方文維 樊佳明 朱紫云

(1．云霄縣氣象局，福建 漳州 363300；2．蘆溪縣氣象局，江西 萍鄉(xiāng) 337200)

暴雨一直以來(lái)都是氣象學(xué)者熱衷研究的方向之一，而其精準(zhǔn)預(yù)報(bào)仍是世界難題。王堅(jiān)紅等[1]對(duì)華南暖區(qū)輻合線暴雨地形動(dòng)力機(jī)制數(shù)值模擬進(jìn)行研究，表明粵東山脈側(cè)向摩擦不僅增強(qiáng)輻合線強(qiáng)度和垂直上升運(yùn)動(dòng)速率，也維持降雨時(shí)長(zhǎng)和雨帶范圍。羅聰?shù)萚2]對(duì)一次秋季冷空氣影響下的暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，研究表明垂直上升運(yùn)動(dòng)特征先于暴雨反映出來(lái)，低層輻合與暴雨的出現(xiàn)時(shí)間比較一致。鄧以勤等[3]對(duì)2019年3月5日福建暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)偏差原因進(jìn)行分析，指明全球模式對(duì)中小尺度系統(tǒng)的預(yù)報(bào)仍有較大誤差，需加強(qiáng)模式預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估。

在氣象學(xué)上，產(chǎn)生暴雨的原因包括充足的水汽條件、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)、較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。2020年9月7日夜間，云霄縣出現(xiàn)一次明顯的暴雨過(guò)程，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了大暴雨，而從前期預(yù)報(bào)形勢(shì)上分析，并未能預(yù)報(bào)出本次過(guò)程有如此明顯的強(qiáng)降水，其產(chǎn)生原因值得進(jìn)一步分析和探討。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文利用2020年9月7-8日云霄縣及常山華僑經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)轄區(qū)內(nèi)13個(gè)氣象觀測(cè)站的降水?dāng)?shù)據(jù)、高低空常規(guī)氣象資料、雷達(dá)資料等實(shí)況資料，運(yùn)用Ewips和Micaps分析9月7日夜間云霄縣暴雨到大暴雨的天氣形勢(shì)特征及原因。

2 降水實(shí)況及特點(diǎn)

2020年9月7日20時(shí)～8日08時(shí)，云霄縣出現(xiàn)了一次明顯的強(qiáng)降水過(guò)程，其累計(jì)雨量、時(shí)空分布和降水強(qiáng)度均屬罕見(jiàn)，具體特征如下：

①本次降水呈中部多，南、北部少的特點(diǎn)，降水主要集中在東廈及城關(guān)、常山觀竹一帶，空間分布不均，局地性較強(qiáng)。中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雨量33.5(和平)～174.3mm(東廈)，其中莆美、東廈達(dá)到大暴雨，以東廈174.3mm為最大，而南部及西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量在小到中雨量級(jí)(圖1)。

②降水時(shí)段集中、強(qiáng)度強(qiáng)。本次過(guò)程主要降水時(shí)段集中在7日20時(shí)至24時(shí)，小時(shí)雨強(qiáng)、5min雨強(qiáng)以及過(guò)程累計(jì)雨量均以東廈為首，其小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)75.2mm/h，5min雨強(qiáng)為13.2mm/5min(圖2)。

3 環(huán)流背景形勢(shì)分析

從大尺度形勢(shì)圖來(lái)看，本次降水主要影響系統(tǒng)是高空槽和低層暖式切變。200hPa云霄位于副熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)右側(cè)，屬輻散區(qū)。

圖1 2020年9月7日20時(shí)～8日08時(shí)降水分布圖 (單位:mm)

圖2 2020年9月7日20時(shí)～8日08時(shí)東廈鎮(zhèn)站點(diǎn)小時(shí)雨量 (單位：mm/h)

圖3 2020年9月7日20時(shí)～22時(shí)東廈鎮(zhèn)站點(diǎn)5分鐘雨量 (單位:mm/5min)

