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译文锦州地区一次先后受两个天气系统影响的暴雨天气分析摘要 目的分析一次先后受2个天气系统影响的暴雨天气过程。方法2010年8月1922日锦州地区先后受高空槽和蒙古冷锋、高空槽和副热带高压后部切变线影响而产生暴雨天气，为了分析思路清晰，分为前后2个降水阶段，结合降水情况、天气形势、卫星云图、数值预报产品等方面，对此次暴雨天气过程进行分析。结果此次暴雨天气过程由前后2个降水阶段，前一阶段降水主要受高空槽和地面蒙古冷锋影响，后一阶段降水主要受高空槽和副热带高压后部切变影响; 高空冷空气、低空切变线、低空急流、副热带高压及其相互之间的耦合作用是造成这次暴雨天气的主要影响系统和原因。云图分析发现，在水汽通道的对流云带上不断有对流云团发展、减弱、消亡、再生成发展，呈现出明显的列车状运行状态，云图呈现的加强和减弱与实况降水非常吻合。数值预报产品对产生暴雨的高空、地面形势预报较为准确，特别是副高东退南落趋势预报准确; 欧洲中心预报场形势与实况吻合较好，T639 的形势预报有一定偏差，降水预报指示作用较好。结论该研究为以后做好此类天气的气象服务工作提供依据。关键词 影响系统；暴雨天气；过程分析；锦州地区2010年8月1922日锦州地区先后受高空槽和蒙古冷锋、高空槽和副热带高压后部切变线影响而产生暴雨天气，由于此次暴雨天气先后受2个天气系统影响，为了分析起来思路清晰，分为19日04:0020日20:00 和20日20:0022日12:002个阶段分别进行分析。另外第2阶段降水期间，严重影响了2010年“辽宁省民运会”开幕式的正常举行。笔者结合降水情况、天气形势、卫星云图等方面，对此次暴雨天气过程进行分析，以便为以后做好此类天气的气象服务工作提供依据。暴雨形成的原因暴雨形成的过程是相当复杂的，一般从宏观物理条件来说，产生暴雨的主要物理条件是充足的源源不断的水汽、强盛而持久的气流上升运动和大气层结构的不稳定。大中小各种尺度的天气系统和下垫面特别是地形的有利组合可产生较大的暴雨。引起中国大范围暴雨的天气系统主要有锋、气旋、切变线、低涡、槽、台风、东风波和热带辐合带等。此外，在干旱与半干旱的局部地区热力性雷阵雨也可造成短历时、小面积的特大暴雨。暴雨常常是从积雨云中落下的。形成积雨云的条件是大气中要含有充足的水汽，并有强烈的上升运动，把水汽迅速向上输送，云内的水滴受上升运动的影响不断增大，直到上升气流托不住时，就急剧地降落到地面。积雨云体积通常相当庞大，一块块的积雨云就是暴雨区中的降水单位，虽然每块单位水平范围只有120千米，但它们排列起来，可形成100200千米宽的雨带。一团团的积雨云就像一座座的高山峻岭，强烈发展时，从离地面0.41千米高处一直伸展到10千米以上的高空。越往高空，温度越低，常达零下十几摄氏度，甚至更低，云上部的水滴就要结冰，人们在地面用肉眼看到云顶的丝缕状白带，正是高空的冰晶、雪花飞舞所致。地面上是大雨倾盆的夏日，高空却是白雪纷飞的严冬。在我国，暴雨的水汽一是来自偏南方向的南海或孟加拉湾；二是来自偏东方向的东海或黄海。有时在一次暴雨天气过程中，水汽同时来自东、南两个方向，或者前期以偏南为主，后期又以偏东为主。我国中原地区流传“东南风，雨祖宗”，正是降水规律的客观反映。大气的运动和流水一样，常产生波动或涡旋。当两股来自不同方向或不同的温度、湿度的气流相遇时，就会产生波动或涡旋。其大的达几千千米，小的只有几千米。在这些有波动的地区，常伴随气流运行出现上升运动，并产生水平方向的水汽迅速向同一地区集中的现象，形成暴雨中心。另外，地形对暴雨形成和雨量大小也有影响。例如，由于山脉的存在，在迎风坡迫使气流上升，从而垂直运动加大，暴雨增大；而在山脉背风坡，气流下沉，雨量大大减小，有的背风坡的雨量仅是迎风坡的1/10。在1963年8月上旬，从南海有一股湿空气输送到华北，这股气流恰与太行山相交，受山脉抬升作用的影响，导致沿太行山东侧出现历史上罕见的特大暴雨。 山谷的狭管作用也能使暴雨加强。1975年8月，河南的一次特大暴雨，其中心林庄，正处在南、北、西三面环山，而向东逐渐形成喇叭口地形之中，由于这样的地形，气流上升速度增大，雨量骤增，8月57日降水量达1600多毫米，而距林庄东南不到40千米地处平原区的驻马店，在同期内只有400多毫米。