2016年赤峰市一次暴雨天气诊断分析

晋亮亮

(赤峰市气象局，内蒙古 赤峰 024000)

暴雨是赤峰市夏季主要气象灾害，局部暴雨常常导致洪水的爆发。赤峰市多丘陵山地，植被稀疏，对暴雨灾害的抵御能力较低，一旦发生常给农牧业生产造成严重损失[1]。2016年受超强厄尔尼诺的影响，我国南方地区遭受18轮强降水侵袭，多地降水突破历史极值。在这样的气候背景下，2016年7月20日，受华北气旋影响，赤峰市南部出现暴雨，局部大暴雨天气，5个站日降水量突破极端阈值。而赤峰市对华北气旋造成暴雨天气研究较少，通过笔者研究提炼出物理量指标，提高赤峰市对暴雨灾害的预报服务能力。

1 资料与方法

1.1 资料来源

资料来源于逐小时自动站降水资料、雷达及NCEP FNL ( National Centers for Environmental Prediction，Global Final Analysis)全球1°×1°再分析资料( 时间分辨率为6 h)。

1.2 降水实况

受华北气旋影响，7月20日—21日赤峰市出现2016年入夏以来最强降水天气过程(见图1)，此次降水过程持续时间长、范围广、降水量大。全市普降大暴雨，南部及东北部出现区域性暴雨，局部降下大暴雨。全市(263个自动站)共出现大暴雨23个站，暴雨103站。最大降水量出现在宁城县八素台河王营子站，为209.8 mm。

图1 7月20日07时—22日7时赤峰市降水量

2 大气环流特点与主要影响系统分析

中尺度对流系统的发生、发展与天气形势密切相关[2]。500 hPa 天气图上，7月18日08时—21日20时，500 hPa亚欧大陆中高纬呈“两脊一槽”形势，乌拉尔山地区有阻塞高压存在，贝加尔湖北侧为一稳定低槽，在160°E堪察加半岛上空为东侧阻高。在中纬度，青藏高原东侧存在低槽，上游巴尔喀什湖有稳定低涡存在，高原东侧低槽在东移过程中，由于上下游高压脊的发展，低槽在20日02时华北平原南侧形成切断低涡。此时，副热带高压呈经向型块状，北侧脊线伸向我国东北地区，与切断低涡形成“东高西低”形势。20日20时(见图2a)低涡在华北南部稳定少动，赤峰市位于切断低涡的第一象限，副高584线外围。

(a)500 hPa形势场、风场 (b)200 hPa风场、等风速线

700 hPa上，19日20时低槽发展形成一个闭合的低涡，在引导气流的作用下向北缓慢移动，低涡西南部气流加强，最大可达22 m/s。20日20时，低涡移至华北中南部地区，伴随的暖式切变线和低空急流北抬，赤峰市南部位于急流轴出口区的左侧，存在气旋性切变，产生强垂直上升运动。除了偏南风急流，在渤海也存在着一支东南风急流，两支急流在赤峰市南部汇合，水汽和能量在此处富集，为降水提供了充足的水汽条件。

850 hPa与700 hPa相似，19日20时低涡生成后，缓慢北移加强，右侧气流加强。20日20时，低涡位于华北南部，暖式切变线位于赤峰市南部上空，偏南风急流和东南急流将南方暖湿气流和近海水汽向降水区域输送，为这次暴雨提供了充足的水汽。

由200 hPa高空图也可以看到，20日20时(见图2b)，青藏高压和我国东海上空的反气旋形成对峙，在华北中部形成弱风区，有利于低层低涡在此处停滞，为降水提供较长的时间，另外，赤峰南部地区位于高空急流入口区的右侧，为次级环流的上升支，为强的风向和风速的辐散区。与低空急流相互配合，造成了高空辐散低空辐合的环流形势，在赤峰南部地区产生较强的上升运动。为此次中尺度对流系统的发生发展提供了有利的动力条件。

综上，在高低空环流场有利的配合下，无论是动力还是热力方面，均为这次暴雨的发生发展提供了非常有利的条件。

3 假相当位温分析

利用NCEP再分析资料对“7.20”赤峰暴雨过程的水汽和稳定度进行分析。假相当位温(θse)是表示温湿特征的物理量，在暴雨分析中得到了广泛应用[3-5]。分析850 hPaθse与风场叠加图发现，在暴雨过程开始前20日20时(见图3a)，赤峰中北部地区为θse低值区，京津冀地区为θse高值区，在河北东北部出现Ω系统，赤峰南部位于Ω系统的顶部，等θse线密集区北侧，对应850 hPa 切变线，开始有阵雨发生。21日02时(见图3b)，随着暖湿空气北推，河北东北部θse高值区向北移，较强的低空西南急流和东南急流将南方和近海的水汽和能量不断向北输送，导致赤峰南部地区位于θse大于346 K的高能区内。因此，在赤峰南部形成一条明显的东西向θse能量锋区。21日02时，沿119°E作假相当位温、风场的剖面，从图3上可以看出，由于暴雨的出现，空气中饱和的水汽凝结，释放大量潜热，导致假相当位温突然增大，从而出现下凹的现象，并出现假相当位温等值线陡峭且密集区。此时赤峰市南部出现区域性降水，20日20时—21日02时，南部地区有14个区域自动站降水量超过50 mm，最大降水量达到96.2 mm。

(a)2016年7月20日20时850 hPa风场、假相当位温(K)

