2023年臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”殘余水汽對(duì)吉林省暴雨成因分析

單巖超 張富龍 李欣 阮文哲

摘要 利用NCEP/NCAR再分析資料以及吉林省降水量觀測(cè)資料，分析了降水期間環(huán)流形式，應(yīng)用HYSPLIT模型研究水汽來源與運(yùn)動(dòng)軌跡，得出以下結(jié)論：暴雨期間588線位于40°N附近，850 hPa存在明顯低空風(fēng)切變，雨區(qū)上空假相當(dāng)位溫隨高度先增大后減小，垂直上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈；水汽主要來源于西太平洋，且水汽高度主要集中在中低層；水汽氣團(tuán)先向西北方向移動(dòng)，到達(dá)山東半島附近受西風(fēng)急流影響將水汽輸送至雨區(qū)；暴雨期間水汽輸送較強(qiáng)，雨區(qū)水汽含量充沛。

關(guān)鍵詞 暴雨；吉林省；水汽軌跡；水汽輸送

中圖分類號(hào)：P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of Residual Water Vapor of Typhoon “Dusurai” in 2023 on the Cause of Rainstorm in Jilin Province

Shan Yan-chao et al（Fuyu Meteorological Bureau， Fuyu， Jilin 131300）

Abstract Based on the NCEP/NCAR reanalysis data and the precipitation observation data of Jilin Province， the circulation pattern during the precipitation period was analyzed， and the HYSPLIT model was used to study the water vapor source and movement trajectory. The following conclusions were drawn： during the rainstorm， the 588 line was located near 40°N， and there was an obvious low-level wind shear at 850 hPa. The pseudo equivalent potential temperature over the rain area first increases and then decreases with height， and the vertical upward movement was strong. Water vapor mainly comes from the western Pacific， and its height was mainly concentrated in the middle and lower layers. The water vapor mass first moves northwest and reaches the vicinity of the Shandong Peninsula， where it was transported to the rainy area by the influence of the westerly jet. During the rainstorm， the water vapor transmission was strong， and the rain area has abundant water vapor content.

Key words Rainstorm; Jilin Province; Water vapor track;Water vapor transport

暴雨預(yù)報(bào)是大氣科學(xué)領(lǐng)域難度最大的問題之一。廖曉農(nóng)等[1]分析了孟加拉灣海域水汽通道，發(fā)現(xiàn)源于該地區(qū)充足的水汽是造成2012年夏季強(qiáng)降水的最主要因素。Brimelow等[2]對(duì)暴雨天氣進(jìn)行氣團(tuán)后向軌跡追蹤，并追溯出暴雨的水汽源地。利用HYSPLIT模式分析了2023年8月1—4日吉林省暴雨過程的水汽源地與輸送路徑對(duì)暴雨的影響。

1 特大暴雨概況

受2023年的5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”殘余水汽北上和副高后部切變共同影響，吉林省中西部地區(qū)及延邊北部出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨天氣。舒蘭市永勝林場(chǎng)累計(jì)降水量高達(dá)500.6 mm，榆樹市長(zhǎng)發(fā)村24 h降水量為284.9 mm，均打破了歷史極值（圖1）。

2 暴雨的大尺度環(huán)流背景

2023年8月2日08：00，500 hPa中高緯地區(qū)存在2個(gè)低渦中心，貝加爾湖附近有弱脊，吉林黑龍江交界處存在明顯風(fēng)切變，副熱帶高壓位置異常偏北，切變線穩(wěn)定少動(dòng)（圖2），為暴雨產(chǎn)生提供了穩(wěn)定的大尺度高空環(huán)流形式。由于西風(fēng)急流的帶動(dòng)，大量暖濕空氣向雨區(qū)輸送，急流北側(cè)的暖風(fēng)式切變形成大量層結(jié)不穩(wěn)定能量，加之有利的地面輻合及上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)不穩(wěn)定層結(jié)，造成此次吉林省持續(xù)性強(qiáng)降水。

