遼寧2021年7月13日局地大暴雨成因分析

徐慶喆，高清源，田 璐，戰(zhàn)莘曄

鞍山市氣象局，遼寧鞍山 114004

我國(guó)地處東亞季風(fēng)氣候區(qū)，受其影響，每年7月中旬—8月下旬為東北地區(qū)的雨季，其中又以7月下半月和8月上半月最集中。楊素英等[1]研究表明，6—9月是東北極端降水事件集中出現(xiàn)月份。東北夏季降水往往具有降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，而高低空急流往往在暴雨產(chǎn)生中起著重要的作用[2-3]。夏季南來水汽通過低空急流的作用被輸送到中緯度地區(qū)，遇到頻繁活動(dòng)的冷空氣可導(dǎo)致強(qiáng)降水的發(fā)生。當(dāng)副熱帶高壓北上時(shí)，在其西北側(cè)常有暴雨天氣出現(xiàn)[4-5]，而副熱帶高壓為遼寧夏季暴雨的重要影響系統(tǒng)之一。遼寧東南部，尤其是鞍山岫巖至丹東一帶，是遼寧夏季強(qiáng)降水中心之一[6-8]。例如，2017年8月4日，鞍山岫巖出現(xiàn)特大暴雨過程，導(dǎo)致交通癱瘓、眾多人口轉(zhuǎn)移等。

2021年7月13—15日，遼寧出現(xiàn)了大范圍的強(qiáng)降水天氣，其中鞍山岫巖及丹東鳳城為強(qiáng)降水中心。此次降雨過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，暴雨區(qū)域集中，局地雨強(qiáng)大；岫巖國(guó)家氣象觀測(cè)站日雨量突破該站7月歷史極值。降水伴隨一定的對(duì)流天氣，部分地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣。本次過程的模式預(yù)報(bào)量級(jí)及強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)間與實(shí)況均有一定偏差。本研究利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析資料、衛(wèi)星資料和雷達(dá)資料，對(duì)此次強(qiáng)降水過程成因進(jìn)行綜合分析，以期對(duì)此次強(qiáng)降水過程有更好的認(rèn)識(shí)，有助于預(yù)報(bào)員總結(jié)預(yù)報(bào)思路及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)布預(yù)報(bào)、預(yù)警信息。

1 天氣實(shí)況

2021年7月13日06:00—15日08:00，遼寧出現(xiàn)了不同程度的降水，此次降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水量地區(qū)差異明顯，暴雨區(qū)域集中在遼寧東南部地區(qū)，其中鞍山岫巖和丹東鳳城出現(xiàn)暴雨到大暴雨，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨（圖1）。

降水分為2個(gè)不同的時(shí)間段，其中13日白天為強(qiáng)降水時(shí)段，岫巖國(guó)家氣象觀測(cè)站日雨量達(dá) 219.4 mm，突破該站7月歷史極值（192 mm，1999 年7月31日）。最大小時(shí)雨強(qiáng)為89 mm，在朝陽(yáng)寺村。14—15日為弱降水階段。整個(gè)降水過程伴隨一定的對(duì)流天氣，部分地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 高空形勢(shì)

13日08:00，200hPa存 在 一 個(gè) 西北—東南向的深厚槽（圖略），東北北部存在一個(gè)偏西風(fēng)急流帶，急流核風(fēng)速超過40 m/s，遼寧距離急流帶較遠(yuǎn)。

500 hPa上（圖2a），貝加爾湖西側(cè)存在一個(gè)低渦，北支槽在貝加爾湖南部蒙古地區(qū)，南支槽貫穿我國(guó)華北至長(zhǎng)江中下游且十分深厚，且溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，有利于槽進(jìn)一步加深發(fā)展，此時(shí)副熱帶高壓588 dagpm西伸至朝鮮半島，遼東半島位于南支槽前副熱帶高壓外圍控制下；13—14日，副熱帶高壓脊穩(wěn)定維持在130°E附近，形成明顯的下游阻擋形式，南支槽幾乎趨于停滯，副熱帶高壓外圍584 dagpm緩慢西伸逐漸控制遼東半島，中高緯高壓脊與副熱帶高壓脊逐漸疊加，進(jìn)一步加強(qiáng)了高壓的穩(wěn)定性，遼寧持續(xù)受副高外圍西南急流控制；15日08:00，副熱帶高壓588 dagpm繼續(xù)西伸，控制了遼寧大部分地區(qū)。

