刘澜波，赵志勇，苏日娜，李 岩，李玫洁，王海军

（内蒙古自治区包头市气象局，内蒙古 包头 014030）

暴雨是内蒙古夏季常见的灾害性天气，也是预报服务的难点和重点。中国是一个受暴雨灾害严重的国家，早在20 世纪70 年代，陶诗言对暴雨以及中小尺度系统的天气学特征及动力学进行过全面的研究，增强了气象工作者对暴雨天气系统的认识和预报能力。冉令坤等分析北京2012-07-21 暴雨过程动力因子和预报研究得出，该暴雨由高、低空急流，高空槽、副热带高压、冷锋、辐合切变线等多个系统共同造成。姜学恭等对一次阻塞型华北对流性暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟[1-3]。

2018-07-18T20：00—2018-07-19T20：00，内蒙古极端天气气候事件监测系统显示，巴彦淖尔市乌拉特前旗、包头市固阳县、锡林郭勒盟二连浩特市07-19的24 h 降水量达到或超过极端日降水量阈值，出现极端降水事件。包头市固阳县日降水量为64 mm ，引发山洪，10 人在此次暴雨灾害中死亡；07-23，内蒙古全区大部迎来一次史上罕见的强降雨过程。根据内蒙古极端天气气候事件监测系统显示，20 1 8-0 7-2 2 T20：00—2018-07-23T20：00 鄂尔多斯市杭锦旗日降水量为74.5 mm、包头市固阳县日降水量为62.9 mm、阿拉善盟乌斯太日降水量为60.2 mm，日降水量超过极端阈值，出现极端降水事件。在2018 年的极端降水事件中，“7·19”“7·23”这两次暴雨范围大、突发性强、影响大，能在一定程度上代表内蒙古中西部的极端降水。本文采用NCEP 再分析资料、自动站降水资料、FY-2C 及FY-2D 卫星云和TBB 资料，对2018年夏季两次大暴雨过程的环流背景、水汽输送、动力条件、中尺度对流云团（MCC）等方面进行详细的对比分析，进一步探寻内蒙古中西部地区极端降水的形成规律，为该地区天气预报和灾害预警研究提供参考。

1 影响系统对比分析

1.1 天气尺度系统对比分析

暴雨是一定天气尺度背景下产生的降水[4]。2018-07-19T08：00，200 hPa 上40°N 存在一支风速大于35 m/s 的高空急流，最大风速达40 m/s。2018-07-19 T08：00，500 hPa 环流场如图1（a）所示。中高纬呈“两脊一槽”的形式，乌拉尔山和中国河套以东至日本海、以南至华南地区为高压脊控制，新疆北部有568 dagpm 的冷涡，冷涡底部低槽东移影响河套地区，槽后有明显的冷平流，与槽前正涡度平流影响下，对流系统发生发展。副高588 dagpm 线西伸北抬至115°E以东、40°N 以北的区域，脊线位于25°N 附近，其外围的西南暖湿气流与北部的冷空气交汇于河套地区。700 hPa 上南海和孟加拉湾的偏南风不断加强，形成低空急流，河套地区有切变线存在。沿110°E 附近，形成一个明显的垂向次级环流，而暴雨区处于该次级环流的上升支。

图1 2018-07-19T08：00、2018-07-23T20：00，500 hPa环流场

2018-07-23T20：00，200 hPa 上43°N 也存在高空急流，与“7·19”过程相比较，强度较大，范围较大，最大风速为48 m/s。2018-07-23T20：00，500 hPa 环流场如图1（b）所示。500 hPa 高度场上，中高纬为稳定的“两脊两槽”形式，巴尔喀什湖附近是一个中心强度为552 dagpm 的冷涡，并配合-20 ℃的冷中心。新疆西部至河套地区受低槽控制，槽后冷平流加强，使低槽加深发展。副高588 dagpm 线东退至海上形成闭合的高压中心，位于25°N—43°N、120°E—140°E，台风外围的东南气流给此次暴雨提供丰富的水汽。700 hPa 在河套南部有明显的风场辐合切变，加之大青山“喇叭口”地形的抬升作用，在大青山沿山一带出现了大范围的暴雨天气。

对比两次过程的环流场，200 hPa 上均有高空急流，但是风速大小有差异；500 hPa 上前者是“两脊一槽”的形式，副高有明显的西进北抬，台风缓慢地沿西北向路径移动，后者则是“两脊两槽”的形式；700 hPa 上两次过程均有切变辐合，但是不同之处是前者有低空急流，水汽只有西南气流，而后者没有低空急流。

