摘 要：利用常規(guī)氣象觀測(cè)等資料，對(duì)黑龍江省一次低渦暖區(qū)中發(fā)展的中尺度對(duì)流系統(tǒng)和暴雨成因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：暴雨由低渦前暖區(qū)中觸發(fā)中尺度對(duì)流系統(tǒng)造成；在低槽加強(qiáng)為低渦的過(guò)程中，高低空風(fēng)速加大，垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能顯著增大，超低空急流的建立使得不穩(wěn)定區(qū)暖濕條件維持，中層弱冷平流，低層強(qiáng)暖平流，有利于對(duì)流區(qū)位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)的重建與維持；對(duì)流在中低層輻合線上觸發(fā)，進(jìn)入暖濕高能區(qū)維持，主要強(qiáng)降水系統(tǒng)為弓形回波與強(qiáng)降水超級(jí)單體，弓形回波形成的冷池與低層偏南氣流的輻合有利于風(fēng)暴維持并觸發(fā)新的對(duì)流，延長(zhǎng)風(fēng)暴的生命史，對(duì)流單體并入弓形回波后降水效率翻倍。

關(guān)鍵詞：暴雨；弓形回波；冷池；超低空急流

中圖分類(lèi)號(hào)：P426.62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）07–0-03

隨著全球氣候變暖加劇，極端天氣頻繁發(fā)生。近年來(lái)，我國(guó)多地多次出現(xiàn)暖區(qū)對(duì)流性暴雨事件，一度成為研究熱點(diǎn)。田付友[1]等指出，當(dāng)前對(duì)暖區(qū)暴雨發(fā)生的環(huán)流背景條件和中尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)機(jī)理仍處于探索狀態(tài)，數(shù)值模式對(duì)暖區(qū)暴雨的預(yù)報(bào)能力十分有限，業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)難度較大。孫繼松[2]就北京地形對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的影響進(jìn)行了探討，下墊面形成1 ℃/10 km量級(jí)以上水平氣溫梯度時(shí)，有利于引發(fā)強(qiáng)流天氣。雷蕾[3]發(fā)現(xiàn)急流在邊界層內(nèi)厚度增加后，急流出口區(qū)壓力減小，低層出現(xiàn)氣旋性風(fēng)場(chǎng)或切變，有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，觸發(fā)和加強(qiáng)對(duì)流。徐玥等[4]發(fā)現(xiàn)副高誘發(fā)的超低空急流為強(qiáng)降水提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量，強(qiáng)降水出現(xiàn)在不穩(wěn)定層結(jié)和上升運(yùn)動(dòng)快速增強(qiáng)的階段。

2022年8月4日午后至夜間，黑龍江省大慶、綏化、哈爾濱等城市出現(xiàn)了降水量＞100 mm的大暴雨天氣，多地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，伴有雷暴大風(fēng)，最大小時(shí)雨強(qiáng)＞80 mm。對(duì)此，圍繞低渦前暖區(qū)中發(fā)展的中尺度對(duì)流系統(tǒng)的演變特征及成因進(jìn)行探討，以期提升該類(lèi)降水天氣的預(yù)報(bào)水平，并為相關(guān)研究提供參考。

1 天氣概況

2022年8月4—6日，受低渦影響，黑龍江省出現(xiàn)了2022年入汛以來(lái)最大強(qiáng)度的一次降水，多地超過(guò)歷史極值。黑龍江省西南部地區(qū)的雨量大值中心在綏化市南部、哈爾濱市西部的平原地帶，呈東西分布。受中尺度對(duì)流系統(tǒng)的影響，最大小時(shí)雨強(qiáng)85.4 mm，突破了當(dāng)?shù)匦r(shí)最大雨強(qiáng)極值。對(duì)流系統(tǒng)從4日午后發(fā)展進(jìn)入黑龍江省西南部地區(qū)，向東北移動(dòng)。最強(qiáng)降水時(shí)段集中在4日21：00—5日02：00，降水強(qiáng)度大，且雨強(qiáng)變化顯著，中尺度系統(tǒng)生命史長(zhǎng)，有站點(diǎn)連續(xù)4 h雨強(qiáng)＞40 mm。對(duì)流帶整體呈南北向，與降水大值帶垂直，說(shuō)明在對(duì)流帶上有高降水效率的雨團(tuán)發(fā)展。

