黑龙江省一次区域性暴雨过程分析

2014-09-02刘亚玲姜晓雪刘艳霞孙鹏飞

黑龙江气象 2014年4期

刘亚玲，姜晓雪，刘艳霞，孙鹏飞

（1.青冈县气象局，黑龙江青冈151600；2.肇东市气象局，黑龙江肇东151100）

1 引言

黑龙江省北部、东部以黑龙江、乌苏里江为界，与俄罗斯相望；西部以大兴安岭与内蒙古自治区毗邻；南部与吉林省接壤，位于121°11′-135°05′E，43°25′-53°33′N，是我国最东最北的省。黑龙江省年平均降水量400-600 mm，每年7月中旬到8月下旬雨带移到我国东北地区，形成本地区的雨季，东北地区的汛期降水具有时间短，强度大，局地性强等特征。常常会带来重大灾害性的损失。但是暴雨过程同时带来了充足的降水，对干旱等气象灾害有很好的缓解作用。对暴雨过程的研究有利于更好地把握暴雨过程的特点，趋利避害，更充分的利用暴雨带来的有利一面。

陶诗言[1]早在1980年出版的《中国之暴雨》一书中就对中国的暴雨进行比较详细的分析。指出西风环流、副热带环流和热带环流是影响我国暴雨的主要大气环流形势。孙力[2]统计得出: 大约有77%的东北冷涡与东亚地区阻塞高压的发展变化有关, 并且这一类冷涡的持续时间也比一般冷涡的生命周期平均长2.1 d。研究认为, 东亚季风在我国中高纬度地区建立前（季风雨季开始前）该地区有一个水汽和能量的积累过程，这个积累过程不仅与低纬和热带地区水汽的向北输送有关, 也与副热带地区的水汽（转运站）相联系, 季风雨季的出现则是一个已积累的水汽和能量加以释放的过程, 水汽与能量积累的减弱或消失, 意味着季风雨季的结束。孙力[3-4]、刘景涛[5]和白人海等[6]在分析1998年松花江和嫩江流域洪涝灾害的成因时也指出, 1998年松嫩流域大暴雨过程的出现是在东亚阻塞形势稳定和东北冷涡天气系统长期维持等特定的环流条件下形成的, 甚至还与前期厄尔尼诺及青藏高原多雪等背景有密切关系, 是多尺度环流与系统相互作用的结果。但是, 造成大暴雨的关键是由于亚洲季风水汽的输送和辐合, 输送到松嫩流域的水汽甚至可以追溯到印度洋并与索马里附近的越赤道气流有关, 降水的阶段性和持续性变化还受到低纬和热带地区暖湿大气低频振荡向北传播的调制。

2 天气实况及灾情

受蒙古气旋东移的影响，2012年7月28日20时-29日20时，黑龙江省自西向东出现了自入汛以来范围最广、强度最强的区域性暴雨天气过程。特别是绥化地区10 个县站有6 个站出现暴雨，3 个站出现大暴雨，其中绥化降雨量达139.7 mm，并创下历史同期单日降雨量最大值，庆安119.8 mm，肇东108.5 mm。强雨带分布呈东北-西南向，主要位于绥化中南部，另外西南部普降大到暴雨，西北部普降中到大雨，全市平均降雨量为66.3 mm。此次降雨过程范围广、雨强大。主要灾情有：倒塌房屋36户，进水房屋270 间，被淹农田23000 公顷，经济损失约9000 万元。

3 环流形势特征

3.1 高空环流形势

在环流形势上看出，28日08时副高已经北抬，副高脊线位于35°N 附近，同时乌拉尔山附近有一强冷涡低值中心发展，在日本海地区为弱的高压控制，同时东西伯利亚有低槽的西退。在28日20时500 hPa 环流图上，副高脊线位于35°N 附近，东亚中高纬度地区（40°N 以北）多低涡活动。内蒙古东部地区和贝加尔湖附近地区分别有两个低涡，同时在鄂霍次克海以北的极圈附近为冷涡，从冷涡底部有一低槽伸向黑龙江北部地区，引导冷空气南下与内蒙古东部地区低涡前部的暖湿气流在黑龙江省西南部地区交绥，造成大范围的暴雨天气。 29日20时，内蒙古东部地区的低涡向东北方向移动与冷涡底部伸展到黑龙江省北部地区的低槽合并，合并后其强度增强，由570 dagpm 降低到566 dagpm，低涡中心位于绥化北部，暴雨出现在低涡前部。 30日20时，低涡中心移至黑龙江省东北部，绥化地区的降水过程趋于结束。

