2018年8月13—15日大连地区大暴雨过程环流形势诊断分析

张 杨 宋若宁 李金龙

（大连市金普新区气象局，辽宁大连 116100）

8月副热带高压、高空槽携带冷空气南下以及台风残余环流北上是影响我国北方地区的重要天气系统，具有生成突然、发展迅速、影响范围广等特点。大连地处中纬度，易受东移北上的台风残余环流、副高外围云系以及北部冷空气的影响，特别是三者带来的短时强降水以及台风残余环流引发强烈大风天气，从而对海上交通运输、渔业养殖、石油平台作业等带来比较大的影响，造成严重的经济损失。尹尽勇等[1]针对2007年3月造成黄渤海地区严重海洋灾害的一次入海气旋发生与发展过程进行诊断研究，分析了低层锋区和斜压性、高低层涡度平流差异、南北西风槽合并对气旋发展的影响。黄 彬等[2]重点分析了干侵入在一次引发渤海强风暴潮的黄河气旋发展过程中的特征和作用。朱营礼等[3]利用扩展Zwack-Okossi方程分析了潜热释放、暖平流、涡度平流等在黄渤海入海气旋快速发展不同阶段的作用。黄 彬等[4]通过分析一次渤海入海的黄河气旋的发生、发展过程认为，气旋的强烈发展与温度平流、高空槽前涡度平流、大气斜压性、高低空急流耦合等因素有关。2018年8月13—15日，受副高外围云系、高空槽携带冷空气以及台风“摩羯”残余环流的共同影响，特别是台风“摩羯”残余环流入渤海后的加强，造成了大连全域暴雨局部特大暴雨以及陆地大风9～10级、海上大风11级左右的大风灾害。本文通过天气尺度分析和物理量诊断方法着重分析了此次入海气旋台风“摩羯”残余环流爆发性发展的原因，以期为以后强烈发展的黄渤海入海气旋的分析、预报提供科学参考。

1 降水实况

从2018年8月13日早晨开始，受不稳定云系影响，大连地区出现了间歇性阵雨和雷阵雨。截至16日8：00，大连市区、旅顺口区、金普新区南部、瓦房店市北部、普兰店区中部及北部和庄河市大部出现暴雨和大暴雨，并伴有短时强降水、雷暴等强对流天气；大连地区其他地区出现中雨到大雨。全市平均累计降雨量为74.4 mm，有52个观测站降雨量超过50 mm，有75个观测站降雨量超过100 mm，有2个观测站降雨量超过250 mm（分别是庄河市天门山村，达290.8 mm；旅顺口区董砣子村，达256.9 mm）。1 h最大雨量出现在庄河塔岭镇，为75.3 mm。8月13日8：00至16日8：00各主要站点降雨量见表1。

表1 2018年8月13—16日大连地区各主要站点降雨量单位：mm

2 环流形势分析

2018年8月10日副高东退至125°E附近，在台湾东部有台风“摩羯”活动，此时中高层为两槽一脊的形势。 12日冷空气于 40°N、110°E 处堆积，在蒙古形成冷涡、副高西进的同时，台风“摩羯”在12日23：00于浙江登陆，减弱为热带风暴。大连地区处于副高外围，副高外围水汽十分充沛，比湿达到17 g/kg。从12日20：00探空曲线可以看出，此时CAPE值开始增强至1 721 J，而K指数为21，能量场较强，整层水汽都接近饱和，但中高层并无干冷空气侵入，见图1（a）。13日副高呈经向型，受副高外围云系影响，大连地区13日早晨6：00左右南部地区开始出现降水。13日下午500 hPa在河北南部有一弱低压存在，同时北部冷空气东移、中层开始有弱冷空气入侵，从探空曲线上可以看出500 hPa有干冷空气入侵，见图1（b）。此时，CAPE值高达3 346 J，而K指数也达到40，副高持续呈经向型且位于130°E。同时，台风“摩羯”外围云系也逐渐开始影响大连地区，导致大连地区西部和北部开始出现短时强降水天气。13日夜间台风“摩羯”继续西北上，大连地区同时受台风外围和副高外围的影响，北部冷槽东移过程中携带冷空气南下，入侵的程度开始增强，三者共同影响大连地区。因为副高西进至130°E，所以降水区域偏北偏西，降水主要集中在瓦房店、普兰店和庄河。14日白天副高略微东退，同时台风“摩羯”残余环流继续北上，但副高还是维持在130°E，探空曲线上中低层700 hPa也开始有冷空气的入侵，CAPE值为2 919 J，K指数到达38.1。大连地区北部瓦房店和庄河继续出现短时强降水。14日傍晚在日本南部有新台风“丽琵”向西北移，迫使副高南退，并在14日夜间与大陆高压打通，位于台风“摩羯”南部，促使台风“摩羯”残余环流从而向东北移，见图2（a）。此时，高空200 hPa在台风残余环流上空有明显的急流轴，台风残余环流位于急流轴出口区左侧，其出口区左侧向南的非地转风偏差分量使台风“摩羯”残余环流上空具有很强的高空辐散，对台风“摩羯”残余环流入海加强极为有利。台风残余环流前部有高空槽和副高外围带来的暖湿空气，后部有北部高空槽分裂南下的冷空气，这种相互作用使台风“摩羯”残余环流于15日8：00在渤海入海后突发性发展加强，见图2（b）。前期的水汽积累和副高外围持续的水汽输送也为台风“摩羯”残余环流的加强输送了大量水汽，形成类似热带环流高层的螺旋云带结构，是环流中心附近干侵入和湿气流的典型模型，对环流发展有重要作用。从15日早晨开始，大连地区南部地区出现持续暴雨天气。15日夜间随着大陆高压东进，环流型环流逐渐消散，全区转为偏北气流控制，降水结束。

