2021 年主汛期包头连续两次暴雨天气过程对比分析

魏 丹，刘澜波，张世军，赵志勇

（包头市气象局，内蒙古 包头 014030）

暴雨是包头夏季最主要的灾害性天气之一，具有分布不均、强度大、突发性强、常伴有对流性天气等特点，往往会造成城市内涝、山洪等灾害，给人民群众生命财产安全和正常生产生活带来较大的影响。2021-08-14—18 包头连续出现两次暴雨天气，本文利用Micaps、自动气象站等收集的数据从降水特点、环流形势、成因、模式检验等方面对这两次暴雨过程进行对比分析，以期进一步探索包头地区暴雨天气形成机理及特征，为提高暴雨预报准确率提供依据。

1 降水实况分析

1.1 “8·14”降水实况及特点

2021-08-14 T09 ：00—21：00，包头市大部地区出现雷阵雨天气，市区午后出现短时强降雨并伴有冰雹，旗县区平均降水量：青山区11.3 mm、昆区18.9 mm、东河区4.7 mm、高新区12.9 mm、土右旗3.1 mm、固阳县5.7 mm、白云区0.5 mm、达茂旗5.7 mm、石拐区7.3 mm、九原区8.3 mm。此次降水过程具有明显对流性暴雨特点，首先，虽全市大部地区均有降水出现，但各地降水量差异悬殊，土右旗将军尧降水量最小，为0.1 mm，九原区哈林格尔镇降水量最大，为70.9 mm；其次，大量级降水位置分布极为不均，暴雨出现在九原区东部和青山区西部，大雨出现在昆区东南部、青山区西部、九原区东部、固阳县南部和达茂旗北部；降水出现时间比较集中，午后伴有短时强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气，降水强度大，10：00—14：00 降水主要集中在山北地区，12：00 达茂旗气候校准站极大风速达18.6 m/s（8 级），14：00以后主要集中在山南地区，14：00—16：00 山南出现10 个站点短时强降水，15：00—16：00 九原区哈林格尔镇1 h 降水量达到70.9 mm，市区出现冰雹，15：00土右旗公山湾极大风速达17.8 m/s（8 级），16：00昆都仑区昆河镇极大风速达18.4 m/s（8 级）。

1.2 “8·18”降水实况及特点

2021-08-18 T05 ：00—2021-08-19T10：00，全市出现明显降水天气，30 个站点出现暴雨，主要分布在市区北部、土右旗中部和固阳县南部，大雨分布在市区、土右旗、固阳县大部和达茂旗乌克镇，其余地区以中雨为主。旗县区平均降水量：青山区41.5 mm，昆都仑区41.3 mm，东河区35.3 mm，高新区29.3 mm，土默特右旗41.1 mm，固阳县27.9 mm，白云区21.1 mm，达尔罕茂明安联合旗17.2 mm，石拐区58.0 mm，九原区42.7 mm。最大降雨量出现在九原区石门景区，为89 mm，最大小时雨强出现在梅力更2021-08-18 T13：00—14：00，为27.8 mm/h。与2021-08-14 降水天气相比，此次过程全市总体降水量更大，中雨、大雨、暴雨分布均较上一次过程范围更大，持续时间更长，但降水强度较上一次过程较弱，有短时强降水出现，但最大小时雨强与2021-08-14 过程相比较为悬殊。包头市2021-08-14 和2021-08-18 降水量实况图如图1 所示。

图1 包头市2021-08-14 和2021-08-18 降水量实况图

2 环流形势分析

前期500 hPa 中高纬度为两槽一脊形势[1]，上游低涡系统发展强盛，且低涡中心维持在（50°N，80°E）附近，不断有短波槽从低涡中分裂东南下，高脊不断北移减弱，副高由东西向带状分布逐渐东退至东南沿海一带，低层中国中西部大部处于暖脊控制，由于上游低值系统稳定少动，槽前西南气流不断向包头地区输送暖湿空气，有利于降水前期能量与水汽积累。2021-08-14T08：00 短波槽移至河套西部，700 hPa 切变线压至包头山北地区，触发降水，随着2021-08-14 白天辐合系统逐渐东移南压，强降水出现位置也由山北向山南移动[2]。2021-08-15T08：00 高空槽东移至包头下游。海平面气压场在降水前期维持东高西低形势[3]，包头地区处于低压倒槽顶端，辐合抬升有利于降水的出现[4]。

