内蒙古锡林郭勒盟一次极端暴雨过程成因分析

宋 磊，李晓坤

(1.内蒙古锡林浩特民航机场有限责任公司；2.锡林郭勒盟气象局，内蒙古 锡林浩特 026000)

近年来，随着全球气候变暖，我国各地极端降水事件频发，其致灾性也越来越明显。为有效预防或减小极端降水事件造成的危害，对其进行细致的研究势在必行。目前，国内外有很多学者对致灾性暴雨和极端降水天气过程进行诊断分析[1-5]，发现暴雨和极端降水常发生在有利的大尺度环流背景下，并引发中小尺度对流性天气系统产生[6]，低空急流的促进作用为强降水提供水汽输送，与高空急流配合提供暴雨所需的动力和热力条件[7]，特殊地形作用使中低层气流抬升和辐合，地面辐合线触发对流发展致使暴雨增强[8-9]等，以上研究结论对暴雨强度和落区预报提供了一定的参考依据。2021年7月24日—26日内蒙古锡林郭勒盟(以下简称“锡盟”)出现了一次极端暴雨天气过程，笔者从环流背景、物理量场等方面对此次暴雨天气过程的发生机理进行诊断分析，总结此类暴雨天气的成因，以更好地为防灾减灾工作提供有效的服务。

1 资料

所用资料包括2021年7月24日—26日常规观测资料、锡林浩特和二连浩特的探空资料、锡盟地区15个国家站和500个区域自动站逐小时降水资料。

2 天气实况

表1 日降水量达到极端事件监测标准的站点

2021年7月24日—26日，锡盟出现有气象记录以来的十分罕见的极端暴雨天气过程。锡盟15个国家站中有6站累计降水量达到暴雨，500个区域自动站中有104站累计降水量达到暴雨及以上量级，属建站以来锡盟北部地区出现的最大范围暴雨天气过程。其中7月24日21时—25日20时，苏尼特左旗满都拉图镇巴彦杭盖嘎查出现大暴雨，降水量达110.6 mm，见图1，二连浩特79.3 mm，阿巴嘎旗68.6 mm，苏尼特左旗59.7 mm，以上日降水量均超过历史极值或极端阈值。

图1 2021年7月24日21时—25日20时苏尼特左旗

3 环流背景

500 hPa中高纬地区为“两脊一槽”，巴尔喀什湖和日本海附近分别有一高压脊，贝加尔湖上空为一高空冷涡，冷涡旋转有小槽影响锡盟上空。西太平洋副热带高压呈块状分布，中心位于日本海北部地区，阻挡上游高空槽东移，此种环流配置是锡盟区域性暴雨天气的典型特征，属于径向性西太平洋副热带高压型。2021年7月25日08时西太平洋副热带高压脊线在朝鲜半岛至黄海上空，比1981年—2010年平均位置偏北超过10个纬距，台风“烟花”沿西太平洋副热带高压西侧源源不断地将水汽和不稳定能量输送至锡盟上空，配合低层850 hPa切变线、河套倒槽，触发地面辐合线，导致了极端暴雨天气发生。

4 探空图分析

二连浩特(53068)站上空2021年7月25日08时(图2a)整层湿度较大，LCL高度位于883.5 hPa，暖云层较厚，说明水汽极易凝结，降水效率高。但CAPE值0.9 J/kg，DCAPE值18.2 J/kg，均较小，0 ℃层和-20 ℃层位置偏高，易出现短时强降水，而出现雷暴大风和冰雹的可能性小。到2021年7月25日20时(图2b)LCL高度位于877.8 hPa，0 ℃层和-20 ℃层位置仍偏高，CAPE值33.7 J/kg，仍然较小，但DCAPE值增大至899.4 J/kg，中层有干空气侵入，湿度转差，垂直风切变指数较小，说明短时强降水趋于结束，也不易出现雷暴大风天气。2021年7月26日08时暖云层进一步变薄，降水效率减弱，到26日20时暖云层厚度进一步减小，降水结束。

(a)

(b)

