吳忠市一次農(nóng)業(yè)致災(zāi)暴雨天氣分析

魏月娥喇楠劉沛

(1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002;2.寧夏回族自治區(qū)吳忠市氣象局，寧夏 吳忠 751100)

1 過程概況

2016年8月13日夜間—14日夜間，吳忠市大部出現(xiàn)雷陣雨天氣過程，其中青銅峽市大部、利通區(qū)南部、紅寺堡區(qū)東部，同心縣東北部、鹽池縣北部出現(xiàn)暴雨天氣。13日20∶00—15日8∶00全市199個自動氣象站中66h雨強(qiáng)超過16mm，有45個自動氣象站累計(jì)降水量超過50mm，有4個自動氣象站累計(jì)降水量超過100mm，最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在紅寺堡區(qū)太陽山鎮(zhèn)買河村為59.2mm·h-1，最大累計(jì)降水量出現(xiàn)在鹽池縣高沙窩鎮(zhèn)營西村為133.7mm。吳忠和青銅峽本站13日20∶00—14日20∶00累積雨量分別為48.4mm和52.7mm。8月13日20∶00—8月15日8∶00累計(jì)降水量及各暴雨發(fā)生區(qū)強(qiáng)降水時段如圖1(單位：mm)。這次暴雨天氣引發(fā)多地洪澇災(zāi)害，造成青銅峽、太陽山、鹽池等地方農(nóng)田沖毀，農(nóng)作物倒伏，日光溫室受損、倒塌，牲畜失蹤、死亡，基礎(chǔ)設(shè)施及水利設(shè)施損毀等損失。僅鹽池縣、紅寺堡區(qū)、利通區(qū)統(tǒng)計(jì)到的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1600多萬元。

圖1 2016年8月13日20∶00—8月15日8∶00累計(jì)降水量及強(qiáng)降水發(fā)生時段

2 預(yù)報(bào)與實(shí)況對比分析

這次暴雨過程在中央氣象臺的指導(dǎo)預(yù)報(bào)、區(qū)臺指導(dǎo)預(yù)報(bào)、市氣象臺發(fā)布的預(yù)報(bào)中都是漏報(bào)的，為了避免在以后的工作中出現(xiàn)類似的失誤，對本臺預(yù)報(bào)員一貫所參考的數(shù)值預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)是尤為重要的。所以以下著重將wrf和歐洲中心降水量預(yù)報(bào)與實(shí)況降水落區(qū)、時間以及強(qiáng)度進(jìn)行了對比。

吳忠市氣象臺2016年8月13日發(fā)布的預(yù)報(bào)：14—15日全市雷陣雨或陣雨；區(qū)臺指導(dǎo)預(yù)報(bào)：吳忠全市雷陣雨或陣雨；中央臺指導(dǎo)預(yù)報(bào)：吳忠全市小雨。

短期預(yù)報(bào)所參考的數(shù)值預(yù)報(bào)定量降水預(yù)報(bào)情況：分別為12日20∶00、13日8∶00起報(bào)的歐洲中心細(xì)網(wǎng)格、wrf3km、wrf9km預(yù)報(bào)產(chǎn)品。以下主要分析這3種數(shù)值預(yù)報(bào)分別在12日20∶00、13日8∶00對13日夜間—15日降水預(yù)報(bào)情況。

Wrf3km12日20∶00起報(bào)的降水量預(yù)報(bào)產(chǎn)品對13日20∶00—15日20∶00吳忠的降水預(yù)報(bào)有14日5∶00—8∶00利通區(qū)北部、15日8∶00—11∶00青銅峽北部，14日14∶00—15日20∶00鹽池北部，其它時段為零星的少量降水，如圖2。從預(yù)報(bào)的總降水量來看，wrf3km12日20∶00對鹽池北部的降水量預(yù)報(bào)整體量級偏小，降水持續(xù)時間比實(shí)際長。青銅峽和利通區(qū)的降水預(yù)報(bào)比實(shí)況推后，其它暴雨發(fā)生區(qū)的降水漏報(bào)。

