2017年8月3日辽西大暴雨成因分析

郭佰汇，于芳健，王晓霞，王优，孙嘉骏，苏华，付扬

摘要：利用自动站资料，micpas高空、地面资料，对2017 年 8月3日发生在辽西地区的大暴雨天气过程的成因进行分析。结果表明：此次辽西大暴雨天气过程是受北上气旋和副热带高压共同作用，水汽是此次大暴雨形成的重要因素，偏南急流随气旋北上过程中一直维持在沿海上空，攜带更多南来水汽，同时偏南急流有利于渤海上空的水汽输送到辽西地区，致使辽西上空各高度层都有充沛的水汽。在气旋北上过程中，高空一直伴随着正的涡度平流，使气旋不断加强，暴雨区上空的强上升运动和高能区也是此次暴雨的成因。

关键词：暴雨；水汽；低空急流；北上气旋

中图分类号： P458 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.082

1天气实况

受北上气旋影响，8月2日9时～4日7时，朝阳大部分地区降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，平均降水量为136.8mm。降水量超过250mm的乡（镇）有12个，超过200mm的乡（镇）有22个，超过100mm的乡（镇）有86个。朝阳各地区降水情况如表1：

2 环流形势

2.1 500hpa形势

2017年8月2日～3日的大暴雨天气过程是在有利的大尺度环流形势下发生的。在500hpa高度上，2日08时（图1a）新疆北部上空存在一低压系统，河套地区存在一高空槽，热带气旋北上至江淮流域，由于受到冷空气影响，再加上受到西风槽的拉扯，暖心结构无法继续维持，已经转化为冷心结构的温带气旋。至2日20时（图1b），河套地区高空槽与南来温带气旋系统结合加强，结合后的高空槽不断向东北移动，偏西冷空气进入辽西地区。同时，130°E，30°N附近海域有热带低压使西太平洋副热带高压稳定控制在日本海上空，西侧的偏南气流把暖湿空气输送到辽宁上空，冷暖空气交汇产生暴雨天气。在3日20时高空槽经向度减小并移过辽西地区，且与新疆上空移来的低压间形成一弱高压脊，至4日08时，副高系统对高空槽的阻碍和新疆上空的低压系统东移的挤压，高压脊加强，脊前西北冷空气注入又使得影响系统高空槽有一个加强东移，持续影响辽宁偏东地区。

2.2 850hpa形势

在850hpa高度上（图略），2日08时台风残余的低涡系统位于江淮流域，之后不断北上且涡旋一直维持，顶前部的偏南风一直位于沿海和海上，在低涡北上过程中能够携带更多的水汽，最强风力带持续大于16m/s，至3日08时偏南急流加强到22m/s，位于渤海上空，为辽西地区源源不断输送水汽，05～08时也是朝阳地区降水强度最大的时段。

2.3 地面形势

地面图上，2日08时由热带气旋转化的温带气旋位于江淮流域，中心强度为1000hpa，在强劲偏南急流作用下迅速北上。至2日23时（图2a），地面气旋顶部开始影响辽宁西部，朝阳地区降水开始。至3日02时（图2b），地面气旋继续东北移动，中心强度加强为999.5hpa，此时，朝阳地区位于地面暖锋控制区，对应朝阳地区降水强度、范围都有所增大。至3日08时，地面气旋中心基本移至朝阳地区，由气旋中心开始的暖锋上易出现暴雨天气。3日20时，气旋中心已经移至辽宁和吉林交界处，辽西朝阳地区在气旋冷锋影响区，局部地区仍有对流性降水，但强降水主要时段已经过去。

3 低空急流分析

低空急流有利于在暴雨区低空形成高能高湿区，从而建立和维持暴雨区低空的对流不稳定层结，并且低空急流左侧有强的气旋性切变，能触发不稳定能量的释放产生小尺度的强上升运动。丁一汇等[1]的研究也表明，低空急流作为一种动量、热量和水汽的集中带，被认为是给中纬度暴雨提供水汽和动量最重要的机制。在850hpa高度上，台风残余气旋在不断北上的过程中，顶前部的偏南风急流，急流轴强度一直维持在16m/s，偏南风急流在向北传播的过程中最强风速带一直维持在近海上空，这样使系统在北上的过程中，携带着更多的水汽，形成一条水汽输送带。至3日08时（图略）偏南急流的最强风速带增强到22m/s，位于渤海上空，低涡北上的过程中携带了大量的水汽，渤海上空的高湿也为辽西地区源源不断地提供了水汽，对应着3日05～08时也是朝阳地区降水强度最大的时段。

