摘 要：利用常規(guī)氣象觀測資料，對2023年8月21—22日長白縣出現(xiàn)的大到暴雨過程成因進(jìn)行診斷。結(jié)果顯示：此次暴雨過程是由高空冷渦、副高外圍的西南暖濕氣流和低空切變線三者共同作用產(chǎn)生的；200 hPa高空長白縣上空處在急流分流區(qū)，強(qiáng)烈的輻散作用促進(jìn)中低層水汽抬升，長白縣大部分地區(qū)位于急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)氣旋式切變區(qū)，氣旋式切變強(qiáng)度增加加快大氣釋放凝結(jié)潛熱，為長白縣此次大雨至暴雨天氣過程的發(fā)生發(fā)展提供了較好的動(dòng)力條件；低層氣流輻合上升，高層氣流輻散下沉，高濕區(qū)與高能區(qū)出現(xiàn)，濕空氣與高能量氣團(tuán)相互疊加，低層水汽通量輻合，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)相對應(yīng)。

關(guān)鍵詞：高空冷渦；西南急流；水汽輸送；水汽輻合

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

隨著全球氣候變化加劇，極端事件頻發(fā)，暴雨成為極端強(qiáng)對流天氣中致災(zāi)嚴(yán)重的天氣之一，威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。2023年8月21—22日吉林省白山市長白朝鮮族自治縣（以下簡稱“長白縣”）發(fā)生大到暴雨天氣，城市內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重，損失巨大。對此，分析該暴雨過程對今后暴雨防災(zāi)減災(zāi)工作的實(shí)施具有積極意義。

1 降水實(shí)況及環(huán)流形勢演變特征

1.1 長白縣降水實(shí)況

2023年8月21日夜間開始至22日夜間，長白縣自西向東有一次強(qiáng)降水天氣過程，此次降水主要集中在21日夜間至22日白天，22日白天至夜間有大雨，局地暴雨。截至22日07：00，全縣出現(xiàn)大雨天氣，平均降水量為18.4 mm。最大降水量出現(xiàn)在八道溝鎮(zhèn)，為49.7 mm。

共7個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大雨量級(jí)降水，10個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)中雨量級(jí)降水。此次降水主要以對流性降水為主，長白縣大部分地區(qū)出現(xiàn)對流性中到大雨，局地伴有雷暴大風(fēng)、雷電、短時(shí)強(qiáng)降水等天氣。

長白縣西部地區(qū)（八道溝鎮(zhèn)、新房子鎮(zhèn)、寶泉山鎮(zhèn)、十二道溝鎮(zhèn)）主要降水集中在22日凌晨至上午，最大降水量達(dá)到100 mm左右，該降水過程西部地區(qū)最大累計(jì)降水量達(dá)到130 mm左右；東部地區(qū)（十四道溝鎮(zhèn)、金華鄉(xiāng)、馬鹿溝鎮(zhèn)、長白鎮(zhèn)）主要降水集中在22日午后至夜間，此時(shí)段內(nèi)最大降水量達(dá)60 mm左右，該降水過程?hào)|部地區(qū)最大累計(jì)降水量達(dá)80 mm左右。

從EC細(xì)網(wǎng)格降水圖可看出，22日08：00，長白縣格點(diǎn)降水最大值為67.3 mm，已達(dá)暴雨量級(jí)，降水分布呈東北—西南條帶狀；22日20：00，全縣降水最大值出現(xiàn)在長白縣西部寶泉山鎮(zhèn)，全縣12 h降水量集中在25～50 mm，大到暴雨；23日08：00，主要降水集中在長白縣北部，降水量為10～25 mm，降水趨于結(jié)束。

1.2 環(huán)流形勢演變特征

如圖1所示，21日20：00，500 hPa上亞歐中高緯呈“兩槽一脊”型，貝湖地區(qū)是一個(gè)寬廣的槽區(qū)，長白縣受槽前西南氣流影響。西太平洋副高發(fā)展較為旺盛且呈條帶狀分布，中間存在斷點(diǎn)。588線西脊點(diǎn)在105°E附近，長白縣南部地區(qū)在588線控制范圍外。雨帶位于副高外圍，暴雨集中在長白縣南部。在此天氣形勢下，副高控制著長白縣南部地區(qū)，帶來穩(wěn)定的暖濕氣流；同時(shí)，高空冷渦位于北方地區(qū)，帶來冷空氣活動(dòng)。這兩種氣團(tuán)的相互作用使得暖濕氣流與冷空氣相遇，形成降水現(xiàn)象。