3.2 中低层系统分析

对流层低层850 hPa 上，低涡东移发展加强，28日20时，低涡中心位于内蒙古东北部，低涡前侧为偏南风急流，从海上向暴雨区输送水汽和热量，并在黑龙江省西南部的暖湿切变线处强烈的辐合上升，低涡中心和切变线附近出现大范围的暴雨、大暴雨。随后暴雨区随低涡向东北方向移动，到29日20时，低涡中心移至黑龙江省中部地区，其前部的偏南急流逐渐转变为西南大风（风速≥10 m/s），水汽条件减弱，暴雨出现在低涡中心及其东北和西南方向上的两条切变线附近。同时可以看出在此次过程中，黑龙江省上空有明显的冷暖气团的交汇，在29日20时，黑龙江省850 hPa 上的温度露点差都比较小，水汽十分充足。再加上渤海的水汽沿副高外围低空急流不断输送，为大范围强降水天气的发生起到了至关重要的作用。

3.3 地面形势分析

此次过程主要是由于蒙古气旋东移，配合渤海、日本海水汽输送产生的。其中东西伯利亚的的高压逐步向南压，蒙古气旋不断东进，在31日20时入海减弱。其中可以看出由于北面高压的活动，为绥化地区带来了东北方向的次冷空气，而偏南暖湿气流的大量输送，增强了大气的不稳定性。 29日20时地面天气可以看到蒙古气旋有明显的冷暖锋区的活动，其中强降水主要位于暖锋后，露点温度差在整个黑龙江省都比较小，绥化地区尤其小，部分地区已近饱和，庆安的温度与露点温度相同，都为20 ℃，充足的水汽条件是这次暴雨过程产生的重要原因之一。

4 物理量场诊断分析

4.1 动力条件

7月28-30日的散度场，在暴雨发生时绥化地区呈低层辐合、高层辐散的特征。 28日20时250 hPa 散度场上，绥化地区上空为大片正散度区，其散度值≥40×10－5s－1的大值中心位于绥化北侧，绥化境内有≥30×10－5s－1的辐散中心；500 hPa≤－10×10－5s－1的辐合区位于绥化南部至黑河北部之间；700 hPa≤－20×10－5s－1的辐合区位于绥北。29日20时850 hPa 散度场黑龙江大部呈辐散特征，正散度大值区呈西北东南向，在庆安有39×10－5s－1的强辐散中心，在西侧为较强的辐合中心，负值中心在长春附近，散度值≤－30×10－5s－1，高层辐散加强了中低层的辐合上升运动。通过分析表明，暴雨落区与850 hPa 负散度中心有较好的对应关系。由此看出空间的大形势散度的配置对暴雨的产生是有利的。

通过对7月28日20时850 hPa 涡度场分析，黑龙江省西南部处于正涡度区中。正涡度区位于辽宁、吉宁一带，中心最大值≥80×105·s-1，并向东北方向伸展到齐齐哈尔和绥化地区。正涡度区随着低涡的发展东移过绥化地区。分析表明涡度的大值区与绥化地区暴雨落区相一致，暴雨落区一般在高空槽前正涡度中心附近偏南一侧，与当日绥化地区出现的暴雨落区一致。

通过对垂直速度场的分析，700 hPa 和850 hPa 绥化均处在上升气流区，与负散度中心区相对应。其中7月28日20时850 hPa 垂直速度正值区位于黑龙江省的北侧，中心位于黑龙江省以北，其中心强度为＞12×10－3hPa.s－1，为下沉气流，700 hPa 下沉气流大值区与850 hPa 相对应。同时在绥化地区及绥化以南为上升区，大值中心位于吉林省西部，中心强度为≤-36×10－3hPa.s－1。同时700 hPa上升气流大值区与850 hPa 十分吻合。分析结果表明，强的垂直上升气流为辐合产生强降水提供了足够的动力条件，强雨带位于强上升气流区东北侧。

