呼伦贝尔一次暴雨的物理量诊断分析

杨保成

摘  要：利用NCEP再分析资料、区域自动站资料，从环流配置、物理量配置等对2018年7月呼伦贝尔地区一次暴雨天气进行了诊断，结果表明：在环流形势稳定的前提下，充沛的水汽输送，螺旋度的大值落区及高温高湿的能量锋区在暴雨区汇集，这样的物理量配置利于中、小尺度系统的发展，有助于暴雨产生。

关键词：暴雨;垂直螺旋度;能量锋区

中图分类号：P458.1+21.1    文献标志码：A           文章編号：2095-2945（2019）25-0064-03

Abstract： Using NCEP reanalysis data and regional automatic station data， a stormy weather in Hulunbuir area was diagnosed in July 2018 from circulation configuration and physical quantity configuration. The results show that under the premise of stable circulation， abundant water vapor transport， the high value falling area of helicity and the energy front area of high temperature and high humidity gather in the rainstorm area， which is beneficial to the development of medium- and small-scale systems and to the occurrence of torrential rain.

Keywords： torrential rain; vertical helicity; energy front

引言

内蒙古地区的暴雨虽然不如湿润地区的频繁，但雨量集中，强度大，突发性强，是内蒙古主要灾害性天气之一[1]。近年来，很多学者都对夏季内蒙古暴雨进行了诊断分析[2-3]，对于呼伦贝尔地区的暴雨研究总体上不够深入。鉴于此，本文以呼伦贝尔地区一次暴雨天气过程为例，重点对此次暴雨进行物理量诊断，期望能够为暴雨天气过程提供科学合理的参考依据。

1 资料选取与研究方法

1.1 资料选取

本文利用NCEP资料（网格距1°×1°经纬度，6h一次全球再分析资料）;观测资料选用呼伦贝尔气象观测站资料。

1.2 研究方法

本文将借助于螺旋度，研究本次暴雨过程的动力学特征。其在等压坐标系中，垂直螺旋度可以写成如下形式：

其中：u，v，w分别为等压坐标系中x方向，y方向和垂直方向的速度，？灼为垂直方向上的涡度。

Hz螺旋度公式表明，垂直螺旋度是垂直速度与涡度垂直分量的乘积，由于在强天气区有强的上升运动（w>0），如果涡度为正，则有正螺旋度;如果涡度为负，则有负螺旋度。

2 天气过程简述

2018年7月7日-8日，呼伦贝尔地区出现强降水天气过程，其中38个气象站出现暴雨，最大降水量为阿荣旗兴隆水库83.5mm。根据民政局统计，本次暴雨洪涝灾害共造成直接经济损失3141.3万元，受灾人口10584人，农田受灾16181.8公顷，成灾12262.4公顷。

3 环流形势特征

分析7日08：00 500hPa高度场，亚洲北部为一槽一脊型，贝加尔湖地区有一深厚的低槽，槽后冷中心温度达-24℃，偏北风风力较大，预示槽将进一步发展，同时，下游阻塞高压异常强盛，使得冷涡稳定。8日08：00（图1a）槽发展成冷涡，呼伦贝尔东南部处于西南气流之中，200hPa高空急流抽吸作用明显，利于暴雨产生。20：00冷涡维持，9日08：00呼伦贝尔地区低层逐渐被干冷空气控制，降水趋于结束。

低层850hPa（图1b）呼伦贝尔西部维持一低涡，同时低空急流在暴雨区形成，利于水汽和能量的汇集，有助于暴雨出现。

4 物理量分析

4.1 水汽条件分析

4.1.1 比湿

8日08：00 850hPa比湿图（图略），呼伦贝尔市东南部比湿达到11g·Kg-1，同时偏南风急流达到18m·s-1，水汽沿着急流区向北聚集，14：00，11g·Kg-1的比湿大值区东移，暴雨区风速减弱至4m·s-1～8m·s-1。20：00，比湿大值区进一步东北移，由于冷空气的渗透，呼伦贝尔中南部转为偏西风，比湿值进一步减小，水汽通道进一步阻断直至降水结束。

