2018年9月7日寧德市大暴雨過程分析

趙海峰， 陳驥

寧德市氣象局，福建 寧德 352100

暴雨是影響寧德的主要氣象災害之一，而西南渦是造成暴雨的重要天氣系統(tǒng)之一.許多學者也從不同方面研究西南渦暴雨的熱動力條件及結(jié)構(gòu)特征[1～2]，加深了西南渦暴雨機制的認識.同樣受西南渦和切變線影響，2018年9月7日福建省大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨、區(qū)域大暴雨，其中寧德降水時段集中在9月7日08時～22時，在14小時內(nèi)，寧德126個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的自動站資料：累計雨量超過25 mm的有92個，其中超過50 mm的有66個，超過100 mm的有14個，最大為蕉城蕉北205.1 mm，其次為蕉城城南184.2 mm.

本文利用常規(guī)觀測資料和EC、NCEP 0.25°×0.25°再分析資料，對這次暴雨過程進行動力和熱力學診斷分析，為西南渦引發(fā)的暴雨預報提供參考.

1 天氣過程概況

9月7日08時～22時，福建省大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨、區(qū)域大暴雨.統(tǒng)計2018年09月07日08時～09月07日22時共14小時，寧德市126個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的自動站資料：累計雨量超過25 mm的有92個，其中超過50 mm的有66個，超過100 mm的有14個，最大為蕉城蕉北205.1 mm，其次為蕉城城南184.2 mm.17 時～20 時蕉城區(qū)氣象站3小時降水161.1 mm，破了蕉城區(qū)氣象站3小時降水量歷史記錄(圖1).

2 大氣環(huán)流形勢場分析

此次區(qū)域暴雨、大暴雨過程影響系統(tǒng)主要是西南渦、切變線.6日20時到7日20時西南渦向北偏東移動，7日白天是最強降水時段，高空經(jīng)向度加大，槽加深，低空西南渦經(jīng)過福建省東南部，超低空在暴雨、大暴雨區(qū)有偏東風與東北風輻合，造成沿淮一帶的暴雨、大暴雨.

圖1 2018年09月07日08時～8日08時累計雨量(mm)
Fig.1 Accumulated Rainfall from 08:00 to 08:00 on September 7,2018(mm)

2.1 觸發(fā)大暴雨的環(huán)境場

在這次大暴雨發(fā)展過程中，從9月6日08時至7日20時，500 hPa(圖略)，亞洲中高緯呈兩槽一脊形勢.副熱帶高壓穩(wěn)定控制長江以南.6日08時高原上有短波槽發(fā)展，700 hPa和850 hPa低壓環(huán)流已經(jīng)明顯.在6日20時，850 hPa低渦切變線開始影響長江以南地區(qū).6日20時后700 hPa急流加強，急流軸由四川東部伸展到福建地區(qū).同時850 hPa切變位于重慶、湖北及江蘇中部地區(qū)，925 hPa為偏東氣流.

隨著高空槽的繼續(xù)東移，西南渦東北向移動，低渦中心移到濟源市附近；人字形切變線分別位于豫北和豫西.西南氣流較08時減弱，但700 hPa存在顯著流線，輻合區(qū)到了沿黃地區(qū).850 hPa切變位于南陽、平頂山、許昌、商丘一線，降水中心區(qū)沿850 hPa切變線展開.19日08時500 hPa槽已經(jīng)移到河南東部，槽的經(jīng)向度加深，由東北西南向轉(zhuǎn)為南北向；700 hPa切變南落到淮河，在南陽南部到駐馬店中部，與850 hPa切變接近.925 hPa在豫南有偏東風和偏北風的輻合，切變線在安徽中部到湖北東部地區(qū)，因此19日白天降水主要集中在淮河以南，低層切變線附近.對南陽地區(qū)來說，降水趨于結(jié)束.

2.2 西南急流的影響分析

在此次天氣過程中，槽過境速度快，影響時間短，短時強降水特征明顯.降水在7日中午有加強趨勢，這與西南氣流的進退演變有關(guān).由實況圖可以看出在7日08時700 hPa有明顯的急流.選取6小時間隔的EC再分析數(shù)據(jù)，對700 hPa、850 hPa及925 hPa的風場進行分析，判斷中低層風在此次暴雨過程中的作用.

