沈阳桃仙机场一次大暴雨过程分析

2017-12-11李磊

吉林农业 2017年24期

关键词：散度本场涡度

李磊

（民航东北空管局气象中心，辽宁沈阳110043）

沈阳桃仙机场一次大暴雨过程分析

李磊

（民航东北空管局气象中心，辽宁沈阳110043）

采用NCEP再分析资料对2016年7月25日～26日大暴雨过程进行分析，本次降水是一次混合性降水过程，持续时间长，降水量大，降水过程中伴随有降水形态变化。分析表明：850hPa环流场调整引发降水从不稳定向稳定转变；低空急流的建立保证了充足的水汽输送；副热带高压的维持延长了本次降水时间；物理量分析一致表明，不稳定能量和对流天气时段吻合；关注抬升条件的变化有助于对降水形态的把握。

大暴雨；分析；形势场

沈阳桃仙国际机场（ZYTX）位于北纬41°39'，东经123°29'，单日降水量超过100mm的大暴雨年均仅0.1次，单次过程最大降水量139.8mm（2010年），单日最大降水量117.9mm（1994年）。2016年7月桃仙机场出现2次大暴雨过程，21～22日过程降水量108.6mm，其中21日单日降水量98.6mm，25日至26日降水量132.0mm，25日单日降水量110.2mm。21～22日降水过程以稳定性降水为主，基本未对航班飞行造成影响，而25～26日过程中出现了短时大雨以及雷暴的强对流天气，对航班产生长时间影响，共造成25架次航班备降，2架次航班返航，12架次航班延误，17架次航班取消和补班。以下对2016年7月25～26日大暴雨过程进行分析，采用的资料为NCEP再分析资料。

1 天气过程简述

本次过程降水时段为25日00时35分～01时10分，05时11分～13时37分，17时11分～26日10时16分降水过程结束，累计降水时间26小时6分，其中，中雨出现9次总计时长4小时31分，中雨时段比较分散。大雨总计时长17分，出现在25日08时37分～08时54分。25日单日降水量110.2mm，单日降水达大暴雨量级，26日单日降水量21.8mm，过程累计降水量132.0mm。降水期间出现雷暴天气，雷暴时段为25日07时40分～08时15分及20时05分～21时44分，雷暴累计时长2小时14分。降水期间最低主导能见度1000米。降水前期，地面风向以东南风为主，其中，25日08时～09时受雷暴辐散气流影响出现东北风，21时后由于地面形势场调整，地面风转为偏西风，整个降水过程期间本场最大风速为5m/s。

本次降水过程降水时间特别长，降水量很大，降水强度变化快，频次多，本次降水属于混合型降水，长时间的降水过程伴有强对流天气，但雷暴时段不长，风力也不大。

2 环流形势

图12016年7月25日02:00时次（左）和20:00时次（右）500hPa位势高度场和风场分布图

如图1，从2016年7月25日02:00时次500hPa图可看到，500hPa高度北部存在闭合环流，低压中心位于东经118°，北纬55°附近，低压槽延伸至内蒙古中部。低压中心南侧约5个纬度存在一支急流，最大风速达22m/s。桃仙机场上空处于低槽前部西南气流影响，风速约10～12m/s。此时副高588hPa高度线位于本场南侧1个纬度附近。随着低压中心缓慢东移，低压中心数值逐渐提高，中心附近急流于20:00时次后减弱，低槽逐渐收缩，44°N以南风向逐渐趋向平直，同时588hPa线开始出现迅速南退，20∶00后移出辽宁境内，26日08:00时后移至山东半岛南侧。同时，副高的迅速撤离导致低压中心东移加速，降水带于26日午前撤出本场上空。

图22016年7月25日02:00时次（左）和20:00时次（右）850hPa温度场（单位：℃）和风场分布图

由25日02:00时次850hPa图，见图2，低层出现2个低压中心，其中北侧低压与500hPa相对应，低压中心与低温中心位置接近，等高线和等温线呈低涡形势分布，移速及强度变化缓慢。南侧低压中心位于河北西部，东经115°，北纬42°附近，其中南侧低压发展出暖式切变，延伸至本场上空，导致本场开始出现降水，并且对流活动稍强烈，降水活动以阵性为主。随后南侧低压北上并出现纬向拉伸，暖式切变消退，本场降水出现断续。20:00时之后，两个低压中心形势场开始融合，南侧低压演变为高空槽并逐渐加深，整体系统开始东移。同时槽前逐渐建立起10～14m/s的西南风低空急流，位于辽宁南部到吉林东部一线，使得本场上空水汽通道打通，充沛的水汽给本场带来长时间的降水，此时本场基本以稳定性降水为主。低空急流在26日02:00时发展得最为旺盛，其后由于副高的迅速南退，低空急流也开始快速减弱。就温度场看，整个降水过程温度场有所调整，但本场上空温度形势变化不大，850hPa长期处于18℃附近，冷暖平流活动不强势，使得本场降水对流性不强。

