王寧 馬梁臣 霍也

(1.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130062； 2. 長(zhǎng)白山氣象與氣候變化吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長(zhǎng)春 130062; 3.吉林省氣象臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130062； 4.長(zhǎng)春市氣象局，吉林 長(zhǎng)春 130000)

引言

溫帶氣旋一般具有爆發(fā)性發(fā)展和緩慢演變兩種過(guò)程。爆發(fā)性氣旋的概念最初由Sanders 和Gyakum提出[1]，若氣旋中心海平面氣壓在24 h內(nèi)經(jīng)過(guò)地轉(zhuǎn)調(diào)整到60°N后下降到24 hPa以上，也就是氣壓加深率大于1 hPa·h-1，該氣旋就被稱為爆發(fā)性氣旋，爆發(fā)性發(fā)展的氣旋也被氣象學(xué)者形象地稱為“氣象炸彈”，它不僅可以產(chǎn)生較強(qiáng)的降水和大風(fēng)，甚至?xí)a(chǎn)生冰雹、龍卷等更為強(qiáng)烈的天氣，由于其影響巨大，因而一直是人們研究的重點(diǎn)課題之一。爆發(fā)性氣旋是臨界增強(qiáng)速率在一個(gè)貝吉龍(24 h下降24 hPa乘以sinΦ/sin60°)或一個(gè)貝吉龍以上的氣旋[2],其中Φ是氣旋迅速加深階段其中心所在的緯度，因而臨界速率隨緯度的增加而增加。由于爆發(fā)性氣旋常帶來(lái)極端天氣，對(duì)其氣候特征、發(fā)生發(fā)展機(jī)制、帶來(lái)暴雨雪和大風(fēng)天氣成因等問(wèn)題已開(kāi)展了一些研究[3]。

董立清和李德輝[4]通過(guò)對(duì)我國(guó)東部沿海爆發(fā)性氣旋的研究，發(fā)現(xiàn)爆發(fā)性氣旋多發(fā)生在春季和冬季，其中春季氣旋的初始位置多集中在30°—35°N，西北太平洋包括東海、黃海和渤海，每年有50個(gè)左右氣旋生成，1個(gè)能夠出現(xiàn)爆發(fā)性發(fā)展，達(dá)到爆發(fā)性氣旋的標(biāo)準(zhǔn)。李長(zhǎng)青和丁一匯[5]統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，西北太平洋爆發(fā)性氣旋大部分集中發(fā)生在35°—55°N、140°—165°E的海域。儀清菊和丁一匯[6]通過(guò)對(duì)西太平洋和東亞地區(qū)爆發(fā)性氣旋的研究發(fā)現(xiàn)，爆發(fā)性氣旋發(fā)生在大陸和近海上的遠(yuǎn)少于發(fā)生在西太平洋，而且海上的強(qiáng)度一般強(qiáng)于陸地。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)爆發(fā)性氣旋的形成機(jī)制進(jìn)行了研究，通過(guò)研究得出氣旋急劇發(fā)展的有利條件主要有大氣不穩(wěn)定層結(jié)、高空急流的輻散區(qū)、中低層大氣的強(qiáng)斜壓性和西太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)暖平流等[5]。呂筱英等[7]認(rèn)為高空高值位渦的向下傳遞是氣旋爆發(fā)性發(fā)展的一個(gè)重要條件。丁治英等[8]分析大西洋與太平洋上爆發(fā)性氣旋，發(fā)現(xiàn)位渦與氣旋的發(fā)展關(guān)系密切，高層和低層的位渦大值區(qū)同時(shí)位于低空低渦上空并上下貫通，此時(shí)進(jìn)入地面氣旋爆發(fā)性發(fā)展的時(shí)期。黃立文等[9]對(duì)西北太平洋溫帶氣旋爆發(fā)性發(fā)展過(guò)程中的物理過(guò)程、海溫、能量等進(jìn)行了數(shù)值模擬試驗(yàn)研究。目前針對(duì)爆發(fā)性氣旋引發(fā)的暴雨雪和大風(fēng)天氣成因的研究仍較少，可能原因是爆發(fā)性氣旋多發(fā)于海上，陸地上的個(gè)例較少。蔡麗娜等[10]研究2007年一次氣旋爆發(fā)性發(fā)展所造成的暴雪天氣過(guò)程，分析表明氣旋爆發(fā)性發(fā)展的主要原因是大氣的強(qiáng)斜壓性及其冷暖平流，暴雪的產(chǎn)生與氣旋爆發(fā)性發(fā)展、水汽輸送及垂直運(yùn)動(dòng)等關(guān)系密切。

