寧波2次南大風(fēng)局地農(nóng)業(yè)災(zāi)情成因分析

張晶晶，陳迪輝，史學(xué)凡

(寧波市北侖區(qū)氣象局，浙江 寧波 315800)

寧波位于浙江北部沿海地區(qū)，大風(fēng)發(fā)生頻率高[1-2]，影響寧波地區(qū)的大風(fēng)通常與冷空氣、低壓倒槽、高壓后部、熱帶氣旋和強(qiáng)對(duì)流等系統(tǒng)密切相關(guān)[3]。對(duì)大風(fēng)過(guò)程的診斷和預(yù)報(bào)不但要考慮天氣尺度系統(tǒng)背景下的氣壓梯度、高低層動(dòng)量交換等[4-8]，還要分析中小尺度系統(tǒng)的觸發(fā)機(jī)制及其與天氣背景或上下游系統(tǒng)的疊加反饋?zhàn)饔肹9]，而對(duì)于下墊面復(fù)雜的地形，還要考慮海陸風(fēng)、山谷風(fēng)和地形強(qiáng)迫等可能帶來(lái)的影響[10]。此外，因復(fù)雜下墊面局地性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)少，除常規(guī)的診斷分析外，中尺度數(shù)值模擬對(duì)于小氣候的特征也有很好的解釋作用[11-12]。

2017年4月4—5日和2018年2月27—28日，寧波內(nèi)陸地區(qū)普遍出現(xiàn)6～8級(jí)偏南大風(fēng)，個(gè)別高山站達(dá)9級(jí)以上。當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)均提前6 h以上進(jìn)行了提醒或預(yù)警，農(nóng)戶也進(jìn)行了一定程度的防護(hù)，但寧波市北侖區(qū)柴樓村同一片區(qū)域連續(xù)出現(xiàn)大風(fēng)災(zāi)情，且都發(fā)生在半夜，導(dǎo)致大片蔬果大棚被大風(fēng)吹毀，直接經(jīng)濟(jì)損失累積近百萬(wàn)元。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2次過(guò)程大風(fēng)均在半夜到凌晨時(shí)段明顯增強(qiáng)，破壞性遠(yuǎn)超過(guò)冬季冷空氣大風(fēng)。災(zāi)情所在地為背風(fēng)坡平原地形，下游3公里亦有山脈阻擋，對(duì)大風(fēng)有一定屏蔽作用，且附近自動(dòng)站僅監(jiān)測(cè)到8級(jí)陣風(fēng)，這給大風(fēng)天氣的預(yù)報(bào)和災(zāi)害防御帶來(lái)一定難度。本研究結(jié)合多種資料對(duì)這2個(gè)相似個(gè)例進(jìn)行分析，尋找局地大風(fēng)的特征和成因，以期為提高冬春交季南大風(fēng)天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)能力提供一定參考。

1 資料來(lái)源

2個(gè)例災(zāi)情均出現(xiàn)在寧波市北侖區(qū)柴樓村，時(shí)間分別為2017年4月4日半夜(個(gè)例1)和2018年2月28日凌晨(個(gè)例2)。所用資料有寧波多普勒雷達(dá)(121.52 °E，30.06 °N，海拔418 m)、寧波奉化風(fēng)廓線雷達(dá)(121.38 °E，29.68 °N，海拔41.5 m)、涼帽山風(fēng)塔(122.03 °E，29.91°N，最高觀測(cè)320 m)、常規(guī)天氣觀測(cè)和寧波市自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料。由于柴樓村沒(méi)有氣象監(jiān)測(cè)站，選取新路村(站號(hào)K2314，海拔37.5 m)區(qū)域自動(dòng)氣象站為代表站，該站距柴樓東南約1.5 km，海拔與柴樓災(zāi)情所在地相當(dāng)；選取茅洋山(站號(hào)K2299，海拔297 m)區(qū)域自動(dòng)站為山峰代表站，用于判斷山谷風(fēng)氣象要素變化；選取北侖國(guó)家氣象站(站號(hào)58563，海拔5 m)用于判斷大風(fēng)過(guò)程氣壓的變化。具體站點(diǎn)分布示意見(jiàn)圖1。

Chai為災(zāi)情所在地柴樓村，Beilun為北侖國(guó)家氣象觀測(cè)站，XO為新路村自動(dòng)氣象站，MO為茅洋山自動(dòng)氣象站，LT為涼帽山風(fēng)塔圖1 地形和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的分布