3 雷达回波分析

分析雷达回波可知，自8月13日白天开始大连地区受副高外围云系的影响，沿着副高西北侧大连地区开始出现絮状混合型回波，回波强度为30～45 dBZ。回波在大连地区金州以北及黄海北部持续生成东北移中加强，主要影响区域是瓦房店、普兰店和庄河地区。在上述地区中，11：00—12：00首先由强的絮状混合型回波在庄河北部地区加强，主要影响庄河北部地区，不断有40～50 dBZ强度的降水回波经过，造成了庄河冰峪沟地区小时雨强达到43 mm。12：00普兰店南部开始有强对流回波生成，并在东北上中部与庄河地区的回波连成一片。普兰店开始出现短时强降水，四平街道小时雨强达到30 mm。从15：00开始，回波强度有所减弱，特别是普兰店地区的回波减弱明显，雨强也有所下降。此时，庄河光明山镇地区的回波强度达到50 dBZ，强回波中心呈带状，持续影响该地区，并且移速缓慢形成列车效应，光明山镇小时雨强达到67 mm。普兰店南部回波北上时在瓦房店中部开始加强成块状强对流回波，强度为45～50 dBZ，瓦房店市在17：00出现短时强降水。随着副高的略微北抬、西进，副高外围云系主要集中在葫芦岛营口一线。强降水回波主要集中在庄河北部地区，0：00庄河塔岭出现短时强降水，桂玉华乡雨强达到50 mm。14日白天开始副高略微东退，同时随着台风变性环流北上，北部冷槽东移过程中携带冷空气南下，大连地区北部开始有冷空气汇入，导致14日9：00瓦房店、普兰店、庄河有絮状强对流回波生成。由于副高维持在130°E导致台风外围云系主体还是偏西，位于渤海西岸一侧，大连地区主要受其携带水汽的影响。回波在北上过程中12：00左右逐渐移出大连地区，同时渤海西岸的回波强度整体偏弱（20～35 dBZ），为台风外围云系回波。其在北上的过程中减弱，副高外围和台风外围云系带来的回波主要压在渤海和瓦房店西部地区，13：00—15：00瓦房店西杨乡和万家岭地区出现短时强降水，雨强为50 mm左右，回波反射率上出现类似列车效应。此后，回波整体东北上，普兰店北部和庄河北部持续受到影响。随着14日傍晚在日本南部有新台风“丽琵”向西北移，迫使副高南退，并在14日夜间与大陆高压打通，位置在台风“摩羯”南部，台风“摩羯”残余环流从而向东北移，冷槽携带冷空气与台风“摩羯”残余环流于15日8：00在渤海形成环流型环流，并且加强加深。14日夜间位于渤海西南岸的台风回波主体在东北移中开始增强，呈现片状强降水回波。大连地区西部和南部开始逐渐受到影响，回波中心位于渤海中部，强度为45～55 dBZ，范围较大。环流顶前部不断有片状强降水回波生成，回波带主体宽度达到50 km，强度为40～50 dBZ。随着环流旋转不断加强并持续影响大连、旅顺，列车效应非常明显，垂直积分液态水含量维持在20 kg/m2以上且持续时间较长，水汽条件非常充沛。15日白天大连、旅顺地区出现短时强降水，并伴有大连本站14：00雨强达到60 mm。傍晚，随着台风“摩羯”残余环流移出开始消散。

