2021年8月18一19日呼和浩特一次大到暴雨形成機(jī)制的研究

中圖分類號(hào)：P458.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095-3305（2025）05-0230-03

暴雨是夏季頻發(fā)的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一，具有突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大、發(fā)生發(fā)展機(jī)制復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)伴有大風(fēng)、冰雹、雷暴等極端天氣現(xiàn)象。暴雨容易引發(fā)農(nóng)田漬澇、城市內(nèi)澇、山體滑坡、山洪、泥石流等次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民群眾的日常生產(chǎn)生活、生命財(cái)產(chǎn)安全等[]。近年來，許多學(xué)者針對(duì)暴雨開展了大量研究工作。肖麗霞等[2分析了貴州習(xí)水某次特大暴雨天氣成因，得出地面輻合線、低渦切變?cè)谶@一地區(qū)的持續(xù)、穩(wěn)定維持是引發(fā)此次特大暴雨的主要原因；李麗霞等[3經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，2019年7月27日呼和浩特強(qiáng)雷暴天氣的出現(xiàn)與貝加爾湖低壓中心、蒙古高原高空槽東移密切相關(guān)。

呼和浩特市 （110^°46^′～112^°10^′E，40^°51^′～41^°8^′N） 地處內(nèi)蒙古中部，大青山南側(cè)，其東鄰烏蘭察布市，西接包頭市，南與鄂爾多斯隔黃河相望，北與蒙古國(guó)接壤。當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜，起伏不平，總體地勢(shì)呈東北高西南低，其中大青山金鑾殿頂部海拔最高，達(dá) 2280m 呼和浩特市隸屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季氣候變化明顯且差異顯著[4]。在地形地貌、氣候等因素的綜合作用下，呼和浩特干旱、暴雨、雷電、寒潮、霜凍、大風(fēng)、沙塵暴等氣象災(zāi)害頻發(fā)。暴雨作為呼和浩特市常見的氣象災(zāi)害之一，在全球氣候變暖加劇的大背景下，呈多發(fā)、重發(fā)態(tài)勢(shì)，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)孛癖娚?cái)產(chǎn)安全和日常生產(chǎn)生活。因此，以2021年8月18一19日呼和浩特市的一次暴雨過程為例，從影響系統(tǒng)與環(huán)流演變、物理量診斷等角度入手，深度剖析此次暴雨天氣形成機(jī)理，以完善天氣預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)工作、保障民眾生產(chǎn)生活安全。

1天氣實(shí)況

2021年8月18日08：00—19日08：00呼和浩特市出現(xiàn)大到暴雨天氣現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此時(shí)間段內(nèi)，在呼和浩特市126個(gè)監(jiān)測(cè)站中，共計(jì)121個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)降雨天氣現(xiàn)象，其中2個(gè)站點(diǎn)為大暴雨，32個(gè)站點(diǎn)為暴雨，54個(gè)站點(diǎn)為大雨，另有30個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)中雨，3個(gè)站點(diǎn)為小雨。其中，土默特左旗北什軸鄉(xiāng)降雨量最大，達(dá) 106.7mm ，而托克托縣古城鎮(zhèn)云中農(nóng)業(yè)園8月18日18：00＼～19：00小時(shí)雨強(qiáng)最大，達(dá) 35.9mm/h 具體降水量見表1。

2環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2.1 環(huán)流背景

2021年8月18日呼和浩特市出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降雨天氣現(xiàn)象。18日 08：00500hPa 東亞地區(qū)環(huán)流西低東高，其中貝加爾湖至新疆北部出現(xiàn)長(zhǎng)波槽，而中國(guó)東北地區(qū)存在一脊位。同時(shí)，有短波槽自內(nèi)蒙古西部至甘肅中部位置處出現(xiàn)分裂，后向東移動(dòng)，在 35^°N 出現(xiàn)副熱帶高壓脊。當(dāng)高空槽攜帶冷空氣向東移動(dòng)時(shí)，副熱帶高壓開始向南移動(dòng)，其外圍的偏南水汽通道隨之建立，不斷向北輸送偏南方向的暖濕氣流。此時(shí)，冷暖空氣交匯于 500hPa 與 700hPa 槽區(qū)，再加上受地形因素的影響，呼和浩特市中部出現(xiàn)大到暴雨、局部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨的天氣過程。

2.2 環(huán)流特征分析

2021年8月17日08：00，亞洲大陸環(huán)流形勢(shì)表現(xiàn)出“兩低一高”的特點(diǎn)。新疆北部出現(xiàn)高空槽，冷渦發(fā)生分裂，東北冷渦與高空槽即將向東移入海洋，同時(shí)有短波槽在河西走廊區(qū)域快速發(fā)展。此時(shí)，呼和浩特市受副高588線的影響與控制，在西北氣流作用下，700hPa.850hPa 切變線與地面冷鋒這三層垂直疊置情況良好，加上內(nèi)蒙古西部出現(xiàn) T–T_d?5 C 的濕區(qū)，700hPa 切變線與 850hPa 均形成低空急流，且維持偏南風(fēng)，風(fēng)速為 12.0m/s 此外，額濟(jì)納旗地區(qū)出現(xiàn)地面低壓，其中心位置的氣壓達(dá) 1 005hPa 。從整體來看，這一天氣系統(tǒng)移動(dòng)速度較為緩慢，切變線位置相對(duì)穩(wěn)定。