另外，暴雨产生时，一般低层空气暖而湿，上层的空气干而冷，致使大气层处于极不稳定状态，有利于大气中能量释放，促使积雨云充分发展。1 天气实况2010年8月1922日，锦州地区西北部地区出现大暴雨天气，有14个站超过100.0mm；锦州大部地区出现暴雨天气，有50个站降水量在50.0 100.0mm，另有12个站为大雨天气，最大降水为141.3mm，出现在黑山白厂门(图1a)。全省61个常规气象观测站降水情况，有3个站出现特大暴雨、28个站出现大暴雨、17个站出现暴雨，仅朝阳西北部、大连丹东东南部地区中到大雨，最大降水量出现在丹东凤城，为407.0mm(图1b)。图1 2010年8月1920日锦州地区(a)和19日02:0022日19:00辽宁地区(b)降水分布2010年8月19日04:0020日20:00，受蒙古气旋冷锋的影响，锦州西北部地区从东到西有19个站出现暴雨到大暴雨天气，其他地区为小雨天气，全区降水量分布极为不均，最大降水量139.6 mm出现在义县高台子；出现暴雨的天气各站均出现大于20.0mm/h的短时强降水。2010年8月20日20:0022日12:00，受副热带高压后部切变线的影响，锦州东南部地区出现暴雨天气，最大降水量93.8 mm出现在黑山新兴；西部地区为中到大雨。可见，第1阶段降水主要受高空槽和地面蒙古冷锋影响；第2阶段降水主要受高空槽和副热带高压后部切变的影响。前后2次降水过程受不同系统影响，降水量分布区域界限分明(图2)。图2 2010年8月19日04:00 20日20:00(a)和20日20:00 22日12:00(b)锦州地区降水分布受高空槽和副热带高压共同影响，8月19日13：00至22日15:00，铁岭地区出现暴雨、大暴雨天气，过程降水量36至223mm，区域自动站最大降水量为223mm。此次降水过程分为2个阶段，第一阶段降水在19日13:00至20:00,20:00后降水微量，强降水集中时段为15:00至18:00。主要是由于东北的低涡高空槽和华北切线 在副高西北侧与暖湿气流 结合 产生的降水，降水强度较大，单持续时间较短，各地降水量为中大雨，部分地区暴雨。第二阶段降水在21日11:00至22日1 5:00，强降水出现在21日18:00至22日05:00，为暴雨到大暴雨，最大降水量达49mm/h。由于西风槽强冷空气的东移南下 与副高后部西南气流交汇 在辽宁省中部形成强切变线，辽河流域及东部降水加强，造成铁岭地区暴雨、大暴雨天气。2 天气形势2.1 高空形势从高空形势发展动态图分析(图3)，8月19日20:00 500hPa高空低涡中心位于东北地区的西北地区，高空槽线位于蒙中边界附近，副热带高压588dagpm线东西贯通势力强盛，此时低空急流尚未完全建立起来，副高边缘最大西南风力为8m/s；20日20:00，高空槽线东移至我国内蒙古东部，在河套地区东侧生成的低空切变线沿着副热带高压边缘西南气流东北上，副热带高压588dagpm线东退南落，588dagpm线北侧东退至渤海湾北部，有利于低空切变线东移北上；21日20:00，高空槽线东移影响辽宁省西部地区，低空切变线也东移北上至葫芦岛地区，副热带高压588dagpm线继续南落东退，北界南落到丹东与朝鲜边界，高低空系统在辽宁渤海湾相遇作用产生暴雨天气。此外，19日20:00，锦州西南部绥中站偏西风4m/s；20日20:00，西南风12m/s，说明在20日20:00西南急流已经建立起来；21日20:00，东北风4m/s，西南风转为东北风，说明降水系统已经东移过境。图3 2010年8月19日20:0021日20:00高空形势2010年8月19日08:00，欧亚地区中高纬度维持两脊两槽形势，西伯利亚地区为高空槽区，不断分裂冷空气东移南下，500hpa贝湖地区形成冷涡。副热带高压异常强大，主体呈块状，中心位于35N、135E附近，588dagpm线为东北-西南向，其北界达46N，西脊点在30至36N、88E附近。铁岭地区位于副热带高压的西北侧，为高空槽前控制。700和850hpa，华北地区为东北-西南向弱切变线，19日11：:0副高进一步加强，华北切变线东移，在副高西北侧与暖湿气流结合后向东北伸展。