此次過程中700 hPa出現(xiàn)了較為明顯的急流，風速達到14 m·s-1.7日02時西南風加強，輻合線位于湘贛地區(qū)；08時可以看到輻合線維持且東伸，寧德地區(qū)風速達到10 m·s-1以上，且風速變化明顯，說明有強的風速輻合.在700 hPa的風場圖中可以看到，雖然此次急流軸的長時間存在和維持，但西南氣流仍比較明顯.在6日20時開始西南氣流不斷發(fā)展，7日08時達到強盛狀態(tài).后期西南地區(qū)水汽輸送減弱，使得在7日22時后雖然仍存在強風速輻合區(qū)，但整體降水量較前期大幅減小.強降水區(qū)的分布在各時段都在大風速區(qū)里，在輻合線及風速輻合區(qū)的南側(cè).

分析850 hPa和925 hPa風場，可以看到在7日08時寧德地區(qū)處于大風速區(qū)，為東南氣流控制，超低空為強盛的偏東氣流里，風速達10 m·s-1，加之地形影響，7日白天在寧德出現(xiàn)了大到暴雨.

對垂直風切進行分析，在7日02時后隨著中低層風速加大，南部的0 km～3 km風切變也逐漸加大.在7日08時寧德出現(xiàn)了18 m·s-1的切變大值區(qū)，與同時段強降水站點吻合.

分析結(jié)果表明:整體來看低渦在福建影響時間較長，造成多個站點的大暴雨.分析其低層風可以看到急流持續(xù)時間并不長，僅在700 hPa存在急流.在7日白天西南急流形成輸送水汽，7日22時后水汽輸送減弱，大量水汽輻合，配合850 hPa偏東風及超低空偏東風，造成了強降水.降水區(qū)位于700 hPa輻合線南側(cè)，與850 hPa輻合區(qū)及0 km～3 km大垂直切變區(qū)對應(yīng)較好，原因可能有兩個方面：一是700 hPa急流提供了充沛水汽，造成大氣靜力不穩(wěn)定加強,有助于中尺度系統(tǒng)和暴雨的發(fā)展[3]；二是0 km～3 km垂直切變大有利于上升氣流不斷發(fā)展，持續(xù)較長時間[4]，影響范圍大.

3 暴雨過程的中尺度結(jié)構(gòu)

3.1 渦度和散度場

對700 hPa的渦度場進行分析，可以看到7日08時有強的正渦度區(qū)位于湘贛一帶以正的切變渦度為主.隨著西南渦的東北移，曲率渦度加大，同時帶動福建切變渦度的增加，可以看到在強的降水時段7日08時～22時存在低層為負(<-2×10-5·s-1)，中層為正(700 hPa>2×10-5·s-1)的渦度結(jié)構(gòu).也從側(cè)面說明了強降水過程持續(xù)時間短，結(jié)束迅速.根據(jù)趙桂香[5]等的研究，低層切變線附近產(chǎn)生的氣旋式輻合造成的上升運動能夠觸發(fā)夏季的MCC，對降水的發(fā)展十分有利.在渦度的時間剖面圖上也可以看到，雖然存在中低層正渦度，高層負渦度的情況，但持續(xù)時間不長，中層正的切變渦度提供了上身運動的動力條件.

散度場的剖面圖中可以看到主要降水時段900 hPa以下為正，中層散度在降水時段為負，20時之后低層逐漸轉(zhuǎn)為負，降水強盛時段高層正散度增加，這表明高空有一定的輻散抽吸作用.與典型的500 hPa散度以下為負，850 hPa或925 hPa輻合最強的散度場基本符合.

由以上分析可知:大暴雨中心附近存在低空輻合、高層輻散，在暴雨發(fā)生、發(fā)展時,高空的輻散較明顯，但低層輻合區(qū)較暴雨落區(qū)偏南.

3.2 水汽條件分析

環(huán)境大氣所含水汽的充沛強度與暴雨量級有密切關(guān)系.選用比濕來考察大暴雨區(qū)水汽充沛程度及其演變特征.分析各層比濕隨時間演變(圖2)可知：6日20時后各層比濕都有所增加，中上層比濕迅速達到極值，低層比濕有一個波動變化，在7日08時后達到峰值，850 hPa達到12 g·kg-1，在T-logP圖(圖略)上整層均為濕層.7日22時后整層水汽迅速下降，降水也明顯減弱.

圖2 比濕和擾動比濕的時間高度剖面圖(站點119°E，28.4°N，時間軸為世界時)
Fig.2 Time-height profiles of relative humidity and perturbation-specific
humidity (Site 119 degrees E, 28.4 degrees N, time axis world time)

擾動比濕是指28.4°N, 119°E格點上的比濕與同緯度上比濕平均值的差，用擾動比濕來分析能夠清楚地看到東西向水汽變化的時間及幅度.可以看到7日08時前整體為負擾動比濕，在整個緯度區(qū)上水汽是相對較少的，也說明高濕區(qū)及對應(yīng)降水區(qū)在西部；08時后比濕迅速增加，500 hPa～1 000 hPa擾動比濕均為正值，其中700 hPa、850 hPa增加明顯，說明在08時后中、低層水汽輻合.在主要降水時段，正擾動比濕呈柱狀，一定程度上表明暴雨水汽柱特征[6].