對(duì)陸地上爆發(fā)性氣旋的研究仍不多見(jiàn)，歐亞大陸是氣旋多發(fā)區(qū)[11],完整的氣旋生成、發(fā)展和消亡過(guò)程常發(fā)生在東亞大陸[12-13]，其中蒙古氣旋春季發(fā)生的頻率最高[14]。東北地區(qū)爆發(fā)性氣旋出現(xiàn)的頻率不高，但是影響較大，5月初東北地區(qū)就出現(xiàn)暴雨天氣仍為歷史罕見(jiàn)。研究爆發(fā)性氣旋暴雨形成機(jī)制等問(wèn)題，可為暴雨、暴雪等極端天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

所使用的資料為2016年5月2—4日的NCEP的FNL和GDAS再分析資料，時(shí)間分辨率為每6 h一次，水平分辨率為1°×1°，GDAS再分析資料主要用于水汽軌跡追蹤。降水實(shí)況采用中國(guó)氣象局地面觀測(cè)資料。利用NCEP的FNL和GDAS的1°×1°再分析資料、地面觀測(cè)資料，從大尺度環(huán)流背景、水汽源地和輸送、動(dòng)力和熱力機(jī)制、等熵位渦等方面進(jìn)行分析。

等熵位渦可以理解為等熵面上的絕對(duì)渦度和靜力穩(wěn)定度乘積，絕熱無(wú)摩擦大氣中，等熵位渦是一個(gè)守恒量，等熵位渦守恒與中緯度斜壓擾動(dòng)發(fā)展之間的診斷關(guān)系可用于對(duì)氣旋發(fā)生發(fā)展的預(yù)報(bào)[15-17]。水汽通量和水汽通量散度可以定量表示水汽輸送和水汽匯聚，其中水汽通量表征單位時(shí)間通過(guò)某一面積的水汽量，水汽通量散度表征單位時(shí)間進(jìn)入和流出單位體積的水汽量[10,18]。水汽軌跡追蹤采用的是HYSPLIT-v4.9[19-20]軌跡模型，假設(shè)空氣中的粒子隨風(fēng)飄動(dòng)，氣流的移動(dòng)軌跡就是其在時(shí)間和空間上位置矢量的積分[21]。該模型被國(guó)內(nèi)很多學(xué)者用于水汽來(lái)源和輸送軌跡研究[18,22-23]。鋒生函數(shù)是表征鋒生結(jié)構(gòu)的定量參數(shù)，也可以反映大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征，在絕熱和不考慮傾斜運(yùn)動(dòng)情況下，鋒生函數(shù)主要有輻散項(xiàng)和形變項(xiàng)決定[24]，文中的鋒生函數(shù)計(jì)算主要取上述兩項(xiàng)。

2 結(jié)果分析

2.1 氣旋實(shí)況

2016年5月3—4日地面氣旋爆發(fā)性發(fā)展導(dǎo)致的東北地區(qū)的遼寧、吉林、黑龍江等地出現(xiàn)暴雨和7級(jí)以上瞬時(shí)大風(fēng)[25]，圖1給出地面氣旋的逐6 h中心氣壓和移動(dòng)路徑，中心氣壓和移動(dòng)路徑是由人工利用MICPAS系統(tǒng)調(diào)用地面要素資料確定的，同時(shí)黃海北部到渤海灣受海區(qū)影響，缺少地面觀測(cè)，氣壓值和定位可能略有偏差，但基本能夠反映氣旋的實(shí)況。5月1日氣旋在江淮地區(qū)生成，在向東北方向移動(dòng)過(guò)程中，氣旋中心海平面氣壓持續(xù)下降，3日14時(shí)(北京時(shí)，下同)發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)，減弱過(guò)程中東移分量加大。從氣旋中心最低氣壓可以看出，2日14時(shí)中心氣壓為1000 hPa，3日14時(shí)中心氣壓為976 hPa，24 h中心氣壓下降24 hPa。爆發(fā)性氣旋是臨界增強(qiáng)速率在一個(gè)貝吉龍或以上的氣旋，本次氣旋的緯度在40°N附近，24 h中心氣壓下降17.8 hPa就成為爆發(fā)性氣旋，所以本次過(guò)程是一次典型的爆發(fā)性氣旋。另外，本次氣旋的快速加強(qiáng)發(fā)展是從3日02時(shí)開(kāi)始，低壓中心移動(dòng)至山東半島附近，其在遼東半島登陸后持續(xù)加強(qiáng)，用時(shí)12 h中心氣壓下降15 hPa，可見(jiàn)發(fā)展之迅速，其強(qiáng)度可與北上臺(tái)風(fēng)相“媲美”。