4.1.2 水汽通量、水汽通量散度

8日08：00 850hPa水汽通量（图2a），渤海湾的水汽沿着偏南风急流向呼伦贝尔东部输送，水汽通道完整，中心值达到20·cm-1·hPa-1·s-1;14：00（图2b）水汽通道进一步东移，水汽中心位于呼伦贝尔东北部地区;08：00水汽通量散度场在呼伦贝尔东南部出现了辐合，中心值为-8×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1;14：00，水汽辐合中心进一步北移，中心值增大为-14×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1;14：00沿124°E做相对湿度剖面，在强降雨区上从1000hPa至700hPa为相对湿度大值区（大于80%），同时风向随高度顺时针旋转，表明对流层低层存在暖平流，在700hPa至550hPa之间则相对湿度较小，说明对流层中层较干，差动湿度平流有利于不稳定的发展，利于降雨的加强。

4.2 动力条件分析

8日08：00 850hPa垂直螺旋度（图3a），螺旋度正值大值区呈近似椭圆状南北走向，中心值达到120×10-6m·s-2，暴雨站1处于螺旋度正值大值区之中，对比实况降雨，05：00-08：00站1的降雨量达到35.2mm，表明垂直螺旋度大正值落区与短时强降雨落区比较一致。

沿124°E做剖面图（图3b），在强降雨区上空850hPa有一正值中心，中心强度达到120×10-6m·s-2， 正值区域垂直伸展在950hPa-600hPa之间，同时随高度向高纬地区倾斜发展，表明大气斜压性较强，垂直螺旋度伸展较高，正涡度与垂直速度都比较大，利于短时强降雨的产生。

4.3 热力不稳定条件分析

4.3.1 K指数

8日08：00 850hPa K指数图（图略），K指数大于35℃的区域集中在呼伦贝尔东南部地区，其中站1的值更是接近37.5℃，表明此时对流层低层大气层结极不稳定，易出现对流性天气;14：00 K指数大于35℃的区域进一步东移，站2仍处于这一不稳定区域中，对比实况降雨可知，13：00-14：00，站2降雨量为17.1mm，强降雨区与K指数大于35℃的区域比较一致。

4.3.2 假相当位温

假相当位温的分布能够反映大气中湿斜压能量的分布，假相當位温的高值区为高温高湿的高能区，等值线的密集区为能量锋区，8日08：00 850hPa假相当位温（图4a），呼伦贝尔地区东南至西北存在一条高能舌区，中心值已达到334K，属于一个高能中心;14：00的剖面图（图4b），在强降雨区域上空存在一条能量锋区，同时，在900hPa-700hPa之间假相当位温随高度减小，不稳定条件明显，说明在中低层高温高湿的有利环境下，暖湿空气的辐合抬升促进了不稳定能量的发展，形成强降雨。

5 结论

（1）高空冷涡稳定少动，鄂霍茨克海形成阻塞形势，使得地面至500hPa冷涡底部冷空气南下与槽前暖湿气流在呼伦贝尔地区交绥，利于增强西南水汽向呼伦贝尔地区输送。（2）比湿大于10g·Kg-1的区域如果有偏南风速急流（低空急流）配合，一般会有暴雨产生，如果对流层低层到达或接近饱和，而对流层中层较干，则这样的差动湿度平流利于不稳定的发展，利于暴雨的产生。（3）K指数达到或超过35℃，该地区易出现暴雨。（4）暴雨一般位于假相当位温高能舌区（能量锋区），能量锋区上方存在不稳定层结，利于暖湿空气的辐合抬升，对于暴雨形成正反馈机制。（5）垂直螺旋度正值区对于暴雨的落区具有较好的指示意义。

参考文献：

[1]顾润源.内蒙古自治区天气预报手册[M].北京：气象出版社，2012：154-260.

[2]张桂莲，仲夏，韩经纬，等.内蒙古中西部地区一次极端大暴雨特征分析[J].干旱气象，2018，36（1）：17-26.

[3]常煜.内蒙古典型暴雨过程的中尺度雨团观测分析[J].应用气象学报，2016，27（1）：56-66.