圖2 wrf3km 12日20∶00降水量預(yù)報(bào)

Wrf3km 13日8∶00起報(bào)的降水量預(yù)報(bào)產(chǎn)品對13日20∶00—15日20∶00吳忠有大于10mm的降水預(yù)報(bào)有13日17∶00—20∶00吳忠市東南部，14日17∶00—23∶00鹽池東部，15日8∶00—14∶00青銅峽和利通區(qū)南部，其它時段為零星的少量降水。與實(shí)況對比發(fā)現(xiàn)Wrf 3km 13日8∶00對這次過程中隊(duì)鹽池北部的降水時間比實(shí)況偏后，量級偏小。對其它暴雨發(fā)生區(qū)的預(yù)報(bào)無論是落區(qū)還是量級與實(shí)況差距較大，實(shí)況降水時段預(yù)報(bào)無降水，實(shí)況無降水時段預(yù)報(bào)有降水。

圖3 Wrf 3km13日8∶00降水預(yù)報(bào)

Wrf 9km 12日20∶00起報(bào)的13日20∶00—15日20∶00吳忠有明顯降水的是時段是13日20∶00—14日2∶00同心南部地區(qū)以及15日8∶00—14∶00吳忠市北部，其它時段無降水或?yàn)榱阈切×拷邓?/p>

圖4 Wrf 9km 12日20∶00降水量預(yù)報(bào)

Wrf 9km13日8∶00起報(bào)的13日20∶00—15日20∶00吳忠有明顯降水的是時段是14日2∶00—5∶00利通區(qū)、青銅峽北部、14日11∶00—23∶00鹽池大部，14日17∶00—23∶00同心縣大部。

圖5 wrf9km 12日20∶00降水量預(yù)報(bào)

綜合分析來看，wrf9km 12日20∶00的產(chǎn)品對這次暴雨過程基本漏報(bào)，而到13日8∶00的降水量預(yù)報(bào)較12日20∶00有了比較明顯的調(diào)整。13日8∶00對降水的落區(qū)和時間的預(yù)報(bào)與實(shí)況比較吻合，但是量級相差較大，沒有報(bào)出強(qiáng)降水。所以wrf降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品僅13日8∶00對這次過程的預(yù)報(bào)與實(shí)況僅有量級的差距，其它時次預(yù)報(bào)與實(shí)況差距大。

歐洲中心細(xì)網(wǎng)格降水量預(yù)報(bào)分析：歐洲中心細(xì)網(wǎng)格12日20∶00起報(bào)的定量降水產(chǎn)品對吳忠的預(yù)報(bào)顯示，8月13日20∶00—14日2∶00，鹽池北部有25～60mm的降水，其它時段吳忠地區(qū)降水均不足5mm。13日8∶00的預(yù)報(bào)產(chǎn)品對吳忠的降水預(yù)報(bào)則顯示13日14∶00—17∶00同心南部有20mm大降水中心，13日20∶00—23∶00鹽池、同心大部有5～10mm降水。其它時段吳忠為小雨或無降水。

綜合以上各數(shù)值預(yù)報(bào)降水量預(yù)報(bào)的分析，將結(jié)果對比如表1。

表1 各數(shù)值預(yù)報(bào)分別在12日20∶00、13日8∶00降水量預(yù)報(bào)分析

從以上的分析結(jié)果明顯可以看出，wrf模式預(yù)報(bào)在24h和12h預(yù)報(bào)降水量預(yù)報(bào)對吳忠都有降水預(yù)報(bào)，但量級與實(shí)況差別大，而且24h和12h降水量預(yù)報(bào)無論是降水落區(qū)還是降水時段變化都很大，并且都和實(shí)況差別甚遠(yuǎn)。EC細(xì)網(wǎng)格的降水量雖然12h預(yù)報(bào)較24h預(yù)報(bào)調(diào)整不大，但對吳忠這次的暴雨落區(qū)和時間都沒有準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。所以吳忠市氣象臺平時所參考的這2種數(shù)值預(yù)報(bào)對吳忠這次暴雨過程沒有指導(dǎo)意義。

