2021年7月12—13日赤峰暴雨的成因分析

摘要 采用ECWMF再分析资料对2021年7月12—13日发生在赤峰地区的暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次过程是受到切断形成的高空冷涡、冷涡前部的地面形成气旋共同影响造成的；暴雨的水汽通道是副高西侧和北侧强盛的偏南急流所带来的南海上的水汽；前期的晴朗高温天气，配合急流所输送的水汽，使得赤峰地区低层处于高温高湿环境，造成了“上冷下暖”的不稳定形势；赤峰地区处于500 hPa正涡度平流控制区；湿Q矢量及其散度作为垂直运动判据时较为清晰。

关键词 暴雨；环流形势；水汽来源；不稳定性；Q矢量

中图分类号：P458.1+21.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）02–0145-03

2021年7月12日08：00—13日20：00，赤峰地区出现入汛以来最强降水。其中，宁城县西部，阿鲁科尔沁旗局部、巴林左旗局部、克什克腾旗局部出现超过100 mm的大暴雨天气，赤峰市南部和北部出现较大范围暴雨天气。此次降水天气持续时间较长，覆盖面积广，降雨量级大，总计造成直接经济损失3 290余万元。通过研究此次暴雨过程的环流背景、影响系统、各物理量特征等，对其进行诊断分析，以期为日后赤峰地区暴雨研究提供参考。

1 天气背景环流形势分析

7月10日20：00起，副高向北伸展，588 dagpm线北部边界达到35°N附近。11日08：00由巴尔喀什湖低涡分裂出的北支西风槽东移至内蒙古西部地区，同时在青藏高原东部30°N附近有一南支槽向东北方向移动，形成阶梯槽形势。而在温度场上，由于温度槽落后于高度槽，形成斜压槽形势，使得北支槽在移动过程中不断加强，并在11日20：00于黄河上游地区追上南支槽，两槽同位相叠加，强度增强，并继续加深东移。

12日08：00后，500 hPa合并槽切断为深厚的切断低涡，中心强度达580 dagpm，低涡前部高压脊与副热带高压北抬部分合并，形成高压坝，阻止低涡的进一步东移，转而向东北方向移动。同时，在850 hPa和925 hPa上，由于低涡中心与副热带高压的距离逐步缩短，低涡前部气压梯度力加强，在准地转作用下形成了最大风速超过20 m/s的强盛的西南急流。而在200 hPa上，急流同样有所增强，急流核位于内蒙古东部偏南地区，在槽前正涡度平流和高空急流的辐散作用下，地面上河北南部，出现闭合的低压中心，强度为997.5 hPa。

赤峰市位于低涡东北部的低空偏南急流出口区左侧辐合区，200 hPa高空急流右侧地转偏差辐散区。在地面上，赤峰市位于地面气旋顶前部，高低空急流的耦合作用配合500 hPa正涡度平流，有利于整层的上升运动形势，使得地面气旋进一步加强并向东北方向发展，赤峰市降水也逐步开始，低涡形势在东北移过程中逐步增强，于13日白天开始减弱，并在13日14：00转变为槽，主体降水基本结束，转为阵性降水（图1）。

2 暴雨区物理量场分析

2.1 水汽输送

由天气形势图可知，12日08：00，赤峰地区位于副热带高压西北侧与高空西风气流的交汇区，有利于暴雨的产，并且处于高空急流右侧辐散区，有利于高层抽吸作用，从而产生上升运动，低空强盛的西南急流则为此次暴雨提供了水汽条件。

由850 hPa水汽通量和散度图（图2）可以看到，此次暴雨的水汽输送通道主要是副高外围西南急流所带来的南海上的水汽，一直输送至赤峰地区。虽然输送距离较远，但达到赤峰的水汽通量仍超过100×10–2 kg·s-1·m-1，并且持续时间较长。自12日08：00起，水汽通量大值区已经到达赤峰市南部地区，而在气旋转变为西风槽之后输送来的水汽，则为后续的阵性降水提供了水汽条件。较强的水汽输入，配合黄河气旋所带来的强烈的上升运动，加上较长的持续时间，构成了产生暴雨所需要的“三要素”。

而在水汽通量散度图上，辐合中心也存在着自南向北的移动趋势，在13日02：00之前，主要集中在赤峰南部，而到02：00之后则跳跃至赤峰市北部地区，之后一直持续至13日14：00，水汽通量辐合中心的维持位置与赤峰市此次降雨“南北多、中间少”的落区情况较为吻合。

2.2 不稳定能量

假相当位温反映了大气温湿条件和能量特征，分析此次过程假相当位温垂直剖面图（图略）可知，12日08：00赤峰市上空850～500 hPa为冷层，对应着深厚的冷涡系统，冷层下方，等假相当位温线较为密集且随高度逐步加密，表示存在着上冷下暖的不稳定层结。同时500 hPa以下均为位势高度纬向偏差负值区，说明此时赤峰已受到低值系统影响，对流层低层到中层的位势高度降低，从而受变压风辐合作用产生上升运动，并释放不稳定能量。而随着降雨造成的凝结潜热释放，850 hPa以下的假相当位温有所增加，使得相当位温的垂直梯度加大，对流不稳定性增强。直至13日14：00前后，假相当位温垂直梯度大值区移出赤峰，但由于气旋后部冷空气侵入，有340 K的相当位温低中心形成，赤峰上空仍旧维持着相当位温递减的不稳定层结，为后续的阵性降水提供能量。