2 天氣形勢(shì)

2.1 個(gè)例1

2017年4月4日天氣圖(500 hPa)上有南北2支高空槽，南支槽槽后有北支槽冷平流補(bǔ)充，槽前有強(qiáng)烈的暖平流，南支槽在東移過(guò)程中不斷發(fā)展加深，并引導(dǎo)700～850 hPa低渦向東北方向移動(dòng)發(fā)展。浙江位于槽前暖區(qū)，氣溫快速回升，氣壓下降。4日20：00南支槽移至河南、湖北一線，強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)，500 hPa上空華東片區(qū)出現(xiàn)大范圍旗幟風(fēng)，杭州站風(fēng)力達(dá)23 m·s-1，700～850 hPa低渦中心移至河北界內(nèi)，低渦東南側(cè)有大范圍急流區(qū)，急流軸位于長(zhǎng)江下游一帶(圖2)，中高層強(qiáng)烈正渦度平流和暖平流導(dǎo)致地面倒槽加深發(fā)展，氣壓梯度增強(qiáng)。4日下午，地面倒槽東移至江西、上海一線，同時(shí)有從日本伸向我國(guó)東部海域的高壓控制，浙江沿海地區(qū)風(fēng)力逐漸增強(qiáng)，但20：00前柴樓村附近2個(gè)區(qū)域站東南風(fēng)都在8級(jí)以下，23：00前后風(fēng)力迅速增強(qiáng)至8級(jí)，一直到5日3：00后才逐漸減弱，5日白天隨著系統(tǒng)東移入海，沿海區(qū)域風(fēng)力明顯減弱。

a，2017年4月4日20：00(700 hPa)；b，2017年4月5日2：00(地面)；c，2018年2月27日20：00(700 hPa)；d，2018年2月28日2：00(地面)圖2 2個(gè)個(gè)例的天氣形勢(shì)

2.2 個(gè)例2

2018年2月27日天氣圖(500 hPa)上有階梯槽發(fā)展東移，受階梯槽合并和槽后冷平流補(bǔ)充作用，南支槽不斷加強(qiáng)，并引導(dǎo)低層低渦東移發(fā)展。28日20：00南支槽移至河南、兩廣一線，500 hPa華東至華南出現(xiàn)大片旗幟風(fēng)。浙江位于槽前暖區(qū)，江西北部到浙江中北一帶西南風(fēng)超過(guò)30 m·s-1，700 hPa杭州站西南風(fēng)亦達(dá)到20 m·s-1，700～850 hPa低渦中心移至河南至安徽交界帶(圖2)，中高層系統(tǒng)強(qiáng)烈的發(fā)展和抽吸上升運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地面倒槽迅速加深發(fā)展并逐漸發(fā)展成地面低壓。27日白天地面倒槽不斷加強(qiáng)東移，浙江沿海地區(qū)氣壓梯度堆積，南風(fēng)增強(qiáng)，28日2：00地面倒槽發(fā)展成閉合低壓，低壓中心位于浙江安徽交界附近，同時(shí)我國(guó)東北有伸向朝鮮半島至日本東南部的高壓脊，高低壓系統(tǒng)之間形成明顯的氣壓梯度堆積，寧波沿海風(fēng)力明顯增強(qiáng)，28日3：00前后柴樓附近風(fēng)力達(dá)到8級(jí)，5：00后隨著低壓入海遠(yuǎn)離，南風(fēng)逐漸減弱并逐漸轉(zhuǎn)北大風(fēng)，但北大風(fēng)強(qiáng)度明顯不及南大風(fēng)。