2021-08-14 T20 ：00，环流形势开始出现调整，影响包头地区短波槽后高脊开始明显增强，环流经向度明显加大，2021-08-15T08：00 高空槽移出包头，2021-08-15—17 高脊东移过程中不断加强北伸，包头处于高脊控制中，同时副高西伸北抬，与中纬度高脊同位相叠加，后又东退。2021-08-18T08：00，500 hPa上包头处于槽前西南气流，上游有弱冷平流，副高东退至110°E 附近，其后部偏南气流有利于将水汽与能量向北输送[5]；700 hPa 切变移入包头境内，提供有利的动力抬升条件，同时低层河套地区存在一个暖中心，包头地区暖平流明显，形成不稳定层结[6]。2021-08-19白天低槽东移出包头。 海平面气压场上2021-08-16—17 底部大范围低压系统逐渐发展并缓慢东移北上，2021-08-18T08：00 低压中心位于包头北部蒙古国境内， 包头处于低压底前部。2021-08-14T08：00 和2021-08-18T08：00 的500 hPa形势场如图2 所示。

图2 2021-08-14T08：00 和2021-08-18T08：00 的500 hPa 形势场

3 成因对比分析

3.1 抬升条件

从抬升条件来看，2021-08-14T08：00 包头地区低层辐合、高层辐散，处于上升运动区。而“8·18”过程垂直运动较“8·14”过程更加强烈，虽然包头地区并不处于强烈的上升运动区，而是处于上升运动与下沉运动的过渡区，但是恰好形成了西侧上升、东侧下沉的垂直方向环流，也同样有利于暴雨天气的出现。

3.2 水汽条件

“8·14”过程中地面低压倒槽前及低层切变线前偏南气流向北输送水汽，并使得水汽在倒槽顶端和切变线附近辐合，整层水汽输送与辐合条件均较为有利[7-8]，2021-08-14T08：00，850 hPa 比湿为8～9 g/kg，相对湿度达70%以上[9]；“8·18”过程中副高东退，外围偏南气流输送水汽，配合高低层辐合系统使得水汽在包头上空积累[10]，2021-08-18T08：00，850 hPa比湿山北达到8～9 g/kg，山南达到9 g/kg 以上，相对湿度达到70%以上。两次降水过程中水汽条件均表现较好。

3.3 层结条件

2021-08-14 T08 ：00 降水前期，53336 站T-LogP图中整层层结曲线和状态曲线几乎重叠，表明整层水汽条件较好，垂直风切变中700 hPa 以下为弱暖平流，700—600 hPa 为冷平流，K指数达到38.4 ℃，沙氏指数为负， 有利于不稳定层结建立和维持。2021-08-14T20：00 中层有干冷空气侵入，不稳定层结被破坏。2021-08-18T08：00，53543 站T-LogP 图中状态曲线和层结曲线呈喇叭口状分布，K指数达到38.5 ℃，沙氏指数为负，存在一定的不稳定能量，垂直风切变中整层为暖平流，表明此次降水以暖区降水为主，伴随有不稳定能量的积累和释放[11-12]。