圖中移動(dòng)路徑上方數(shù)字為時(shí)間YYYYMMDDHH，下方為海平面氣壓，單位為hPa

2.2 降水實(shí)況

受氣旋北上影響，2016年5月2—4日東北地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨天氣(圖2)，暴雨主要集中在遼寧東部、吉林中部和黑龍江東部，大暴雨主要位于遼寧，共有5個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站出現(xiàn)大暴雨，其中48 h最大累計(jì)降水出現(xiàn)在遼寧丹東，達(dá)到126 mm。暴雨區(qū)集中，吉林和黑龍江西部的降水邊界梯度較大，以穩(wěn)定性降水為主。吉林省50個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站中，25站出現(xiàn)暴雨，占比50%，最大降水出現(xiàn)在雙陽(yáng)，為89.4 mm。本次過(guò)程出現(xiàn)在5月(春季)，對(duì)于東北地區(qū)而言，較為罕見(jiàn)。

圖2 2016年5月2日08時(shí)至4日08時(shí)東北地區(qū)累計(jì)降水量

圖3給出了2016年5月2日08時(shí)至4日20時(shí)沈陽(yáng)站和長(zhǎng)春站逐小時(shí)降水變化曲線。降水天氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，兩個(gè)代表站均超過(guò)34 h。降水主要從2日午后開(kāi)始，長(zhǎng)春降水開(kāi)始時(shí)間較沈陽(yáng)晚8 h左右。降水過(guò)程總體雨強(qiáng)不強(qiáng)，1 h降水量一般在6 mm以下，但沈陽(yáng)站在3日06—07時(shí)降水量達(dá)11.3 mm?？傮w上是持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的穩(wěn)定性降水過(guò)程。從逐小時(shí)氣壓變化曲線可以看出，降水開(kāi)始時(shí)間與氣壓的明顯下降有關(guān)，沈陽(yáng)站氣壓達(dá)到最低時(shí)降水強(qiáng)度為最大，長(zhǎng)春站的強(qiáng)降水時(shí)段發(fā)生于氣壓最低值前后。本次氣旋降水過(guò)程中還伴隨6級(jí)以上大風(fēng)。

圖3 2016年5月2日08時(shí)至4日20時(shí)沈陽(yáng)站和長(zhǎng)春站逐小時(shí)降水和本站氣壓變化

2.3 大尺度環(huán)流形勢(shì)

2016年為超強(qiáng)厄爾尼諾的次年，中國(guó)北方容易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害。2016年5月西風(fēng)帶平均位置整體偏北(圖略)，有利于南方暖濕空氣北上與北方冷空氣對(duì)碰形成強(qiáng)降水天氣，而且5月初中國(guó)東北地區(qū)氣溫回升明顯，為暴雨的出現(xiàn)提供了高溫高濕的環(huán)境背景。2016年5月2日20時(shí)500 hPa受高空深槽影響(圖4a)，東北地區(qū)處于高空槽前，槽前有強(qiáng)的正渦度平流輸送，有利于產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。溫度槽落后于高度槽，槽中有冷平流輸送，有利于高空槽的進(jìn)一步加深發(fā)展。3日08時(shí)(圖4b)高空槽加強(qiáng)發(fā)展成為閉合低渦，低渦中心位置偏南，位于遼寧西南部，因持續(xù)有冷平流輸送，低渦中心得到加強(qiáng)，鄂霍次克海附近有高壓脊存在，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。3日20時(shí)(圖4c)低渦進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)展，分析有3條閉合等值線，低渦中心位勢(shì)高度為536 dagpm，等溫線和等高線趨于一致。綜上，中國(guó)東北地區(qū)降水的高空形勢(shì)：高空槽快速發(fā)展為閉合低渦，初生低渦位置偏南，在發(fā)展過(guò)程中緩慢北上且略有東移，中國(guó)東北地區(qū)降水主要發(fā)生在低渦的東北象限。