圖6 歐洲中心細(xì)網(wǎng)格降水量預(yù)報(bào)

3 本地暴雨天氣模型、指標(biāo)檢驗(yàn)分析

吳忠市氣象臺根據(jù)多年的暴雨過程總結(jié)的暴雨天氣模型和預(yù)報(bào)指標(biāo)如下。

預(yù)報(bào)模型。高空為“東高西低”的環(huán)流背景、四股氣流：200hPa西北氣流，500hPa西南氣流，700hPa偏南氣流，850hPa偏(東)南氣流，四股氣流交匯區(qū)為暴雨落區(qū)。

暴雨影響系統(tǒng)及強(qiáng)度。200hPa:(E80°～110°，N35°～55°)范圍為西北氣流；500hPa：(E80°～110°，N25°～40°)范圍為西南氣流；700hPa:(E95°～105°，N30°～40°)范圍內(nèi)有低渦，(E90°～110°，N30°～40°)范圍為偏南氣流，風(fēng)速≥12m·s-1；850hPa:(E105°～115°，N30°～40°)范圍為東南氣流，風(fēng)速≥8m·s-1。

水汽條件。相對濕度：500hPa與700hPa的平均≥60%；700hPa與850hPa的平均≥70%；850hPa≥83%。飽和程度：E90°～110°、N35°～40°范圍內(nèi)，T-Td≤2℃。比濕：500hPa比濕達(dá)4～6g·kg-1，700hPa比濕達(dá)8～12g·kg-1(絕對濕度)，水汽通量：850hPa≥13.4。

不穩(wěn)定條件。假相當(dāng)位溫：500hPa、700hPa、850hPa3層平均≥60；K指數(shù)：K≥36℃；SI指數(shù)：SI≤-3℃；總溫度：500hPa≥59℃(不穩(wěn)定指數(shù)條件)。

動力條件。散度：700hPa≤-1；500hPa與700hPa的平均≤-2.5；700hPa與850hPa的平均≤-7.4；垂直速度：700hPa≤-17；500hPa與700hPa的平均≤-15；700hPa與850hPa的平均≤-10。

以下主要對吳忠本臺預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)降水時最常用的EC細(xì)網(wǎng)格所預(yù)報(bào)情況進(jìn)行分析，檢驗(yàn)細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)場在這次暴雨天氣過程中的預(yù)報(bào)是否有吳忠市暴雨預(yù)報(bào)模型和指標(biāo)的體現(xiàn)，另外對比預(yù)報(bào)場與實(shí)況場的差別。

3.1 環(huán)流背景

2016年8月12日20∶00預(yù)報(bào)13日20∶00歐亞中高緯度地區(qū)500hPa上基本是一脊一槽的形勢。高壓脊位于烏拉爾山至巴爾喀什湖附近，在貝加爾湖附近則為一個寬廣的槽區(qū)。貝加爾湖東部和西部各有一個輻合中心，584線位于內(nèi)蒙以北。寧夏一直處于584線以南的西南氣流中。14日20∶00形勢上看，環(huán)流形勢較為穩(wěn)定。貝加爾湖西側(cè)的輻合中心略有南壓，東側(cè)的輻合中心則東移出我國東北地區(qū)，如圖7。

圖7 12日20∶00預(yù)報(bào)13日、14日20∶00700hPa風(fēng)場及高度場

12日20∶00預(yù)報(bào)13日20∶00—14日20∶00 700hPa高度場和風(fēng)場上，看寧夏以東地區(qū)是等312位勢什米的高壓，從沿著等312線，我國東南部地區(qū)一直到寧夏中南部都是偏南氣流。在高原地區(qū)上有308等位勢什米的低值輻合中心,如圖8所示。所以從預(yù)報(bào)的環(huán)流背景看，13日20∶00—14日20∶00吳忠市高空環(huán)流背景符合“東高西低”的形勢。

