齐齐哈尔两次暴雨天气过程对比分析

祝玉梅,周显伟，孙 源，陈 畅，梁 爽（齐齐哈尔市气象局，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

1 引言

暴雨是黑龙江省夏季主要灾害性天气， 其危害主要包括洪灾和涝渍灾。 近年来，国内的气象工作者对暴雨研究做了大量工作，如俞小鼎[1]、孙继松[2]等从预报技术方法和物理机制等方面， 讨论了短时强降水和暴雨的异同。7 月中旬至8 月下旬雨带北移到东北地区，形成东北雨季[3]。 黑龙江省位于中纬度地区，7 月下旬至8 月上旬，来自南部的暖湿空气与来自北部的冷空气在此交汇，产生剧烈的降水。 与南方的持续性暴雨不同， 黑龙江省的暴雨天气过程往往有局地性强、持续时间短、降水强度大等特征[4-8]。

2 降水概况

2018 年8 月2 日20 时（北京时，下同）-4 日20时， 黑龙江省中部及内蒙古东北部地区出现持续性暴雨天气，最大累计雨量达117 mm。 齐齐哈尔地区最强降雨时 段为8 月2 日20 时-8 月3 日20 时，5个县降雨量超过50 mm。 3 日02-08 时，克山县向华乡累计雨量达101.6 mm，最大小时雨强为31.7 mm。此次暴雨简称“8.3”暴雨。

2019 年8 月6 日08 时-9 日08 时 暴 雨 过 程 是齐齐哈尔2019 年夏季最强的一次全区范围的暴雨过程。 齐齐哈尔10 个市（县）共有48 个站点过程降雨量超过50 mm， 其中14 个站点超过100 mm， 甘南本站降雨量达到189 mm， 宝山、 平阳降雨量超200 mm。 此次暴雨降雨集中时段为8 月6 日08 时-7 日08 时，简称“8.6”暴雨。

分析两次暴雨雨带分布特征可以看出，“8.3”暴雨区呈现东西走向“带”状分布，且降雨中心集中，而“8.6”暴雨有多个降雨中心；从降雨强度上看“8.6”暴雨过程强降水持续时间更长。

3 环流背景

3.1 高空形势场特征

“8.3” 暴雨天气过程环流形势，8 月1 日08 时（图1a）500 hPa 上副热带高压位于我国华北地区，贝加尔湖东北部分裂出一个冷中心为-22 ℃的东北冷涡[8]，形成南高北低环流形势。850 hPa 上暴雨区受低涡后部偏北弱冷空气控制。 2 日20 时（图1b）副热带高压加强北上，592 dagpm 中心位于辽东半岛上空，588 dagpm 线北端处在黑吉两省交界处，冷涡继续东移南下至鄂霍茨克海上空。 850 hPa 风场上，齐齐哈尔位于西南与偏东气流辐合切变处， 有利于降雨天气过程的产生。 3 日02 时（图略）副热带高压西北侧形成一条西南-东北向低空急流，水汽沿着副热带高压外围从东海经华北到东北。 齐齐哈尔处于低空急流出口区，齐齐哈尔暴雨区降雨强度开始加大。 4 日20 时，随着乌拉尔山强冷涡东移和副热带高压南撤，齐齐哈尔此次降雨结束。 副热带高压外围的暖湿气流为此次暴雨提供了充足的热量和水汽条件， 且副热带高压稳定少动，故形成了大范围的暴雨。

图1 2018 年8 月（a）1 日08 时、（b）2 日20 时;2019 年8 月（c）5 日20 时和（d）6 日08 时500 hPa 温压场和850 hPa 风场（风矢）（实线为500 hPa 形势场单位：dagpm；虚线为500 hPa 气温单位：℃）

“8.6”暴雨天气过程中，8 月5 日20 时（图1c）500 hPa 欧亚为两槽一脊的经向环流，贝加尔湖西北有一暖高压脊，配合-8 ℃的暖中心。西风带横槽自东北向西南倾斜，在贝加尔湖南侧切断成低涡，槽后冷平流使低涡不断加强。 850 hPa 上，齐齐哈尔处于偏南与偏东气流控制。 6 日08 时（图1d），500 hPa 贝加尔湖南侧低涡东移发展， 副热带高压中心北抬到朝鲜半岛东侧日本海上空，588 dagpm 线西北端处在长白山山脉，且稳定维持有利于强降水长时间持续。 分析850 hPa，齐齐哈尔处于低涡前部偏南风和东南风辐合区中。9 日08 时低涡移动到东西伯利亚，齐齐哈尔此次降水结束。