5 物理量场分析

5.1 动力条件

2021年7月23日20时—26日20时沿超历史暴雨极值站——二连浩特(111.967°E，43.65°N)作散度、垂直速度的时间——垂直剖面图(图略)。从散度的时间——垂直剖面图上可以看出，24日20时，500 hPa以下为辐合区，辐合中心较弱(1.6×10-4s-1)，位于700 hPa上空，500 hPa至200 hPa为辐散区，到25日08时辐合中心强度增至-3.6×10-4s-1，500 hPa至150 hPa为辐散区，中心位于200 hPa附近，强度达到4.8×10-4s-1，此时中低层辐合强度明显加强，辐散区厚度和强度均加强，这种低层强辐合，高层强辐散，有利于大气垂直运动的发展与维持，同时加强水汽的垂直输送，为强降水的发生提供动力条件。

垂直速度的时间-垂直剖面图上显示，2021年7月24日20时，二连浩特地面至150 hPa附近均为负值区，对应垂直上升运动，到2021年7月25日08时，负值区增大增厚，垂直上升运动中心值达到-5.7 Pa/s，位于500 hPa，强烈深厚的上升运动提高大气中水汽的凝结效率，配合切变线、地面辐合线以及水汽的输送作用，共同造成强降水的发生。

5.2 水汽条件

极端强降水和持续性暴雨天气发生时，常伴有超强的水汽输送和强烈的水汽辐合[3]。通过分析，此次天气过程的水汽主要是台风“烟花”沿西太平洋副热带高压西侧的东南风源源不断地将水汽输送至锡盟上空，与往年同期相比，西太平洋副热带高压位置更为偏北，台风携带的水汽输送也随之偏北，造成降雨强度偏大，落区偏北的特征。

此次暴雨天气水汽辐合主要集中在500 hPa以下，水汽辐合上升强度大，维持时间长。2021年7月25日08时—25日20时，锡盟西部地区850 hPa比湿达到14 g/kg，700 hPa比湿达到10 g/kg，东南气流输送充足的水汽，为暴雨区提供水汽条件，加上850 hPa锡盟西部地区明显的风向风速辐合，加强了高湿区水汽的汇合。根据经验，锡盟地区夏季强降水预报指标中，850 hPa比湿基本保持在8 g/kg～10 g/kg，此次过程850 hPa比湿场显示，锡盟西部地区比湿大值区在锡盟西部偏北一带，中心值为11 g/kg，同时风场辐合也位于锡盟西部地区，这种大范围的增湿及辐合流场是此次暴雨形成和维持的重要条件。

水汽通量散度是反映水汽输送集中程度的物理量，其负值越大，表示水汽通量汇合越强，越有利于强降水的产生。从水汽通量散度图(图略)可以看出，2021年7月24日20时暴雨区水汽迅速集中辐合上升，中心值为-1.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，位于近地层，到2021年7月25日08时水汽辐合中心上升至700 hPa，且中心强度加强为-3.3×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，说明湿层深厚，水汽上升高度高。到2021年7月25日20时500 hPa转为水汽辐散区，中心强度达到1.8×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，700 hPa以下为水汽辐合区，中心值为-4.2×10-5g·hPa-1·cm-2·s-1，这种低层辐合高层辐散，有利于水汽的凝聚上升，造成暴雨天气。

6 结论

此次暴雨天气过程发生的环流背景属于径向性西太平洋副热带高压型，是锡盟地区暴雨的典型配置形势。西太平洋副热带高压阻挡上游高空槽东移，高空槽长时间影响锡盟地区。西太平洋副热带高压脊线较常年偏北超过10个纬距，台风“烟花”沿西太平洋副热带高压西侧源源不断地将水汽和不稳定能量输送至锡盟上空，配合低层850 hPa切变线、河套倒槽，触发地面辐合线，导致极端暴雨天气发生。

暴雨区二连浩特(53068)上空整层湿度较大，LCL高度较低，暖云层较厚，易出现短时强降水。CAPE值较小，0 ℃层和-20 ℃层位置偏高，中层有干空气侵入，垂直风切变指数较小，不利于冰雹、雷暴大风等强对流天气的出现。

低层强辐合，高层强辐散，强烈深厚的上升运动，比湿的异常大值区和风场辐合区相配合，以及水汽通量散度低层强辐合，高层强辐散，都有利于大气垂直运动的发展与维持，提高大气中水汽的凝结效率，为强降水的发生提供动力条件和水汽条件。