2016年7月下旬朝阳市一次暴雨天气过程成因分析

张艳芳，李海阔

建平县气象局，辽宁建平 122400

在我国，暴雨等强对流天气多发，暴雨是我国的主要气象灾害之一。暴雨具有突发性强、降水量大、降水比较集中等特点，很容易引发严重的洪涝灾害和各种次生灾害，严重影响了我国社会经济的发展、人们生命和财产安全。长时间的强降水天气很容易产生大量的积水，淹没径流低洼地段，从而使城市出现重大洪涝灾害[1]。朝阳市年内降水分布不均，且降水主要集中在每年的7—8月，而副热带高压、低层切变线等则是暴雨落区的主要影响系统。对2016年7月25—26日朝阳市暴雨天气过程成因进行分析，可加深人们对此类降水天气动力、物理机制和发展机理的认识，进而提升预报预测的准确率，同时还能为类似天气预报提供参考借鉴。

1 天气实况和气象服务

2016年7月24—25日，辽宁省朝阳市出现大雨、局部暴雨天气。平均降水51.9 mm，最大降水量143.9 mm。降水量超过50 mm的乡镇有70个，超过25mm的乡镇有125个。

针对此次过程的24日14:15，市气象台发布决策服务材料，明确了当天夜间出现降水的时段和雨量，市局建议政府召开会议部署防汛工作。16:00，市政府紧急召开全市防汛工作电视电话会议。市领导指出，受上次强降雨影响，朝阳大部分土壤含水量已经基本饱和，地面的承水能力明显减弱，形势十分严峻。全市上下要进一步统一思想、强化责任，确保安全平稳度汛，气象部门预报准确、决策及时、服务到位，有利于防汛工作的每一步决策部署。

24日21:00，朝阳市气象局启动了气象灾害（暴雨）四级应急响应命令；25日05:00，变更为二级应急响应。响应期间，局领导和领导小组成员24 h坚守待命，市气象台每3 h为市防指提供滚动预报信息，每小时向有关部门和社会公众发布全市雨情。共发布雨情9期，发布预警信号15期。

2 天气尺度影响系统和环流特征

2.1 高空影响系统和环流特征

在2017年7月23日20:00 500 hPa高度处，东亚地区环流径向度发展加强，中西伯利亚高压与蒙古高压脊打通之后互相叠加，随后高压脊经过鄂霍次克海朝日本岛本部地区转移，有低涡出现在贝加尔湖东部，此时低涡的中心强度为560 dagpm。随着时间的推移不断发展加强，来自西太平洋的副热带高压较为稳定，在40°N附近副热带高压北脊线588 dagpm等值线维持少动。至25日08:00（图1a），该低涡中心到达我国东北地区的东部，同时还有3圈闭合等值线存在，中心强度有一定下降趋势，达到556 dagpm，低涡南部则移动至东北部地区，相较于低涡中心，-16℃的冷中心位置略有偏南，高度槽比温度槽提前，低涡已经发展成为东北冷涡。

另外，西太平洋副热带高压与大陆高压合并后不断加强，整体以东西带状分布为主，副热带高压的北脊线北抬的过程中到达42°N附近区域，在辽宁省上空则形成了西太平洋副热带高压与东北冷涡南北对峙的局面。与此同时，因鄂霍次克海到日本岛的高压脊北挺和蒙古高压脊区北伸的共同作用，使得2个高压脊顶向北伸展到65°N附近位置，位于2个阻塞高压间的东北冷涡呈现出缓慢的移动趋势，表现得较为稳定；

至25日14:00（图1b），鄂霍次克海至日本到的高压脊区随着蒙古高压东移而逐渐向东转移，副热带高压北脊线从朝鲜半岛附近向南快速后退，使得东北冷涡携带的冷空气逐渐入侵到辽宁省西北部，再加上与低空处西南暖湿气流的交绥作用，进一步加强了低涡前的对流活动，为朝阳市强降水天气的出现提供了有利条件。26日08:00，副热带高压减弱南落至黄淮和江淮地区，影响朝阳市降水强度减弱，直至结束。