两次暴雨过程都发生在副热带高压位置最北期间。 不同的是，“8.3”暴雨过程比“8.6”暴雨过程副热带高压位置更偏西，“8.3” 暴雨过程500 hPa 环流为“南高北低” 型，850 hPa 风场存在明显低空急流，水汽沿着副热带高压外围从东海经华北到东北， 而“8.6” 暴雨过程500 hPa 环流为 “两低一高” 型，850 hPa 风场存在显著流线，水汽主要从渤海湾进入东北。

3.2 海平面气压场特征

从“8.3” 暴雨天气过程低压中心移动路径 （图2a） 可看出， 地面低压移动速度较快。 8 月2 日08时蒙古低压中心位于内蒙古阿拉善盟， 中心值为996 hPa；地面低压继续东移北抬且略有减弱，2 日20时地面低压中心位于蒙古国境内， 此时齐齐哈尔西部降雨开始；3 日02 时地面低压中心前部暖锋位于齐齐哈尔南部，中心气压为999 hPa，齐齐哈尔降雨强度逐渐加强至最强；3 日14 时蒙古低压中心东移南撤到内蒙古锡林郭勒盟， 齐齐哈尔降雨强度开始减弱；4 日08 时蒙古低压继续向东移动，齐齐哈尔已经处于东移的倒槽西侧，主要降雨时段结束。

图2 （a）2018 年8 月2 日08 时-4 日08 时（b）2019 年8 月5 日20 时-7 日08 时暴雨过程低压中心移动路径

“8.6”暴雨天气过程低压中心移动路径（图2b）上看，地面低压移动较慢。8 月5 日20 时蒙古低压中心（值为1001 hPa）位于内蒙古锡林郭勒盟，沿低压中心向东存在暖锋；6 日08 时低压略有东移，中心强度变化不大，但低压范围扩大，此时齐齐哈尔降雨开始；6 日14 时，暖锋位置略有东移北抬，处于黑、吉两省交界处西部，齐齐哈尔降雨强度逐渐增强到最强。6 日20 时地面低压东移南撤减弱，8 月7 日08 时蒙古低压已经减弱为倒槽，倒槽北部维持少动，倒槽南部继续东移。

通过对比可发现， 两次暴雨都受到地面低压的影响，地面低压东移北抬过程中，齐齐哈尔降雨强度逐渐加强，南撤时雨强开始减弱；“8.3”暴雨过程地面低压中心值更低，移动速度较快，造成齐齐哈尔强降雨时间较短。

4 暴雨发生的水汽动力条件

“8.3”暴雨天气过程，2 日14 时（图3a）925 hPa华北地区反气旋西北部的西南风将东海的大量水汽输送到内蒙古的东北部， 水汽通量和水汽通量辐合大值区位于内蒙古呼伦贝尔市， 齐齐哈尔水汽输送不明显，散度场上有弱辐散。 3 日02 时（图3b）较大水汽通量（2×10 g·(cm·hPa·s)-1）从黄渤海输送到齐齐哈尔西部地区， 西南暖湿空气和东北冷空气在本地交汇，形成气旋性涡旋，散度场有明显的辐合，中心值是-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2，辐合空气以-0.4 Pa·s-1的速度上升， 此时齐齐哈尔暴雨区降雨强度逐渐加强；随着系统继续东移暴雨区也向东移动，齐齐哈尔地区降雨逐渐减小。

图3 （a）2018 年8 月2 日14 时、（b）2018 年8 月3 日02 时、（c）2019 年8 月6 日08 时和（d）2019 年8 月7 日02 时925 hPa 水汽通量（箭头）、水汽通量散度（阴影）和垂直速度（等值线，单位：pa·s-1）

“8.6”暴雨天气过程925 hPa 上，6 日08 时（图3c） 水汽通量与水汽通量散度、 垂直速度的叠加场上， 副热带高压外围的偏南风将黄渤海的暖湿空气通过辽宁、吉林输送到黑龙江省西部，水汽通量达到1.5×10 g·(cm·hPa·s)-1以上。 齐齐哈尔西部水汽通量（水汽通量散度-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2） 辐合上升，垂直上升速度为-0.4 Pa·s-1， 为暴雨提供动力条件，齐齐哈尔西部强降雨开始。 随着系统略有东移发展， 7 日02 时 （图3d） 水汽通量较上一时刻加大，辐合区范围也扩大， 齐齐哈尔全区都处于-5×10-7g·(hPa·s)-1·cm-2辐合上升区，垂直上升速度中心为-0.8 Pa·s-1，说明水汽辐合上升非常强，此时齐齐哈尔降雨强度达到最强。 7 日08 时（图略），925 hPa 上水汽辐合中心和下沉速度中心位置一致， 齐齐哈尔的降雨强度开始减弱。

对比两次暴雨天气过程的水汽通量和水汽通量散度分析，“8.6” 暴雨过程齐齐哈尔地区上空水汽更为丰富，两次过程均存在水汽的强辐合，水汽辐合中心能够很好的指示暴雨的落区，“8.6” 暴雨低层上升运动更加明显。