從低空850 hPa的風(fēng)場(chǎng)疊加海平面氣壓場(chǎng)可以看出，2016年5月2日20時(shí)(圖4d)在500 hPa高空槽前部，850 hPa低層有西北風(fēng)和西南風(fēng)的切變線，地面氣旋位于低空西南氣流中。有三根閉合等壓線，中心氣壓低于1002.5 hPa，從地面到高空，低壓槽系統(tǒng)向西傾斜，是典型的后傾槽形勢(shì)，大氣的斜壓性較強(qiáng)。3日08時(shí)(圖4e)低空切變線發(fā)展為低空低渦，風(fēng)速進(jìn)一步加大，低空形成明顯的西南急流，源源不斷地將海上的水汽、動(dòng)量、熱量向東北地區(qū)輸送，并在氣旋中心和頭部形成強(qiáng)的輻合抬升，有利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。地面氣旋同時(shí)加強(qiáng)發(fā)展，中心氣壓低于987.5 hPa，等壓線密集，氣壓梯度大，有利于出現(xiàn)低壓大風(fēng)，氣旋在發(fā)展的同時(shí)略有北上，中國(guó)東北地區(qū)位于氣旋的頭部。3日20時(shí)(圖4f)高空低渦東移到地面氣旋上空，大氣層斜壓性減弱，氣旋發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)盛，氣旋中心氣壓小于980 hPa，高低空溫壓場(chǎng)接近正壓。綜上，低空切變線加強(qiáng)發(fā)展為低渦，與低渦配合，其東部形成明顯的低空急流，源源不斷地將海上的水汽、動(dòng)量、熱量向東北地區(qū)輸送。地面氣旋呈爆發(fā)性發(fā)展，等壓線密集，氣壓梯度大，有利于出現(xiàn)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致強(qiáng)降水以及地面大風(fēng)。從以上分析可知，天氣形勢(shì)對(duì)爆發(fā)性氣旋生成、發(fā)展及強(qiáng)降水非常有利。

黑實(shí)線為位勢(shì)高度，單位為dagpm;灰虛線為等溫線，單位為℃;灰實(shí)線為海平面氣壓，單位為hPa

2.4 氣旋爆發(fā)性發(fā)展的成因

本次暴雨過(guò)程與氣旋的爆發(fā)性發(fā)展密切相關(guān)，高松影等[26]從天氣學(xué)角度對(duì)該氣旋發(fā)展機(jī)制已經(jīng)進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步補(bǔ)充，選取等熵位渦進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)展分析。320 K等熵面相當(dāng)于對(duì)流層中高層，從2日20時(shí)、3日08時(shí)、20時(shí)、4日08時(shí)320 K等熵位渦分布(圖5)可以看出，320 K等熵面有明顯的高值位渦從北部向南輸送，一邊輸送一邊東移北上，地面氣旋的移動(dòng)路徑與320K等熵面位渦的移動(dòng)較為一致。2日20時(shí)320 K等熵面的中高層高位渦區(qū)中心值大于5 PVU，305 K等熵面(圖略)上的低層位渦大值區(qū)位于其東南側(cè)。3日08時(shí)由于高層位渦向下輸送，低層位渦開(kāi)始增強(qiáng)。到3日20時(shí)低層305 K等熵面位渦大值達(dá)到1.5 PVU，開(kāi)始大于同一位置的高空320 K的位渦值，且在發(fā)展加強(qiáng)過(guò)程中，305 K(低層)等熵面位渦大值區(qū)始終位于320 K(中高層)東側(cè)附近。4日08時(shí)320 K位渦呈現(xiàn)出明顯的南移、卷入特征，最后輸送通道切斷、系統(tǒng)減弱。以上分析表明，等熵位渦自320 K高層向305 K低層輸送下傳，并逐步向東南移動(dòng)，高空正位渦下傳，促使地面氣旋發(fā)展，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，有利于暴雨發(fā)生。

