上海一次切變線暴雨天氣過程分析

劉海軍

摘 要：利用MICAPS資料、葵花衛(wèi)星資料、天氣雷達(dá)資料、虹橋機(jī)場觀測METAR實(shí)況觀測報(bào)文資料、華東空管局AMEFS預(yù)報(bào)系統(tǒng)、美國NCEP數(shù)值預(yù)報(bào)和江蘇省氣象局WRF模式等數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品綜合分析了上海1次切變線暴雨過程。結(jié)果表明：切變線南側(cè)衍生出的中小尺度系統(tǒng)是導(dǎo)致上海地區(qū)2次強(qiáng)對(duì)流天氣的直接原因，大暴雨水汽主要來源于南海，南海熱帶低壓系統(tǒng)為此次天氣過程的水汽輸送提供了動(dòng)力支持。AMEFS 預(yù)報(bào)模式（ARPS）對(duì)上海地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，以及暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)均存在較明顯偏差，屬于漏報(bào)，但是其高空探空產(chǎn)品預(yù)報(bào)較為貼合實(shí)況。NCEP全球模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)于中小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)天氣，參考意義不大。WRF模式較好地預(yù)報(bào)了上海地區(qū)此次強(qiáng)天氣過程，效果較佳。

關(guān)鍵詞：切變線；暴雨；中小尺度系統(tǒng)；數(shù)值預(yù)報(bào)；雷達(dá)回波

中圖分類號(hào) P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）12-0123-5

1 引言

暴雨天氣會(huì)影響飛行安全，尤其是在飛機(jī)的降落階段和起飛爬升階段。朱乾根[1]、丁一匯[2]等的研究，對(duì)切變線系統(tǒng)引起暴雨的預(yù)報(bào)和科學(xué)研究奠定了理論基礎(chǔ)。曹曉崗[3]等對(duì)上海2001年08月05日特大暴雨與2008年08月25日大暴雨進(jìn)行了對(duì)比分析表明，2次暴雨過程由不同的天氣系統(tǒng)引起，前者是熱帶低壓影響產(chǎn)生，后者是中緯度低渦切變引起，但是2次過程中低緯度不同氣團(tuán)的相互作用對(duì)暴雨的產(chǎn)生具有十分重要的作用。2017年9月24—25日上海地區(qū)受切變線系統(tǒng)影響，出現(xiàn)了大暴雨天氣過程，此次過程持續(xù)近48h，對(duì)上海地區(qū)的航空飛行造成嚴(yán)重影響。本文利用MICAPS資料、葵花衛(wèi)星資料、天氣雷達(dá)資料、虹橋機(jī)場觀測METAR實(shí)況觀測報(bào)文資料、AMEFS和美國NCEP與WRF數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品綜合分析了此次暴雨過程。

2 實(shí)況資料分析

2017年09月24—25日安徽中部、江蘇南部、上海地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣，局地大暴雨。數(shù)據(jù)顯示，常州、無錫、蘇州、上海局部過程降雨量超過300mm，無錫、蘇州、上海寶山打破9月暴雨記錄。24日上海虹橋機(jī)場24h累計(jì)降水量為63.6mm，達(dá)暴雨量級(jí)；25日降水量則達(dá)到了113.4mm，達(dá)大暴雨量級(jí)。

24日葵花衛(wèi)星水汽圖像，在南海北部海南島附近有水汽高亮區(qū)域，是水汽含量的大值區(qū)，華東南部受副高控制，水汽含量極低。華東中部蘇皖—上海一線，從8：00（圖a）開始，水汽逐漸增加，分析圖c、d、e水汽輸送趨勢可以比較清楚地看到，華南地區(qū)的水汽由西南急流輸送至蘇皖南部，至17：00（圖d）蘇皖南部地區(qū)水汽已經(jīng)十分充沛。23：00（圖f）上海地區(qū)的大暴雨剛剛結(jié)束，水汽大值區(qū)東移入海，但蘇南太湖附近（圖f）仍有較大片水汽大值區(qū)域，這也是25日上海北部1：30—2：30較強(qiáng)雷陣雨的水汽來源。

