2016年6月哈尔滨地区降水异常环流特征分析

欧娜音，周传瑞，于凯旋

（1.哈尔滨市气象局，黑龙江 哈尔滨150028；2.双城区气象局，黑龙江 双城150100）

黑龙江省位于中国最东北部，而哈尔滨地区位于黑龙江省的西南部，松嫩平原东南端，其降水变化既受到全球气候变化的影响，又具有本地区的特征。哈尔滨地区西部县（市）地域平坦、低洼，东部县（市）多山及丘陵地。东南临张广才岭支脉丘陵，北部为小兴安岭山区，山势不高，河流纵横，平原辽阔。属温带季风气候，干旱和暴雨（引发洪涝）是主要的气象灾害。农作物生长的主要季节是夏季，而夏季也是降水比较集中的季节，粮食的产量深受降水量多少及分布的影响。

近年来，许多学者对东北及黑龙江省夏季降水异常进行了分析研究[1-3]。杨素英等[4]利用极端降水阈值分析了东北地区极端降水事件的时空演变特征，发现极端降水事件主要集中在6—9月。孙力、龚强等[5-6]通过对东北夏季降水的诊断分析，得出降水异常的空间分布既有整体一致的性质，也存在地域差异。已有很多学者对东北地区夏季降水异常的成因以及与大气环流背景的关系进行了分析，姚秀萍等[7]认为鄂霍次克海阻高发展是东北三江流域夏季降水异常偏多的主要原因，同时也认为冬季的极涡强度指数与夏季我国东北地区的降水的正相关可以作为预测东北夏季持续强降水的一个信号。贾小龙等[8]认为鄂霍茨克海和日本海阻塞高压的发展和减弱是造成东北8月降水异常的重要因子。孟庆涛等[9]通过对阻塞高压、热带副热带系统和西风带之间的相互关系，对暴雨过程的主要影响系统进行了分析。

对于东北地区尤其是黑龙江省的夏季降水有许多较好的研究成果，而针对黑龙江省某一特定地区的降水异常分析的研究还较少。比如许多学者研究了整个黑龙江省的降水时间和空间的异常概况，虽与哈尔滨地区降水异常特点趋势一致，但具有当地降水异常特色指标的文章较少。许多前辈分析了盛夏7、8月的降水异常特点，而对于哈尔滨地区来说，6月是农作物的关键生长阶段，极端天气可能会导致农作物产量显著降低。比如作为优质水稻产区的五常市来说，充沛的降水对水稻产量影响不大，但雨天的增加会出现日照时数减少和低温，从而减少太阳辐射及水稻生长所要求的最佳温度，导致小穗不育和减产率高。同时，降水异常偏多阶段产生的大风天气也会产生水稻大面积倒伏。因此降水异常对农作物的品质和产量影响重大。本文在已有诸多研究的基础上，利用多种降水指数更加深入地分析了影响哈尔滨地区6月降水异常的特征。进一步探讨该地区的降水异常的成因，不仅加深对哈尔滨地区降水异常变化规律的认识，对于提高哈尔滨地区预测旱涝灾害也有一定的现实意义。

图1 2016年6月哈尔滨地区降水量（单位：mm）（a）和降水量距平百分率（%）（b）空间分布

1 资料和方法

本文使用的资料包括黑龙江省气象信息中心提供的哈尔滨地区13个台站1961—2016年6月降水量资料。1961—2016年6月NCEP/NCAR再分析月平均资料，包括500 hPa高度场、700 hPa高度场和温度场、850 hPa高度场、风场和温度场、海平面气压场及水汽通量（分辨率为2.5°×2.5°）。

本文主要利用气候统计方法合成与相关分析进行研究。整层积分的水汽输送通量的计算公式为：

式中，g为重力加速度，ps为地表面气压，q为大气比湿，V为矢量风，u和v分别为纬向和经向风速，p为气压。

2 2016年6月哈尔滨地区降水异常特征

2016年6月哈尔滨全市平均年降水量为181.6 mm，比历年同期多100%，比2015年同期多86%，降雨量居1961年以来同期第1位。月降水日数全市平均为20.2 d，属于全区多雨型。时间分布不均，降水主要集中在中下旬，分别比历年同期多101%、155%。6月下旬异常偏多，降水强度大和局地强对流天气使哈尔滨地区遭受暴雨洪涝和风雹灾害。受强降水影响，部分农作物和经济作物受灾、农业设施被毁。另外，1998年和2016年都是厄尔尼诺次年，均受到强厄尔尼诺的影响，但2016年6月平均降水量却是1998年6月平均降水量的4.8倍，可表明2016年6月降水的极端性。