地面系统铁岭地区为蒙古气旋冷锋与华北气旋控制，19日14:00蒙古气旋冷锋东移至40至50N、120E附近，华北气旋北界到达36N、118E附近，该地区降水逐渐开始。20:00后蒙古气旋冷锋移过该地区，华北气旋南落，该地区逐渐脱离其影响。由于华北气旋14:00后没有继续北上，地面主要受蒙古气旋冷锋的影响，所以19日20:00后随着副高南落，蒙古气旋冷锋移速较快，降水持续时间短，全区中雨到大雨。8月20日08:00500hpa，欧亚地区中高纬度为两涡两脊的阻塞形势，中纬度以短波槽脊活动为主。副热带高压已经达到最强时段，588dagpm线已经位于辽宁北部，铁岭地区位于副高后部、中纬度槽前。21日08：00 500hpa，副高缓慢东退南落，贝加尔湖西部高压脊加强东伸，脊前冷空气加强南下，高空槽加深，使贝加尔湖高压脊为东北-西南向，南支槽东移，与北部高空槽结合形成南北阶梯槽。700和850hpa，子华北地区有暖脊配合暖切变线伸向辽宁省，在副高外围西北侧建立低空西南急流，强大的水汽输送带引导暖湿气流向东北方向输送，同时提供了动力抬升条件。伴随高空槽东移的强空冷空气与副高后部暖湿气流在辽宁省中部交汇；21日20：00切变线加强，铁岭地区降水加强。地面系统，20日08:00后辽宁省处在弱气压场中，辽宁北部铁岭地区为弱低压控制江淮地区倒槽维持；21日02:00南部倒槽开始缓慢北上，14:00北界进入辽宁南部，17:00倒槽与北部低压打通，形成狭长低压带，形成强辐合，导致铁岭地区降水加大。这种高低空形势配置使该地区出现了暴雨-大暴雨天气。22日08:00后，副高东撤，地面倒槽东移，相应切变东移减弱，对铁岭地区影响减弱，13:00后该地区降水逐渐结束。2.2 地面形势由图4可见，8月19日20:00，在辽宁以西蒙古地区有蒙古冷锋东移，中心强度为1000.0hPa,在江淮一带有倒槽系统生成向东发展；20日20:00，蒙古冷锋东移影响辽宁省西部锦州、朝阳、葫芦岛地区，中心强度减弱为1002.5hPa；21日20:00，蒙古冷锋东移北上进入龙江、吉林等地区，南部倒槽系统加强北上至渤海，辽宁南部地区处于倒槽系统顶部，此时锦州地区天气实况出现了较强降水。图4 2010年8月19日20:0021日20:00地面形势3物理量分析3.1水汽条件 此次降水过程中，西南低空急流的建立是强降水天气形成的有利的水汽通道，700pa到850pa中低层图上，19日08为中到大雨，21日08时，副热带高压西侧出现最大风速轴，伸直辽宁中部，风速16至18m/s，同时形成西南低空急流，20时，副高西的侧风速不断增大，西侧低空急流的维持或增强为暴雨的发生提供了有利的水汽通道，此降水阶段显示的水汽通量值最大，700pa并有强中心存在，受共同影响暴雨天气形成，22日08时，西南低空急流强度渐弱，位置东移，水汽通量值减小，降水也随之减弱并逐渐结束。由此可见，急流的形成有利水汽输送，低空急流为此次暴雨过程的出现提供了充沛的水汽条件。3.2动力条件在这次持续暴雨的过程中，19日08至20时、21日14时至22日08时，850hpa至500hpa之间分别有2个强降水阶段，其中在19日08时后，600至700hpa存在一垂直速度中心，中心值为25至28hpa/s，上升运动区较浅，上升运动偏弱，对应该时段降水持续时间短。21至22日400hpa以下均为上升运动，尤其在21日20时前后上升运动强盛，且600至700hpa上还存在一个中心值高达70至77hpa/s的强垂直速度中心，上升运动区深厚、上升运动强烈促使开原市发生强降水过程，以靠山镇降水量最大，3h降水量达到了84mm。可见强而深厚的上升运动对于降水区域出现较强降水十分有利。3.3 热力条件 假设当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，反映大气的温湿特征和垂直运动。19日08：00开始就有一个向铁岭地区伸展的西南暖舌生成不断发展，17:00暖舌到达辽宁中部，中心值达345K，该地区位于高能顶部，有利于强降水，对于该地区南部降水有。21日08:00，假设】相当位温密集线辽东半岛和山东半岛呈东北-西南向，暖舌偏东；20:00假相当温密线北抬，辽宁中北部形成较宽的峰区，铁岭地区位于强而宽的假相当位温线峰区中，位温345K的暖舌顶部伸展至41N、123E附近，低层高湿不稳定能量与中下层向下渗透的冷空气，导致中低层位势不稳定，为此次暴雨提供了一定的热力条件。