圖8 13日20∶00、14日20∶00 700hPa風(fēng)場及高度場

分析預(yù)報(bào)場13日20∶00—14日20∶00高空各層風(fēng)場情況發(fā)現(xiàn)，200hPa上吳忠市處于輻散區(qū)中，輻散區(qū)中心13日20∶00位于青海西部，14日20∶00移至青海東南部，寧夏處于輻散流場中的西北氣流中，在甘肅到寧夏一帶的以北地區(qū)為較為平直的緯向氣流如圖9(a)。也就是預(yù)報(bào)場200hPa風(fēng)場不完全符合以往總結(jié)的(E80°～110°，N35°～55°)范圍為西北氣流的條件。再分析500hPa上風(fēng)場情況，13日2∶00開始寧夏地區(qū)由偏西氣流轉(zhuǎn)為西南氣流，并且吳忠市的風(fēng)速8月12日20∶00為2m·s-1，8月14日8∶00增加到8～10m·s-1，14日20∶00風(fēng)速減小，在指標(biāo)區(qū)域E80°～110°，N25°～40°)內(nèi)為西南氣流，整個區(qū)域內(nèi)風(fēng)速也是有增大的趨勢，圖9(b)。700hPa上13日20∶00在甘肅民勤附近有低渦切變存在，青藏高原上有低渦。到14日8∶00低渦中心風(fēng)場的輻合更加明顯，而且切變線一直從河西延伸到了河套的西北部,如圖9(c)。另外在寧夏和甘肅南部一直維持偏南氣流，13日23∶00甘肅南部到寧夏西南部有急流建立，急流中心區(qū)最大風(fēng)速為14m·s-1。從時間變化來看，甘肅南部到寧夏中部的偏南氣流風(fēng)速先增大后減小，14日2∶00為最大，急流區(qū)域也最大，甘肅南部到寧夏西南部風(fēng)速普遍達(dá)到14m·s-1。隨后偏南風(fēng)風(fēng)速開始減小，到14日11∶00，急流消失。值得注意的是在預(yù)報(bào)場上從13日20∶00—14日8∶00，寧夏同心以北地區(qū)都處于風(fēng)速的輻合區(qū)中。

850hPa上13日20∶00同心以南地區(qū)為東南風(fēng)，以北地區(qū)偏東風(fēng)。隨著時間推移，偏南氣流的范圍由南向北逐漸擴(kuò)大，陜西南部13日20∶00風(fēng)速由原來的4m·s-1增大到8～10m·s-1。到14日8∶00，鹽池以南為偏南風(fēng)，以北為東北風(fēng)如圖9(d)，所以從同心到鹽池有西南-東北向的切變存在，這個暖式切變一直少動維持到14日17∶00。

圖9 12日20∶00預(yù)報(bào)14日8∶00時高空風(fēng)場及高度場

綜合以上分析來看，歐洲中心對環(huán)流形勢和風(fēng)場的預(yù)報(bào)場除200hPa中高緯度的風(fēng)向外，其它與以往總結(jié)的預(yù)報(bào)模型和影響系統(tǒng)基本吻合。