2016年7月25日08:00和20:00 700 hP高度图显示，贝加尔湖东侧仍有低涡系统存在，同500 hPa处的低涡有很好的对应关系。我国东北地区主要在700 hPa槽前，再加上强盛的西南暖湿气流，此时水汽条件较好。850 hPa高度处基本与700 hPa形势保持一致，槽前西南急流几乎控制整个辽宁省，因低涡东移加强，使得低空处的急流带东移北传，槽后冷空气补充较为明显。由此可以看出，因高低空系统配合良好，副热带高压强度较大且位置偏北，再加上低涡系统向东移动，高低层条件促进了强降雨天气的出现。

在200 hPa高空处，因东亚环流呈现出经向度发展趋势，至25日08:00，我国东北部的高空处存在偏西急流区，而内蒙古东部则出现了急流核，且位于核区的风速高达50～60 m/s，而在高空偏西急流核入口区右侧则分布有辽宁省，此时的风速在30～50 m/s之间；至25日14:00，随着高空偏西急流的东移南压，急流强度逐渐减弱，一直到了当天20:00（图1c），强度为50～60 m/s的急流核消失不见。25日08:00，高空以正散度区为主，且这种情况持续至20:00，随后高空以辐散为主，进而出现了动力抽吸作用，有利的动力条件促进了强降水天气的发生、发展。

图1 2016年7月25—26日500 hPa高度场、200 hPa急流、散度场

2.2 海平面气压场和低层风场特征

对于朝阳市这次暴雨天气过程来说，海平面气压场的锋面、低层风场切变线等中尺度天气系统与暴雨落区之间有较好的对应关系。结合25日08:00海平面气压场，在黄河下游地区有黄河气旋生成，同时还有明显的冷暖峰出现，在辽宁省中部出现了地面暖锋，因黄河气旋不断向东转移，14:00～20:00，地面暖锋则进入到吉林省中部；结合850 hPa低空处风场，暖施切变同地面暖锋的位置发生重叠，25日08:00～14:00，在850 hPa低空处，朝阳市出现了西南至东南走向的暖锋式切变，且在14:00加强，随后进入吉林省。地面暖锋与850 hPa处的暖锋式切变区位置重叠，在地面暖锋区和850 hPa暖锋式切变区内出现了强降水天气，且随着低层暖锋式切变加强，强降水天气随之加强，这种情况可能是低空急流强度和时间持续维持共同作用的结果[2]。

3 物理量场诊断

3.1 水汽条件

结合低层处的水汽通量、风场的水平分布情况来看，针对此次朝阳市这次大暴雨天气，西太平洋和南海是此次降水天气的主要水汽来源地，其沿着西南气流，依次经过我国南方、华北地区，最后则进入辽宁省中部。通过对850 hPa处的水汽通量和流场进行分析可知，在暴雨天气还没有出现之前，在西南气流的影响下，来自西太平洋和南海地区的水汽进入我国南方地区，使得南方水汽通量大幅度增加，之后则是因大陆高压与西太平洋副热带高压的合并作用，使得西南气流加强并成为西南急流，随后的南方水汽则朝着华北地区输送和汇聚，到了25日14:00（图2a），辽宁省中部出现西南急流，且水汽通量中心比急流头部要滞后，在辽宁省中东部地区存在水汽通量中心，其中心值达到了22 g/（cm·hPa·s），另外还有一个水汽通量大值中心出现在山东中部，随后急流发展加强；20:00，西南急流头部从辽宁省境内移出，此时水汽通量中心值达到了27 g/（cm·hPa·s），并进入辽宁省中部（图2b）。结合水汽通量散度，25日14:00，在辽宁省中西部存在水汽辐合区，中心位于朝阳市，中心强度 达 到-80 g/（cm·hPa·s）（图2c），到了当天20:00，除了辽宁省西北部外，其余地区均在水汽辐合区中，辐合中心则位于辽宁省北部，中心强度为-140 g/（cm·hPa·s）（图5d）。由此可以看出，在朝阳市有西南气流携带的暖湿空气积聚，使得水汽通量值快速增加，因高空抽吸和抬升共同作用，有强烈的辐合出现，为暴雨天气的出现提供了充足的水汽条件[3]。