單位為PVU

2.5 水汽條件和輸送

水汽是成云致雨最關(guān)鍵的要素之一，對(duì)于中國(guó)東北內(nèi)陸地區(qū)而言顯得尤為重要。表征水汽的物理量要素有相對(duì)濕度、比濕、水汽通量、水汽通量散度等。從圖6不同時(shí)刻850 hPa的相對(duì)濕度和比濕分布可以看出，5月2日20時(shí)(圖6a)氣旋中心比濕已經(jīng)達(dá)到10 g·kg-1以上，而中國(guó)東北地區(qū)的暴雨區(qū)相對(duì)濕度在90%以上，水汽已經(jīng)飽和，比濕達(dá)到6—8 g·kg-1，對(duì)比1981—2020年5月850 hPa平均比濕分布(圖6d)可以看到，中國(guó)東北地區(qū)一般在3.5—4.5 g·kg-1，表明本次過(guò)程低層比濕相當(dāng)大。而且過(guò)程發(fā)生在5月初，尤其是遼寧南部比濕超過(guò)8 g·kg-1，有利于出現(xiàn)異常暴雨。3日08時(shí)(圖6b)飽和區(qū)和濕舌位置東移，暴雨區(qū)比濕維持在6—8 g·kg-1，沈陽(yáng)附近比濕開(kāi)始下降，降水也呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。到3日20時(shí)(圖6c)比濕繼續(xù)減小，沈陽(yáng)比濕降至4 g·kg-1左右，吉林和黑龍江東部一般在4—6 g·kg-1，比濕條件明顯減弱，降水隨之減弱。以上分析表明，東北地區(qū)5月850 hPa比濕的氣候態(tài)一般在4 g·kg-1，而6 g·kg-1以上非常有利于暴雨的出現(xiàn)，對(duì)中國(guó)東北地區(qū)春末夏初暴雨預(yù)報(bào)有一定的參考意義。

黑實(shí)線為比濕，單位為g·kg-1；填色為比濕距平場(chǎng)，單位為g·kg-1

比濕雖然與降水量關(guān)系較為密切，但是暴雨或以上量級(jí)的降水，需要持續(xù)的水汽供應(yīng)和強(qiáng)的水汽輻合抬升。從不同時(shí)刻850 hPa水汽通量和水汽通量散度分布圖可以看出，中國(guó)東北地區(qū)5月2日20時(shí)主降水前期(圖7a)，在渤海東部有強(qiáng)的水汽輸送，水汽通量達(dá)到30 g·(cm·s·hPa)-1以上，說(shuō)明降水前東海和黃海有源源不斷的水汽向東北地區(qū)輸送，為降水提供非常有利的水汽條件，同時(shí)在遼寧中東部和吉林中部有水汽通量散度的負(fù)值區(qū)，表明存在水汽輻合上升與凝結(jié)，降水開(kāi)始。5月3日08時(shí)主降水開(kāi)始之后(圖7b)，仍然有持續(xù)的水汽供應(yīng)，但水汽輸送通道略向東移動(dòng)，東北地區(qū)的水汽輻合位于遼寧和吉林中部，水汽通量散度負(fù)值區(qū)的范圍增大、強(qiáng)度增強(qiáng)，850 hPa水汽通量散度負(fù)值區(qū)和降水區(qū)吻合，降水中心達(dá)到-30×10-7kg·(m2·s·hPa)-1以上。5月3日20時(shí)主降水基本結(jié)束(圖7c)，水汽輸送大值中心繼續(xù)向東偏移，水汽通量輻合中心東移，主降水移動(dòng)到黑龍江東部。以上分析表明，中國(guó)東北地區(qū)這次爆發(fā)性氣旋的降水，水汽主要來(lái)源于東海、黃海及西北太平洋，并占主要地位，水汽輸送通道持續(xù)12 h以上，降水尤其是暴雨區(qū)與850 hPa水汽通量散度的負(fù)值區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

填色為水汽通量，單位為g·(cm·s·hPa)-1；箭頭矢量為水汽輸送，單位為10 g·(cm·s·hPa)-1；黑虛線為水汽通量散度，單位為10-7 kg·(m2·s·hPa)-1