3 物理量特征

3.1 高空資料

分析杭州站探空資料，2個(gè)例高低層之間存在明顯的垂直風(fēng)切變，個(gè)例1和個(gè)例2從1 000 hPa至500 hPa之間垂直風(fēng)切變分別達(dá)24.3 m·s-1和31.9 m·s-1，同時(shí)隨著夜間高層輻射降溫明顯，大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，有利于高層風(fēng)的動(dòng)量下傳。從個(gè)例2寧波奉化風(fēng)廓線資料分析(圖3)，2月27日23：00起4 km高度以下西南風(fēng)明顯增強(qiáng)，且大風(fēng)核高度逐漸下降，28日1：00中低空最大風(fēng)力出現(xiàn)在3.5 km高度，2：00最大風(fēng)力高度降至3.4 km高度，風(fēng)速達(dá)29.5 m·s-1。從1 km以下風(fēng)力變化也可以看出，28日1：00為600 m高度東南風(fēng)增強(qiáng)至13.3 m·s-1，2：00為16.1 m·s-1，3：00達(dá)20 m·s-1，之后逐漸減弱，這與個(gè)例2中過(guò)程最大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間基本吻合，說(shuō)明此次過(guò)程有明顯的高層風(fēng)動(dòng)量下傳。從個(gè)例1寧波多普勒雷達(dá)反演風(fēng)廓線產(chǎn)品資料顯示，4月4日23：00前后中低空大風(fēng)核有較明顯的下降，600 m高度風(fēng)速明顯增強(qiáng)，5日0：00后逐漸減弱。綜上所述，2次過(guò)程高層風(fēng)動(dòng)量有較明顯的動(dòng)量下傳，使得半夜至凌晨時(shí)段風(fēng)力明顯增強(qiáng)。

圖3 個(gè)例2風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)風(fēng)隨高度和時(shí)間的變化

3.2 地面資料

為了對(duì)比不同區(qū)域大風(fēng)情況并盡可能地排除地形等局地因素可能造成的影響，將柴樓下風(fēng)方向茅洋山和涼帽山320 m高度風(fēng)納入統(tǒng)計(jì)分析(表1)。結(jié)果表明，此次過(guò)程災(zāi)情所在地附近代表站新路村測(cè)得最大風(fēng)達(dá)6級(jí)，極大風(fēng)達(dá)8級(jí)。最大陣風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間基本在后半夜至凌晨，與現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查反饋一致，但涼帽山320 m高度處最大風(fēng)時(shí)間推遲了近1 h。從站點(diǎn)海拔高度分析，總體海拔越高，風(fēng)力越大，且風(fēng)向隨高度有順轉(zhuǎn)趨勢(shì)，這與天氣系統(tǒng)和高低層風(fēng)速配置基本一致，說(shuō)明此次過(guò)程主要是由暖區(qū)天氣系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致的一次南大風(fēng)過(guò)程。但對(duì)比新路村和茅洋山2站數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不論最大風(fēng)速還是極大風(fēng)，海拔較低的新路村接近甚至大于茅洋山。

表1 代表站最大風(fēng)、極大風(fēng)的情況

對(duì)比分析2次大風(fēng)過(guò)程中涼帽山風(fēng)塔320 m高度2分鐘風(fēng)速日變化(圖4中a)。分析發(fā)現(xiàn)，2次過(guò)程320 m高度處風(fēng)速總體呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，凌晨達(dá)到峰值，白天又逐漸減小，風(fēng)力變化趨勢(shì)與天氣系統(tǒng)的移近、加強(qiáng)和遠(yuǎn)離一致。新路村的大風(fēng)過(guò)程有著明顯的日變化特征，下午和半夜是南大風(fēng)出現(xiàn)的2個(gè)峰值時(shí)段，過(guò)程風(fēng)力最大值均出現(xiàn)在半夜至凌晨時(shí)段，且風(fēng)力明顯大于周邊區(qū)域，而傍晚至次日早晨風(fēng)力有減弱趨勢(shì)(圖4中b)，說(shuō)明新路村風(fēng)力的變化除了與天氣系統(tǒng)造成的地面氣壓梯度有關(guān)，還和局地氣候與地形以及高低層天氣系統(tǒng)的反饋存在一定的關(guān)系。

從地轉(zhuǎn)偏差推導(dǎo)公式分析，3 h負(fù)變壓有利于低壓大風(fēng)的形成，選取北侖國(guó)家氣象站的逐小時(shí)本站氣壓統(tǒng)計(jì)分析，從3 h變壓時(shí)間序列圖可以看出(圖4中c)，2次過(guò)程除早晨和傍晚時(shí)段3 h變壓為正外，其余時(shí)段均為負(fù)變壓，最大負(fù)變壓出現(xiàn)在下午和凌晨2個(gè)時(shí)段。從個(gè)例2可以看出，凌晨時(shí)段3 h變壓達(dá)到過(guò)程極值-4 hPa，故南大風(fēng)凌晨時(shí)段出現(xiàn)了明顯的增強(qiáng)，這也很好地印證了2個(gè)個(gè)例大風(fēng)風(fēng)力峰值出現(xiàn)在下午和凌晨。