1.2 中尺度对流系统（MCS）对比分析

暴雨与中尺度对流系统密不可分，其内部对流旺盛的β中尺度对流系统常常是暴雨的直接制造者[5]。MCS 是“7·19”暴雨过程中造成短时强降水的直接影响系统，这次暴雨主要经历两次合并加强过程：04：00 对流云与北部蒙古国境内的对流云团合并加强，呈东北西南向，至05：00MCS 初显椭圆状，南侧有明显的“V”形凹槽存在，河套以北地区北开始出现强降水。06：00—07：00MCS 加强活动，基本覆盖河套地区山北地区。08：00 开始为MCS 第二次合并加强的过程，与鄂尔多斯西部形成的中尺度对流云团合并，形成列车效应，其南侧有明显的“V”形凹槽存在，此时包头市杨六圪卜出现大暴雨，07：00—08：00 小时雨强为84.7 mm。10：00 形成一个范围更大的MCS，河套地区南部开始出现强降水，并维持至17：00。由于下游副高的阻挡作用，降水维持的时间较长，是此次暴雨强度大的主要原因之一。MCS 在河套地区形成加强至移出经历了14 h。

分析“7·23”暴雨过程发现，04：00—05：00锋面云系前段不断形成尺度较小的中尺度对流云团，影响大青山以北地区，06：00—09：00 中尺度对流云团基本维持少动，从10：00 开始减弱。而13：00 开始大青山以南地区开始形成多个对流云团，合并加强，呈东北西南向，河套地区南部地区开始出现降水。到17：00 形成2 个椭圆形的MCS，16：00—17：00 河套地区南部地区石拐区脑包沟村出现53.5 mm/h 短时强降水。19：00，2 个MCS 合并移出河套地区，然而在鄂尔多斯北部又开始形成新的对流云团，加强东移，21：00 形成MCS，2018-07-24T01：00 后减弱移出河套地区[6]。

对比两次暴雨红外云图特征发现，两次过程均形成MCS，有多个中尺度对流单体合并构成，形成列车效应，有利于暴雨的形成。不同之处为“7·19”暴雨为584 dagpm 线外围MCS 构成的暴雨，而“7·23”暴雨为锋面云系、MCS 和台风云系共同影响造成的暴雨。

1.3 卫星云图TBB 数据对比分析

TBB 反映对流云团的云顶高度，TBB 负值中心越小，表明MCS 云顶高度越高、对流发展垂直方向越深厚[6]；TBB 负值中心冷云区面积越大，说明对流发展水平范围越广，两者是导致MCS 降水增强的重要原因。07-19T08：00 覆盖的冷云区TBB 最小值为-68 ℃，最大小时雨强为84.7 mm/h；09：00—10：00，TBB小于等于-60 ℃的冷云区覆盖自包头市达茂旗东南部地区，该区域过程雨量均在50 mm 以上。07-23 降水云团TBB 值较07-19 偏高，10：00 大青山北部TBB值为-56 ℃，之后TBB 最小值逐渐增大，16：00—17：00 大青山南部TBB 值为-63 ℃，最大小时雨强为53.5 mm/h。可以看出，两次暴雨过程中短时强降水与TBB 低值区有很好的对应关系。

1.4 雷达监测特征

据雷达监测，07-19T09：00，鄂尔多斯西北部到巴盟东部呈线状排列的β中尺度对流单体群发展成熟，每个单体中心的反射率因子均达到50～55 dBz，这在北方干旱区是少见的。同时，河套西南方新生的对流群不断并入，对流系统扩展至河套东北部，但包头南部一直是强回波带。对应卫星云图上表现为MCS 由初始时刻进入成熟期，在MCS 附近有云顶红外亮温TBB小于等于-60 ℃的中-β尺度强对流云团生成和发展，同时MCS 云顶红外亮温TBB 小于等于-60 ℃云区面积快速减小。对比分析可以看到，每次强降水出现后，从雷达反射率因子图上可看到（圈距100 km），在雷达北部100～200 km 处都有强度大于30 dBz 的中-β尺度云团发展，而中-β尺度云团内部又有强度大于45 dBz 的强对流云团生成。

2 动力热力条件对比分析

2.1 水汽空间分布

将2018-07-19T08：00 水汽通量沿40°N 剖面分析发现，河套地区水汽辐合较强，在暴雨发生区域有强烈的上升运动，沿伸至400 hPa，最大辐合中心值达到108×10-3kg·m-2·s-1，如图2（a）所示。在比湿场上，有一条从孟加拉湾和南海不断向河套地区的输送西南暖湿气流的水汽通道，出现大暴雨区域的比湿达到14 g/kg。将2018-07-23T20：00 水汽通量沿40°N 剖面分析发现，“7·23”暴雨过程中，河套地区存在一带状水汽辐合区，并延伸至400 hPa，最强辐合中心值达到84×10-3kg·m-2·s-1，如图2（b）所示。在比湿场上，水汽的输送有两支，一支源于孟加拉湾和南海的西南暖湿气流，另一支源于副高后部和台风外围渤海、黄海的东南气流不断地向河套地区输送充足的水汽，出现大暴雨区域的比湿也达到14 g/kg。