铁岭地区强降水出现在西南向东北伸展的暖湿舌的顶部，湿舌左内侧偏锋区一侧，峰区越强暖湿程度越高，暴雨强度越大。3.4 不稳定条件 在汛期预报中，k指数通常用于大气温度、湿度及压力综合特征量的分析，k指数可反映大气层结稳定程度，k指数值越大表明大气层结越不稳定，7至8月份，当k指数稳定维持并不断蹭高的状态说明开原市具有发生大到暴雨天气所需的大量的、持续的不稳定能量，有利于产生强降水。21日08时k指数为32，20时达到37，22日08时又为35，开原市大气结层一直处于不稳定状态，与暴雨发生时段十分吻合。3.5 水汽通量用T213水汽通量来诊断铁岭地区的降水中心与强降水时间的关系发现，水汽通量的特征与强降水时间对应更明显，明显好于垂直速度和散度。700hPa水汽通量突然下降的时间与产生强降水的时间对应，这可以作为估计降水时间的一个有利的判断。为了便于讨论，把900至800hPa每小时的水汽输送量全部转化为液态水后降到对应区域可产生的降水量定义为850hPa仿降水量(mm/h),同理定义800至650hPa为700hPa仿降水量，650至400hPa为500hPa仿降水量。850hPa小网格正仿可降水量大于大网格，500hPa负仿可降水量小网格小于大网格，说明小网格辐合辐射明显强于大网格，辐合辐射强中心位于小网格内。此外，850、700、500hPa三层仿可降水量之和远大于实测降水量，且降水前后各层的仿可降水量变化不大，而降水前后三层的仿可降水量相差较大，且仿可降水量差与辐合辐射相关。所以暴雨区，散度项对降水量的影响是主要的，平流项作用较小。当850、700、500hPa三层的水汽输送相差较大，辐合辐散抽吸能力强，降水强度大。4.卫星云图从18日30:00开始横亘河套、长江的西南水汽通道已经初步建立，从台湾到河套地区的东南水汽通道上不断有对流云团发展西北上；19日00:00，西南水汽通道加强，云团沿着云带不断东移北上，东南水汽逐渐减弱消退，但从云图上反映出东南沿海有热带系统生成移动；08:00，在山西至山东之间有一块明亮线形云带迅速生成东移北上；20:00，形成一条东北西南向长约1km的典型MCC对流云带(图5)，在对流云带上不断有对流云团发展、减弱、消亡、再生成发展，呈现出明显的列车形状运行状态，主要的移动方向为东北。20日07:00，强云团入渤海在营口地区登陆，同时水汽通道减弱断开，20日白天实况降水出现空档时段；20:00，水汽通道再次迅速建立，线状云团不断生成加强北上；21日白天水汽通道再次减弱，降水也随之减弱；21日午后水汽通道又一次加强，水汽宽度较前一天明显减小，22日07:30，云图上切变线云系东移至辽宁东部，锦州降水主要受后部高空槽云系影响，降水强度逐渐减弱结束。图5 2010年8月19日20:30卫星云图5 雷达分析 19至22日降水主要为副高外围的稳定性降水，回波强度为40至45dBz，19日降水回波面积小，持续时间短，偏强，东移过程中逐渐影响铁岭地区，21至22日降水回波偏强，影响范围大，稳定少动。强回波出现的时间和持续时间与强降水时间和落区吻合，强回波最长持续时间为1至2小时，但不断有弱回波加强，回波带基本稳定，影响时间较长，造成了该地区暴雨天气。6 数值预报产品6.1 欧洲中心500hPa高空槽位置强度移动路径、低空切变线生成发展、副热带高压东退南落等天气趋势预报相当准确，特别是低空切变线沿着副热带高压西侧西南气流东北上在营口登陆的形势预报与实况完全吻合；500hPa涡度场18日20:00 72h预报场锦州葫芦岛一线处于涡度场高值区，与水汽输送带位置相配合，说明暴雨产生的动力条件充分。200hPa高空场锦州19日20:0020日20:00一直位于高空急流的右侧，有利于锦州地区强降水的产生。850hPa风场预报分析发现，19日20:00低空急流初步建立，20日20:00急流发展东移北上。地面蒙古冷锋位置、强度、移动路径预报准确，南部倒槽系统位置偏南且强度偏弱，预报与实况相差较大。6.2 T639500hPa高空形势预报场分析得出，高空槽位置较实况偏北，冷空气强度偏弱，副热带高压强度、位置发展趋势预报准确；850hPa风场分析发现，低空切变线20日生成位