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        2013年8月14-17日東北區(qū)域暴雨成因分析

        2017-03-02 00:32:10袁穎穎孟玲珊李光濤
        黑龍江氣象 2017年4期

        袁穎穎 ,孟玲珊,李光濤,郭 令,楊 娟

        (1.哈爾濱市氣象局,黑龍江 哈爾濱 150000;2.通河縣氣象局,黑龍江 哈爾濱 150900)

        1 引言

        暴雨是我國的主要氣象災(zāi)害之一,常常給社會經(jīng)濟(jì)和人民財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。東北地區(qū)暴雨按照覆蓋范圍常分為三類:局地暴雨、區(qū)域性暴雨和特大范圍暴雨[1]。而且我國東北處于東亞季風(fēng)區(qū)的最北端,年降水量變化較大,其降水主要集中夏季,而夏季降水的多少,在很大程度上取決于當(dāng)年夏季風(fēng)活動的強(qiáng)弱。曾有學(xué)者提出中低緯度天氣系統(tǒng)相互作用的觀點,認(rèn)為東北地區(qū)大范圍的持續(xù)暴雨與西風(fēng)帶系統(tǒng)、副熱帶環(huán)流和熱帶環(huán)流有密切的關(guān)系,是各個系統(tǒng)之間相互作用的結(jié)果。

        本次過程也發(fā)生在臺風(fēng)尤特登陸,副高勢力減弱東退的大尺度環(huán)流背景下,但隨著臺風(fēng)的減弱消失,東北地區(qū)緊接著又發(fā)生了一輪暴雨過程,而且降水強(qiáng)度較前一期降水更強(qiáng)。本文將對2013年8月14-17日這次大暴雨天氣過程,利用常規(guī)資料和NCEP資料,對其形成原因進(jìn)行探討,重點分析這兩次連續(xù)性暴雨的環(huán)流特征、水汽輸送和動力特征的區(qū)別。

        2 雨情及天氣形勢分析

        2.1 雨情簡介

        2013年8月14-17日,東北突遭持續(xù)性強(qiáng)降水襲擊,災(zāi)情嚴(yán)重。此次過程中,遼寧、吉林和黑龍江省東南部都出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨。強(qiáng)降水主要集中在14日08時-15日08時和15日20時-17日08時這兩個時段內(nèi),過程雨量最大值為278.9 mm,出現(xiàn)在遼寧省的清原。最大累積的降水區(qū)主要分布在吉林省南部、東南部及遼寧省東北部,累積降水量都超過200 mm。由于強(qiáng)降水中心多,強(qiáng)度大,同時發(fā)生了流域性洪水,直接經(jīng)濟(jì)損失420億元;其中遼寧災(zāi)情最重,有77人死亡,88人失蹤,直接經(jīng)濟(jì)損失114億元[2]。

        其中第一輪降水的大值中心范圍較小,集中在吉林遼寧兩省交界的北端,最大值出現(xiàn)在吉林的遼源,降水量為126 mm。第二輪降水的降水量大值區(qū)范圍較廣,從遼寧省東部直至吉林省南部,超過200 mm的站點出現(xiàn)了三個,分別是遼寧的黑山263 mm,清原265 mm,以及撫順203.7 mm。

        2.2 環(huán)流背景

        在降水的第一個時段,南亞高壓一直穩(wěn)定維持在我國西藏和青海省附近,中心強(qiáng)度在緩慢加強(qiáng)的同時,在14日20時和15日20時有明顯的擴(kuò)張。相對應(yīng)北側(cè)的高空急流在降水期間一直存在,同時急流主體略有波動,在第一階段降水時高空急流出口區(qū)幾乎穩(wěn)定在降水區(qū)的位置,而在15日08時高空急流東伸,出口區(qū)位置改變也是造成降水間歇的原因之一。

        14日08時的500 hPa高空圖上,東亞地區(qū)中高緯呈兩脊一槽型,東北冷渦中心位于 120°E,55°N,日本海附近有高壓脊存在,但高壓脊勢力較弱;副高呈塊狀,主體位于海上,西脊點位于115°E,臺風(fēng)尤特在廣東省登陸,這種大尺度環(huán)流的形勢,便于來自海上的水汽沿著副高外圍輸送到我國東北地區(qū)。而且由于東北冷渦與副高距離較近,之間的氣壓梯度較大,也有利于低空急流的形成和維持。同時與冷渦對應(yīng)的地面氣旋也已生成,冷鋒從黑龍江省北部一直延伸至華北地區(qū);到了15日14時,副高西伸呈帶狀,西脊點位于95°E附近,水汽輸送暫時被隔斷,同時地面的東北氣旋逐漸東移;16日02時,尤特在兩廣地區(qū)減弱為一個低壓,東北冷渦減弱東移,受冷渦擴(kuò)散下的冷空氣影響,副高也再次減弱,中高緯環(huán)流經(jīng)向度較小,東北氣旋減弱消失;16日08時,500 hPa圖上中高緯環(huán)流較為平直,在貝湖附近又有一個低渦形成并移向東北地區(qū),低層氣流中在東北至太行山一線有西風(fēng)槽存在,在槽前的正渦度平流作用下,遼寧與內(nèi)蒙的交界處有氣旋生成,而第二輪降水大值集中區(qū)正是該氣旋暖鋒鋒前所在位置。

