东北冷涡引发的一次区域持续性暴雨天气过程诊断分析

战莘晔 高清源 徐庆喆 田璐

摘要 利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料、探空和卫星云图资料，对鞍山地区2019年7月29—30日一次区域持续性暴雨天气过程进行了降水成因分析与物理量场的诊断分析。结果表明：低空冷涡切变东移与副热带高压西伸北抬为此次强降水天气提供了大尺度环流背景，700 hPa低空急流建立了水汽输送通道，将西南暖湿空气向辽宁地区输送，为此次鞍山地区暴雨天气过程提供了较好的水汽条件；由于副高西伸北抬，暖湿气流不断与低涡后部冷空气在辽宁交汇，形成列车效应。此外，K指数较大，大气层结不稳定，具有对流降水特征。

关键词 低涡切变；副热带高压；水汽通量散度；强降水天气

中图分类号：P458.1+21.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）07–0213-03

暴雨是我国的主要灾害性天气之一，具有突发性高、强度大等特点，极易造成严重的气象灾害。强降水引发的山洪、泥石流等灾害，会给农牧业生产、经济社会发展和人民生命财产造成严重的影响和损失，因而对于暴雨天气的监测、预警、预报和研究，一直是气象工作者关注的重点[1]。

近年来，学者对暴雨天气进行了大量研究，从大尺度环流背景、能量场、物理量特征等方面探讨了强降雨过程。陈刘凤等[2-5]从天气形势和环流背景分析了暴雨区的动力条件和水汽条件，得出暴雨天气发生在一定的环流背景及天气系统影响下，需满足水汽、上升运动、持续时间的气象条件。王春玲等[6-8]用中尺度天气分析方法指出，暴雨是多种不同尺度天氣系统相互作用的结果，是在天气尺度环流背景下发展起来的。低空急流对于暴雨的形成，起着输送水汽和能量的作用，有助于维持必要的动力学条件，低空急流附近存在许多中小尺度的物理量特征，其与未来暴雨天气的关系比大尺度特征更为密切[9-10]。为掌握暴雨的发生机制和原理，及时准确预报暴雨天气，将气象灾害降到最低，对辽宁省2019年7月29—30日暴雨环流形势、动力抬升、水汽条件及环境物理量等方面进行了综合诊断分析，以期为辽宁地区夏季暴雨天气的预报提供理论依据。

1 降水天气过程概况

2019年7月29日08：00～30日12：00，受低涡切变和副热带高压西伸北抬共同影响，低空急流建立并加强，将西南暖湿空气向辽宁地区输送，与低涡后部冷空气在辽宁交汇。辽宁地区出现了明显强降水天气过程，中东部地区出现暴雨，局部大暴雨，有明显短时强降水天气，此次降水过程具有持续时间长、过程雨量偏多、局地强度大等特点。

全省1 561个气象站，出现降水的共有1 515个，平均降水量为30.3 mm。沈阳、鞍山、锦州、铁岭、朝阳、盘锦地区的38个气象站出现大暴雨。全省平均降水量为30.3 mm；最大降水量142 mm，出现在沈阳法库县丁家房镇；1 h最大降水量86.4 mm，出现在盘锦盘山县吴家镇（图1）。

2 降水成因分析

2.1 大尺度高低空环流背景

对此次辽宁地区暴雨天气过程的高低空环流形势分析发现（图2），850 hPa低空切变带来东移南下的冷空气与副热带高压脊西侧南来的暖湿气流在辽宁持续交汇，辽宁西部地区开始出现降水，急流动量快速下传过程中，携带着冷空气不断向地面扩展，为此次暴雨天气过程提供了较好的动力抬升条件。随着低涡东移，低涡后部冷空气与前期850 hPa已建立的明显的西南暖湿急流在辽宁交汇，低空西南急流不断地向辽宁地区输送暖湿气流，为此次暴雨天气的发生提供了有利的水汽条件。随着低涡切变的东移缓慢，且700 hPa西南急流不断输送水汽，东部副热带高压西伸北抬，在辽宁中北部地区形成大到暴雨、局部大暴雨的天气形势，至30日12：00，随着500 hPa高空槽和850 hPa切变逐渐东移，辽宁地区此次暴雨天气过程趋于结束。

2.2 海平面气压形势特征

地面低压中心位于118°E，50°N，相对于辽宁位置偏北，辽宁处于低压底部，29日08：00～30日08：00地面低值系统移动十分缓慢。此次降水过程由于高空槽主体偏北，因此辽宁中部及北部地区降水量偏大，降雨持续时间较长，至30日12：00辽宁各地的降水基本结束，至30日中午辽宁各地的降雨基本结束。

2.3 卫星云图

由水汽云图（图略）可以看出，29日08：00～29日20：00头边界基本上与高空槽位置相吻合，随着气流自西向东运动带来干冷空气的侵入，头边界逐渐发展成为斜压叶边界，而辽宁处于在其东侧较中间的位置，对流发展旺盛，存在强烈的补偿的上升运动，为辽宁降水提供有利的动力条件。至30日12：00，随着副高东撤，高空槽东移，鞍山地区上空的降水云团也逐渐减弱，直至降水结束。