4 物理量场分析

4.1 水汽条件分析

暴雨的发生不但要有充沛的水汽，还要有源源不断的水汽输送和风场辐合，通过分析此次暴雨天气水汽输送12 h前就开始了。分析850 hPa水汽通量演变发现，此次暴雨开始前，20日08时，赤峰南部的水汽通量为8 g·cm-1·hPa-1·s-1，而20日20时，水汽通量达到20 g·cm-1·hPa-1·s-1，此时南部降水开始增强。到了21日02时(见图4a)，水汽通量达到了此次降水过程的峰值，为25 g·cm-1·hPa-1·s-1，这也与降水增强时段相吻合。从水汽通量散度分析，20日08时-20日14时，赤峰没有明显的水汽辐合，降水仅在赤峰南部出现小量级的阵雨。而到20日20时，赤峰南部水汽通量散度为-60×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，降水强度明显增大，小时雨强从5mm以下增大到10 mm以上。21日02时(图4b)，赤峰南部水汽通量散度出现强中心，为-120×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，区域自动站小时雨强超过20 mm。21日08时，水汽通量散度中心移至赤峰中部，强降水中心随之北抬。至21日14时水汽通量散度明显减弱，中心移至赤峰东北地区，赤峰南部降水趋于结束。由此可见，水汽辐合强度与暴雨区有较好的对应关系。

(a)水汽通量(g·cm-1·hPa-1·s-1)

4.2 动力条件分析

从7月20日20时涡度沿119°E经线剖面图上可以看到，在900 hPa～800 hPa之间赤峰南部处在-16×10-5s-1正涡度中心，正涡度区域延伸到500 hPa，500 hPa以上转为负涡度；到21日02时大的正涡度中心北移到赤峰市中部，正涡度中心仍为16×10-5s-1，同时可以看出，正涡度在倾斜方向有所发展，43°N上空400 hPa处出现4×10-5s-1的正涡度中心，表明正涡度的垂直层次并不深厚，但是低层正涡度维持时间较长。

从20日20时散度沿119°E经线剖面图上可以分析出，在该时次出现正涡度中心的纬度上，有辐合中心存在，散度达到-16×10-5s-1；在600 hPa～500 hPa之间和300 hPa～200 hPa各存在两个辐散中心，散度中心强度分别达到8×10-5s-1和12×10-5s-1，300 hPa～200 hPa的辐散中心正是对应200 hPa高空急流入口区的右侧。21日02时，低层辐合中心北抬，在900 hPa存在辐合中心，强度达-10×10-5s-1，700 hPa～500 hPa的对流层中层辐合辐散并不明显，500 hPa～100 hPa为辐散，中心位于200 hPa，散度为5×10-5s-1。这种低层辐合高层辐散的结构，有利加大上升运动，对触发中尺度对流和暴雨的产生提供了有利条件。

从20日20时垂直速度经向剖面图上可看到，赤峰南部处于最大上升速度中心，上升速度在800hPa达到-4Pa·s-1，在其北侧的41°N附近有一-3 Pa·s-1上升中心，43°N以北为下沉区。21日02时，最大上升速度中心北抬，强度维持在-4 Pa·s-1，而北侧仍为下沉区。这种分布形成的反馈机制加强和维持了垂直上升运动。中低层辐合上升，水汽凝结释放的潜热又成为驱动大尺度扰动所需要的能量，中小尺度系统和大尺度流场的相互作用，加强和维持了暴雨对流系统。但是， 正涡度中心、辐合中心及上升速度中心都集中在700 hPa，甚至800 hPa以下，导致小时雨强不大，而系统维持时间较长，使赤峰南部出现大范围暴雨、局地大暴雨天气。

5 雷达资料特征

从7月20日19时—22时基本反射率可以看出，降水回波以混合型回波为主，最强反射率因子为44 dBZ；一直有高反射率因子反复经过赤峰南部，形成“列车效应”，造成南部地区的强降水。从基本径向速度图可以看出，零等速度线呈“S”形，说明有暖平流；在低层2 km处，有对称牛眼结构，指向西北方向，入流和出流速度都达到23 m/s，说明低层有东南风急流形成，急流的建立与维持，有利于水汽和能量向赤峰南部输送，为强降水提供有利条件；在高层为一致的西南风，并且出现了速度模糊，入流速度达到了31 m/s，出流速度达到了42 m/s，强的中层西南急流，有利于系统性上升气流的维持，对中尺度系统的发生发展有利。从基本反射率剖面可以看出，降水回波的厚度不大，基本在6 km左右，但是质心较低，仍然有较高的降水效率。

6 结论

①200 hPa青藏高压与东海气旋形成对峙，使500 hPa切断低涡在华北南部停滞；而切断低涡与西太平洋副热带高压，形成“东高西低”的形势，这是形成此次暴雨天气的大尺度形势。偏南急流和东南急流的建立和维持，有利将南方的水汽和能量向降水区域输送，为强降水的发生和维持提供必要条件。②暖湿切变线和能量峰的北抬是本次降水的触发条件，而降水的发生，释放潜热，有使能量锋维持，降水得以持续。③暴雨出现在高空急流入口区右侧，低空急流出口区的左侧，并与水汽通量高值区对应，也与辐合区和上升速度大值区相吻合。④反射率因子大值区反复在赤峰南部出现，形成列车效应，导致强降水的出现；降水回波低质心也是出现强降水的另一个原因。