图2 2018-07-19T08：00、2018-07-23T20：00水汽通量散度沿40°N 剖面图

综上可知，两次暴雨过程均有强烈水汽辐合，但是“7·23”过程水汽辐合强度明显低于“7·19”，这也是“7·19”过程降水强度和小时雨强均大于“7·23”过程的重要原因之一。

2.2 涡度条件

图3（a）为“7·19”暴雨涡度沿40°N 剖面图，108°N—110°N 上空，700 hPa 出现一个正涡度中心，最大中心值达14×10-5s-1，在此区域有30×10-3hPa 的最大垂直上升速度中心，沿伸值为200 hPa，表明此阶段是暴雨发生的最强时段。在散度剖面图上，108°N—110°N 有较强的辐合中心，高度沿伸值为400 hPa，400 hPa 以上为辐散区，表明中低层辐合，高层辐散。图3（b）为“7·23”涡度沿40°N 剖面图，由图可知，108°N 上空550 hPa 上有正涡度中心，中心值达到12×10-5s-1，并向西倾斜。在散度场上，108°N—110°N 也有较强的辐合中心，高度沿伸至550 hPa，最大辐合中心值达-4×10-5s-1，550 hPa 以上为辐散区，最大辐散中心达8×10-5s-1，这样的垂直结构有利于强降水的发生。

图3 “7·19”“7·23”暴雨涡度沿40°N 剖面图

对比两次过程的动力条件，发现两次过程均有较强的正涡度中心和辐合中心，“7·19”过程要比“7·23”过程的强度要高。分析发现最强降水中心与最大正涡度中心、辐合中心的位置略有偏差，暴雨中心均出现在最大正涡度中心、辐合中心的东侧。

2.3 不稳定条件

分析07-18T20：00 探空图可以看出层结有些不稳定，在1 000～500 hPa 风随高度顺转，有暖平流，高层为一致的西南风，中低层有弱的垂直风切变，有利于对流系统的组织和发展。另外，对流有效位能（CAPE）为1 209.5 J/kg，呈明显的狭长型分布，其值明显高于同时间相邻其他站点。K指数高达40 ℃、沙氏指数为-2.47 ℃，表明层结不稳定。07-19T08：00，θse沿109°E 的剖面图上，38°N—40°N 有高能舌，最大值达100 ℃。07-23T20：00 探空图，低层有暖平流，并且湿层比较厚，延伸至300 hPa，表明高温高湿，CAPE 值达到839 J/kg，抬升指数为-2.86。07-23 T20：00，θse沿109°E 的剖面图上，在40°N 附近有高能舌，此区域正是暴雨出现的区域，最大值达92 ℃。07-23，θ线在低层700 hPa 及500 hPa 有明显折角，整层风为顺滚流且南风明显增强，假相当位温和饱和假相当位温为准平行，且与T轴准垂直，低层假相当位温和饱和假相当位温与T轴呈钝角；200 hPa 附近超低温加强（比之前变陡），湿层深厚。

3 结论

对比两次过程的环流场，200 hPa 上均有高空急流，但是风速大小有差异；500 hPa 上前者是“两脊一槽”的形式，副高有明显的西进北抬，而后者则是“两脊两槽”的形式。台风扰动是水汽输送通道建立的关键因素，也是水汽通量辐合的动力因子，暴雨区在水汽通量辐合的峰值区。

两次暴雨过程均有强烈水汽辐合，但是“7·23”过程水汽辐合强度明显低于“7·19”，并且在700 hPa上有低空急流，这也是“7·19”过程降水强度和小时雨强均大于“7·23”过程的重要原因。

分析两次暴雨过程的动力条件发现两次过程均有较强的正涡度中心和辐合中心，前者要比后者的强度强。另外，分析发现最强降水中心与最大正涡度中心、辐合中心的位置略有偏差，暴雨中心均出现在最大正涡度中心、辐合中心的东侧。并且在探空图上，两次过程层结均有一定程度的不稳定，“7·19”过程的CAPE 值、K指数、θse等均大于“7·23”过程，因此出现了较强的短时强降水。

分析两次暴雨过程的红外云图特征发现，两次过程均形成MCS，有多个中尺度对流单体合并构成，形成列车效应，有利于暴雨的形成。不同之处为“7·19”暴雨为584 线外围MCS 构成的暴雨，而“7·23”暴雨为锋面云系、MCS 和台风云系共同影响造成的暴雨。