以上的水汽研究是基于歐拉觀點(diǎn)，為了進(jìn)一步證實(shí)水汽來(lái)源和輸送的事實(shí)，下面從拉格朗日觀點(diǎn)對(duì)水汽來(lái)源進(jìn)行分析。起始點(diǎn)選取41°—47°N、122°—128°E范圍，間隔為1°×1°的網(wǎng)格點(diǎn)，中心在長(zhǎng)春附近，高度分別選取1500 m、3000 m、5500 m和8000 m，時(shí)間選取為5月3日08時(shí)，即長(zhǎng)春和沈陽(yáng)發(fā)生較強(qiáng)降水時(shí)間，運(yùn)用HYSPLIT-v4.9軌跡模型進(jìn)行后向120 h水汽的軌跡追蹤。從圖8不同高度水汽的后向軌跡可以看出，整個(gè)對(duì)流層都有明顯的偏南水汽輸送，5500 m以下水汽軌跡終點(diǎn)(即后向軌跡追蹤的起始點(diǎn))比濕一般在4 g·kg-1以上，說(shuō)明濕層非常深厚，整層水汽主要來(lái)源于西北太平洋，起始比濕一般大于9 g·kg-1，層次越低，比濕越大。1500 m和3000 m水汽后向軌跡相類似，高比濕水汽主要來(lái)源于南側(cè)的海上，西北側(cè)有明顯的干空氣入侵，干濕空氣在中低層碰撞，形成明顯的濕度不連續(xù)帶，能夠觸發(fā)對(duì)流亦能夠促進(jìn)對(duì)流發(fā)展，是降水增強(qiáng)的原因之一。高層5500 m主要以偏南水汽輸送為主，水汽源地比濕含量偏高，8000 m有西風(fēng)氣流將大陸干空氣卷入，仍以西南側(cè)水汽輸送為主。以上分析表明，整層大氣的水汽主要來(lái)源南側(cè)的西北太平洋，中低層有明顯的干濕空氣交匯，高度越低，終點(diǎn)比濕越大。

圓點(diǎn)代表比濕，單位為g·kg-1；曲線代表軌跡；實(shí)心三角代表起始點(diǎn)

以上給出的拉格朗日水汽來(lái)源分析，能夠反映水汽輸送方向和比濕情況，但是不能清晰地展示水汽輸送高度的變化。為做進(jìn)一步分析，同樣選擇發(fā)生較強(qiáng)降水時(shí)間5月3日08時(shí)，以長(zhǎng)春和沈陽(yáng)兩個(gè)點(diǎn)為代表，做后向120 h水汽的三維軌跡(圖9)，起始高度選擇3000 m，實(shí)心點(diǎn)的大小代表比濕。由圖9可以看出，兩地的水汽來(lái)源方向基本一致，西北側(cè)高度較高的干空氣向東南方向移動(dòng)過(guò)程中高度下降，高度下降主要和空氣粒子的垂直下沉運(yùn)動(dòng)或者沿等熵面下沉運(yùn)動(dòng)有關(guān)，空氣粒子在大氣低層和我國(guó)東南部沿海等高水汽含量區(qū)域進(jìn)行吸濕，比濕增大，在120°—125°E附近高度最低、比濕最大，隨后向北輸送，從南側(cè)低層向中國(guó)東北地區(qū)中層輸送水汽，輸送過(guò)程中水汽抬升凝結(jié)而出現(xiàn)降水。長(zhǎng)春的水汽軌跡在到達(dá)之前有一次高度變動(dòng)，可能是提前發(fā)生降水導(dǎo)致的高度下降。另外，軌跡3000 m高度的終點(diǎn)比濕長(zhǎng)春高于沈陽(yáng)，從降水實(shí)況分析，沈陽(yáng)強(qiáng)降水時(shí)段已基本結(jié)束，而長(zhǎng)春此時(shí)降水明顯偏強(qiáng)，所以終點(diǎn)比濕大小和降水強(qiáng)度有一定的正相關(guān)。通過(guò)上面分析更清楚地看到，此次氣旋降水的水汽來(lái)源于西南側(cè)的低層，軌跡略呈螺旋式上升，從南側(cè)低層向中國(guó)東北地區(qū)中層輸送水汽。