3 抬升条件

图32016年7月25日08:00时次（左）和20:00时次（右）的42°N垂直速度剖面图（单位：10-1Paos-1）

根据2016年7月25日垂直速度剖面图（见图3），02：00时次东经118°附近有较强的上升运动区，中心强度-2.5×10-1Paos-1，本场上空上升速度约 -1.0×10-1Paos-1。08:00～14:00 时，上升活动显著加强，中心强度为-4.0×10-1Paos-1和-3.0×10-1Paos-1左右，上升速度中心位于300hPa到550hPa高度，并东移至东经120°到东经122°，上升速度中心靠近本场，本场上升速度也明显加强，并且在本场东侧东经130°附近出现明显下沉气流区域，强度约1.0×10-1Paos-1，有利于本场对流天气发生。20:00时后，强上升区继续东移，中心强度明显减弱至-1.0×10-1Paos-1以下，同时在上升区西侧出现下沉气流，本场上空夜间上升速度低于1.0×10-1Paos-1，对流性降水减少。上升运动强盛时段集中在25日08:00～14:00之间，与本次过程中的雷暴以及短时强降水时间吻合。

图42016年7月25日08:00时次（左）和20:00时次（右）的42°N水平散度垂直剖面图（单位：10-6s-1）

根据水平散度垂直剖面图（见图4），25日02:00高低层明显形成低层辐合及高层辐散的分布，500hPa到地面为辐合区，强辐合中心位于900hPa高度，最大散度值-6×10-6s-1，500hPa以上为辐散区，200hPa有强辐散区，最大散度值12×10-6s-1，高层辐散低层辐合的分布有利于对流活动的发展。08:00～14:00，辐合辐散区东移并加深，辐合中心最大散度值-10×10-6s-1左右，辐散中心最大散度值20～25×10-6s-1，低层辐合和高层辐散均加深，上升活动达到巅峰，对流活动旺盛。20:00时后，虽然低层辐合中心最大散度值维持在-10×10-6s-1左右，但辐散场发生调整，高中低层均有辐散气流出现，并且辐散中心散度降低到10×10-6s-1以下，高低层垂直活动减弱，而中低层平流输送加强，使得降水趋于稳定。

图52016年7月25日02:00时次（左）和20:00时次（右）的42°N垂直涡度垂直剖面图（单位：10-5s-1）

根据垂直涡度垂直剖面图（见图5），25日02:00时次本场处于弱的负涡度区，本场上空200hPa高度有负涡度中心，中心值为-10×10-5s-1，本场上游约10个经度有正涡度中心，中心值为2×10-5s-1，高度200hPa到800hPa。随系统东移，涡度中心强度变化不大，正涡度区逐渐下沉并收缩，低层活动加强而高层活动减弱。到20:00时，正涡度中心收缩到650hPa到900hPa高度，并接近本场上空。20:00时前，本场正涡度加强，利于低层辐合上升活动和高层辐散的发展。20:00后，本场正涡度减弱，低层辐合上升活动和高层辐散活动削弱。26日低层正涡度开始减弱，同时降水开始减弱。本次涡度平流不强，涡度强度调整不大，但与降水强度基本匹配。

4 水汽条件

图62016年7月25日14:00时次（左）和26日02:00时次（右）700hPa比湿（阴影，单位：g/kg）和水汽通量散度〔实线，单位10-7g/（s×hPa×cm2）〕分布图

分析25日～26日700hPa高度比湿及水体通量散度（见图6），由25日02:00时次图来看，河北西部有一条高湿湿舌，比湿超过10g/kg，此时水汽辐散不是很强烈。内蒙古东部有水汽通量辐合区，中心值 -12×10-7g/（s×hPa×cm2），本场位于辐合区外围。随着系统东移北上，湿舌逐渐北伸，同时水汽辐合带东移，本场辐合条件增强，并且在河北到渤海一带，水汽输出加强，强湿区位于低空急流左侧。由于水汽通道的建立，本场目前处于较高的水汽收益，20：00前本场高空的水汽辐合维持-4×10-7g/（s×hPa×cm2）～-6×10-7g/（s×hPa×cm2）。20：00 后本场逐渐转变为水汽输出区，此时本场区域水汽条件较好，比湿达到10g/kg以上。26日白天，水汽辐散进一步增强，达到 -10×10-7g/（s×hPa×cm2），此时比湿条件变差，降水逐渐减弱。本次过程，水汽通道建立及时，河北—渤海—山东一带提供了充沛的水汽，并且维持时间长，强度够强，为本场长时间的降水提供了条件。

5 不稳定条件

本次降水过程出现了雷暴和短时强降水过程，因此，对一些不稳定能量的分析，有助于在弱对流情况下的对流预报。

图72016年7月25日14:00时次（左）和20:00时次（右）抬升指数分布图

根据抬升指数图像（见图7），降水过程中整个区域抬升指数为0～-4间，有可能出现雷暴天气。对于本场，25日02:00时次抬升指数约-1，08:00时～14:00时最高，也仅达到-2，与雷暴时段吻合，20:00后抬升指数基本维持0以上，降水转换至稳定性降水。

图82016年7月25日08:00时次（左）和20:00时次（右）K指数分布图

根据K指数图，见图8，25日02:00时在河北区出现25以上区域，08:00时仅有少许北抬，14:00时发展旺盛，辽宁到吉林大部超过25，20:00时由于低层系统调整，东北西部有一条狭长的高值带，本场K指数低于25，26日02:00时由于中层比湿提高，本场K指数再次提高，08:00时后由于降水带迅速东移，能量耗散，整个区域维持20左右的水平。