700 hPa（圖略）和850 hPa（圖2b）在13日08:00均已存在明顯的低空西南急流帶，急流軸貫穿遼寧，移動(dòng)緩慢，且急流帶范圍極長(zhǎng)，從我國(guó)廣西地區(qū)一直延伸至黑龍江以北，700 hPa與850 hPa急流中心強(qiáng)度均超20 m/s，已達(dá)遼寧大暴雨閾值（17 m/s），風(fēng)速最大區(qū)位于遼寧中部；此時(shí)，925 hPa（圖略）存在明顯超低空急流，急流強(qiáng)度超過16 m/s，十分強(qiáng)盛，且遼寧中南部位于超低空急流左前方，低層強(qiáng)烈輻合，利于抬升運(yùn)動(dòng)。隨著700 hPa和850 hPa急流帶緩慢東移，遼寧地區(qū)逐漸位于急流左側(cè)，由于其風(fēng)速切變形成正渦度，促進(jìn)了上升運(yùn)動(dòng)。低空急流將南來水汽源源不斷地輸送到遼寧地區(qū)。15日08:00，急流軸北抬至吉林地區(qū)。

2.2 地面形勢(shì)

13日08:00，內(nèi)蒙古以北存在一個(gè)中心為992.5 hPa的低壓，日本海高壓穩(wěn)定維持，形成西低東阻的形勢(shì)，遼寧地區(qū)位于高低壓之間，等壓線較為密集；隨后海上高壓逐漸西伸（圖略）。

分析13—14日遼寧地面風(fēng)場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)，在遼寧南部岫巖縣山地迎風(fēng)坡存在一條輻合線，岫巖國(guó)家站附近為西北風(fēng)，岫巖東部為東南風(fēng)，且輻合線維持時(shí)間非常長(zhǎng)，整個(gè)降水過程輻合線一直存在。輻合線導(dǎo)致岫巖到丹東西部低層上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，加之地形影響，南來氣流遇到北部山坡，抬升運(yùn)動(dòng)更為強(qiáng)烈，導(dǎo)致13日強(qiáng)降水過程。

3 物理量場(chǎng)條件

3.1 水汽條件

持續(xù)性的暴雨除了需要穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)促使天氣系統(tǒng)維持，還需要源源不斷的水汽輸送，由上面環(huán)流形勢(shì)分析可知，此次過程低空和超低空都有明顯的急流帶。13日08:00，850 hPa（圖3a）水汽通量沿山東半島至遼寧一帶輸送較強(qiáng)，最大值在遼寧中南部，為33 g/(cm·hPa·s)，遼寧中部為明顯的水汽輻合區(qū)，水汽通量散度的中心值為-5×10-5g/（cm2·hPa·s），而925 hPa（圖略）水汽輻合區(qū)在渤海灣沿岸及遼寧南部海域，與此時(shí)的降水落區(qū)一致，500 hPa（圖略）在遼寧中南部大部分地區(qū)均為水汽通量輻合區(qū)，說明強(qiáng)降水前期低層到高層均有水汽通量輻合，且低層水汽輻合區(qū)與降水落區(qū)較為一致。此時(shí)，遼寧南部及西部地區(qū)850 hPa比濕值達(dá)14 g/kg（圖略），925 hPa比濕達(dá)15～16 g/kg（圖3b），已達(dá)遼寧的大暴雨閾值，說明強(qiáng)降水前期低空水汽十分充沛。

圖3 7月13日08:00 850 hPa（b）水汽通量矢量[單位：g/（cm·hPa·s）]、水汽通量散度[陰影區(qū)為負(fù)值區(qū)，單位：10-5 g/（cm2·hPa·s）]和925 hPa（b）比濕（單位：g/kg）