4 物理量诊断

4.1 水汽条件

4.1.1比湿 比湿是表明大气中实际水汽含量的物理量，暴雨是大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的，因此对朝阳地区（120.1°E，40.3°N）2日20～4日08时各层比湿场作垂直剖面分析（图略）可以看出，2日20时开始，朝阳上空850hpa以下大气的比湿一直维持在16g/kg 以上， 500hpa上也存在着5 g/kg 的比湿区，至3日20时之后500hpa以上高度比湿明显下降，500hpa高度以下大气的比湿大值区一直持续到4日08时仍无明显减弱，说明此次降水具有的高湿区深厚且水汽的供应充沛的特点。

4.1.2水汽通量 持续性暴雨的发生必须要有水汽源源不断地向暴雨区输送。因此，充足的水汽供应是暴雨发生的重要物理条件，大气中水汽的多少、输送特点及其聚集度是决定降水大小的重要因子。从850hPa暴雨期间水汽通量图上可以看出（图3），降水过程中偏南暖湿气流将丰沛的水汽自江淮一带向朝阳地区输送。对朝阳地区（120.1°E，40.3°N）进行分析，2日20时开始水汽通量开始增强，至3日08时前后，降水的最强时段，水汽的输送也达到最强，3日20时之后水汽通量明显减弱。

（2日20时～4日08时，124°E，32°N ～119°E，42°N）

4.1.3 水汽通量散度 有了充分的水汽来源后，为了维持短时的强降水，水汽需要有一个快速辐合的过程，8月3日08时（图略），在辽宁西部地区存在一个广泛的水汽辐合区，而辐合中心位于朝阳地区，到4日水汽通量散度的辐合区东北移，暴雨区移过朝阳地区，辐合中心的移动正与暴雨区的移动相对应。

4.2 动力条件

当存在大规模的水汽输送和高湿区时，必须有大范围深厚的上升运动抬升水汽产生才能形成强降水，因此动力条件是产生强降水的一個必要条件。高低空急流的耦合、高空辐散、低层辐合、强的垂直速度及较强的位势不稳定均可产生较强的辐合上升运动，为强降水的产生提供动力学条件。

4.2.1 涡度 500hPa槽前持续正的涡度平流将有利于对流层低层低值系统的发生发展。1日20时～4日20时，对北上地面气旋移动路径上空850hpa和500hpa作涡度水平剖面图可以看出（图4），正涡度在江淮流域上空生成，并不断向东北传播，至辽西朝阳地区上空，地面气旋的移动路径上空一会维持着正涡度，致使地面气旋在北上的过程不断加强，造成辽西暴雨的产生。

4.2.2 垂直速度 当大气层结出现位势不稳定时，在对流层下部积累大量不稳定能量，如果有了抬升作用，就可以使不稳定能量释放出来，引起强对流。由于强对流所引起的大量潜热释放，加热使得上升速度更加增强[2]。垂直运动使大气中的能量转换得以实现，同时降水过程与上升运动有密切联系。垂直运动会引起水汽、热量、动量、涡度等的垂直输送，对天气系统的发展有很大的影响。

从垂直速度垂直剖面图（118°E，40°N -122°E，43°N）（图略）分布可以看出，此次过程的上升运动强烈，在降水过程开始118～120°E，500hpa有一-45×10-5Pa.s-1中心，存在强烈上升运动，强上升运动大值区的位置及移动与暴雨过程的时空演变基本一致。此种形势场对暴雨的强度与落区的预报有较好的指示意义。

4.3 能量条件

假相当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，表示了大气的温湿特征和垂直运动。其水平分布和垂直分布与对流天气的发生发展有极大关系，也反映了大气中的能量分布。分析2日～3日850hPa假相当位温场发现（图略），在此次过程中，从2日20时开始，30°～40°N之间700hpa假相当位温在72℃～80℃，沿经向分布，江淮沿海一带有高能舌向辽西地区伸展，3日08时随偏南气流输送的暖湿空气的加强，高能舌明显向北扩张，辽西地区位于高能区里，3日20时，高能区不断东北移，移过朝阳上空，说明此次降水落区与假相当位温高能区有很好的对应关系。

5 结语

此次大暴雨过程是一次极端降雨过程，产生在极为有利的水汽、动力和能量条件作用下，具有雨量大、范围广的特点。今后要预报这种由北上气旋影响的区域性大暴雨，要关注气旋移动过程中的发展，水汽的输送路径，高低空急流的配置以及动力、能量条件，用雷达资料进行短时临近的预警服务。

参考文献

[1]丁一汇.高等天气学[M].北京：气象出版社，2005：188-236.

[2]陶诗言，等.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980：8-11.

[3]张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2010：305-323.

[4]陈传雷，孙欣，李玉鸣，等.2010年辽宁主汛期暴雨过程副高、急流及层结特征分析[J].气象科技，2013，41（01）：146-152.

[5]孙欣，陈传雷，赵明，等.辽宁2008年3场暴雨对比分析[J].气象科技，2010，30（06）：881-888.

作者简介：郭佰汇，本科学历，工程师，研究方向：天气预报、预警、环境气象、农业气象。