3 暴雨物理量條件分析

選取全省降水量最大的2個(gè)地面區(qū)域觀測(cè)站，榆樹市長(zhǎng)發(fā)村（44°58′44″N，126°19′42″E）與舒蘭市永勝林場(chǎng)（44°25′06″N，127°21′55″E）作為研究區(qū)域，探討了暴雨過程的降水機(jī)制。

3.1 熱力條件

2023年8月1日20：00—4日08：00榆樹市長(zhǎng)發(fā)村近地層存在假相當(dāng)位溫低值區(qū)（圖3a），垂直方向上假相當(dāng)位溫從近地面到600 hPa附近經(jīng)歷隨高度先增大后減小的變化過程，榆樹市長(zhǎng)發(fā)村上空能量高、濕度大。3日20：00，等假相當(dāng)位溫線梯度再次變大，雨區(qū)從近地面到600 hPa上空附近再次形成假相當(dāng)位溫隨高度先增大后減小的變化過程，故再次形成降水。

舒蘭市永勝林場(chǎng)上空假相當(dāng)位溫場(chǎng)垂直空間分布與榆樹市長(zhǎng)發(fā)村大致相同（圖3b），均在1日20：00和3日20：00 2個(gè)時(shí)段等假相當(dāng)位溫線梯度增大，假相當(dāng)位溫隨高度先增大后減小。

3.2 動(dòng)力條件

2023年8月1日20：00—4日08：00強(qiáng)降水期間，榆樹市長(zhǎng)發(fā)村上空整層均為垂直上升運(yùn)動(dòng)（圖4a）。2日20：00—3日08：00前后，低層850 hPa高度附近存在負(fù)的垂直速度大值中心，達(dá)到-1 Pa/s以上，此時(shí)上升運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈。從8月2日08：00—4日08：00，850 hPa高度以下均為負(fù)的散度場(chǎng)，高層為正的散度場(chǎng)，構(gòu)成了低層輻合高層輻散的動(dòng)力條件，其中，8月3日08：00存在負(fù)散度大值中心，此時(shí)低層氣流輻合最為顯著。8月3日08：00—4日08：00蘭市永勝林場(chǎng)上空存在負(fù)的垂直速度大值區(qū)（圖4b），尤其是在雨強(qiáng)最大時(shí)段8月3日20：00前后，最大上升運(yùn)動(dòng)速度中心達(dá)到-2.4 Pa/s以上，垂直上升運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈。同時(shí)，850 hPa存在負(fù)的散度場(chǎng)中心，低層輻合高層輻散的垂直環(huán)流形式尤為明顯。

3.3 水汽條件

2023年8月2、3日吉林、遼寧及內(nèi)蒙古上空有較強(qiáng)的水汽通量平均場(chǎng)（圖5）。其中，吉林省處于水汽通量平均場(chǎng)大值區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到600 kg/（m/s）以上。水汽通道在太平洋上臺(tái)風(fēng)外圍氣旋帶動(dòng)下為西北方向，在山東半島與西南急流相遇發(fā)生明顯轉(zhuǎn)向，水汽通道轉(zhuǎn)為東北方向及吉林省地區(qū)輸送水汽。

2023年8月1日20：00—2日20：00及3日20：00—4日08：00這2段時(shí)間內(nèi)，榆樹市長(zhǎng)發(fā)村上空等比濕線梯度增大（圖6a），比濕增加尤為明顯。8月2日20：00—3日20：00，850 hPa以下水汽通量散度為負(fù)的大值區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到-20×10-7 kg/（m2·s）。舒蘭市永勝林場(chǎng)上空在8月1日20：00—2日20：00及3日20：00—4日08：00為比濕大值時(shí)間段（圖6b）。8月3日20：00前后，具有明顯的水汽輻合中心，水汽條件、熱力條件、動(dòng)力條件三者相互不斷配合，造成此時(shí)段的短時(shí)強(qiáng)降水。

綜上所述，此次吉林省特大暴雨的水汽源地主要是太平洋地區(qū)，水汽經(jīng)過長(zhǎng)距離、大范圍的輸送到達(dá)雨區(qū)，并在低空形成輻合，水汽聚集，中低層對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，配合有利的動(dòng)力、熱力條件形成此次吉林省特大暴雨過程。