在槽后冷平流作用下，高空冷渦逐漸加深發(fā)展南移，于21日08：00移至長白縣上空附近，同時(shí)副高明顯東退，西脊點(diǎn)退至115°E附近，584線也隨之壓在長白縣南部，海上暖濕氣流和冷渦相遇導(dǎo)致對流性降水，過程中雨區(qū)逐漸擴(kuò)大至全縣，大到暴雨范圍擴(kuò)大；23日08：00，東北冷渦減弱為高空槽，隨著系統(tǒng)的東移，長白縣逐漸受槽后西北氣流控制，降水趨于結(jié)束。

2 暴雨天氣成因分析

此次降水過程中的高空冷渦和副熱帶高壓后部西南急流都是大氣環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)高空冷渦遇到副熱帶高壓后部西南急流時(shí)，兩者間的相互作用會(huì)導(dǎo)致天氣形勢發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)降水。具體來說，主要有以下幾個(gè)原因。

（1）溫度差異。高空冷渦內(nèi)部空氣較冷，而副熱帶高壓后部西南急流帶來暖濕空氣。當(dāng)冷渦與暖濕空氣相遇時(shí)，由于溫度差異，空氣會(huì)開始上升和下沉，形成對流運(yùn)動(dòng)。這種對流運(yùn)動(dòng)使水汽凝結(jié)成云，并最終導(dǎo)致降水。

（2）濕度差異。高空冷渦通常帶來較低的濕度，而副熱帶高壓后部西南急流則帶來較高的濕度。當(dāng)兩者相遇時(shí)，濕度較高的暖濕空氣會(huì)向冷渦內(nèi)部滲透，導(dǎo)致空氣中的水汽含量增加。在高空冷渦中，水汽達(dá)到飽和狀態(tài)后，便會(huì)凝結(jié)成云，并導(dǎo)致降水。

（3）動(dòng)力作用。高空冷渦和副熱帶高壓后部西南急流之間的動(dòng)力作用會(huì)使得大氣變得不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定的大氣條件有利于降水的形成。當(dāng)暖濕空氣被迫上升至冷渦時(shí)，會(huì)形成對流云，并可能導(dǎo)致強(qiáng)降水。

（4）風(fēng)向變化。副熱帶高壓后部西南急流的風(fēng)向與高空冷渦的風(fēng)向可能產(chǎn)生相互作用。這種相互作用會(huì)改變風(fēng)向和風(fēng)速，形成風(fēng)切變，從而影響降水的形成和分布。氣層不穩(wěn)定加上對流強(qiáng)度大，這種風(fēng)向變化導(dǎo)致強(qiáng)降水。

3 高、低空配置分析

如圖2所示，21日16：00，588線控制長白縣以南地區(qū)，長白縣受槽前西南氣流控制。對應(yīng)700 hPa、850 hPa上在吉林南部地區(qū)出現(xiàn)風(fēng)切變，長白縣南部有暖式切變線。而200 hPa上長白縣處于急流分流區(qū)，強(qiáng)烈的輻散作用加強(qiáng)了低層的上升運(yùn)動(dòng)。

21日20：00，高空槽緩慢東移，588線南退至海上，長白縣槽前西南氣流顯著加大，有利于水汽和能量的輸送。700 hPa低空切變發(fā)展為氣旋式環(huán)流，影響長白縣中南部，且西南風(fēng)風(fēng)速加大形成西南急流，持續(xù)的低空急流為暴雨區(qū)輸送了源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量，急流最大風(fēng)速出口區(qū)輻合和地形抬升為暴雨形成提供了輻合上升的動(dòng)力條件。長白縣中部地區(qū)位于急流出口區(qū)左側(cè)的強(qiáng)氣旋式切變區(qū)，有利于觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。對應(yīng)850 hPa長白縣中部有低渦形成，暴雨生成于副高外圍低層氣旋式環(huán)流附近。

4 物理量診斷

4.1 動(dòng)力條件

22日08：00，輻散層主要位于300 hPa以上，輻合在850 hPa以下，輻合中心位于850 hPa，輻合中心與暴雨區(qū)相對應(yīng)，低層輻合、高層輻散，導(dǎo)致強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。

在高空冷渦配合副高后部西南急流的情況下，300 hPa以上輻散和850 hPa以下輻合的配置引發(fā)暴雨天氣[2-3]。首先，高空冷渦出現(xiàn)在東北地區(qū)，導(dǎo)致300 hPa以上的大氣層趨緩，形成輻散。這使得低層的大氣流動(dòng)更加劇烈，形成了強(qiáng)烈的西南氣流。其次，副高位置的變化導(dǎo)致了對流層中下的氣壓場發(fā)生變化，即在850 hPa以下出現(xiàn)了輻合。這意味著暖濕空氣被聚集在一起，為暴雨的形成提供了足夠的水汽條件。最后，當(dāng)輻散和高密度空氣流遇到輻合和低密度空氣流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，其為暴雨形成的關(guān)鍵因素。

