2016年7月21日辽阳地区暴雨过程成因分析

芦晓彤++董飞++卢卓义

摘要 利用自动站的降水资料、MICAPS天气图、FNL再分析资料等，通过天气学和物理量特征分析方法对2016年7月20日18：00至22日8：00发生在辽阳地区的一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明，此次暴雨过程的影响系统是低涡切变及江淮气旋，受海上阻高影响，系统东移缓慢，持续影响辽阳地区，其中高空急流、低空急流及超低空急流的长时间维持为暴雨的产生起到至关重要的作用。此外，水汽通量散度辐合、强烈的上升运动区、对流不稳定能量等多种因子均对暴雨的发生起到重要作用。

关键词 暴雨；环流背景；急流；水汽；不稳定能量；辽宁辽阳；2016年7月21日

中图分类号 P458.1+21 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）02-0219-03

暴雨是我国主要气象灾害之一，长时间的暴雨容易产生积水或径流淹没低洼地段，造成洪涝灾害。近几年来，我国北方经常发生异常气候灾害，暴雨也时有发生。孙 俊等[1]在对2013年6月30日遂宁市特大暴雨成因分析中得出：高原低涡和西南涡的耦合作用是导致遂宁暴雨的主要因子，急流为高空低涡的发展提供不稳定能量；乔枫雪等[2]曾对一次引发暴雨的东北低涡的涡度的收支及位涡进行分析，结果表明：通过对涡度收支的计算，水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展加强起主要的作用，但在低涡的不同发展阶段，这2项的作用及大小各不相同，从位涡的演变来看，对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播，有利于低涡的发展加强，与低涡暴雨的落区较一致；张苏平等[3]曾从能量的角度对一次北方的台风暴雨进行分析，指出：在台风进入影响区之前，有大量动能从台风区输入到北方暴雨区。虽然对暴雨成因的研究很多，但在不同的暴雨过程中，制约与影响暴雨形成的因素往往不尽相同，具有不少地方性的差异，对每一次暴雨过程成因的研究都会得到不同的经验，可以提高当地暴雨预报的质量。

1 降水实况

2016年7月20日18：00至22日8：00，辽阳地区出现了暴雨天气，地区平均降水量60.7 mm。77个气象观测站中，27个站为大雨，48个站为暴雨，2个站为大暴雨。最大降水量为110.4 mm，出现在灯塔市大河南镇大堡村。此次降水过程前半程降水集中在辽阳的西北部地区，后半程是集中在辽阳的东南部地区。

2 环流背景

2.1 500 hPa环流形势

20日20：00在河套以西地区存在一低涡，辽阳地区位于低涡的前部，辽阳地区降水开始逐渐加强。受海上高压阻挡的影响，低涡停滞，21日8：00低涡仅北抬大约1个纬距，且中心值有所减弱。到了21日20：00，闭合低涡减弱为高空槽，辽阳地区处于槽前位置，降水仍然持续。直至22日8：00，高空槽进一步减弱为一个浅槽，原来槽前的偏北气流转为平直的西风，此时降水趋于结束。

2.2 700 hPa环流形势

20日20：00在河套以西地区存在一个低涡系统，中心值为302 dagpm，涡前部存在较强的西南急流（风速≥18 m/s），辽阳地区位于急流轴顶部的右侧。21日8：00该低涡没有进一步发展甚至是略微减弱，中心值为304 dagpm，低涡前部的西南急流仍然较强，在辽阳地区附近有明显的偏南风风速的辐合。21日20：00低涡被填塞，演变为低槽系统。槽线的位置较前24 h低涡的位置向东移动了3～4个经距，海上高压系统始终较强使低值系统的移动十分缓慢，有利于降水的长时间维持。

2.3 850 hPa环流形势

20日20：00在河套以西地区存在一个低涡，这个低涡中心的位置与500、700 hPa上低涡中心的位置几乎是一致的，涡前的西南急流已经建立（风速≥12 m/s）。21日8：00低涡减弱，略有东移北抬，涡前的西南急流有所增强（风速≥16 m/s），辽阳地区位于急流轴顶部位置。

2.4 地面形势

地面主要的影响系统是江淮气旋。20日8：00江淮气旋位于河南、河北、山东交界一带，中心值为992 hPa。20日14：00气旋略北抬，中心值有所减弱，为994 hPa。随着气旋的东移北抬，20日20：00低压顶部移近辽阳地区。21日8：00，气旋演变为地面倒槽，持续影响辽阳。

此次降水，整层影响系统的斜压性不强，中层等温线稀疏，因而系统的强度是一个先维持后逐渐减弱的过程。但是由于受海上高压系统的阻挡，系统移动十分缓慢，对于辽阳地区的影响时间较长，带来了全区暴雨。

3 不稳定能量

图1为假相当位温θse沿123°E经线的垂直剖面图，假相当位温是一个重要的温湿特征参数，它在大气的干、湿绝热过程中都是守恒的，因此广泛应用于天气分析预报业务及研究[4]。判断对流稳定性的条件是假相当位温随高度的变化。

