圖 3（b）可知，14日20：00環流后部的冷平流加強非常明顯，由高層下傳至低層，且逐漸向環流中心靠近，強度為-15×10-5K/s。環流前部的暖平流區也在向環流中心靠近，同時高度增加到150 hPa，強度為25×10-5K/s。這種形勢一直維持到15日5：00，環流中心位于冷暖交匯處。此時環流后部的冷平流較弱，冷平流降溫與暖平流增溫匯合，加大了環流發展區域的斜壓性，致使該區域層結的斜壓不穩定增長，其引起的上升運動對環流發展有利。

4.2 上升運動

13日20：00 ，臺風“摩羯”殘余環流西側整層為正渦度，并且500 hPa附近有正渦度大值中心，向低層輸送正渦度。截至14日2：00，環流上空渦度加強到6×10-5/s以上。由于中高層正渦度的下傳，環流上空大于4×10-5/s的渦度范圍逐漸擴大，到14日8：00向上擴展至400 hPa，并且正渦度中心增強到21×10-5/s以上，增速十分明顯。同時，環流上空400 hPa以上有明顯的正散度中心，表現為明顯的輻散，并且在14日20：00輻散中心值加強非常明顯，達12×10-5/s；而低層的輻合中心也非常強，達到-12×10-5/s。這種低層強烈輻合、高層強烈輻散的形勢一直維持到15日左右，非常有利于環流內部上升運動的發展。14日2：00環流入渤海也有所加強。從垂直速度場可以看出，14日8：00后200 hPa以下整層都為上升運動。14日8：00上升運動中心在700 hPa，強度為-1.4Pa/s；之后上升運動的中心向上層擴展，到15日20：00中心在 500 hPa上，強度超過-1.8 Pa/s，上升運動的加強加劇了低層輻合，促使環流爆發性發展。同時看到，在環流上空850 hPa以下存在明顯的水汽輻合，水汽輻合之后在上升運動作用下冷卻凝結釋放潛熱，釋放的潛熱可使對流層中、上層不斷增暖，高層氣壓升高而產生輻散。高層輻散又促使低層產生輻合，進一步加強上升運動，從而使環流發展并加強。

5 結語

此次暴雨過程主要是受副高外圍云系臺風“摩羯”殘余環流以及北部冷空氣的共同影響。其中：降水前期（2018年8月13日至14日白天）主要是副高外圍云系和北部冷空氣的共同影響，造成大連北部莊河、瓦房店、普蘭店暴雨局部大暴雨天氣；14日夜間至15日白天臺風“摩羯”殘余環流入渤海后加強，造成大連南部大連市區、旅順大暴雨天氣。

從雷達回波可以看出，此次降水過程的主要降水時段內都出現了類似列車效應的強回波帶，同時整層可降水量條件非常好，VIL維持在20 kg/m2以上。這些條件導致了強降水的產生。

此次過程臺風“摩羯”殘余環流在入海發展過程中始終位于500 hPa高空槽前和副高外圍云系后部，槽前正渦度平流、槽后冷空氣的匯入以及強烈暖平流是氣旋爆發性發展的主要原因。高空輻散、低空輻合以及700 hPa水汽輻合造成凝結潛熱釋放，產生強上升運動，為環流發展提供了動力條件。

此次暴雨過程多模式的預報結果參差不齊，其中EC模式對于13日至14日白天由副高外圍云系和冷空氣帶來的強降水天氣預報效果較好，而對于14日夜間至15日白天臺風“摩羯”殘余環流入海加強帶來的強降水預報效果不理想，原因是前期對于形勢場預報有所偏差。日本數值預報模式對于第一階段的預報效果非常不理想，報出了臺風“摩羯”入海增強后產生降水，但降水時間偏早。

從以上分析可以看出，對于此次暴雨過程，13日至14日白天主要受副高外圍云系和北部冷空氣共同影響的預報結果較為理想，而各模式普遍沒有預報出臺風“摩羯”殘余環流在入海時的增強。由此可見，對于類似的個例分析還需加強。