至17日 20;00，500hPa 處的短波槽強(qiáng)度逐漸減弱，并緩慢向東移動(dòng)，副熱帶高壓明顯向南回落，此時(shí) T. 業(yè)T_d?5% 的濕區(qū)位于短波槽前，并逐漸向內(nèi)蒙古西部移動(dòng)，水汽條件明顯改善， T_-T_d 達(dá)到 2°C ，而呼和浩特市處于脊內(nèi)控制下，大氣層較為干燥。 700，850hPa 切變區(qū)與地面冷鋒均出現(xiàn)在內(nèi)蒙古西部， 700，850hPa 切變區(qū)只增不減，地面低壓進(jìn)一步向北移動(dòng)且強(qiáng)度增加。

至18日08：00，位于冷渦底部的高空槽略微東移，并逐漸南壓，短波槽的溫度場(chǎng)滯后于高度場(chǎng)，并持續(xù)向東移動(dòng)和發(fā)展，出現(xiàn)在阿拉善盟東部區(qū)域。在脊內(nèi)偏西氣流的作用下，呼和浩特 700，850hPa 與地面冷鋒這三層垂直疊置情況繼續(xù)維持，并逐漸移向呼和浩特西部與包頭市交界區(qū)域。低空急流位于切變線前后，其強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，同時(shí)西北風(fēng)風(fēng)速也大幅提高，整個(gè)系統(tǒng)呈后傾狀態(tài)。地面低壓向北移動(dòng)至貝湖以南，其中心氣壓達(dá) 1 002.5hPa ，此時(shí)呼和浩特位于地面低壓的東南區(qū)域，以偏南氣流為主。槽前還出現(xiàn)大面積云區(qū)， 500hPa.700hPa 區(qū)出現(xiàn) T_-T_d?2 （2 C 的飽和區(qū)，其中， 500hPa 區(qū)域的比濕達(dá) 4g/kg

18日 20：00，500hPa 處出現(xiàn)短波槽，其不斷移往阿拉善盟東部，而槽前 500、700 與 850hPa 處呼和浩特地區(qū)出現(xiàn) T_?T_??2 ℃的飽和區(qū)，此時(shí)整層水汽均達(dá)到飽和狀態(tài)。同時(shí)，槽后干冷平流隨之而來，副熱帶高壓南落區(qū)域明顯減小[5-6。而 700hPa 低槽強(qiáng)度增加，且逐漸移向呼和浩特地區(qū)，切變輻合依舊強(qiáng)勁。 850hPa 與上游包頭出現(xiàn)“對(duì)頭”風(fēng)切變，此時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并呈略微前傾態(tài)勢(shì)，從而引發(fā)對(duì)流性降水。但是，200hPa 急流開始遠(yuǎn)離，抽吸作用削弱，偏南風(fēng)速顯著降低，水汽輸送也隨之逐漸減弱。

8月19日08：00，高空槽出現(xiàn)在貝湖冷渦底部且緩慢向東移動(dòng)，同時(shí)短波槽強(qiáng)度呈減弱趨勢(shì)。在500、700hPa 高度層，呼和浩特市受槽后偏西氣流作用，溫濕差值 T–T_dgt;40C ，干燥寒冷的下沉氣流成為主導(dǎo)，降水就此停歇，天空放晴，氣溫開始下滑。然而，呼和浩特市中部 850hPa 高度處存在明顯的輻合切變。由于前期降水使整層空氣濕度較大，白晝時(shí)分 700hPa 的短波槽過境，天空愈發(fā)晴朗，太陽輻射增多，進(jìn)而形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定空氣層結(jié)構(gòu)，為19日積攢能量、催生強(qiáng)對(duì)流天氣提供了條件[7-8]

3物理量診斷

表2以呼和浩特站、和林格爾縣和土默特左旗北什軸鄉(xiāng)為例，統(tǒng)計(jì)了2021年8月18一19日呼和浩特市中部暴雨過程物理量場(chǎng)個(gè)例指標(biāo)，包括比濕值、水汽通量散度、渦度等。

3.1 水汽條件

3.1.1 比濕條件

8月18日08：00＼～20：00，在 700，850hPa 高度上，呼和浩特市以西區(qū)域比濕達(dá) 8g/kg 35^°N 以南存在比濕大值中心。這種比濕分布狀況反映出 700，850hPa 層面的青海低渦環(huán)流東側(cè)偏南、西南方向的水汽通道已然建立，中低層水汽朝著北方推進(jìn)，導(dǎo)致呼和浩特市及其上游區(qū)域出現(xiàn)濕舌凸起現(xiàn)象。隨著近乎垂直疊置的天氣系統(tǒng)向東移動(dòng)，濕舌不斷增厚，降水隨之逐漸開始。18日15：00，比濕攀升至最高值，達(dá) 13g/kg ，同時(shí)降水強(qiáng)度也達(dá)到峰值。至20：00，盡管 700，850hPa 高度的呼和浩特市依舊處于濕舌掌控范圍，但 500hPa 已有干冷空氣侵人，濕舌隨之減弱，呼和浩特市的降雨勢(shì)頭隨之減弱[9-15]