5 雷达回波演变特征分析

“8.3”暴雨天气过程的雷达组合反射率因子演变来看，8 月3 日00 时(图4a)齐齐哈尔北部有离散的回波单体逐渐发展；02 时(图4b)齐齐哈尔北部的回波单体经过发展、合并，形成西北东南向带状，回波中心强度超过50 dBz，顶高达8 km 以上，回波朝东北方向缓慢移动。 04 时之后（图4c-d），回波移动过程中50 dBz 以上的强回波范围不断扩大， 呈现带状连续分布，强回波位于讷河、克山、拜泉境内，速度图（图略）上强回波区域内存在辐合，且辐合区域集中在齐齐哈尔东北部，此时克山向华、依安新生、依安双阳分别出现了1 h 降雨量为31.7 mm、49.4 mm 和64.6 mm 的短时间强降水。

图4 2018 年8 月3 日（a）00 时（b）02 时（c）04 时（d）06 时齐齐哈尔1.5°仰角雷达回波图

“8.6”暴雨过程以混合性降水回波为主，回波中心强度在35-45 dBz。 主要降雨时段开始之前齐齐哈尔雷达区域内回波都比较松散，呈絮状，回波主要分布于测站北侧，回波高度4 km 以下，强中心范围较小，回波的降雨强度基本在10 mm/h 以下；从速度图上看（图略），回波区域内有辐合，低空零速度线呈“S”型，有明显的暖平流。

8 月6 日14 时-7 日02 时为主要降雨时段，从强度图（图5a-d）演变可以看出回波结构紧密有序，回波整体呈现涡旋状，分布于龙江、甘南的回波由西南向东北方向移动，强回波区域呈东北-西南向窄带状，与回波移动方向一致，回波东移的速度缓慢，这使强回波带可以长时间维持在甘南地区，形成“列车效应”。

图5 2019 年8 月齐齐哈尔1.5°仰角雷达回波图6 日（a）14 时（b）17 时（c）20 时（d）7 日02 时

分析多普勒雷达图可以看出， 两次暴雨雷达回波均为层积混合性结构,回波都是由松散块状发展合并而成，维持时间均超过了12 h，径向速度上都存在辐合区。 不同的是“8.3”暴雨雷达回波强度更强，且55 dBz 以上的强回波排列紧密，呈现带状，造成的降雨强度更强；“8.6” 暴雨在雷达反射率因子图上甘南县境内存在“列车效应”，且在雷达径向速度图上，径向速度场零速度线呈“S”型回波结构，有明显的暖平流。

6 结论与讨论

利用常规观测资料、地面自动站观测资料、多普勒雷达资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料，对“8.3”暴雨和“8.6”暴雨过程的特征及成因进行诊断分析，结果表明：

两次暴雨过程相同之处：（1）这两次暴雨过程都发生在齐齐哈尔的防汛关键时期， 也是副热带高压位置跳至最北的时间；两次暴雨都是副热带高压、高空冷涡和地面低压大尺度环流造成的。 （2）两次暴雨过程，925 hPa 上存在强的水汽输送， 水汽辐合也较强，水汽辐合中心能够很好的指示暴雨的落区。 （3）两次暴雨雷达回波均为层积混合性结构,回波都是由松散块状发展合并而成，维持时间均超过了12 h，径向速度上都存在辐合区。

两次暴雨过程不同之处：（1）“8.3”暴雨区呈现东西走向“带”状分布，且降雨中心集中，而“8.6”暴雨有多个降雨中心；从降雨强度上看“8.6”暴雨强降水持续时间更长。 （2）“8.3”暴雨过程比“8.6”暴雨过程副热带高压位置更偏西，但“8.6”暴雨过程齐齐哈尔地区水汽输送量更大、低层上升运动更加明显、造成的暴雨范围更大；“8.3”暴雨过程500 hPa 环流为“南高北低”型，850 hPa 风场存在明显低空急流，水汽沿着副热带高压外围从东海经华北到东北，而“8.6”暴雨过程500 hPa 环流为“两低一高”型，850 hPa 风场存在显著流线。 （3）地面低压中心“8.3”暴雨过程更低，本身所含暖湿空气更多，移动速度较快。 （4）“8.6”暴雨过程齐齐哈尔上空水汽更为丰富， 低层上升运动更加明显。 （5）“8.3”暴雨雷达回波强度更强，且55 dBz 以上的强回波排列紧密，呈现带状，造成的降雨强度更强；而“8.6”暴雨在雷达反射率因子图上甘南县境内存在“列车效应”，在雷达径向速度图上，径向速度场零速度线呈“S”型回波结构，有明显的暖平流。