东北冷涡下的尼尔基流域一次暴雨天气过程分析

牛立强，周 炫

（松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林长春130021）

0 引言

东北冷涡是我国东北地区特有的天气系统，是造成东北地区持续阴雨、洪涝、突发性强对流天气的重要天气系统，对东北地区的天气气候有重大影响。孙力等[1]对1998年松嫩流域东北冷涡暴雨过程进行诊断分析，指出东亚阻高、西太平洋副高和东北冷涡以及它们在强度和位置上的最佳配置构成了松嫩流域持续性暴雨的大尺度环流背景。王蕾等[2]对2000—2017年东北冷涡活动气候特征进行了分析，指出冷涡发生频次和日数均具有明显的年际变化。齐铎等[3]指出，根据冷涡系统的环流特点，将冷涡过程划分为初生、发展、成熟和减弱等阶段，并给出各阶段的物理量特征。本文主要应用天气学分析和物理量诊断方法，利用NCEP（美国国家环境预报中心）的1°×1°逐6h再分析资料和降水实况资料，从环流形势、物理量场特征等方面对2020年8月2日—4日尼尔基流域一次暴雨形成机制进行详细分析。

1 降水实况

2020年8月2日—4日，尼尔基流域出现大到暴雨，局部大暴雨，并伴有短时强降水等强对流天气，最大点雨量为嫩江站（黑龙江省-嫩江县-嫩江镇）223.3mm，主要降水时段为8月2日19时—8月3日3时，1h最大雨强为71.8mm，出现在8月2日21时（图1）。流域累计面雨量见表1。由此可见，此次降雨过程具有持续时间较长、累积雨量大、降水分布不均匀、小时雨强大等特点。

图1 为嫩江站8月2日—4日逐小时降水量分布图（单位：mm）

表18 月2日—4日尼尔基流域面雨量统计mm

2 环流形势

500hPa高空图上，8月2日8时（图2a），在贝加尔湖东南侧已形成高空冷涡，中心强度为572 dagpm，并与强度为-12℃冷中心相配合，从高空冷涡中心伸出的高空槽线位于112°E，槽后冷平流明显，导致高空冷涡不断发展，中纬度锋区加强，其东侧的西太平洋副热带高压强度偏强，位置偏北，且维持时间较长，致使高空冷涡东移缓慢，这是此次降雨天气持续时间较长的原因。随着西太平洋副热带高压的减弱和东退，高空冷涡自西向东穿过尼尔基流域，到5日8时（图2b），高空冷涡中心移出尼尔基流域，降雨过程基本结束。从850hPa高空图上，8月2日8时（图3a），在贝加尔湖东南侧维持一冷涡，尼尔基流域处于冷涡前部偏南气流中，且处于暖平流区，不断地积聚能量，形成“上冷下暖”高低空配置，有利于强对流的发生，冷涡自西向东穿过尼尔基流域，到5日8时（图3b），冷涡中心移出尼尔基流域，降雨过程基本结束。地面图表现为蒙古气旋发展加强，8月2日8时尼尔基流域处于蒙古气旋伸出的地面暖锋中，3日8时蒙古气旋移至内蒙古东北部，到5日8时，移出尼尔基流域。因此，从高空到地面的系统均为尼尔基流域暴雨的形成提供了有利条件。

3 物理量场特征

由于最大点雨量出现在嫩江站，因此以嫩江站暴雨为例，分析其各种物理量场特征。

3.1 动力条件

从散度分布来看（图4），8月2日20时，嫩江站上空低层散度场由正值转为负值；3日2时，低层辐合明显增强，最大辐合中心位于950hPa附近，中心强度增强至-6×10-5/s，同时300hPa附近有一个4×10-5/s辐散中心与之对应，这种低层辐合、高层辐散形势，有利于暴雨产生。从垂直速度来看（图5），8月3日2时，嫩江站上空整层垂直上升运动明显增强，高值中心位于800hPa附近，强度达-0.9×10-2hPa/s，为暴雨的产生提供了有利的动力抬升条件。从涡度来看，8月3日02—08时，嫩江站上空为正涡度，大值中心位于600hPa附近，强度达12×10-5/s，说明中层有强烈的抽吸作用，有利于暴雨的产生。

图4 嫩江站上空散度随时间和气压变化（单位：10-5/s）

图5 嫩江站上空垂直速度随时间和气压变化（单位：10-2hPa/s）

3.2 热力条件

从假相当位温看（图6），8月2日20时，嫩江站上空700hPa以下假相当位温随高度递减，θse（1000-700hPa）约为10K，往上随高度递增，即700hPa以下有较强的对流不稳定，加上850hPa以下比湿值大于10g/kg，为暴雨的产生提供了有利的热力和水汽条件。至3日2时，短时强降水发生后，能量释放，假相当位温迅速减小。

图6 嫩江站上空假相当位温和比湿随时间和气压变化（图中实线为假相当位温，单位：K；阴影区域为比湿，单位：g/kg）

图2500 hPa形势场（图中实线为等高线，单位：dagpm；虚线为等温线，单位：℃）

图3850 hPa形势场（图中实线为等温线，单位：℃；一个风羽为4m/s）

3.3 水汽条件

充足的水汽输送是产生强降水的必要条件之一。从水汽通量来看（图7），8月2日14时，水汽主要来源于渤海和黄海，水汽通量大值输送轴线由南向北指向尼尔基流域，最大值达30g/（s·hPa·cm），850hPa偏南气流将水汽从渤海和黄海一带源源不断地向尼尔基流域输送，为暴雨的发生提供了较好的水汽供应。从水汽通量散度看（图8），8月3日2时，嫩江站上空近地面层一直到700hPa都有水汽通量辐合，并且最大辐合中心位于950hPa，强度达-8×10-8g/（s·cm2·hPa），表明嫩江站上空有较强的水汽通量辐合。

图8 嫩江站上空水汽通量散度随时间和气压变化（单位：10-8g/（s·cm2·hPa））

图72 日14时850hPa水汽通量（阴影区域，单位：g/（s·hPa·cm）；一个风羽为4m/s）

4 结语

1）此次尼尔基流域暴雨过程主要以对流性降水为主，并伴有短时强降水等强对流天气。此次过程的影响天气系统为东北冷涡和地面蒙古气旋。

2）嫩江站上空低层辐合，高层辐散，中层有强烈的抽吸作用，并且整层垂直上升运动明显增强，为暴雨的产生提供了有利的动力抬升条件。

3）嫩江站上空700hPa以下有较强的对流不稳定，为暴雨的产生提供了有利的热力条件，短时强降水发生后，能量释放，假相当位温迅速减小。

4）嫩江站上空近地面层一直到700hPa都有水汽通量辐合，850hPa偏南气流将水汽从渤海和黄海一带源源不断地向尼尔基流域输送，为暴雨的发生提供了较好的水汽供应。