京津冀兩次深厚渦旋北上暴雨過程對比分析

劉淇淇　郭立平　黃浩杰

摘要 利用中國氣象局中國國家級地面站逐小時觀測資料和加密自動站資料，以及NCEP再分析資料等，對京津冀兩次深厚渦旋系統(tǒng)造成的大范圍暴雨過程進(jìn)行對比分析，比較兩者的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)及物理量條件。結(jié)果表明：（1）兩次暴雨過程高低空均為深厚渦旋系統(tǒng)沿太行山和燕山山脈方向東移北上，但2016年暴雨過程影響的深厚渦旋系統(tǒng)為西南渦減弱消散后形成的新生華北氣旋，2021年暴雨過程為西南渦直接沿太行山東移北上。（2）2016年過程的水汽輸送更旺盛，配合更好的水汽輻合條件產(chǎn)生暴雨。（3）兩次暴雨過程的不穩(wěn)定能量高，配合上升運(yùn)動將低層的水汽和能量向高層輸送，高溫高濕條件下觸發(fā)對流，造成雨強(qiáng)較大的短時強(qiáng)降水。（4）兩次暴雨過程均受地形影響，雨帶走向與太行山和燕山基本一致，但2016年暴雨過程降雨量最大區(qū)域位于太行山“喇叭形”山谷及其附近，雨帶更加偏西，過程降水量更大，2021年暴雨過程最大雨量分布在沿太行山外圍。

關(guān)鍵詞 暴雨;物理量診斷;京津冀

中圖分類號：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0139–03

華北地區(qū)夏季暴雨頻發(fā)，且具有局地性和突發(fā)性強(qiáng)的特點，已有諸多氣象工作者對華北暴雨進(jìn)行了深入、廣泛的研究[1]。其中，陶詩言[2]指出，天氣尺度影響系統(tǒng)移動的緩慢停滯，較好的水汽和地形因素是我國華北地區(qū)暴雨持續(xù)的主要因素。

河北省東部有華北平原，西靠太行山，中間是丘陵地帶，在特殊地形的影響下，天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展和移向也具有一定的特點。孫建華等[3]指出低空急流對中尺度對流云團(tuán)的發(fā)展具有重要作用。侯瑞欽等[4-5]指出太行山東坡對低層偏東氣流有輻合抬升的作用，西坡有輻散下沉作用，且造成華北特大暴雨的深厚性渦旋系統(tǒng)并不多見。2016年7月19—21日京津冀等地出現(xiàn)的大范圍暴雨為典型的深厚性渦旋系統(tǒng)北上，很多專家對此次過程進(jìn)行了多角度分析，但多為單一過程的分析，沒有對此類過程進(jìn)行對比[6-7]。2021年7月11—13日京津冀等地再一次出現(xiàn)相似影響系統(tǒng)的大范圍暴雨。因此，有必要對此類深厚氣旋系統(tǒng)北上造成的暴雨進(jìn)行對比分析，從而提高京津冀此類預(yù)報的準(zhǔn)確率，提高氣象服務(wù)效果。

1 資料和方法

利用中國氣象局中國國家級地面站逐小時觀測資料和加密自動站資料，NCEP空間分辨1°×1°、時間分辨6 h再分析資料等對華北兩次低渦北上形勢造成的大范圍暴雨過程進(jìn)行對比分析，比較兩者的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)及物理量條件，以期為深厚性渦旋系統(tǒng)造成的京津冀地區(qū)暴雨預(yù)報預(yù)警提供參考。

2 降雨概況

2016年7月19—21日，華北、黃淮等地出現(xiàn)了大范圍暴雨，在京津冀地區(qū)，北京中南部、河北省西南部降水量達(dá)到250～400 mm。井陘等多站日降雨量突破歷史極值。19日08：00～20日08：00大暴雨雨帶分布呈現(xiàn)東北—西南走向，與太行山走向基本一致;20日08：00～21日08：00，整體雨帶與燕山走向基本一致。2021年7月11—13日，華北、東北等地出現(xiàn)大范圍暴雨。北京平谷、秦皇島部分站點降水量達(dá)到250～330 mm。7月11日08：00～12日08：00京津冀大暴雨雨帶分布與太行山走向基本一致，12日08：00～13日08：00，整體雨帶同樣與燕山走向基本一致。