4 数值预报模式检验

在对两次暴雨过程的EC 模式检验中发现，两次过程预报起止时间都基本准确，稍有偏差，“8·14”过程预报结束时间略偏晚，“8·18”过程预报结束时间略偏早，可见EC 模式对降水过程起止时间把握较准确，可参考性较高，但预报结束时间偏早对于预报量级偏小有一定影响；降水量级预报方面两次过程预报均明显偏小，且随着时间临近降水量预报均向更小调整，虽然估计到可能伴随有强对流天气的出现，但对具体位置和极端性估计不足导致降水量级预报偏小。本地预报对于整体形势场的把握、灾害性天气强度预报等仍主要依赖于中央台指导预报和数值预报产品，随着总体预报准确率的不断提升，数值预报产品在稳定性和准确率方面均有较好的反馈，为灾害性天气预报预警工作提供了重要支撑，但也存在各家模式预报分歧大、对灾害性天气极端性难以详尽描述等特点，本地对于模式误差的订正能力仍有待提高。

5 气象服务情况

针对“8·14”过程，包头市气象台2021-08-13日发布气象预报信息，提到“14—15 日全市将出现一次小到中雨天气过程，主要降水时段集中在14日白天，全市大部地区有小雨，市区、土右、固阳有中雨，山南及沿山地区易出现短时强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气。”在2021-08-14T11：00—16：00 先后发布雷电黄色预警信号、冰雹橙色预警信号、中小河流洪水气象风险预警、城市内涝气象风险预警、暴雨黄色预警信号、山洪气象风险预警。降水期间逐小时发布降水实况信息及天气提示，并于2021-08-14 T16：24—16：26，在土右旗开展地面防雹作业2 点次，共发射防雹炮弹120 发。

针对“8·18”过程，包头市气象台2021-08-16发布气象预报信息，预报“17—18 日全市将出现一次小到中雨天气过程，主要降水时段集中在18 日白天，全市大部地区小雨，市区、土右、固阳有中雨，局部地区偏大，沿山地区易出现短时强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气。”2021-08-18T07：00—18：00 先后发布山洪气象风险预警、城市内涝气象风险预警、暴雨黄色预警信号，与自然资源局联合发布地质灾害气象风险预警，及时启动重大气象灾害（暴雨）Ⅳ级应急响应。降水期间逐小时发布降水实况信息及天气提示并于2021-08-18T08：50—13：51 在固阳县、达茂旗开展地面人工增雨作业4 点次，发射增雨火箭弹36 枚。

6 结论

“8·14”降水过程具有明显对流性暴雨特点，各地降水量差异悬殊，大量级降水位置分布极为不均，降水出现时间集中，降水强度大，午后伴有短时强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气；而“8·18”降水过程全市降水范围更大，总体降水量更大，持续时间更长，同样伴随有短时强降水等强对流天气，但降水强度较“8·14”过程稍弱。

“8·14”过程为两槽一脊形势，短波槽从低涡中不断分裂南下，副高东退，槽前西南气流配合副高外围西南气流向北输送暖湿空气与不稳定能量，地面倒槽有利于辐合抬升，低空切变线触发降水。“8·18”过程中环流调整，经向度明显加大，副高西升北抬并与高脊叠加，打通暖湿空气输送通道，低层暖中心利于不稳定层结形成，地面低压发展提供辐合抬升条件。

两次过程均处于低层辐合、高层辐散的上升运动区，且“8·18”过程存在西侧上升、东侧下沉的垂直方向环流。两次过程均达到了比湿8～9 g/kg、相对湿度达70%以上的有利水汽条件，且整层水汽条件均较好。K指数均达到38 ℃以上，沙氏指数小于0，上干冷下暖湿的层结有利于不稳定能量的聚积。

各家模式在降水量上预报分歧较大，其中EC 模式在预报准确性、稳定性等方面均表现较好，尤其在降水起止时间上把握较准确，可参考性较高，但对具体位置和极端性估计不足。

包头市气象台提前1～2 d 发布降水预报信息，在降水开始后及时发布各类气象灾害预警信号以及山洪、中小河流洪水、城市内涝、地质灾害等气象风险预警，人影部门选取适当的时间、地点及时开展人影防雹、增雨作业，提供了及时有效的气象服务，为减轻各类损失提供支撑。但两次过程中预报量级均偏小，本地对于数值模式误差的订正能力仍有待提高。