由以上分析可知:在暴雨發(fā)生前，有水汽輸送，水汽已接近飽和，在暴雨時段整層比濕達到峰值，此次850 hPa比濕在10 g·kg-1～12 g·kg-1，較福建省暴雨的物理量診斷指標[7](850 hPa≥12g·kg-1為產(chǎn)生大雨以上量級降水的參考值)略小.擾動比濕呈柱狀說明了暴雨的濕氣柱特征.

3.3 垂直速度

從6日20時開始,在福建地區(qū),對流層以下層次出現(xiàn)上升運動區(qū)，上升運動中心區(qū)在700 hPa，到7日08時,主要上升運動區(qū)停留在寧德地區(qū)，上升運動區(qū)最強達到-1.4 Pa·s-1，開始形成強降水.從垂直速度的時間剖面圖上可以看出，700 hPa以上在7日08時后轉(zhuǎn)為上升運動，低層仍以下沉運動為主，對應(yīng)暴雨發(fā)生時刻.從大暴雨發(fā)生、發(fā)展強盛時刻(7日08時)的垂直速度場剖面圖上可以看到:寧德地區(qū)對流層以下上升運動區(qū)達到最強，500 hPa強度中心值為- 0.6 Pa·s-1.將其與散度場結(jié)構(gòu)對比，可以看到垂直上升運動結(jié)構(gòu)和散度場相吻合，有利于暴雨的形成[8].

圖3 垂直速度和風場的時間高度剖面圖
Fig. 3 Time-height profile of vertical velocity and wind field

這次天氣過程具有良好的動力場特征，但影響時間短，同時北部垂直速度場低層呈輻散，不利于降水，因此此次降水分布有明顯的南多北少的特征.

4 數(shù)值預報檢驗

歐洲中心數(shù)值預報、T639、華東和華南區(qū)域模式對這次強降水過程均作出了較為準確的預報，并對寧德單站的水平風、相對濕度、垂直速度等做出了很好的預測，GERMAN和ECMWF06日20時預報24小時降水量級為中到大雨，JAPAN06日20時預報24小時降水量級為小雨，T639 06日20時預報24小時降水量級為小雨，華東和華南區(qū)域模式06日20時24小時預報寧德市有暴雨，中部和東南部大暴雨，并較好的預報了強降水區(qū)域，其余各數(shù)值預報的降水量級預報均偏小.

圖4 多模式預報對比分析Fig. 4 Comparative analysis of multi-model forecasting圖5 歐洲中心模式單站(寧德)時間剖面圖Fig. 5 Single Station (Ningde) Time Profile of ECM

5 結(jié)論

(1)此次區(qū)域暴雨、大暴雨過程影響系統(tǒng)主要是西南渦和切變線.6日20時西南渦開始影響，其向北偏東移動，7日08時高空經(jīng)向度加大，槽加深，低空西南渦經(jīng)過，超低空在暴雨、大暴雨區(qū)有偏東風與東北風輻合，造成寧德一帶的暴雨、大暴雨，是最強降水時段.

(2)700 hPa在6日夜間存在西南急流輸送水汽，7日08時輸送減弱，寧德出現(xiàn)大量水汽輻合，配合850 hPa偏東風及超低空偏東風，造成了強降水.降水區(qū)位于700 hPa輻合線南側(cè)，與850 hPa輻合區(qū)及0 km～3 km大垂直切變區(qū)對應(yīng)較好，原因可能有兩個方面：一是700 hPa急流提供了充沛水汽，造成大氣靜力不穩(wěn)定加強,有助于中尺度系統(tǒng)和暴雨的發(fā)展；二是0 km～3 km垂直切變大有利于上升氣流不斷發(fā)展，持續(xù)較長時間，影響范圍大.

(3)700 hPa渦度以曲率渦度為主，渦度場低層正渦度高空負渦度的狀態(tài)持續(xù)時間短，降水結(jié)束迅速的一個表現(xiàn).由動力場分析可知:大暴雨中心附近存在低空輻合、高層輻散，在暴雨發(fā)生、發(fā)展時,高空的輻散較明顯，但低層輻合區(qū)較暴雨落區(qū)偏南.

(4)此次過程850 hPa比濕峰值為10 g·kg-1～12 g·kg-1，924 hPa為12 g·kg-1～14 g·kg-1，整層大氣可降水量在強降水時段為55 g～60 g，其大值區(qū)對暴雨落區(qū)有一定的指示作用.