从图1a可看出，哈尔滨地区降水量大值区在哈尔滨市区以及东南部，即超过200mm的台站有哈尔滨市区206 mm、尚志231 mm、延寿227 mm、木兰237mm。其中哈尔滨、尚志、延寿、巴彦6月降水量分别居该台站常年同期第一位，木兰居该台站常年同期第二位。降水量距平百分率的空间分布分析表明（图1b），除依兰县与常年相比偏多较少外，西部和西南部降水量偏多50%～100%，尤其是哈尔滨中西部局地和东部大部分县（市）降水量偏多100%以上。

3 哈尔滨逐日降水特征

从图2明显看出，整个6月降水日数较多，量级也较大。哈尔滨地区平均降水量在100～200 mm的天数共有4 d，超过200mm的天数共有4 d。较大降水过程主要有6次，其中4次降水过程持续时间较长，降雨量较大，6月10—11日平均降水量为366.2 mm，17—18日平均降水量为350.7 mm，6月22—23日连续3 d降水量都较大，平均降水量为577.8mm；6月29—30日平均降水量为321.1mm。此4次降水过程强度之大，也是哈尔滨地区罕见的。

图2 2016年6月哈尔滨地区逐日平均降水量

4 哈尔滨地区降水异常成因分析

4.1 环流异常

2016年6月500 hPa高度场在欧亚大陆中高纬地区呈现“三槽两脊”型特征（图3），高度距平自西向东对应呈“负-正-负”分布，乌拉尔山以东位置和东北地区为低槽，贝加尔湖以西地区为高压脊。东北地区槽后的冷空气不断向东南方向移动和补充，使得该地区冷槽不断加强，成为深厚的系统。而在鄂霍茨克海偏西（65°N，160°E）有一阻塞系统，此阻塞高压使得冷空气被迫堆积在东北地区。700 hPa环流场上，东北地区同样受鄂霍次克海高压阻挡，使得低涡在东北地区发展（图4a）。850 hPa环流场加强为低涡，表明2016年6月东北冷涡系统非常深厚（图4b）。在850 hPa平均温度场上可看出哈尔滨地区有暖脊存在，500 hPa冷槽叠加在850 hPa暖脊之上，中高层干冷的西北气流叠加在低层暖湿气流之上，造成东北地区大范围位势不稳定，午后到傍晚热力和动力条件加强，触发了对流的发展，使得哈尔滨地区产生了较频繁的强对流天气，对东北地区降水偏多具有较大的影响。因此，鄂霍次克海以西位置的阻塞高压以及较活跃的冷空气与南来暖湿气流频繁交汇产生的强对流天气可能是引起此次降水异常的最直接原因。

4.2 水汽输送异常

图3 2016年6月500 hPa高度场（等值线，单位：dagpm）及距平（阴影区，单位：dagpm）

水汽输送通量是表征一个地区上空水汽输送的源地、路径及强度的物理量[10]。通过2016年6月整层水汽输送平均通量场图不难看出（图5a），黑龙江省地区有一强大的气旋式环流，哈尔滨地区（40°～50°N，120°～130°E）的水汽主要来源于日本海，通过东北地区上空气旋式环流输送到哈尔滨地区；另一支是鄂霍次克海西北部的水汽，同样受鄂海地区异常的反气旋式环流输送部分水汽到哈尔滨地区。两支水汽来源与南来水汽在哈尔滨地区上空形成较强的水汽辐合，且冷暖气流频繁交汇，造成哈尔滨地区降水异常偏多。另外，海平面气压场上（图6），哈尔滨地区位于低压中心西部，吹东南风，低压东部的气压梯度较大，因此低压东部偏南风加大，使得日本海水汽源源不断的向北输送。这种中高纬度和低层较强水汽输送的环流配置特征为6月较强降水起到了关键性的作用。整层较湿的特征，为哈尔滨地区降水异常偏多提供了有利条件。

而分析计算1981—2010年6月整层积分水汽输送通量平均场的相关分布特征（图5b），不难看出历史同期西北太平洋依然存在较强的反气旋式环流，但其西北侧气流以偏西为主，尤其是日本海区域，不利于水汽向北输送。同时，东北地区维持着偏西为主的稳定气流，无明显水汽来源，水汽通量值小于100 kg/s·m，而2016年6月水汽通量值在100～150 kg/s·m之间，明显大于历年水汽通量值。另外，1981—2010年6月平均降水量为91mm，仅仅是2016年6月平均降水量的1/2。综上所述，2016年6月哈尔滨地区水汽通量值较正常年明显偏大，且该地区呈现明显的水汽汇集区。因此，与常年同期异常的水汽差别造成了哈尔滨地区降水异常偏多。