3.2 動(dòng)力條件

抬升條件為持續(xù)性暴雨必不可少的條件之一。從岫巖國(guó)家站的渦度和散度時(shí)間—高度剖面來看：降水前期低層大部分為負(fù)渦度（圖4a），正渦度中心在中層500 hPa左右，但13日08:00，超低空（925 hPa以下）有一個(gè)強(qiáng)的正渦度中心，此時(shí)正對(duì)應(yīng)925 hPa西南急流出口區(qū)左側(cè)，其風(fēng)速切變形成正渦度；13日午后低層均為負(fù)渦度，此時(shí)對(duì)應(yīng)降水間歇期；隨著700 hPa和850 hPa急流緩慢東移，強(qiáng)降水區(qū)逐漸位于急流左側(cè)；14日02:00后，700 hPa以下逐漸變?yōu)檎郎u度，弱降水期（14—15日）低層均為正渦度。

從散度場(chǎng)可以看出（圖4b），13日08:00近地層輻合明顯，13日午后，低層為明顯的輻散；14日02:00后低層轉(zhuǎn)為明顯輻合，整個(gè)降水過程高空輻散區(qū)并不與低層輻合區(qū)對(duì)應(yīng)。

從其垂直速度場(chǎng)可以看出（圖4c），在整個(gè)降水期間，850 hPa以下均為明顯的上升運(yùn)動(dòng)，其最大值達(dá)-1.4 Pa/s，而在中層600～700 hPa存在明顯的下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)；13日14:00,下沉速度區(qū)伸展到850 hPa以下，此時(shí)為岫巖到鳳城一帶降水的間歇期；從風(fēng)場(chǎng)可以看出，整個(gè)過程中低層垂直風(fēng)切變不明顯，但整層風(fēng)速均較大。

圖4 岫巖國(guó)家站渦度（a）、散度（b）（單位：10-5 s-1）、垂直速度（c）（單位：Pa/s）時(shí)間剖面和7月13日08:00沿40°N假相當(dāng)位溫剖面（d）（單位：K）

綜上可知，此次過程系統(tǒng)發(fā)展的高度較低，超低空急流在13日午前的強(qiáng)降水中起主要作用，整個(gè)降水過程也是由低層的輻合、上升運(yùn)動(dòng)和低空急流主導(dǎo)的。

3.3 熱力條件

此次降水過程雨強(qiáng)大，降水量大，存在一定的對(duì)流性，但對(duì)流不強(qiáng)。圖（4 d）為7月13日08:00沿40°N假相當(dāng)位溫（θse）剖面，此時(shí)，近地面層θse值較大，尤其是120°E～123°E，θse最大值為351 K，850 hPa也已超過遼寧地區(qū)大暴雨θse閾值（339 K），說明低層熱力條件較好。

隨著高度增加，θse值逐漸減小，123°E以 西500 hPaθse值 為342 K，而在123°E以東θse值隨高度減小得更 快，600 hPaθse值 為327 K；123°E～124°E上空，等θse線十分密集，說明強(qiáng)降水區(qū)上空為能量鋒區(qū)，有冷空氣入侵，850 hPa和500 hPa的θse差值達(dá)20 K以上，說明強(qiáng)降水前期大氣不穩(wěn)定度較高。14日08時(shí)（圖略），近地面θse值為348 K，125°E以西850 hPa和500 hPaθse差值較小，東部θse差值為15 K，說明弱降水期大氣不穩(wěn)定度逐漸變差。

4 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)實(shí)況

4.1 衛(wèi)星云圖特征

13日午前為岫巖到鳳城一帶最強(qiáng)降水時(shí)段，從該時(shí)段的FY2F紅外云圖可以看出，強(qiáng)降水前期（圖略），在遼西（盤錦和錦州地區(qū)）和岫巖到鳳城一帶各存在一個(gè)對(duì)流云團(tuán)，水平尺度在100 km左右，其中岫巖到鳳城一帶附近對(duì)流云團(tuán)云頂紅外亮溫（TBB）低于-50℃；在山東半島以東存在一個(gè)對(duì)流云團(tuán)，其水平尺度超過500 km，該云團(tuán)迅速向東北方向移動(dòng)，而原來處在岫巖縣的云團(tuán)由于山脈阻擋作用移動(dòng)較慢；至11:00，2個(gè)云團(tuán)合并，呈帶狀分布，持續(xù)影響岫巖及鳳城；至12:00，對(duì)流云團(tuán)呈圓形，TBB-50℃區(qū)域擴(kuò)大，此時(shí)段為降水最強(qiáng)時(shí)段，13:00岫巖國(guó)家站小時(shí)雨強(qiáng)為46.5 mm；至14:00，對(duì)流云團(tuán)東移，低于-50℃冷云區(qū)偏東，岫巖及鳳城進(jìn)入降水間歇期。