        3 水汽條件分析

        對于暴雨的形成,水汽來源及輸送是其重要成因之一。僅僅依靠本地的水汽是不可能造成該地強(qiáng)度較強(qiáng)而且持久的降水,必須有周邊地區(qū)的水汽輸送。

        分析14日14時和16日14時850 hPa上的比濕分布,可以看到在降水集中時段內(nèi),遼寧、吉林兩省交界處有明顯的比濕大于14 g/kg的地區(qū),同時有西南急流存在,將西太平洋上的水汽源源不斷輸送至該地區(qū)。作清原(125°E,42°N)上空的比濕時間-高度剖面圖,發(fā)現(xiàn)在主要降水時段該站比濕≥8 g/kg的大值中心伸展高度均達(dá)到700 hPa左右,尤其是第二輪集中降水時段,伸展高度一度伸展至600 hPa以上。在濕層深厚的同時,低層濕度也很大,850 hPa的比濕在降水開始前及降水期間穩(wěn)定維持在12 g/kg以上,降水結(jié)束后濕層高度隨之降低,并且低層濕度明顯減小。

        與此同時,與降水相伴的還有強(qiáng)烈的水汽輻合,15日02時850 hPa上的水汽通量散度圖上吉林省中部出現(xiàn)最大輻合中心為-12×10-8g·(cm-2·hPa·s)-1,之后在16日20時850 hPa上的水汽通量散度圖上,最大水汽輻合中心移至遼寧省內(nèi),同樣達(dá)到了-12×10-8g·(cm-2·hPa·s)-1,但從清原(125°E,42°N)上空的水汽通量散度時間-高度剖面圖來看,第二輪降水期間800-900 hPa之間的水汽輻合更強(qiáng)。

        可見,比濕不僅在降水前有個明顯增大的過程,在預(yù)報時可通過分析比濕隨時間的變化判斷降水開始和結(jié)束的時間,還可以用濕層高度和低層水汽輻合程度初步判斷降水量的多少。

        4 動力條件分析

        強(qiáng)烈的上升運動是產(chǎn)生暴雨的必要條件,高空輻散,低層輻合的天氣形勢有利于上升運動的增強(qiáng)。沿43°N做剖面,發(fā)現(xiàn)第一輪降水和第二輪降水高空的渦度分布有明顯的不同。

        14日08時,主要降水區(qū)域的低層正渦度主要分布在 800 hPa以下,135°E-139°E 的 400 hPa以下的高空主要為正渦度;到了14日14時,原先位于135°E-139°E的400-700 hPa之間的正渦度明顯東移;15日02時,降水區(qū)域400 hPa以下的高空已被正渦度所占據(jù),正渦度的最大值達(dá)到了3×10-5/s,同時400 hPa以上為明顯的負(fù)渦度,最低值也達(dá)到了-5×10-5/s,這種正負(fù)渦度隨高度的變化有利于上升運動的增強(qiáng)。之后隨著低層正渦度的減弱,第一輪降水趨于結(jié)束。

        15日20時,第二輪降水逐漸開始,與第一輪降水有明顯不同的是,雖然剛開始時低層正渦度較強(qiáng),出現(xiàn)了6×10-5/s的大值中心,但是高空負(fù)渦度較弱,只有-4×10-5/s,而且之后高空負(fù)渦度逐漸被正渦度取代,到了16日14時,降水區(qū)域的上空均為正渦度分布;17日02時,降水區(qū)域的500 hPa以上的高空再度出現(xiàn)負(fù)渦度中心,達(dá)到了-9×10-5/s,低層正渦度僅有3×10-5/s。這種正負(fù)渦度分布的改變,也對判斷降水的起止時間有一定的指示意義。

        5 小結(jié)

        通過以上分析,得出以下幾點結(jié)論:

        (1)前期臺風(fēng)和東北冷渦的遠(yuǎn)距離的相互作用為兩場降水的形成提供了前提條件,使得副高勢力減弱東退,來自西太平洋的水汽輸送至東北地區(qū)。

        (2)兩次連續(xù)暴雨都發(fā)生在副高減弱東退的環(huán)流背景下,雖然第一輪降水的經(jīng)向度較第二輪大,但第二輪降水中副高勢力更弱,在前一輪降水中冷渦攜帶的冷空氣南下更是加大了大氣的斜壓性,而且在內(nèi)蒙中東部形成的地面氣旋對降水的強(qiáng)度和持續(xù)時間的影響至關(guān)重要。

        (3)第二輪降水的水汽輸送較第一輪降水更強(qiáng),但由于高空急流隨著南亞高壓的東擴(kuò)而向北漂移,高空急流的出口區(qū)不再位于降水區(qū)的上方,從而第二輪降水的高低空渦度配置明顯不如第一輪降水。

        [1]王東海,東北暴雨的研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2007,22(6):549-560.

        [2]張芳華,陳濤,徐珺,等.2013年4-10月我國主要暴雨天氣過程簡述[J].暴雨災(zāi)害,2014,33(1):87-95.

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