2 環(huán)境背景與對(duì)流條件

2.1 環(huán)境背景

2022年8月4日，500 hPa上中緯度為緯向型環(huán)流，副熱帶高壓帶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“副高”）伸入內(nèi)陸，位置偏西偏北，呈東西帶狀，588線（預(yù)報(bào)員在高空500 hPa等壓面上繪制的一條等位勢(shì)高度線）西界至90°E以西，北界超過(guò)41°N。西西伯利亞冷渦東移過(guò)程中在貝加爾湖停滯，其南部高空槽東移，引導(dǎo)冷空氣與副高外圍暖濕空氣在東北地區(qū)西部交匯，東部高脊經(jīng)黑龍江省中部北伸向中高緯，形成東阻。

在低槽東移發(fā)展過(guò)程中，南部冷空氣東移較快，與副高外圍暖濕氣流交匯。如圖1（a）所示，850 hPa中低層輻合加強(qiáng)，低空急流與超低空急流逐步建立，低層暖舌北伸，渤海灣水汽通道打開(kāi)，黑龍江省南部暖濕條件加強(qiáng)，850 hPa的比濕＞14 g/kg，濕區(qū)隨急流北推。黑龍江省南部冷空氣在低渦南部偏西氣流的引導(dǎo)下逐步滲入，對(duì)流系統(tǒng)在低渦前部、地面低壓暖區(qū)中發(fā)展維持，引發(fā)極端降水和雷暴大風(fēng)天氣。

2.2 探空分析

4日08：00，從哈爾濱探空形勢(shì)來(lái)看，低層風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，對(duì)流層低層大氣處于中性至穩(wěn)定狀態(tài)，整層水汽條件不佳。根據(jù)圖1b，4日20：00，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，水汽與暖濕能量條件得到迅速加強(qiáng)。對(duì)流層風(fēng)速增大，低空與超低空西南急流逐步建立，400～600 hPa干層明顯，處于對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，濕層厚度增大。600 hPa以下相對(duì)濕度＞80%。0～6 km的垂直風(fēng)切變達(dá)到18 m/s，對(duì)流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）值為1 258 J/kg。在系統(tǒng)演變過(guò)程中，對(duì)流系統(tǒng)在暖濕條件增強(qiáng)的過(guò)程中觸發(fā)并維持較長(zhǎng)時(shí)間。

2.3 暖濕與位勢(shì)不穩(wěn)定條件的建立與維持

對(duì)流在某一區(qū)域持續(xù)觸發(fā)并維持較長(zhǎng)時(shí)間，低層有暖濕流入，而高層存在較弱的冷平流，有利于位勢(shì)不穩(wěn)定條件的重建。

8月4日中午至夜間，超低空急流的建立，水汽通道逐步向北推進(jìn)，黑龍江省西南地區(qū)與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處，以及遼寧省中部至黑龍江省中南部2個(gè)水汽增強(qiáng)區(qū)，隨西南急流增強(qiáng)，水汽在這兩處前部輻合，對(duì)流也在該地觸發(fā)并維持。

如圖2所示，14：00，42°N附近有冷暖空氣的交匯，對(duì)流在此觸發(fā)后，向北進(jìn)入暖濕高能區(qū)，低層暖平流持續(xù)增強(qiáng)，高層冷平流，位勢(shì)不穩(wěn)定條件得以重建。同時(shí)，在45°N附近，高能舌垂直伸展增厚，對(duì)流系統(tǒng)在高溫高濕區(qū)發(fā)展與維持。

3 中尺度系統(tǒng)特征

4日上午，對(duì)流單體在內(nèi)蒙古自治區(qū)與吉林省交界處地面輻合線上開(kāi)始生成，向東北移動(dòng)進(jìn)入黑龍江省西南部，組織性加強(qiáng)，東移至西南暖濕環(huán)境區(qū)，在強(qiáng)降水超級(jí)單體及弓形回波與南部急流暖區(qū)中對(duì)流系統(tǒng)相互作用下，引發(fā)強(qiáng)降水天氣。

3.1 弓形回波與對(duì)流單體相互作用

對(duì)流系統(tǒng)東移過(guò)程中演變?yōu)楣位夭?，減弱階段后側(cè)下沉氣流增強(qiáng)，形成強(qiáng)的冷池，與前方暖濕氣流輻合，觸發(fā)新生對(duì)流并入弓形回波，減弱的系統(tǒng)再次組織起來(lái)，經(jīng)歷了2次減弱再加強(qiáng)的過(guò)程，弓形回波與暖區(qū)一側(cè)新生單體合并，降水強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。