而在假相当位温平面图上（图3），随着上游系统不断向东北方向移动，西南急流不断向赤峰输送水汽，同时，由于前期赤峰市处于冷涡下游受高压脊控制，天气晴朗少云，地表温度较高（11日南部地区最高气温达33～35 ℃），受地表长波辐射加热，赤峰低空大气温度较高，两者共同作用下使得赤峰地区的相当位温上升。伴随冷涡的相当位温低值中心在12日08：00已到赤峰西南方，并在14：00与赤峰市所处的相当位温区高值中心构成相当位温水平梯度大值區，在此能量锋区的影响下，配合着高低空的抬升形势，有利于对流云团的发生发展，从而产生局地大暴雨量级的降水。

2.3 涡度平流

选取赤峰地区500 hPa涡度平流时间纬向剖面图（图4），可以看到12日08：00前后，114°E附近有正涡度平流向东移动，同时中心强度有所加强，在12日14：00前后达到赤峰地区（116°E～121°E）。同时正涡度平流中心强度达到最强，考虑此时是赤峰受到气旋影响最明显的阶段，正涡度平流带来的低层减压辐合作用，也是造成暴雨区上升运动的重要原因之一，而随着时间推移，正涡度平流中心逐步东移并减弱，13日14：00之后，赤峰市大部地区转为负涡度平流控制，这与低涡形势的特征转变相符合。

2.4 Q矢量

从1978年Hoskins等提出Q矢量的概念以来，在暴雨分析中得到了广泛应用，张兴旺[1]考虑了大尺度稳定性凝结加热，引入非绝热效应，提出了非地转湿Q矢量（簡称湿Q矢量）概念。Q矢量散度与ω相关，当Q矢量散度辐合时，ω<0，即存在上升运动，反之，则ω>0存在下沉运动。

图5是此次暴雨过程中，赤峰地区850 hPa湿Q矢量及其散度图，可以看到12日08：00降水逐渐开始时，湿Q矢量辐合区对应着冷涡前部的上升运动区，位于赤峰地区西南方，随着冷涡的东移北上，湿Q矢量辐合区也同步向赤峰东北方向移动。首先移动至赤峰市西南部，之后于13日02时跃至赤峰市北部地区，同时可以发现在湿Q矢量辐合中心的附近，一般同时存在着一处湿Q矢量辐散中心，这种局地垂直环流，使得上升运动得以持续，并且上升运动中心与水汽通量散度辐合中心位置配合很好，为此次暴雨的产生提供了有利条件。

3 结论

（1）2021年7月12—13日暴雨过程是受到自内蒙古西部东移的北支槽与青藏高原西部的南支槽同位相叠加切断形成的高空冷涡，以及冷涡前部由正涡度平流的减压作用而在地面形成气旋共同影响造成的，同时高低空急流的耦合作用在此次降水过程中也十分关键。

（2）此次暴雨的水汽通道是副高西侧和北侧强盛的偏南急流所带来的南海上的水汽，在850 hPa上，赤峰处于西南急流控制区，并且影响时间较长，持续的水汽输送和较强的水汽辐合造成了此次赤峰市大范围的暴雨天气。

（3）前期的晴朗高温天气，配合急流所输送的水汽，使得赤峰地区低层处于高温高湿环境，冷涡移来时，上冷下暖的层结条件使得大气有较强的对流不稳定性，在受上升运动激发后，产生对流性降水，造成局地大暴雨。

（4）暴雨期间，赤峰地区处于500 hPa正涡度平流影响区域，赤峰地区前期降水以稳定性降水为主，后期则转为对流性降水。

（5）湿Q矢量及其散度在作为垂直运动判据时较为清晰，而其散度辐合中心与水汽通量辐合中心之间较好的匹配是造成此次暴雨的重要原因。

参考文献

[1] 张兴旺.湿Q矢量表达式及其应用[J].气象，1998，24（8）：3-7.

责任编辑：黄艳飞

Analysis on the Cause of Heavy Rain in Chifeng on July 12-13， 2021

Guo Zhao-dong （Chifeng Meteorological Station， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract Used ECWMF reanalysis data to diagnose and analyze the heavy rain process occurred in chifeng area from july 12 to 13， 2021. The results showed that this process was caused by the combined influence of the high altitude cold vortex formed by cutting off and the ground cyclone formed in front of the cold vortex. The water vapor channel of the rainstorm was the water vapor on the South China Sea brought by the strong southerly jet on the west and north sides of the subtropical high. The early sunny and high temperature weather， combined with the water vapor transported by the jet stream， made the lower layer of Chifeng area in a high temperature and high humidity environment， resulting in an unstable situation of “cold up and warm down”. Chifeng area was in the control area of 500 hPa positive vorticity advection. The wet Q vector and its divergence were clear when used as the criterion of vertical motion.

Key words Rainstorm; Circulation situation; Water vapor source; Instability; Q vector

作者简介 郭兆东（1995—），男，内蒙古赤峰人，助理工程师，主要从事短期预报工作。

收稿日期 2022-12-09