辽阳地区的位置为41°～42°N，123°E（图中三角所在位置）。从图1可以看出，20日14：00辽阳地区在800～900 hPa之间假相当位温随高度减小，处于对流不稳定，在700～850 hPa之间假相当位温仍随高度减小，在辽阳上空偏北一侧700～800 hPa之间有一个假相当位温的高值中心，在辽阳上空600 hPa附近存在一个假相当位温的低值中心，600 hPa以上假相當位温随高度升高。说明在20日14：00，辽阳在低空和超低空处于对流不稳定区，在中空和高空是处于对流稳定区，此时辽阳地区降水还没有开始。20日20：00辽阳上空在700～900 hPa之间仍有假相当位温随高度减小，中低空仍存在对流不稳定。到了21日8：00，辽阳上空假相当位温随高度增加，说明在20日20：00至21日8：00存在触发机制，使不稳定能量释放，对应的这段时期也是降水的主体时期。

4 高、低空急流

4.1 高空急流

200 hPa流场上，辽阳的南部和北部分别存在一支急流，这2支急流呈明显疏散，这种疏散型的反气旋性曲率在高空起到了抽吸作用，有利于上升运动的发展。20日8：00—20：00南、北2支急流逐渐合并，辽阳位于合并后急流轴的南侧、反气旋的顶部。21日8：00辽阳地区南部的反气旋中心东移，高空急流的强度并没有减弱，辽阳地区位于急流的西南部。21日14：00影响辽阳地区的高空急流减弱消失。

4.2 低空急流

850 hPa流场上，从湖南、湖北以北直至辽宁西部存在一个范围较大、强度较强的偏南急流，辽阳位于低空急流出口区的右侧。21日8：00随着低涡的东移，低空急流也向东移动，辽阳地区位于急流的顶部，它可将孟加拉湾、南海、东海、黄海的水汽输送到辽阳地区。

4.3 超低空急流

925 hPa环流场上，从湖南、湖北至辽宁西部存在一条范围大、强度强的超低空偏南急流，辽阳地区位于急流出口区的右侧。21日8：00急流仍然很强，其顶部北抬，辽阳地区位于急流顶部位置。这一长时间维持的超低空急流对于水汽的输送至关重要。

综上所述，3种急流在这次暴雨过程中均具有重要作用，相对来说，超低空急流起到决定性作用，因为大量水汽的辐合是产生暴雨的根本条件。

5 物理量场

5.1 水汽通量散度

由图2可知，从20日8：00、14：00、20：00 3个时次的水汽通量散度可以看到，辽阳地区的水汽通量散度均为负值，水汽通量散度值在（-2～-1）×10-7 g/（hPa·cm2·s）之间，水汽始终是辐合的，这与850 hPa低空西南急流及925 hPa超低空偏南急流的水汽输送有关。由图2（d）可知，到了21日2：00，水汽通量散度强度明显加强，达到-4×10-7 g/（hPa·cm2·s），此时也正是降水相对较强的时段。21日8：00和21日20：00，辽阳地区的水汽通量散度在（-4～-2）×10-7 g/（hPa·cm2·s），仍然维持着水汽通量散度的辐合。说明850 hPa上低空急流及925 hPa超低空偏南急流的长时间维持为辽阳地区提供了源源不断的水汽。

5.2 垂直速度

从辽阳地区垂直速度剖面随时间的变化可以看出，从20日20：00到21日8：00，辽阳地区处于长时间的上升运动区。特别在21日6：00前后，上升运动达到最强，最大上升速度达到-16 cm/s，并且上升运动区接近200 hPa，这是产生辽阳地区暴雨有利的动力因子。到了21日14：00，垂直上升速度明显减弱甚至中高层为下沉运动，这与200 hPa高空急流的减弱时间相对应。在20日20：00至21日8：00是上升运动最强时期，结合图1不稳定能量的分析，说明这段时间的抬升机制较好，为不稳定能量的释放提供了触发机制。

6 结论

（1）此次暴雨过程的影响系统为低涡切变及江淮气旋，该影响系统的发展演变特点为强度维持或略微减弱，但是由于受海上高压系统的阻挡，移动极为缓慢，对于辽阳地区的影响时间较长。

（2）20日14：00—20：00，辽阳地区超低空及低空处于对流不稳定区，充分证明了辽阳地区上空蓄积了大量的不稳定能量，一旦有合适的触发机制便会带来大量降水。

（3）此次暴雨过程中影响辽阳地区的高空急流、低空急流及超低空急流均较强，相对来说，超低空急流起到决定性作用，因为大量水汽的辐合是产生暴雨的根本条件，如果没有维持较长时间的超低空急流，此次大范圍的暴雨很难产生。

（4）20日8：00至21日20：00，辽阳地区始终处于水汽通量散度的辐合区，水汽条件十分充沛。20日20：00至21日8：00，辽阳地区存在强烈的上升区，给暴雨的维持及局地的加强提供了有利的动力因子，并为不稳定能量的释放提供触发机制。

7 参考文献

[1] 孙俊，邓国卫，张渝杰，等.“13·6·30”遂宁市特大暴雨成因的初探[J].气象，2014，40（10）：1174-1182.

[2] 乔枫雪，赵思雄，孙建华.一次引发暴雨的东北低涡的涡度及水汽收支分析[J].气候与环境研究，2007，12（3）：397-411.

[3] 张苏平，李春，白燕，等.一次北方台风暴雨（9406）能量特征分析[J].大气科学，2006，30（40）：645-659.

[4] 盛裴轩，毛节泰，李建国，等.大气物理[M].北京：北京大学出版社，2003：138.