4 台风“摩羯”残余环流发展分析

4.1 温度平流

温度平流是斜压扰动强力发展最基本的动力条件，能造成高空槽脊发展，而高空槽脊发展伴随的强涡度平流可引起地面环流或反环流发展。黄 彬等[4]指出，暖平流的存在有利于地面环流发展。此次台风“摩羯”残余环流爆发性发展过程中，从环流中心所在纬度进行温度平流纬向剖面来看，环流前部伴随明显暖平流，后部有冷空气侵入，冷暖交汇剧烈，表明对流层下层存在西冷东暖的斜压结构，使环流中心地转涡度加强，促使环流发展。由图3（a）可知，14日8：00台风“摩羯”残余环流位于115°E，受副热带高压外围的影响，环流前部的暖平流比较明显且范围较大，125°E以西都为暖平流控制，中心位于500 hPa 高度上，强度为 20×10-5K/s。由图 3（b）可知，14日20：00环流后部的冷平流加强非常明显，由高层下传至低层，且逐渐向环流中心靠近，强度为-15×10-5K/s。环流前部的暖平流区也在向环流中心靠近，同时高度增加到150 hPa，强度为25×10-5K/s。这种形势一直维持到15日5：00，环流中心位于冷暖交汇处。此时环流后部的冷平流较弱，冷平流降温与暖平流增温汇合，加大了环流发展区域的斜压性，致使该区域层结的斜压不稳定增长，其引起的上升运动对环流发展有利。

4.2 上升运动

13日20：00 ，台风“摩羯”残余环流西侧整层为正涡度，并且500 hPa附近有正涡度大值中心，向低层输送正涡度。截至14日2：00，环流上空涡度加强到6×10-5/s以上。由于中高层正涡度的下传，环流上空大于4×10-5/s的涡度范围逐渐扩大，到14日8：00向上扩展至400 hPa，并且正涡度中心增强到21×10-5/s以上，增速十分明显。同时，环流上空400 hPa以上有明显的正散度中心，表现为明显的辐散，并且在14日20：00辐散中心值加强非常明显，达12×10-5/s；而低层的辐合中心也非常强，达到-12×10-5/s。这种低层强烈辐合、高层强烈辐散的形势一直维持到15日左右，非常有利于环流内部上升运动的发展。14日2：00环流入渤海也有所加强。从垂直速度场可以看出，14日8：00后200 hPa以下整层都为上升运动。14日8：00上升运动中心在700 hPa，强度为-1.4Pa/s；之后上升运动的中心向上层扩展，到15日20：00中心在 500 hPa上，强度超过-1.8 Pa/s，上升运动的加强加剧了低层辐合，促使环流爆发性发展。同时看到，在环流上空850 hPa以下存在明显的水汽辐合，水汽辐合之后在上升运动作用下冷却凝结释放潜热，释放的潜热可使对流层中、上层不断增暖，高层气压升高而产生辐散。高层辐散又促使低层产生辐合，进一步加强上升运动，从而使环流发展并加强。

5 结语

此次暴雨过程主要是受副高外围云系台风“摩羯”残余环流以及北部冷空气的共同影响。其中：降水前期（2018年8月13日至14日白天）主要是副高外围云系和北部冷空气的共同影响，造成大连北部庄河、瓦房店、普兰店暴雨局部大暴雨天气；14日夜间至15日白天台风“摩羯”残余环流入渤海后加强，造成大连南部大连市区、旅顺大暴雨天气。

从雷达回波可以看出，此次降水过程的主要降水时段内都出现了类似列车效应的强回波带，同时整层可降水量条件非常好，VIL维持在20 kg/m2以上。这些条件导致了强降水的产生。

此次过程台风“摩羯”残余环流在入海发展过程中始终位于500 hPa高空槽前和副高外围云系后部，槽前正涡度平流、槽后冷空气的汇入以及强烈暖平流是气旋爆发性发展的主要原因。高空辐散、低空辐合以及700 hPa水汽辐合造成凝结潜热释放，产生强上升运动，为环流发展提供了动力条件。

此次暴雨过程多模式的预报结果参差不齐，其中EC模式对于13日至14日白天由副高外围云系和冷空气带来的强降水天气预报效果较好，而对于14日夜间至15日白天台风“摩羯”残余环流入海加强带来的强降水预报效果不理想，原因是前期对于形势场预报有所偏差。日本数值预报模式对于第一阶段的预报效果非常不理想，报出了台风“摩羯”入海增强后产生降水，但降水时间偏早。

从以上分析可以看出，对于此次暴雨过程，13日至14日白天主要受副高外围云系和北部冷空气共同影响的预报结果较为理想，而各模式普遍没有预报出台风“摩羯”残余环流在入海时的增强。由此可见，对于类似的个例分析还需加强。