500hPa亞歐大陸為穩(wěn)定的兩槽一脊形勢(shì)，東槽位于華北到黃海一帶，伴隨臺(tái)風(fēng)“美莎克”北上匯入，東側(cè)槽加深發(fā)展，臺(tái)風(fēng)“美莎克”減弱變性,詳見(jiàn)圖4(a)。而在高空槽西側(cè)西北氣流南下影響下，地面有小幅度增壓。同時(shí)廣東南嶺一帶在冷平流作用下，一股較為干冷的空氣與副熱帶高壓邊緣的西南氣流對(duì)峙，形成切變線，而這在850hPa上有所體現(xiàn)。

從850hPa高空?qǐng)D看，長(zhǎng)江以南一帶東北-西南向的切變線從上海伸至廣西四川交界，而在福建與廣東中部有一東西向的切變線壓至云霄縣南部，詳見(jiàn)圖4(b)。對(duì)應(yīng)925hPa高空?qǐng)D看，一條東北-西南向的輻合線從華南東伸至廣西中部，云霄受切變線南側(cè)的偏南氣流影響，詳見(jiàn)圖4(c)。暴雨發(fā)生時(shí)，高層輻散，低層風(fēng)速輻合，這樣的高低空配置有利于新鮮潮濕空氣不斷補(bǔ)充，增加了降水強(qiáng)度，導(dǎo)致暴雨的產(chǎn)生和發(fā)展。

(a)500hPa高空?qǐng)D (b)850hPa高空?qǐng)D (c)925hPa高空?qǐng)D

4 物理量場(chǎng)分析

充足的水汽是暴雨發(fā)生、發(fā)展和維持的必要條件之一。從各層相對(duì)濕度分布場(chǎng)來(lái)看(圖略)，暴雨發(fā)生時(shí)，云霄中南部地區(qū)及附近海域在700hPa～925hPa的相對(duì)濕度均達(dá)到90%以上，表明暴雨區(qū)上空的水汽已相當(dāng)飽和，有利于暴雨的發(fā)生。從7日20時(shí)850hPa 水汽通量來(lái)看(圖略)，云霄的水汽通量在8×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，臺(tái)灣海峽南部水汽通量在10×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，屬水汽通量大值區(qū)。來(lái)自臺(tái)灣海峽的水汽在西南氣流的引導(dǎo)下，為這場(chǎng)暴雨源源不斷輸送水汽。

從500hPa、850hPa20時(shí)散度場(chǎng)和渦度場(chǎng)(圖5)來(lái)看，高空的渦度為-8～-12s-1，屬負(fù)渦度輻散場(chǎng)，低層的渦度為4～8s-1，為正渦度輻合，這樣高低空配置反映出有較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。研究表明，暴雨一般產(chǎn)生在中低層輻合、高層輻散的正渦度最大值中心下方和負(fù)渦度中心西側(cè)[5]，而云霄縣出現(xiàn)大暴雨的東廈鎮(zhèn)、莆美鎮(zhèn)正是負(fù)渦度中心西側(cè)方向。

(a) (b) (c)

從7日20時(shí)的垂直上升運(yùn)動(dòng)速度分布圖(圖5)來(lái)看，我國(guó)東部沿海各層都存在垂直上升運(yùn)動(dòng)，特別是東北到日本一帶，處在垂直上升運(yùn)動(dòng)的大值區(qū)，而云霄的垂直上升運(yùn)動(dòng)速率在700hPa為最大，大致為-12×10-3hPa·s-1。20時(shí)云霄925hPa 散度-5×10-5s-1，400hPa 散度 15×10-5～16×10-5s-1，表明在較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)下，促進(jìn)水汽的抬升，導(dǎo)致水汽凝結(jié)致雨。

假相當(dāng)位溫是綜合表征大氣的氣壓、溫度、濕度條件的物理量。從假相當(dāng)位溫空間垂直分布來(lái)看(圖6)，暴雨所在地形成低層假相當(dāng)位溫高、高層低的分布特點(diǎn)，尤其是低層1000hPa假相當(dāng)位溫達(dá)82K，處于暖區(qū)當(dāng)中，這樣結(jié)構(gòu)有利于低層暖濕氣流的抬升，形成不穩(wěn)定層結(jié)。而從850hPa假相當(dāng)位溫分布圖看，南海為假相當(dāng)位溫大值區(qū)，呈Ω高能舌，江蘇一帶為低值區(qū)，而福建、浙江處在能量鋒區(qū)附近，云霄偏向暖區(qū)一側(cè)，假相當(dāng)位溫在72～76K之間，因此易產(chǎn)成暴雨和強(qiáng)對(duì)流。