總體來看，兩次過程均持續(xù)時間長，累計降水量大，極端性強(qiáng)且地形分布明顯。前半段降水走向均與太行山基本一致，后半段降水走向均與燕山基本一致，但2016年的過程前半段降水量最大區(qū)域位于太行山“喇叭形”山谷及其附近，總降水量更大。2021年的過程雨帶偏東，沿太行山的外圍，且后半段降水也具有明顯的沿山脈外圍分布的特征。

3 暴雨成因?qū)Ρ确治?/p>

3.1 環(huán)流背景

圖1和圖2給出了兩次暴雨過程發(fā)生前與主要降水時段的各層次大氣環(huán)流背景。兩次過程均發(fā)生在“東高西低”的阻擋形勢下，高低空為深厚的渦旋系統(tǒng)東移北上，系統(tǒng)前傾，配合低空急流帶的輸送作用形成大范圍暴雨。兩次過程最顯著的區(qū)別之一是2016年過程的深厚渦旋系統(tǒng)為西南渦減弱消散后形成的新生華北氣旋，2021年的過程為西南渦直接沿太行山東移北上，位置更加偏東。

在2016年降水過程中，200 hPa整體環(huán)流形勢與500 hPa類似，但槽脊均落后，具有一定的斜壓性，35°N以北為西風(fēng)急流大值區(qū)。7月20日08：00，急流區(qū)發(fā)展成東西兩個部分，華北處于西側(cè)急流出口區(qū)左側(cè)與東部南壓反氣旋前沿的強(qiáng)輻散區(qū)。500 hPa上，西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）脊線北跳到30°N附近，隨著槽進(jìn)一步發(fā)展，有氣旋中心生成，由于上下游阻擋效應(yīng)，氣旋移動緩慢。850 hPa上，西南渦隨西南氣流不斷北上，減弱消散后形成深厚氣旋性渦旋，一直延伸到500 hPa，沿太行山脈與燕山山脈的方向移動。19日08：00西南地區(qū)存在地面氣旋，然后西南渦減弱消散后形成新生氣旋。

在2021年7月11—13日降水過程中，200 hPa上，50°N以北的高空急流距華北中部較遠(yuǎn)，影響較小。500 hPa上，11日08：00，副高東側(cè)高壓脊向北延伸至內(nèi)蒙古北部，渦旋在阻擋下沿高壓脊北上，移動緩慢。850 hPa形勢與2016年類似。地面與高空相對應(yīng)，呈現(xiàn)“東高西低”的形勢，12日08：00氣旋中心位于河北南部。

3.2 水汽條件

充足的水汽輸送是暴雨產(chǎn)生的重要條件之一，本地的水汽輻合配合水汽供應(yīng)形成強(qiáng)烈的降水過程。兩次過程均有源源不斷的水汽輸送，且都開始于降水之前。結(jié)合風(fēng)場來看，2016年有一條來自孟加拉灣的水汽輸送帶，隨著系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸建立起主要來自南海的水汽輸送帶。2021年過程水汽輸送帶主要來自南海，也存在來自熱帶西太平洋的輸送分量。兩次過程均有850 hPa的比濕和水汽通量輻合區(qū)的發(fā)展。但2021年河北省東部輻合條件差（圖3）。

3.3 熱力不穩(wěn)定條件

兩次過程假相當(dāng)位溫低層等值線均分布密集，存在不穩(wěn)定層結(jié)，整個對流層低層維持著較強(qiáng)的上升運(yùn)動，配合低層較好的水汽條件，有利于水汽和低層能量向上輸送，具備高能高濕條件，有利于對流活動的發(fā)生發(fā)展。2016年的發(fā)生暴雨過程前，河北省西部850 hPa以下假相當(dāng)位溫達(dá)到340 K以上，上升運(yùn)動中心也位于西部，然后東移增長。到7月20日08：00能量中心和上升運(yùn)動中心均東移至河北東部，850 hPa以下假相當(dāng)位溫達(dá)到350 K以上，上升運(yùn)動中心增長至0.8 Pa/s。2021年發(fā)生暴雨過程前，7月11日08：00河北東部850 hPa以下達(dá)到350 K以上，12日08：00整個河北中南部低層假相當(dāng)位溫均達(dá)到348 K以上，垂直運(yùn)動中心移至東部。