圖2為虹橋機(jī)場24日和25日逐小時(shí)實(shí)況降水，可以看到24日虹橋機(jī)場有2個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段，出現(xiàn)在19：00—21：00和2：00—4：00；相對(duì)于24日、25日總的降水量更大，降水時(shí)段也更分散，降水最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在傍晚18：00—20：00，夜晚24時(shí)以后降水基本趨于停止。24日上海虹橋機(jī)場累計(jì)降水量為63.6mm，暴雨量級(jí)，25日降水量則達(dá)到了113.4mm，大暴雨量級(jí)。

從上面高空三層風(fēng)場可以看到，我國東北地區(qū)受西風(fēng)槽系統(tǒng)控制，華東南部至華南地區(qū)受副熱帶高壓反氣旋環(huán)流牢牢控制，在南海北部海南島附近有熱帶低壓系統(tǒng)西北方向移動(dòng)，華東中部地區(qū)切變線系統(tǒng)逐漸生成，并東伸加強(qiáng)。從700hPa和850hPa風(fēng)場可以看出，切變線系統(tǒng)南側(cè)上游地區(qū)西南偏南氣流有迅猛加強(qiáng)的趨勢，南海北部熱帶低壓系統(tǒng)為華東中部切變線提供了充足的水汽輸送，它如同一個(gè)水汽泵站，加大馬力將西北太平洋和南海的濕熱空氣抽向副高北側(cè)的長三角地區(qū)，地處長三角的上海地區(qū)受到異乎尋常的豐沛的水汽支持，這是直接導(dǎo)致了此次過程的激烈程度的重要原因。

表1是虹橋機(jī)場實(shí)況觀測報(bào)文，由報(bào)文可以看到24—25日晨虹橋機(jī)場經(jīng)歷了2次陣雨或雷雨過程，分別是24日19：14—20：00左右和25日1：30—2：30，2個(gè)時(shí)段均出現(xiàn)了大陣雨或大雷雨的天氣。其中19：14—20：00出現(xiàn)大陣雨天氣，無雷暴，25日1：30—2：30則出現(xiàn)大雷雨天氣，2個(gè)時(shí)段的小時(shí)雨量均達(dá)到了20mm以上（圖2）。

3 天氣形勢分析

高空500hPa高緯時(shí)兩槽一脊形勢，華東北部弱脊控制，上游地區(qū)四川盆地北部有小槽活動(dòng)，副高較強(qiáng)盛且穩(wěn)定，588線位于北緯30度附近，592線中心控制臺(tái)灣海峽，中心位勢高度可達(dá)5940以上，強(qiáng)度絲毫不遜色盛夏。

500hPa華東地區(qū)弱脊控制，安徽北部有冷槽東移，江蘇地區(qū)西北急流，并且在長三角地區(qū)有冷區(qū)存在。700hPa高緯形勢類似于500hPa，四川盆地有低渦切變，切變線至河南—蘇皖北部一線，華東南部副高控制，海南島有熱帶低壓活動(dòng)?？梢钥吹角凶兡蟼?cè)，副高外圍西南氣流較旺盛。850hPa切變線位于江蘇中部—安徽北部一線華東南部副高外圍偏南水汽輸送較強(qiáng)?？梢钥吹侥虾釒У蛪航o華東中南部輸送了大量的水汽，是此次過程水汽的主要來源。地面圖上，華東北部弱高壓后部控制，華東中部倒槽輻合逐漸形成。綜上分析：副熱帶高壓持續(xù)穩(wěn)定，是大暴雨發(fā)生的先決條件。正如上述高低空環(huán)流配置，導(dǎo)致了冷暖空氣在蘇皖—上海上空的長時(shí)間匯合，是暴雨天氣的直接原因。