综上分析可知，7月29-30日绥化中南部出现的暴雨，局部大暴雨天气是发生在高空槽前正涡度平流作用下，并配合低层辐合、高层辐散的“抽吸效应”下产生的。

4.2 热力条件

从2012年7月28日20时K 指数分析可以看出，华北、东北一带为高K 指数区域。除东北部少数地区以外，黑龙江省大部处于大气层结不稳定区，黑龙江省中南部、东部为高K 指数区域，其中，绥化地区位于20-32℃，说明此时大气表现为潮湿不稳定的特性，有利于产生强降水。2012年7月28日20时哈尔滨站的T-logP 图看出，整层大气的湿度较大，同时具有较低的自由对流高度和较大的对流有效位能，此时整层大气表现为对流不稳定。 2012年7月28日20时850 hPa 总能量场（图略）分析可知，整个中国东部，到东北部都为一高能量值区，从华北到吉林为一高能舌，其中华北有≥84 ℃的高能值区，位于河北省，绥化处于52-60 ℃之间，位于高能舌北侧。由上可以表明暴雨落区与大气不稳定的K 指数高值区和高能锋区相对应，当日绥化中、南部一带强雨带正位于高能舌北部锋区附近。

4.3 水汽条件

从2012年7月28-29日水汽通量分析， 700 hPa、850 hPa 东北地区南面都有一个较强的水汽通量正值中心，这是因为对流层低层有较强的西南暖湿气流，为此次暴雨过程输送水汽和不稳定能量。 28日20时850hPa（图1）水汽通量大值区位于黄渤海到辽宁、吉林一带，最大值≥30 g.cm－1.hPa－1.s－1，分别在辽宁吉林交界以及黄渤海上有两个大值中心。另外在日本海到黑龙江省东部一带也有水汽通道为暴雨区输送水汽，最大中心值≥8 g.cm－1.hPa－1.s－1。通过分析表明，渤海、黄海是此次暴雨的主要水汽输送源地，为暴雨产生提供了充沛的水汽条件。

分析7月28日20时850 hPa（图2）的比湿场，有湿舌从渤海地区经辽宁，吉林伸向黑龙江省，形成一明显的湿舌。850 hPa 上绥化境内的比湿为10-12g.kg－1，这是由低空急流向绥化地区输送大量水汽，使大气低层增湿所致。另外从7月28日20时850 hPa 的水汽通量散度场分析可知，黑龙江省偏南地区为负值区，水汽在此强烈的辐合。

图1 2012年7月28日20时850 hPa 水汽通量场

综上分析可知，7月28-30日绥化区域性暴雨具有如下特点：水汽通量散度和水汽通量中心值都偏西偏南，绥化地区位于锋线上。

5 卫星云图资料分析

2012年7月28-29日FY2C 卫星云图资料演变分析来看，影响绥化强降水主要有两个时段：第一个降水峰值时段为28日16-20时；第二个降水峰值时段为29日01-03时，之后降水云系东移，移出绥化地区，降水逐渐减弱。从28日10时开始，云系随着高空引导气流从黑龙江省的大庆市一带开始向绥化地区移动，到17时绥化地区中南部的对流云系发展旺盛，出现了较低的云顶亮温，对应绥化中南部一带出现强降水，18时绥化地区的对流云系开始向北移动，强度上有所减弱，南部又有新的对流云发展，此时绥化全区降水都较为明显。 28日19时绥化地区南部对流云带位于肇东一带，并对应较强降雨区。29日01时对流云系移动到哈尔滨和绥化一带，绥化东部地区位于发展最强的对流云团西北部，这段时间北林、庆安两地出现了超强的降水。此后对流云系继续东移，并移出绥化地区，尽管齐齐哈尔一带仍有对流云系发展，并继续东移影响绥化地区，但降水强度明显减弱。