2.4 物理量诊断

2.4.1 水汽条件 充足的水汽是形成降水的重要因素之一，水汽输送和积聚是形成降水的重要条件。由辽宁地区上空水汽通量散度的时间演变可知，2019年7月29日08：00～30日08：00，700、850、925 hPa均有充足的水汽向辽宁地区上空输送，形成了一条水汽通量带，08：00水汽通量散度的中心最大值为-20×10-5g/（cm2·hPa·s），水汽的强烈辐合，为暴雨天气过程的发生、发展提供了充沛的水汽条件，水汽辐合中心与强降水落区有很好的对应关系，对应了辽宁西部地区强降水带（图3）。29日08：00～30日08：00这条呈东北—西南走向的水汽辐合带一直维持并东移，持续的低空急流将水汽源源不断地输送至辽宁地区上空，为降水提供了有利的水汽条件，充沛的水汽沿西南暖湿气流输送并得到辐合抬升，输送至辽宁地区的水汽积聚并转换为降水。

2.4.2 动力条件 从2019年7月29—30日散度、垂直速度垂直剖面可以看出（图4），29日08：00～20：00，700～850 hPa层为明显的正散度区，即为气流辐散区，900～1 000 hPa层有明显的负散度区，中心极值在-9×10-5 s-1～-6×10-5 s-1之间，至30日08：00前后，500～900 hPa存在强烈的下沉气流区，中心强度＞18×10-5 s-1，近地层有负散度，气流辐合区，此次过程高层辐散低层辐合，高低空配置较好，抽吸时间持续较长，从其垂直速度场可以看出，在29日夜间，500～700 hPa之间等值线密集，其中心强度在600 hPa附近，强度＜-1.2 Pa/s，存在明显的上升运动区，为此次强降水提供了有力的动力条件。

2.4.3 大氣层结及环境物理量特征 由2019年7月29日08：00锦州站探空T-lnP

图可知（图5），层结曲线和等饱和比湿线之间围成的区域在29日08：00～29日20：00面积较大，说明CAPE值较大，大气层结潜势不稳定，易产生对流天气。且区域面积狭长，不稳定层厚。0～6 km垂直风切变突然增大，同时500 hPa以上有干区移入，加大了层结不稳定度。29日08：00，925 hPa比湿达23.8 g/kg，850 hPa比湿达22 g/kg，空气中绝对含水量较大；08：00～20：00抬升凝结高度（LCL）变化不大，接近925 hPa，自由对流高度（LFC）由700 hPa降低至830 hPa，说明环境动力抬升条件较好，有利于此次暴雨形成。08：00～20：00，0～6 km垂直风切变从18 m/s突增至24 m/s，对此次强降水起到了促进作用。

29日20：00辽宁中西部地区K指数达到35～40 ℃，部分地区达到40 ℃以上，处在高能区中，说明29日辽宁中西部大气层结十分不稳定，易产生对流天气。这是由于29日白天辽宁上空的低空急流比较强盛，提供了丰富的暖湿水汽。多项物理量值的异常表现为此次强降水提供了有利的环境条件。

3 结论与讨论

（1）由大尺度环流背景可知，低涡切变和副热带高压西伸北抬，配合850 hPa的西南急流，为此次辽宁地区暴雨天气过程提供了较好的动力抬升和水汽条件。850 hPa低空切变带来东移南下的冷空气与副热带高压脊西侧南来的暖湿气流在辽宁持续交汇，同时，急流动量快速下传过程中，携带着冷空气不断向地面扩展，为此次暴雨天气过程提供了较好的动力抬升条件。随着低涡东移，低涡后部冷空气与前期850 hPa已建立的明显的西南暖湿急流在辽宁交汇，低空西南急流不断向辽宁地区输送暖湿气流，为此次暴雨天气的发生提供了有利的水汽条件。

（2）由水汽云图可知，29日20：00～29日20：00头边界基本上与高空槽位置相吻合，头边界逐渐发展成为斜压叶边界，而辽宁处于在其东侧较中间位置，存在强烈的补偿的上升运动，为辽宁降水提供有利的动力条件。至30日12：00，随着副高东撤，高空槽东移，鞍山地区上空的降水云团逐渐减弱，直至降水结束。

（3）700、850、925 hPa有水汽向辽宁地区上空输送，形成了一条水汽通量带，持续的低空急流将水汽源源不断地输送至辽宁地区上空，为降水提供了有利的水汽条件。充沛的水汽沿西南暖湿气流输送并得到辐合抬升，输送至辽宁地区的水汽积聚并转换为降水。

（4）此次过程环境抬升条件较好，高层辐散低层辐合，动力上升运动较强，且0～6 km垂直风切变较大，层结不稳定性较强，此次暴雨天气过程以不稳定降水为主，小时雨量偏大。

参考文献

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Diagnostic Analysis of A Regional Persistent Rainstorm Caused by the Northeast Cold Vortex

Zhan Shen-ye et al（Anshan Meteorological Bureau， Liaoning， Anhui 114004）

Abstract Using conventional mete-

orological observation data and NCEP 1 °

× 1 ° reanalysis data， radiosonde data and satellite cloud image data every 6 hours， the precipitation cause analysis and physical quantity field diagnosis analysis of a regional persistent rainstorm weather process in Anshan area from July 29 to 30， 2019 were carried out. The results showed that the low level cold vortex shear moving eastward and the Horse latitudes moving westward and northward provide a large-scale circulation background for this heavy rainfall weather. The 700 hPa low level jet has established a water vapor transport channel to transport warm and humid air from southwest to Liaoning， providing a better water vapor condition for this rainstorm weather process in Anshan. Due to the westward extension and northward uplift of the subtropical high， warm and humid airflow continuously intersects with the cold air behind the low vortex in Liaoning， forming a train effect. In addition， the K index was large， the atmospheric stratification was unstable， and it has convective precipitation characteristics.

Key words Low vortex shear; Subtropical anticyclone; Water vapor flux divergence; Heavy Rainfall Weather