15：00左右，弓形回波頂端斷裂，其上單體結(jié)構(gòu)變得松散，下沉氣流增強(qiáng)，形成強(qiáng)的冷池，東南側(cè)輻散氣流使風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北、偏東北，與南側(cè)西南風(fēng)輻合加強(qiáng)，前側(cè)形成陣風(fēng)鋒， 促使弓形回波前部上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，在冷池與環(huán)境風(fēng)輻合線上的對(duì)流觸發(fā)并入回波南側(cè)。16：00～17：00，回波帶南側(cè)對(duì)流單體合并的地方小時(shí)雨強(qiáng)＞50 mm（圖略）。

3.2 強(qiáng)降水超級(jí)單體發(fā)展

18：00～22：00，回波帶繼續(xù)東移，進(jìn)入垂直風(fēng)切變與暖濕條件更好的區(qū)域。

18：00，弓形回波開(kāi)始減弱，冷池加強(qiáng)并緊隨回波帶后沿。此時(shí)，隨著系統(tǒng)的演變和低空急流的建立，暖濕輸送條件北推，不穩(wěn)定能量與垂直風(fēng)切變條件加強(qiáng)，在急流出口處偏南與偏東南風(fēng)輻合抬升處。生成強(qiáng)降水超級(jí)單體。

如圖3所示，19：00，黑龍江省大慶市肇源縣境內(nèi)超級(jí)單體具有明顯的鉤狀回波與顯著中氣旋特征，0.5°～2.4°仰角速度輻合特征十分明顯。

19：00后，南側(cè)暖區(qū)發(fā)展的超級(jí)單體北移與弓形回波南段合并，此時(shí)回波帶進(jìn)入偏西南引導(dǎo)氣流，回波走向與移動(dòng)方向趨于一致。在對(duì)流合并過(guò)程中，降水效率翻倍，10 mm雨強(qiáng)高達(dá)24 mm。降水效率比前一階段高，小時(shí)雨強(qiáng)＞50 mm區(qū)域呈團(tuán)狀分布，最大小時(shí)雨強(qiáng)為85 mm。

4 結(jié)論

（1）此次黑龍江省暴雨是中尺度對(duì)流系統(tǒng)（該系統(tǒng)在低渦前部的暖區(qū)得到觸發(fā)并維持）造成的，對(duì)流在冷暖空氣交匯處、中低層輻合線上觸發(fā)，移入暖濕不穩(wěn)定區(qū)維持。

（2）對(duì)流條件隨系統(tǒng)的演變逐步建立。低空急流與超低空急流建立，南部暖濕條件持續(xù)增強(qiáng)，濕層厚度顯著增大，低層暖平流，中層弱冷平流，有利于位勢(shì)不穩(wěn)定的重建與維持。8月4日08：00～20：00，垂直風(fēng)切變與對(duì)流有效位能顯著增大，對(duì)流系統(tǒng)在高能區(qū)維持較長(zhǎng)時(shí)間。

（3）在弓形回波與強(qiáng)降水超單階段形成極端短時(shí)強(qiáng)降水。弓形回波形成的冷池與偏南氣流的輻合，有利于對(duì)流系統(tǒng)的維持和對(duì)流的合并，對(duì)流合并過(guò)程使得降水效率翻倍。在低空急流出口區(qū)輻合處有成串強(qiáng)降水超級(jí)單體產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 田付友，鄭永光，張小玲，等.2017年5月7日廣州極端強(qiáng)降水對(duì)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、觸發(fā)和維持機(jī)制[J].氣象，2018，44（4）： 469-484.

[2] 孫繼松，楊波.地形與城市環(huán)流共同作用下的β中尺度暴雨[J].大氣科學(xué)，2008（6）：1352-1364.

[3] 雷蕾，邢楠，周璇，等.2018年北京“7.16”暖區(qū)特大暴雨特征及形成機(jī)制研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2020，78（1）：1-17.

[4] 徐玥，張桂華，孟瑩瑩，等.黑龍江省一次伴有龍卷的暖區(qū)暴雨成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2020，14（1）：40-48.