4 中尺度分析

從上面逐小時(shí)華東雷達(dá)拼圖可以看出，主要降水區(qū)位于切變線附近，即蘇皖和上海地區(qū)，呈東西帶狀，從09月24日16：00至25日03：00，上海地區(qū)大暴雨過程主要分為2個(gè)主要時(shí)段。24日19：00—20：00和25日1：00—3：00。

16—19時(shí)帶狀降水云團(tuán)中強(qiáng)降水中心逐漸東移南壓，由安徽滁州附近經(jīng)江蘇鎮(zhèn)江東移至太湖附近（圖5d）。19時(shí)在帶狀回波帶南側(cè)，江蘇昆山附近衍生出一近似弓狀回波（圖d），強(qiáng)度在45dbz以上，并逐漸南壓（圖5e），這導(dǎo)致了上海北部地區(qū)19：00—21：00的暴雨天氣。很明顯這是切變線南側(cè)對(duì)流云系產(chǎn)生的中小尺度系統(tǒng)。恰恰數(shù)值模式（圖6）無對(duì)此次過程有過描述，均預(yù)報(bào)對(duì)流云團(tuán)東移由崇明島及以北入海，皆漏報(bào)了這一重要過程。

20：00—22：00（圖5e、圖5f、圖5g）強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)掃過上海中北部地區(qū)，22時(shí)后入海，上海雨止。23：00—00：00（圖5h、圖5i）可以看到在無錫上空又有東北—西南向強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)向東南方向移動(dòng)，南北長約100km，東西約50km，雷達(dá)回波強(qiáng)度50dbz以上。

1：00—3：00（圖5j、圖5k、圖5l）強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)覆蓋上海，上海出現(xiàn)較長時(shí)間的大雷雨（表1），累計(jì)小時(shí)累計(jì)雨量超過20mm（圖2）。3：00對(duì)流云團(tuán)移過虹橋，位于浦東上空，上游無對(duì)流云團(tuán)，4：00—9：00上海無降水，降水天氣間歇。

由上述雷達(dá)圖像分析可以看出，影響上海地區(qū)的2次強(qiáng)對(duì)流天氣，皆由切變線南側(cè)衍生出的中小尺度系統(tǒng)引起，生命史1～2h，強(qiáng)度強(qiáng)。對(duì)于這2個(gè)強(qiáng)天氣過程，多個(gè)數(shù)值模式均存在較明顯漏報(bào)。

5 數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)比分析

圖6為AMEFS預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，圖6a為24日11UTC預(yù)告圖，和實(shí)況對(duì)比（圖5），總體形態(tài)基本吻合，但在關(guān)鍵區(qū)域并不夠準(zhǔn)確，尤其對(duì)于上海北部區(qū)域的強(qiáng)降水落區(qū)并無體現(xiàn)。安徽和浙江北部地區(qū)的降水區(qū)也屬于空?qǐng)?bào)。圖6d為17UTC，對(duì)比實(shí)況雷達(dá)圖，總體形態(tài)吻合較好，強(qiáng)降水中心也比較匹配，但是通過圖6b、6c，15-17UTC 3個(gè)時(shí)次的連續(xù)性和實(shí)況雷達(dá)圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，造成上海地區(qū)25日1∶30—2∶30的大雷雨，是由江蘇南部地區(qū)對(duì)流云團(tuán)東移南壓所致，然后AMEFS預(yù)報(bào)模式則是由浙江北部空?qǐng)?bào)對(duì)流云團(tuán)東移造成，顯然這是不準(zhǔn)確的。