圖9 2016年5月3日08時(shí)長(zhǎng)春和沈陽(yáng)后向120 h水汽三維軌跡

2.6 動(dòng)力和熱力診斷

動(dòng)力條件從低層風(fēng)場(chǎng)信息可以有較好的判斷，2016年5月3日08時(shí)700 hPa風(fēng)場(chǎng)(圖10a)存在風(fēng)速大于12 m·s-1的偏南風(fēng)低空急流，在低空急流左前側(cè)的暴雨區(qū)存在強(qiáng)的風(fēng)速輻合和風(fēng)向切變，為明顯的暖式切變，產(chǎn)生強(qiáng)的動(dòng)力抬升。從3日08時(shí)700 hPa垂直速度和850 hPa絕對(duì)渦度可以看出，暴雨區(qū)與二者有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，上升運(yùn)動(dòng)中心主要集中在吉林中南部和遼寧大部，最大上升運(yùn)動(dòng)中心達(dá)到-1.0 Pa·s-1。20時(shí)(圖10b)遼寧降水明顯減弱，長(zhǎng)春降水仍在持續(xù)，垂直速度中心向東北方向移動(dòng)到黑龍江和吉林交界，絕對(duì)渦度的正值中心也向吉林移動(dòng)，絕對(duì)渦度正值中心略落后于垂直速度中心，但總體能夠反映降水移動(dòng)和落區(qū)。

虛線為垂直速度，單位為Pa·s-1；填色區(qū)為絕對(duì)渦度，單位為10-5s-1

由于中國(guó)東北地區(qū)春季較長(zhǎng)，干冷空氣長(zhǎng)時(shí)間控制，降水的出現(xiàn)一般需要較好的暖濕條件。從2016年5月3日08時(shí)850 hPa相當(dāng)位溫θe分布(圖11a)可以看出，明顯的“暖濕舌”從日本海向北伸到中國(guó)東北地區(qū)，在吉林和遼寧中部存在明顯的能量鋒區(qū)，即相當(dāng)位溫密集帶。主要降水位于能量鋒區(qū)以及偏暖區(qū)一側(cè)，相當(dāng)位溫達(dá)到30 ℃以上。能量鋒區(qū)存在明顯的冷暖空氣交匯，非常有利于出現(xiàn)強(qiáng)降水。從鋒生函數(shù)同樣看出，吉林和遼寧中部存在明顯暖區(qū)鋒生，鋒生強(qiáng)度達(dá)到4—6 K·(100 km·3 h)-1。3日20時(shí)(圖11b),“暖濕舌”位置明顯東移，等相當(dāng)位溫線變稀疏，鋒生函數(shù)明顯減弱，尤其沈陽(yáng)減弱更為明顯，降水亦出現(xiàn)明顯減弱趨勢(shì)。以上分析表明，強(qiáng)降水區(qū)與850 hPa相當(dāng)位溫密集帶和暖區(qū)鋒生區(qū)相對(duì)應(yīng)，降水位于能量鋒區(qū)以及偏暖區(qū)一側(cè)。

實(shí)線為相當(dāng)位溫θe，單位為℃；填色為鋒生函數(shù)，單位為K·(100 km·3 h)-1

3 結(jié)論

(1)位于40°N附近的黃淮氣旋北上加強(qiáng)發(fā)展，2日14時(shí)至3日14時(shí)中心氣壓下降24 hPa，超過(guò)爆發(fā)性氣旋的定義標(biāo)準(zhǔn)。500 hPa高空槽快速加強(qiáng)發(fā)展為閉合低渦，低空切變線加強(qiáng)發(fā)展為低空低渦，其東部形成明顯的低空急流。暴雨過(guò)程為中國(guó)東北地區(qū)典型的暖式切變降水，降水系統(tǒng)移動(dòng)緩慢。

(2)比濕在6 g·kg-1以上非常有利于暴雨的出現(xiàn)，對(duì)中國(guó)東北地區(qū)春末夏初暴雨預(yù)報(bào)有一定的參考意義。同時(shí)濕層比較深厚，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)延伸到5500 m左右，水汽主要來(lái)源于東海、黃海及西北太平洋，暴雨區(qū)與850 hPa水汽通量散度的負(fù)值區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)700 hPa的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)和850 hPa絕對(duì)渦度大值區(qū)與暴雨區(qū)較為一致，強(qiáng)降水區(qū)與850 hPa相當(dāng)位溫密集帶和暖區(qū)鋒生區(qū)相對(duì)應(yīng)，降水位于能量鋒區(qū)及偏暖區(qū)一側(cè)。

(4)等熵位渦自320 K(高層)向305 K(低層)輸送下傳，并逐步向南向東移動(dòng)，高空正位渦的下傳，使得地面氣旋加強(qiáng)發(fā)展，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，進(jìn)而有利于暴雨發(fā)生。