辽宁2021年7月13日局地大暴雨成因分析

徐庆喆，高清源，田 璐，战莘晔

鞍山市气象局，辽宁鞍山 114004

我国地处东亚季风气候区，受其影响，每年7月中旬—8月下旬为东北地区的雨季，其中又以7月下半月和8月上半月最集中。杨素英等[1]研究表明，6—9月是东北极端降水事件集中出现月份。东北夏季降水往往具有降水强度大、持续时间短的特点，而高低空急流往往在暴雨产生中起着重要的作用[2-3]。夏季南来水汽通过低空急流的作用被输送到中纬度地区，遇到频繁活动的冷空气可导致强降水的发生。当副热带高压北上时，在其西北侧常有暴雨天气出现[4-5]，而副热带高压为辽宁夏季暴雨的重要影响系统之一。辽宁东南部，尤其是鞍山岫岩至丹东一带，是辽宁夏季强降水中心之一[6-8]。例如，2017年8月4日，鞍山岫岩出现特大暴雨过程，导致交通瘫痪、众多人口转移等。

2021年7月13—15日，辽宁出现了大范围的强降水天气，其中鞍山岫岩及丹东凤城为强降水中心。此次降雨过程持续时间长，暴雨区域集中，局地雨强大；岫岩国家气象观测站日雨量突破该站7月历史极值。降水伴随一定的对流天气，部分地区出现大风天气。本次过程的模式预报量级及强降水出现的时间与实况均有一定偏差。本研究利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料、卫星资料和雷达资料，对此次强降水过程成因进行综合分析，以期对此次强降水过程有更好的认识，有助于预报员总结预报思路及预报经验，及时发布预报、预警信息。

1 天气实况

2021年7月13日06:00—15日08:00，辽宁出现了不同程度的降水，此次降水持续时间长，降水量地区差异明显，暴雨区域集中在辽宁东南部地区，其中鞍山岫岩和丹东凤城出现暴雨到大暴雨，个别乡镇出现特大暴雨（图1）。

降水分为2个不同的时间段，其中13日白天为强降水时段，岫岩国家气象观测站日雨量达 219.4 mm，突破该站7月历史极值（192 mm，1999 年7月31日）。最大小时雨强为89 mm，在朝阳寺村。14—15日为弱降水阶段。整个降水过程伴随一定的对流天气，部分地区出现大风天气。

2 天气形势分析

2.1 高空形势

13日08:00，200hPa存 在 一 个 西北—东南向的深厚槽（图略），东北北部存在一个偏西风急流带，急流核风速超过40 m/s，辽宁距离急流带较远。

500 hPa上（图2a），贝加尔湖西侧存在一个低涡，北支槽在贝加尔湖南部蒙古地区，南支槽贯穿我国华北至长江中下游且十分深厚，且温度场落后于高度场，有利于槽进一步加深发展，此时副热带高压588 dagpm西伸至朝鲜半岛，辽东半岛位于南支槽前副热带高压外围控制下；13—14日，副热带高压脊稳定维持在130°E附近，形成明显的下游阻挡形式，南支槽几乎趋于停滞，副热带高压外围584 dagpm缓慢西伸逐渐控制辽东半岛，中高纬高压脊与副热带高压脊逐渐叠加，进一步加强了高压的稳定性，辽宁持续受副高外围西南急流控制；15日08:00，副热带高压588 dagpm继续西伸，控制了辽宁大部分地区。

700 hPa（图略）和850 hPa（图2b）在13日08:00均已存在明显的低空西南急流带，急流轴贯穿辽宁，移动缓慢，且急流带范围极长，从我国广西地区一直延伸至黑龙江以北，700 hPa与850 hPa急流中心强度均超20 m/s，已达辽宁大暴雨阈值（17 m/s），风速最大区位于辽宁中部；此时，925 hPa（图略）存在明显超低空急流，急流强度超过16 m/s，十分强盛，且辽宁中南部位于超低空急流左前方，低层强烈辐合，利于抬升运动。随着700 hPa和850 hPa急流带缓慢东移，辽宁地区逐渐位于急流左侧，由于其风速切变形成正涡度，促进了上升运动。低空急流将南来水汽源源不断地输送到辽宁地区。15日08:00，急流轴北抬至吉林地区。