3.3 地形特征

a，涼帽山320 m逐2 min風(fēng)速；b，新路村代表站逐時(shí)極大風(fēng)；c,北侖國(guó)家氣象站逐時(shí)3 h變壓；d，逐時(shí)山谷溫差圖4 2次過(guò)程氣象要素的時(shí)序

由于柴樓東南方向緊鄰大片的太白山脈，西北方向3 km處又有帶狀靈峰山脈，柴樓災(zāi)情發(fā)生地位于2大山脈之間，為典型的山谷地形，山谷之間受熱不均，會(huì)形成山谷風(fēng)，白天由山谷吹向山坡，夜間相反由山坡吹向山谷，即白天吹西北風(fēng)，夜間東南風(fēng)，山谷風(fēng)疊加在天氣尺度環(huán)流之上從而形成明顯的晝夜日變化。從代表站的山谷溫差時(shí)間序列可以看出(圖4中d)，2次過(guò)程均有明顯的山谷溫差，且存在幾乎一致的晝夜變化，白天山頂溫度高于山谷，夜間山谷溫度高于山頂，夜間溫差于凌晨前后達(dá)到了峰值，且夜間溫差代數(shù)值要大于白天的溫差，可以解釋2次過(guò)程中風(fēng)力增強(qiáng)的原因。

針對(duì)2次南大風(fēng)過(guò)程，雖然柴樓所在地為背風(fēng)坡山谷地形，太白山脈為其提供了地形屏蔽作用，但仔細(xì)分析柴樓上游地形可以發(fā)現(xiàn)，太白山脈中有1條西北-東南方向的狹長(zhǎng)的山谷，長(zhǎng)度約14 km，并通向北侖東南沿海。該山谷走向角度與2次大風(fēng)過(guò)程最大風(fēng)風(fēng)向幾乎一致，為南大風(fēng)過(guò)程提供了有利的“穿堂風(fēng)”通道，所以2次南大風(fēng)過(guò)程測(cè)得的風(fēng)力較周邊區(qū)域明顯偏大，進(jìn)而造成了大風(fēng)災(zāi)情。

4 小結(jié)

天氣尺度系統(tǒng)發(fā)展是2次南大風(fēng)過(guò)程的直接原因，在南支槽東移發(fā)展引導(dǎo)背景下，槽前西南急流的熱力降壓和動(dòng)力抽吸作用導(dǎo)致地面低值系統(tǒng)發(fā)展，同時(shí)海上高壓維持，氣壓梯度堆積，從而形成寧波地區(qū)大范圍的南大風(fēng)。2次南大風(fēng)過(guò)程中，夜間的增風(fēng)與高空風(fēng)動(dòng)量下傳有一定的關(guān)系，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變和夜間高層輻射造成的大氣不穩(wěn)定性有利于大風(fēng)動(dòng)量的下傳。2次個(gè)例南大風(fēng)均有明顯的日變化特征，下午和半夜達(dá)到2個(gè)峰值，但最大風(fēng)均出現(xiàn)在半夜至凌晨，且風(fēng)力明顯大于周邊地區(qū)，從而造成了連續(xù)的局地災(zāi)情。夜間增風(fēng)的原因與局地山谷風(fēng)疊加存在一定關(guān)系，夜間由山坡吹向山谷的東南風(fēng)疊加在系統(tǒng)性東南風(fēng)之上，造成風(fēng)力增強(qiáng)且明顯大于周邊地區(qū)。局地大風(fēng)還與地形有一定關(guān)系，西北-東南向的山谷地形使得東南風(fēng)有了傳輸?shù)耐ǖ?，形成明顯的穿堂風(fēng)地形效應(yīng)，導(dǎo)致2次大風(fēng)較周邊區(qū)域明顯偏大。觀測(cè)個(gè)例選取新路村作為柴樓災(zāi)情發(fā)生地的代表站，測(cè)得2次過(guò)程最大陣風(fēng)8級(jí)，但根據(jù)柴樓山谷和穿堂風(fēng)地形等多方面的分析，大致可以判斷柴樓區(qū)域最大陣風(fēng)應(yīng)在8級(jí)或以上，今后對(duì)于這個(gè)季節(jié)的東南大風(fēng)在預(yù)報(bào)服務(wù)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行1～2級(jí)的增風(fēng)。