K指數(shù)是反映熱力穩(wěn)定的的物理量，從圖6(b)可見(jiàn)，福建南部K指數(shù)都達(dá)到36℃以上，云霄接近40℃，預(yù)示著大氣層結(jié)的不穩(wěn)定。而SI指數(shù)看，云霄-2℃

(a)2020年9月7日20時(shí)850hPa假相當(dāng)位溫 (b)2020年9月7日20時(shí)850hPa K指數(shù) (c)2020年9月7日20時(shí)850hPa SI指數(shù)

T-lnP圖是判斷大氣層結(jié)穩(wěn)定度、預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的重要工具。從廈門站T-lnP圖(圖7)上看，層結(jié)曲線、狀態(tài)曲線、露點(diǎn)曲線三線呈狹長(zhǎng)型分布，層結(jié)曲線位于狀態(tài)曲線左側(cè)，表明整層的不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，而露點(diǎn)曲線和層結(jié)曲線兩線接近，進(jìn)一步說(shuō)明空氣中水汽接近飽和；低層?xùn)|南風(fēng)隨高度變化轉(zhuǎn)為偏西氣流，風(fēng)速逐漸加大，表明垂直風(fēng)切變較大；這樣的高低空配置非常有利于暴雨天氣的發(fā)生、發(fā)展。

圖7 2020年 9月7日20時(shí)廈門站(59134)探空曲線圖

5 雷達(dá)圖分析

從福建雷達(dá)拼圖(圖8)和漳州多普勒雷達(dá)圖(圖略)看，7日20時(shí)，潮汕沿海一帶對(duì)流云團(tuán)開(kāi)始發(fā)展，呈西南-東北走向，云團(tuán)移速緩慢、呈現(xiàn)典型“列車效應(yīng)”。7日20時(shí)～24時(shí)降水回波處于發(fā)展階段，云霄境內(nèi)最強(qiáng)回波為50～55dBZ，液態(tài)含水量VIL為20～25kg/m2，降水率達(dá)75.2mm·h-1。從徑向速度場(chǎng)(圖略)看，7日19時(shí)零速度線呈“S”型，表示風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而表明中低層有暖平流，而正區(qū)的面積小于負(fù)區(qū)的面積且后續(xù)負(fù)區(qū)面積增大，表明低層存在輻合且輻合增強(qiáng)。由于回波降水效率高，云霄縣處于副熱帶高壓邊緣(圖4)，降水回波帶在500hPa的弱西南氣流(6m·s-1)引導(dǎo)下，不斷疊加在云霄縣中部一帶，造成本次云霄縣中部一帶出現(xiàn)明顯的暴雨天氣。8日0時(shí)，回波不斷減弱消散并東移出云霄縣上空，云霄縣降水明顯減弱。

(a)2020年9月7日21時(shí) (b)2020年9月8日0時(shí)

6 結(jié)論

①本次暴雨過(guò)程是高空槽和低層切變輻合共同影響下產(chǎn)生的結(jié)果，暴雨落區(qū)發(fā)生在副熱帶高壓西北側(cè)邊緣及切變的南側(cè)。

②高層輻散正渦度、低層輻合負(fù)渦度、水汽條件充足、有較好的熱力條件、引導(dǎo)氣流較弱、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)是導(dǎo)致本次強(qiáng)降水過(guò)程的主要原因。

③雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)有很好的指導(dǎo)作用。影響云霄暴雨的回波主要由50～55dBZ強(qiáng)回波造成，回波降水效率高，低層存在風(fēng)向、風(fēng)速輻合，強(qiáng)回波不斷疊置在云霄中部一帶，造成云霄中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨到大暴雨。