2.2 地面形势

13日08:00，内蒙古以北存在一个中心为992.5 hPa的低压，日本海高压稳定维持，形成西低东阻的形势，辽宁地区位于高低压之间，等压线较为密集；随后海上高压逐渐西伸（图略）。

分析13—14日辽宁地面风场可以发现，在辽宁南部岫岩县山地迎风坡存在一条辐合线，岫岩国家站附近为西北风，岫岩东部为东南风，且辐合线维持时间非常长，整个降水过程辐合线一直存在。辐合线导致岫岩到丹东西部低层上升运动强烈，加之地形影响，南来气流遇到北部山坡，抬升运动更为强烈，导致13日强降水过程。

3 物理量场条件

3.1 水汽条件

持续性的暴雨除了需要稳定的环流形势促使天气系统维持，还需要源源不断的水汽输送，由上面环流形势分析可知，此次过程低空和超低空都有明显的急流带。13日08:00，850 hPa（图3a）水汽通量沿山东半岛至辽宁一带输送较强，最大值在辽宁中南部，为33 g/(cm·hPa·s)，辽宁中部为明显的水汽辐合区，水汽通量散度的中心值为-5×10-5g/（cm2·hPa·s），而925 hPa（图略）水汽辐合区在渤海湾沿岸及辽宁南部海域，与此时的降水落区一致，500 hPa（图略）在辽宁中南部大部分地区均为水汽通量辐合区，说明强降水前期低层到高层均有水汽通量辐合，且低层水汽辐合区与降水落区较为一致。此时，辽宁南部及西部地区850 hPa比湿值达14 g/kg（图略），925 hPa比湿达15～16 g/kg（图3b），已达辽宁的大暴雨阈值，说明强降水前期低空水汽十分充沛。

图3 7月13日08:00 850 hPa（b）水汽通量矢量[单位：g/（cm·hPa·s）]、水汽通量散度[阴影区为负值区，单位：10-5 g/（cm2·hPa·s）]和925 hPa（b）比湿（单位：g/kg）

3.2 动力条件

抬升条件为持续性暴雨必不可少的条件之一。从岫岩国家站的涡度和散度时间—高度剖面来看：降水前期低层大部分为负涡度（图4a），正涡度中心在中层500 hPa左右，但13日08:00，超低空（925 hPa以下）有一个强的正涡度中心，此时正对应925 hPa西南急流出口区左侧，其风速切变形成正涡度；13日午后低层均为负涡度，此时对应降水间歇期；随着700 hPa和850 hPa急流缓慢东移，强降水区逐渐位于急流左侧；14日02:00后，700 hPa以下逐渐变为正涡度，弱降水期（14—15日）低层均为正涡度。

从散度场可以看出（图4b），13日08:00近地层辐合明显，13日午后，低层为明显的辐散；14日02:00后低层转为明显辐合，整个降水过程高空辐散区并不与低层辐合区对应。

从其垂直速度场可以看出（图4c），在整个降水期间，850 hPa以下均为明显的上升运动，其最大值达-1.4 Pa/s，而在中层600～700 hPa存在明显的下沉运动区；13日14:00,下沉速度区伸展到850 hPa以下，此时为岫岩到凤城一带降水的间歇期；从风场可以看出，整个过程中低层垂直风切变不明显，但整层风速均较大。

图4 岫岩国家站涡度（a）、散度（b）（单位：10-5 s-1）、垂直速度（c）（单位：Pa/s）时间剖面和7月13日08:00沿40°N假相当位温剖面（d）（单位：K）

综上可知，此次过程系统发展的高度较低，超低空急流在13日午前的强降水中起主要作用，整个降水过程也是由低层的辐合、上升运动和低空急流主导的。

3.3 热力条件

此次降水过程雨强大，降水量大，存在一定的对流性，但对流不强。图（4 d）为7月13日08:00沿40°N假相当位温（θse）剖面，此时，近地面层θse值较大，尤其是120°E～123°E，θse最大值为351 K，850 hPa也已超过辽宁地区大暴雨θse阈值（339 K），说明低层热力条件较好。