4.2 雷達(dá)圖特征

選取13日上午強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段的4個(gè)時(shí)刻來分析此次降水過程的雷達(dá)回波特征（圖略）。

13日08:38，帶狀強(qiáng)回波出現(xiàn)在岫巖西南側(cè)，以層狀和積狀云混合降水回波為主，最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)55 dBz；回波逐漸向偏北方向移動(dòng)，09:36，回波開始影響岫巖縣南部，與TBB圖中09:00相對(duì)應(yīng)，降水強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。至11:43，從渤海灣不斷有多單體向北移動(dòng)，其北側(cè)回波移動(dòng)緩慢，與之合并加強(qiáng)，此時(shí)段為岫巖和鳳城降水強(qiáng)度最大的時(shí)段。從其各層基本反射率來看（圖略），低層0.5°仰角反射率不強(qiáng)，1.5°和2.4°反射率較強(qiáng)，最大值60 dBz左右，強(qiáng)回波影響強(qiáng)降水區(qū)超過6個(gè)體掃。速度圖顯示（圖略），中低層零等速度線幾乎為東西走向，低層吹偏南風(fēng)，高層4.3°仰角西南風(fēng)，岫巖南部出現(xiàn)大風(fēng)區(qū)，并出現(xiàn)速度模糊（極大值為34 m/s）。12:30，回波影響范圍擴(kuò)大，但其強(qiáng)度逐漸減弱。

綜上可知，強(qiáng)降水時(shí)段強(qiáng)回波發(fā)展高度不高，強(qiáng)回波集中在低層，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，南部不斷有新多單體風(fēng)暴生成，持續(xù)影響強(qiáng)降水區(qū)，列車效應(yīng)明顯。

5 結(jié)論與討論

（1）本次降水發(fā)生的環(huán)流背景為：在強(qiáng)烈的副熱帶高壓阻擋下，500 hPa高空槽移動(dòng)緩慢；700、850、925 hPa持續(xù)強(qiáng)勁的西南風(fēng)低空急流為此次暴雨主要的觸發(fā)系統(tǒng)：地面輻合線穩(wěn)定維持且時(shí)間較長(zhǎng)，加之迎風(fēng)坡地形抬升作用明顯，導(dǎo)致近地面層輻合上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。

（2）水汽充沛，由于低空急流持續(xù)輸送作用，暴雨區(qū)低層有明顯的水汽輻合，水汽通量較大，比濕值達(dá)遼寧大暴雨閾值。強(qiáng)降水前期熱力條件較好，低層高溫高濕，強(qiáng)降水區(qū)上空為能量鋒區(qū)。

（3）列車效應(yīng)明顯，遼寧南部海區(qū)不斷有云團(tuán)北上補(bǔ)充，遭遇地形阻擋，在暴雨區(qū)云團(tuán)合并加強(qiáng)，且移動(dòng)緩慢；45 dBz以上多單體持續(xù)影響強(qiáng)降水區(qū)域，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

遼寧東南部一帶一直是遼寧地區(qū)強(qiáng)降水多發(fā)區(qū)域，多年來預(yù)報(bào)難度大，機(jī)理復(fù)雜。本次強(qiáng)降水過程高空并不存在急流帶，高低空配置不明顯，系統(tǒng)發(fā)展高度較低，低空急流、近地面輻合線及地形起主導(dǎo)作用，配合較高能量和充足水汽，導(dǎo)致此次強(qiáng)降水。僅低層系統(tǒng)就帶來如此強(qiáng)的降水，值得預(yù)報(bào)員總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并在今后的預(yù)報(bào)工作中給予更多的關(guān)注。