綜上，300 hPa以上的輻散和850 hPa以下的輻合通過相互配合，引發(fā)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，從而形成大到暴雨。

4.2 水汽條件

21日08：00起，長白縣水汽條件逐漸轉(zhuǎn)好，至21日20：00，該縣均處于中低層水汽飽和區(qū)（溫度露點(diǎn)差≤4 ℃），并配合西南急流的建立，為長白縣大到暴雨的發(fā)生與發(fā)展提供了充沛的水汽條件。從水汽通量散度來看，08：00，850 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中西部，而700 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中部，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)重合。

由長白縣空間垂直剖面圖可以看出，副高后部水汽帶來的大氣濕度最大值主要集中在20日20：00—22日20：00。21日20：00，200 hPa高層水汽較為充足。22日20：00，水汽發(fā)展更充足，相對濕度較大，整層大氣水汽含量趨于飽和，中高層對流較為旺盛，低層垂直速度較大，降水準(zhǔn)備條件較為充分。

在濕度變化方面，由于副高后部西南急流從海上帶來了暖濕空氣，700 hPa比濕逐漸增加。高空冷渦和副高急流相互作用后，長白縣的濕度水平處于60%～80%。通過觀察700 hPa比濕圖，比濕值越大，濕層越厚，降水準(zhǔn)備條件越好，大比濕值持續(xù)時(shí)間越長，產(chǎn)生暴雨級(jí)以上降水的概率越大。21日20：00，長白縣大部分地區(qū)比濕為9 g/kg。至22日08：00，長白縣大部分地區(qū)比濕有所增加，中部地區(qū)十二道溝鎮(zhèn)、十四道溝鎮(zhèn)比濕值一直維持在9～10 g/kg左右。22日20：00，全縣比濕值從北到南逐漸下降，為6～8 g/kg，降水趨于結(jié)束。

4.3 熱力條件

21日20：00，從850 hPa假相當(dāng)位溫可看出，能量舌伸至吉林省東部，長白縣位于能量鋒內(nèi)，利于冷暖空氣的交換，從而促進(jìn)暴雨天氣的形成。而隨著副高的南退，23日08：00，能量鋒區(qū)南壓，對長白縣的影響減弱。

從長白縣單站的探空圖來看，21日08：00，500 hPa以下的相對濕度較大，濕層深厚，抬升凝結(jié)高度為0.8 km，暖云厚度大，降水效率較高，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生；0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?0 m/s，屬于中等強(qiáng)度，對流有效位能值較大。因此，大氣存在一定的不穩(wěn)定能量，且500～300 hPa存在一個(gè)明顯的干層，曲線呈“上喇叭口”形狀，有利于雷暴大風(fēng)的出現(xiàn)。

從紅外云圖上看，21日午后長白縣南部已有對流云團(tuán)不斷新生，于21日夜間影響長白縣南部，隨后云團(tuán)不斷發(fā)展，在八道溝鎮(zhèn)至十二道溝鎮(zhèn)一帶形成線性排列的云團(tuán)，隨后云團(tuán)沿高層西南氣流不斷向東北移動(dòng)，長白縣多地出現(xiàn)暴雨天氣。22日04：00后，長白縣中南部有多個(gè)新生對流云團(tuán)，在向東北移動(dòng)過程中逐漸加強(qiáng)，造成長白縣中南部一線的暴雨天氣；08：00后，降水云團(tuán)不斷減弱，結(jié)構(gòu)變松散，降水強(qiáng)度也隨之減弱。

5 結(jié)論

（1）此次暴雨過程是由高空冷渦、副高外圍的西南暖濕氣流和低空切變線三者共同作用產(chǎn)生的。

（2）假相當(dāng)位溫的分布反映了大氣中能量的分布，暴雨發(fā)生必有相應(yīng)的能量鋒區(qū)存在[4]。

（3）中低層處于水汽飽和區(qū)（溫度露點(diǎn)差≤4 ℃），并配合西南急流的建立，為長白縣暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了充沛的水汽條件。從水汽通量散度來看，850 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中南部，而700 hPa水汽通量輻合區(qū)位于長白縣中部，兩層水汽通量輻合區(qū)重疊位置與暴雨區(qū)相對應(yīng)。

（4）高層輻散，低層輻合，兩者相互作用形成的垂直上升運(yùn)動(dòng)有利于不穩(wěn)定的能量釋放，為強(qiáng)降水天氣的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件。

（5）21日午后對流云團(tuán)在向西南方向移動(dòng)過程中與新的對流單體合并加強(qiáng)，其云頂較高，云層較厚，降水潛勢較大，造成長白縣中西部雨量偏大。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：楊琦（1984—），女，吉林白山人，工程師，研究方向?yàn)榫C合氣象觀測。