图4 2016年6月700 hPa（a）、850 hPa（b）平均高度场和温度场（单位：℃）

图5 2016年6月整层水汽输送通量场平均场（a）和1981—2010年6月整层积分的水汽输送通量平均场（b）（平均场和气候态中矢量为水汽输送q·V，阴影区为水汽输送大小，单位kg/s·m）

图6 2016年6月平均海平面气压场

4.3 动力条件诊断分析

4.3.1 涡度的垂直结构

500 hPa正涡度和负涡度是有无暴雨的特征之一。哈尔滨地区2016年6月4次较大降雨过程从925 hPa到200 hPa都是正涡度，尤其是较大降雨时段的暴雨区500 hPa以下各层均表现为正涡度区，暴雨区四周多为负涡度区。从正涡度中心伸出的正涡度舌区域为气旋性曲率最大，与暴雨落区有正比关系。

4.3.2 垂直速度

暴雨中心从925～200 hPa都是深厚而持续的上升气流。700 hPa和850 hPa上升速度达-15×10-3hPa/s，500 hPa垂直运动最强。表1列出了2016年6月4次较大降雨过程500 hPa最强上升气流中心位置，中心强度和较大降雨落区的对应情况。可以看出，较大降雨落区与上升运动中心呈正比关系。较大降雨落区中心垂直速度可达-20×10-3hPa/s，哈尔滨东部有时达到-10×10-3hPa/s也能降暴雨。而且2016年6月强暴雨过程，往往整层大气都是上升运动。

表1 较大降雨落区与上升气流对应关系

4.3.3 散度的垂直结构

一般暴雨都具有低层辐合、高层辐散的动力结构，这种抽吸作用是上升运动的充分必要条件，也是低空水汽辐合的重要条件。哈尔滨地区2016年6月从低层到700 hPa为辐合，中低层辐合总量很大，最大辐合层均位于925 hPa，大值中心数值可达-2×10-6～-3×10-6/s，正是这一辐合层使空气产生剧烈的上升运动，使500 hPa垂直速度达到最大值。

4.3.4 高空风场特征

200 hPa平均纬向风图及经向风图上能明显看出，位于约140°E处存在一东亚副热带西风急流。纬向风的强急流中心强度为36m/s，而哈尔滨地区大部分区域处在10～14 m/s的风速线上，为东风，风速大值区对应了地面降水大值区。纬向风距平为正，说明比历年的纬向风值要大（图7a）。而经向风强急流中心为40m/s，哈尔滨地区处在12～14 m/s的风速线上，为南风，南风湿度较大，能够供应充足的水汽。经向风距平也为正，距平值在0～20 m/s之间，纬向风和经向风异常偏强，有利于增强该地区的上升运动，此高低空的配置对哈尔滨地区降水非常有利。因此，2016年6月哈尔滨地区动力结构特征更有利于产生强降水（图7b）。

图7 2016年6月200 hPa平均纬向风和距平（a）、平均经向风和距平（b）（等值线，单位：m/s）（阴影区，单位：m/s）

5 结论

2016年6月，哈尔滨地区出现降水异常偏多，全市月平均降水量为1961年以来同期第一位，强降水导致了哈尔滨地区遭受暴雨洪涝和风雹灾害。尤其是6月12日出现的历史罕见冰雹天气过程的影响，部分农作物和经济作物受灾严重、农业设施也遭到损毁。本文针对哈尔滨地区6月降水异常特征，从环流系统异常和水汽输送异常以及动力条件特征等三方面展开分析，主要结论如下：

（1）欧亚大陆中高纬地区呈现了深厚的“两槽一脊”型特征，异常的高低纬环流形势配合，为哈尔滨地区降水异常偏多提供有利的环流背景。鄂霍次克海以西位置的阻塞高压的出现和发展以及较活跃的冷空气与南来暖湿气流频繁交汇产生的强对流天气是造成哈尔滨地区6月降水异常偏多的最直接原因。

（2）中高纬度和低层的水汽输送的环流配置特征起到了一定的作用，哈尔滨地区整层较湿的特征为该地区降水异常偏多提供了有利而充沛的水汽条件。

（3）近地面层强辐合和高层强辐散的配置增强了大气的抽吸作用，导致较大降雨区上空出现较强的垂直上升运动，此高低空环流配置有利于增强上升运动，更有利于产生强降水。

参考文献：

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