图2 2016年7月25日850 hPa水汽通量、水平风和水汽通量散度、水平风

3.2 动力条件

3.2.1 散度 在7月25日08:00 850 hPa处，朝阳市低层存在散度负值区，有辐合上升运动出现，500 hPa高度处朝阳市高层存在散度正值区，中高层有辐散运动。由此说明，高层散度正值区同低层负值区之间有很好的对应关系。低层辐合与高层辐散的这种配置形势为垂直上升运动的发展加强提供了有利条件；至26日02:00，850 hPa朝阳市低层散度正值区范围不断扩大，负散度区强度减小，低层辐合运动强度逐渐减弱。在500 hPa处，朝阳市以正散度区为主，辐散运动强度不断减弱；26日08:00，朝阳市850 hPa低空处只有极个别地区以负散度为主，基本没有明显的辐合，说明降水区不断向东移动，强度减弱。中高层大部分地区为正散度区，只有朝阳东部地区存在强烈的辐散运动。低层辐合及中高层辐散运动的垂直配置，促进了垂直上升运动的发展，是暴雨天气出现的主要动力机制。

3.2.2 涡度 结合涡度变化情况可以将高低层系统气压变化反映出来。25日08:00，朝阳市850 hPa低空处属于涡度正值区，表现为气旋式旋转，与辐合上升运动对应；在朝阳市存在气旋式旋转上升区最大值。500 hPa处朝阳市为涡度负值区，表现为反气旋式旋转，同辐散运动对应。随着时间的推移，至当天14:00，低层正涡度不断向东北方向转移，且气旋式旋转增强趋势明显，正涡区存在大值中心，高达8×10-5s-1，高层处的负涡度区也朝着东北方向转移；26日02:00，朝阳市低层位于正涡度区内，且高层涡度区同低层正涡度区有很好的对应关系。

3.3 热力条件

3.3.1 假相当位温 暴雨天气的出现需要充足的水汽条件和动力条件，同时还要有一定的动能和不稳定条件。假相当位温可以将大气不稳定程度反映出来。7月24日20:00—25日20:00这 段 时 间内，朝阳市500 hPa高度以下，随着高度的升高假相当位温数值不断下降，大气极不稳定；而在500 hPa高度以上，随着高度的升高，假相当位温值随之增大，大气处于稳定状态。另外，在暴雨天气出现时，朝阳市假相当位温值较大，说明降水天气出现时的不稳定能量和水汽条件较好，为暴雨天气的出现提供了充足的水汽和动力条件。

3.3.2 K指数、沙氏指数SI和CAPE K指数代表了大气温湿度及压力的综合特征量，可以将大气层结的稳定性反映出来。在朝阳市暴雨天气出现前后，K指数数值不断增加，且K指数高能区同降水区之间保持一致。在7月24日20:00，K指数达到28℃，之后K指数值不断增大，至25日08:00达到了37℃，尤其是25日20时达到最大，为40℃，随着K指数的增大，说明朝阳市不稳定性逐渐增加，促进了朝阳市暴雨天气的出现。CAPE从能量积累到逐渐释放，朝阳市暴雨天气的出现同K指数及CAPE高值区之间有很好的对应关系，只有沙氏指数SI没有明显变化。

4 结论

（1）这次暴雨天气过程在500 hPa为两槽一脊形势，朝阳市位于东北冷涡前的西南气流中，在地面暖锋区和850 hPa暖锋式切变区内是暴雨落区；

（2）来自西太平洋和南海的水汽是此次朝阳市暴雨天气的主要水汽来源，并在西南气流的帮助下输送至朝阳市境内，暴雨区上空的水汽输送和水汽辐合较强，中低层干冷空气下沉促进了暖湿气流的抬升，再加上冷暖空气交绥促进了暴雨天气的出现。

（3）低层辐合和中高层辐散运动的垂直配置，促进了垂直上升运动的发展，是暴雨天气出现的主要动力机制。高层涡度区与低层正涡度区有很好的对应关系，涡度场垂直配置为上升运动创造了有利条件。

（4）在暴雨天气出现时，朝阳市假相当位温值较大，说明降水天气出现时的不稳定能量强，为暴雨天气的出现提供了热量条件。