4 區(qū)域水汽軌跡追蹤及水汽條件分析

以暴雨區(qū)雨量最大自動(dòng)站所在位置（43.5°～45.5°N，126.5°～128.5°E）作為空間起點(diǎn)，降水最集中時(shí)段（2023年8月3日21：00）作為時(shí)間起點(diǎn)，水平方向上每隔1°為1個(gè)起始點(diǎn)，設(shè)置追蹤模式輸出位置點(diǎn)的時(shí)間周期為12 h。在不同高度上，設(shè)置模式以500、1 500 m分別為垂直方向起點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的起始區(qū)域的平均位勢(shì)高度為900、800 hPa（圖7）。

對(duì)流層低層900 hPa水汽氣團(tuán)全部來自于西太平洋海面，在臺(tái)風(fēng)氣旋北部的外圍東南風(fēng)作用下，水汽氣團(tuán)向西北方向移動(dòng)，8月2日前后到達(dá)山東半島附近受低空西風(fēng)急流影響轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，受地形抬升作用氣團(tuán)高度有所上升，并隨著西風(fēng)帶將水汽輸送至雨區(qū)。

中層，影響暴雨的水汽氣團(tuán)軌跡分為2股，其中，水汽貢獻(xiàn)最大的來自西太平洋海面，在臺(tái)風(fēng)氣旋北部的外圍東南風(fēng)作用下移動(dòng)至我國內(nèi)陸河套地區(qū)，且受地形作用氣團(tuán)高度抬升，受西風(fēng)急流影響水汽氣團(tuán)到達(dá)雨區(qū)。中層另外一條水汽氣團(tuán)軌跡的起點(diǎn)來自南海海面，在南風(fēng)氣流帶動(dòng)下向北運(yùn)動(dòng)與來自西太平洋的水汽氣團(tuán)匯合，共同隨著西風(fēng)急流到達(dá)雨區(qū)。

5 結(jié)束語

（1）暴雨期間副熱帶高壓位置異常偏北，使吉林省上空切變線穩(wěn)定少動(dòng)。850 hPa上吉林省受低空西風(fēng)急流控制，在吉林西部存在明顯低空風(fēng)切變。

（2）暴雨期間降水量最大的2個(gè)站點(diǎn)上空均有垂直方向上的假相當(dāng)位溫隨高度先增大后減小的變化過程，具備能量高、濕度大的不穩(wěn)定條件。舒蘭市永勝林場(chǎng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈，850 hPa存在負(fù)的散度場(chǎng)中心，低層輻合高層輻散的垂直環(huán)流形式尤為明顯。

（3）2023年8月2日、3日吉林上空有較強(qiáng)的水汽通量平均場(chǎng)，且水汽通道的范圍與區(qū)域軌跡追蹤的分析結(jié)果相一致。暴雨過程中降水量最大的2個(gè)站點(diǎn)等比濕線梯度均增大，比濕增加尤為明顯，850 hPa以下水汽通量散度為負(fù)的大值區(qū)，具有明顯的水汽輻合中心，雨區(qū)水汽含量較為充沛。

（4）此次吉林省暴雨過程中水汽主要來源于西太平洋，水汽氣團(tuán)在臺(tái)風(fēng)氣旋北部的外圍作用下向西北方向移動(dòng)，到達(dá)山東半島附近受低空西風(fēng)急流影響轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，隨著西風(fēng)帶將水汽輸送至雨區(qū)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖曉農(nóng)，倪允琪，何娜，等.導(dǎo)致“7.21”特大暴雨過程中水汽異常充沛的天氣尺度動(dòng)力過程分析研究[J].氣象學(xué)報(bào)， 2013，71（6）：997-1011.

[2] Brimelow J C， Reuter G W. Transport of atmospheric moisture during three extreme rainfall events over the Mackenzie River Basin[J]. Journal of Hydrometeorology， 2005， 6（4）： 423-440.