圖7a可以看到800hPa以下虹橋機(jī)場濕度很大，水汽含量很高，并且950hPa以下有逆溫層存在，950hPa以上逆溫層逐漸消失。圖7b逆溫層仍然存在，水汽含量仍然很高，但是較圖1高空的水汽已有減少，這與天氣實(shí)況是吻合的，11：14UTC—11：37UTC虹橋機(jī)場出現(xiàn)大陣雨，12UTC已經(jīng)結(jié)束，高空水汽由于大陣雨降落而減少，地面水汽含量則很高。綜上，AMEFS預(yù)報(bào)模式的高空探空產(chǎn)品預(yù)報(bào)較為貼合實(shí)況。NCEP預(yù)報(bào)模式6h累計(jì)降水預(yù)報(bào)，整體的降水形態(tài)大體吻合，但對(duì)流強(qiáng)降水中心落區(qū)的預(yù)報(bào)存在偏差，尤其是上海地區(qū)的強(qiáng)降水，存在漏報(bào)。對(duì)于中小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)天氣，參考意義不大。

WRF模式風(fēng)場預(yù)報(bào)，850hPa和925hPa蘇皖中部地區(qū)有切變輻合存在，相對(duì)于11：00（北京時(shí)19：00），17：00（25日01：00）切變南側(cè)西南氣流有明顯加強(qiáng)，出現(xiàn)了低空急流，且切變東段有南壓趨勢。圖9a可以看到在江蘇太倉地區(qū)有西南氣流的加強(qiáng)，突然強(qiáng)烈的輻合抬升這也導(dǎo)致了24日11：00UTC開始中小尺度系統(tǒng)的產(chǎn)生，直接導(dǎo)致了上海虹橋機(jī)場的大陣雨天氣（表1）。17：00 UTC，西南氣流明顯加強(qiáng)，實(shí)況出現(xiàn)了大雷雨（表1），與11：00 UTC大陣雨形成對(duì)比，顯然預(yù)報(bào)是較為吻合的。

同樣，WRF模式的強(qiáng)降水落區(qū)的預(yù)報(bào)也較好。上海地區(qū)19：00—20：00的強(qiáng)降水有比較準(zhǔn)確的描述（紅色橢圓圈），蘇皖地區(qū)強(qiáng)降水中心與輻合切變區(qū)域基本吻合。25日1：00—3：00的雷雨天氣，也有比較好的預(yù)報(bào)?？傮w來說，WRF模式對(duì)于此次過程的預(yù)報(bào)效果較好，把握了上海地區(qū)的強(qiáng)天氣過程。

6 結(jié)論

天氣學(xué)結(jié)論：（1）蘇皖地區(qū)切變線系統(tǒng)是此次上海地區(qū)大暴雨的環(huán)流背景條件；（2）此次大暴雨水汽來源主要來源于南海，且南海熱帶低壓系統(tǒng)為此次天氣過程的水汽輸送提供了動(dòng)力支持；（3）切變線南側(cè)衍生出的中小尺度系統(tǒng)是導(dǎo)致2次強(qiáng)對(duì)流天氣的直接原因；（4）副熱帶高壓持續(xù)穩(wěn)定是大暴雨得以形成的先決條件。

數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)論：（1）AMEFS預(yù)報(bào)模式（ARPS）對(duì)上海地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，以及暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)均存在較明顯偏差，屬于漏報(bào)，但是其高空探空產(chǎn)品預(yù)報(bào)較為貼合實(shí)況；（2）NCEP預(yù)報(bào)全球模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)于中小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)天氣，參考意義不大；（3）WRF模式較好的預(yù)報(bào)了上海地區(qū)此次強(qiáng)天氣過程的暴雨落區(qū)，效果較佳。

參考文獻(xiàn)

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法（第四版）[M].北京：氣象出版社，2007：322.

[2]丁一匯.高等天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，1991：560.

[3]曹曉崗，王慧，鄒蘭軍，等.上?！?10805”特大暴雨與“080825”大暴雨對(duì)比分析[J].高原氣象，2011，30（3）：739-748.

（責(zé)編：施婷婷）