4 結(jié)論

利用中國氣象局中國國家級地面站逐小時觀測資料和加密自動站資料、NCEP再分析資料等，對京津冀兩次深厚渦旋系統(tǒng)形勢造成的大范圍暴雨過程進(jìn)行對比分析，比較兩者的環(huán)流背景，影響系統(tǒng)及物理量條件。結(jié)果表明：（1）兩次暴雨過程均為發(fā)生在“西高東低”的形勢下、高低空為高空渦、低空急流、地面氣旋的配置，大尺度環(huán)流形勢穩(wěn)定，大氣斜壓性顯著。但2016年暴雨過程的深厚渦旋系統(tǒng)為西南渦減弱消散后形成的新生華北氣旋，存在高空急流，氣旋中心強(qiáng)度和低空急流強(qiáng)度更強(qiáng)。2021年的暴雨過程為西南渦直接沿太行山東移北上，位置偏東。（2）兩次暴雨過程均有來自南海的水汽輸送通道，2021年過程還有來自熱帶西太平洋的輸送分量。2021年暴雨過程局地水汽條件更好，但2016年暴雨過程的水汽輸送更加旺盛，水汽輸送更強(qiáng)，且水汽輻合條件更好。（3）兩次暴雨過程的不穩(wěn)定能量高，配合上升運(yùn)動將低層的水汽和能量向高層輸送，高溫高濕條件下觸發(fā)對流，造成雨強(qiáng)較大的短時強(qiáng)降水。（4）兩次暴雨過程降水時間長，累計降水量大、雨強(qiáng)大、影響范圍廣，雨帶走向與太行山與燕山基本一致，但2016年的過程最大區(qū)域位于太行山“喇叭形”山谷及其附近，雨帶更偏西，過程降水量更大。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙宇，崔曉鵬，高守亭.引發(fā)華北特大暴雨過程的中尺度對流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征研究[J].大氣科學(xué)，2011，35（5）： 945-962.

[2] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[3] 孫建華，齊琳琳，趙思雄.“9608”號臺風(fēng)登陸北上引發(fā)北方特大暴雨的中尺度對流系統(tǒng)研究[J].氣象學(xué)報，2006， 64（1）：57-71.

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Comparative Analysis of the Rainstorm Process of Two Deep Vortexes in Beijing， Tianjin and Hebei

LIU Qiqi et al（Langfang Meteorological Bureau of Hebei Province， Langfang， Hebei 065000）

Abstract Using the hourly observation data of the China Meteorological Administration's China National Ground Station and the encrypted automatic station data， the NCEP re-analysis data were used to compare and analyze the large-scale rainstorm process caused by the two deep vortex systems in Beijing，Tianjin and Hebei， and the circulation background of the two was compared， affecting the system and physical quantity conditions. The results showed that： （1） The high and low altitudes of the two rainstorms were deep vortex systems moving eastward along the Taihang Mountains and Yanshan Mountains， but the deep vortex system affected by the process in 2016 was the nascent North China cyclone formed after the weakening and dissipation of the southwest vortex， and the process in 2021 was the southwest vortex moving directly north along the Taihang Mountains. （2） In 2016， the water vapor transport in the process was more vigorous， and with better water vapor radiation conditions， heavy rain was generated. （3） The unstable energy of the two processes was high， and the water vapor and energy of the lower layer were transported to the upper layer with the rising movement， and the convection was triggered under high temperature and high humidity conditions， resulting in short-term heavy precipitation with large rain intensity. （4） Both processes were affected by the terrain， and the rain belt trend was basically the same as that of Taihang Mountain and Yanshan Mountain， but the largest rainfall area of the process in 2016 was located in the“trumpet-shaped”valley of Taihang Mountain and vicinity， the rain belt was more westward， the process precipitation was greater， and the maximum rainfall in the process in 2021 was distributed along the outskirts of Taihang Mountain.

Key words Heavy rainstorms; Physical quantity diagnosis; Beijing-Tianjin-Hebei

基金項目 廊坊市科技局2020年項目（2020013163）。

作者簡介 劉淇淇（1997—），女，甘肅慶陽人，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報預(yù)警及災(zāi)害性天氣預(yù)報技術(shù)研究工作。

收稿日期 2022-01-10