3.1.2 水汽通量散度

8月18日08：00，在 700hPa 以上高度，呼和浩特市以西區(qū)域水汽通量散度為正值；而 850hPa 處為負(fù)值，并于鄂爾多斯中部 38^°N 出現(xiàn)最大的負(fù)值中心。此時(shí)呼和浩特市處于正值區(qū)或正負(fù)值過渡地帶，輻合與輻散作用并不明顯。18日14：00，觀察水汽通量散度平面圖（圖略）可見，呼和浩特市全市 700hPa 的水汽通量散度均表現(xiàn)為負(fù)值， 850hPa 則轉(zhuǎn)為正值。鄂爾多斯東南 38^°N 處出現(xiàn) 850hPa 最大負(fù)值中心，該區(qū)域?yàn)轱L(fēng)向暖式切變區(qū)，其中心數(shù)值為 -42×10^-8g/（cm²?hPa?s）_? 呼和浩特市恰好位于偏東風(fēng)急流區(qū)，風(fēng)速達(dá) 18.2m/s ，相比之下，上游風(fēng)速僅為 8.2m/s ，由此形成了輻散場(chǎng)，且表現(xiàn)為正值。19日00：00， 850hPa 負(fù)散度中心向東移動(dòng)，呼和浩特市西部受正散度把控，低層出現(xiàn)水汽通量輻散現(xiàn)象，降水隨之減弱。

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 渦度

8月17日20：00，500、700hPa的最大正渦度中心出現(xiàn)在貝湖低渦區(qū)，同時(shí)高原區(qū)域正渦度區(qū)逐漸成形，這反映出 700hPa 青海低壓環(huán)流開始形成， 500hPa 短波槽正向東移動(dòng)。18日 08：00，500，700hPa 的最大正渦度中心基本維持穩(wěn)定、變動(dòng)不大。而高原上對(duì)應(yīng)高度的正渦度區(qū)則向東移動(dòng)、向北抬升，進(jìn)而延展成帶狀分布，還與巴湖正渦度中心連通。由此可見，巴湖低渦外圍分裂出的系統(tǒng)向東移動(dòng)且向北抬升是造成正渦度區(qū)呈帶狀分布的主要原因。

3.2.2 散度

8月18日08：00，呼和浩特市上空 200hPa 呈現(xiàn)正散度， 700hPa 負(fù)散度中心處于巴盟東部，該市同樣處于負(fù)散度狀態(tài)。從垂直維度來看，這種散度分布精準(zhǔn)體現(xiàn)了高空輻散抽吸、低層輻合抬升的作用，兩者最大差值可達(dá) 20×10^-6/s 到18日14：00，最大正散度中心與最大負(fù)散度中心顯著向東移動(dòng)，降水強(qiáng)度也攀升至峰值。

4結(jié)論

通過分析可見，此次呼和浩特大到暴雨天氣過程由切變線、暖濕氣流與冷空氣等共同作用引發(fā)，各物理量場(chǎng)參數(shù)均有明顯變化，可得出以下結(jié)論。

（1）2021年8月中呼和浩特大到暴雨主要集中在18日08：00—19日08：00。18日08：00＼～20：00雨強(qiáng)呈增強(qiáng)趨勢(shì)，20：00之后強(qiáng)降水逐漸移至呼和浩特東部。

（2）在暴雨天氣過程中， 200hPa 一直存在風(fēng)速不低于 60m/s 、長(zhǎng)度較短的急流核，其輻散抽吸能力對(duì)低層大氣減壓起到了推動(dòng)作用。 500hPa 暖平流與正渦度平流持續(xù)施加影響，促使 700hPa 以下低值系統(tǒng)逐步建立，并逐漸朝東邊移動(dòng)和發(fā)展。同時(shí)， 850hPa 切變輻合不斷強(qiáng)化，且持續(xù)向東位移。地面氣旋逐漸生成并一路向北行進(jìn)，強(qiáng)度逐漸增大，此時(shí)，呼和浩特市處于地面低壓的東南區(qū)域，暖切變線與上層輻合相互連通，后續(xù)演變成略微前傾的布局，深層對(duì)流抬升態(tài)勢(shì)初現(xiàn)，降水強(qiáng)度也穩(wěn)步攀升。至20：00，整個(gè)系統(tǒng)垂直疊置的狀態(tài)移動(dòng)至呼和浩特東側(cè)后，便迅速向東而去， 200hPa 的急流核的抽吸效果隨之減弱，導(dǎo)致降水強(qiáng)度也隨之減弱。

（3）在暴雨發(fā)生過程中，各物理量相互配合，偏南、西南方向的水汽通道等為暴雨發(fā)生提供了良好的水汽條件；高層輻散、低層輻合的動(dòng)力配置有利于產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，為暴雨過程的發(fā)生與發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

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