随着高度增加，θse值逐渐减小，123°E以 西500 hPaθse值 为342 K，而在123°E以东θse值随高度减小得更 快，600 hPaθse值 为327 K；123°E～124°E上空，等θse线十分密集，说明强降水区上空为能量锋区，有冷空气入侵，850 hPa和500 hPa的θse差值达20 K以上，说明强降水前期大气不稳定度较高。14日08时（图略），近地面θse值为348 K，125°E以西850 hPa和500 hPaθse差值较小，东部θse差值为15 K，说明弱降水期大气不稳定度逐渐变差。

4 卫星云图和雷达实况

4.1 卫星云图特征

13日午前为岫岩到凤城一带最强降水时段，从该时段的FY2F红外云图可以看出，强降水前期（图略），在辽西（盘锦和锦州地区）和岫岩到凤城一带各存在一个对流云团，水平尺度在100 km左右，其中岫岩到凤城一带附近对流云团云顶红外亮温（TBB）低于-50℃；在山东半岛以东存在一个对流云团，其水平尺度超过500 km，该云团迅速向东北方向移动，而原来处在岫岩县的云团由于山脉阻挡作用移动较慢；至11:00，2个云团合并，呈带状分布，持续影响岫岩及凤城；至12:00，对流云团呈圆形，TBB-50℃区域扩大，此时段为降水最强时段，13:00岫岩国家站小时雨强为46.5 mm；至14:00，对流云团东移，低于-50℃冷云区偏东，岫岩及凤城进入降水间歇期。

4.2 雷达图特征

选取13日上午强降水出现时段的4个时刻来分析此次降水过程的雷达回波特征（图略）。

13日08:38，带状强回波出现在岫岩西南侧，以层状和积状云混合降水回波为主，最强回波强度达55 dBz；回波逐渐向偏北方向移动，09:36，回波开始影响岫岩县南部，与TBB图中09:00相对应，降水强度逐渐增强。至11:43，从渤海湾不断有多单体向北移动，其北侧回波移动缓慢，与之合并加强，此时段为岫岩和凤城降水强度最大的时段。从其各层基本反射率来看（图略），低层0.5°仰角反射率不强，1.5°和2.4°反射率较强，最大值60 dBz左右，强回波影响强降水区超过6个体扫。速度图显示（图略），中低层零等速度线几乎为东西走向，低层吹偏南风，高层4.3°仰角西南风，岫岩南部出现大风区，并出现速度模糊（极大值为34 m/s）。12:30，回波影响范围扩大，但其强度逐渐减弱。

综上可知，强降水时段强回波发展高度不高，强回波集中在低层，但持续时间较长，南部不断有新多单体风暴生成，持续影响强降水区，列车效应明显。

5 结论与讨论

（1）本次降水发生的环流背景为：在强烈的副热带高压阻挡下，500 hPa高空槽移动缓慢；700、850、925 hPa持续强劲的西南风低空急流为此次暴雨主要的触发系统：地面辐合线稳定维持且时间较长，加之迎风坡地形抬升作用明显，导致近地面层辐合上升运动强烈。

（2）水汽充沛，由于低空急流持续输送作用，暴雨区低层有明显的水汽辐合，水汽通量较大，比湿值达辽宁大暴雨阈值。强降水前期热力条件较好，低层高温高湿，强降水区上空为能量锋区。

（3）列车效应明显，辽宁南部海区不断有云团北上补充，遭遇地形阻挡，在暴雨区云团合并加强，且移动缓慢；45 dBz以上多单体持续影响强降水区域，持续时间较长。

辽宁东南部一带一直是辽宁地区强降水多发区域，多年来预报难度大，机理复杂。本次强降水过程高空并不存在急流带，高低空配置不明显，系统发展高度较低，低空急流、近地面辐合线及地形起主导作用，配合较高能量和充足水汽，导致此次强降水。仅低层系统就带来如此强的降水，值得预报员总结经验，并在今后的预报工作中给予更多的关注。