對實(shí)況的環(huán)流形勢和各層風(fēng)場與預(yù)報(bào)處對比:從實(shí)況觀測資料看，8月13日8∶00—15日8∶00，吳忠市200hPa上是一致的西北氣流，處于輻散區(qū)中，輻散中心位置一直維持在青海湖附近。在暴雨發(fā)生區(qū)的上空的抽吸作用有利于暴雨區(qū)氣流的上升運(yùn)動。從200hPa逐層向下到400hPa分析，降水暴雨發(fā)生區(qū)的氣流逐漸轉(zhuǎn)成偏西方向的。500hPa上看，13日20∶00之前588線位于寧夏石嘴山南部，到14日8∶00已經(jīng)南退到吳忠南部，13日20∶00—15日8∶00吳忠氣流維持西南方向和偏西向，降水結(jié)束后也就是到15日20∶00氣流轉(zhuǎn)為西北向的。700hPa上13日20∶00—15日8∶00都是西南氣流，14日8∶00平?jīng)稣撅L(fēng)速為10m·s-1。14日20∶00在吳忠中北部存在風(fēng)速和風(fēng)向的輻合。850hPa上13日20∶00—15日8∶00都維持偏東北氣流。所以歐洲中心預(yù)報(bào)與實(shí)況場吻合。

3.2 水汽條件

3.2.1 相對濕度

從EC細(xì)網(wǎng)格相對濕度預(yù)報(bào)場上分析，13日20∶00吳忠500hPa上相對濕度為70%～80%，14日8∶00則減小到不足70%，14日20∶00又增大到80%。在銀川以北地區(qū)一直都維持90%的濕度大值區(qū)。700hPa上13日8∶00—20∶00相對濕度普遍達(dá)到80%，13日20∶00利通區(qū)、青銅峽相對濕度達(dá)到90%以上。14日8∶00全市范圍相對濕度減小到70%以下。850hPa上13日20∶00相對濕度在70%～80%，14日8∶00增加到80%～90%，到14日20∶00又有明顯減小。所以從相對濕度預(yù)報(bào)來看，各層相對濕度大值不是在同一個時次出現(xiàn)，銀川以北各層的相對濕度都一直維持在80%以上，似乎更有利于降水天氣的發(fā)生。但是吳忠在整個過程中相對濕度符合500hPa與700hPa的平均≥60%、700hPa與850hPa的平均≥70%、850hPa≥83%的條件。所以預(yù)報(bào)場上吳忠高低空雖然比銀川以北地區(qū)相對濕度小，但仔細(xì)分析，還是有有利于降水的條件存在。

圖10 14日8∶00高空風(fēng)場&高度場實(shí)況

3.2.2 比濕預(yù)報(bào)

12日20∶00為初始場的比濕預(yù)報(bào)場上，吳忠市500hPa上比濕不足6g·kg-1,13日20∶00開始逐漸增大，等6g·kg-1線南壓到吳忠中部，如圖11。14日2∶00達(dá)到最大，有等6g·kg-1閉合中心存在，14日8∶00又開始減小到4g·kg-1左右。700hPa上13日8∶00開始比濕有明顯增大的趨勢，到14日2∶00由原來的10g·kg-1增加到12g·kg-1，14日8∶00開始減小，14日17∶00又有一次增大的過程，鹽池北部比濕增加到12g·kg-1。綜合來看，500hPa比濕預(yù)報(bào)場對吳忠北部暴雨區(qū)的比濕預(yù)報(bào)符合總結(jié)的指標(biāo)，700hPa預(yù)報(bào)場13—14日比濕均在10～12g·kg-1，符合指標(biāo)。

圖11 14日2∶00 500hPa、13日23∶00 700hPa比濕預(yù)報(bào)場

3.2.3 水汽通量

12日20∶00起報(bào)的850hPa水汽通量場上，吳忠市13日14∶00之前水汽通量數(shù)值不足10,14日開始明顯增大，到13日20∶00吳忠市西部水汽通量達(dá)到12以上，青銅峽水汽通量大于15。隨后開始減小，而14日20∶00開始吳忠市北部的水汽通量又增大到12以上，甚至大于15，但整個過程中吳忠市南部都沒有達(dá)到12。所以水汽通量預(yù)報(bào)場上對青銅峽和利通區(qū)的預(yù)報(bào)符合暴雨指標(biāo)，對鹽池和同心的則沒有顯示。而實(shí)況850hPa水汽通量場上13日20∶00吳忠水汽通量大小為6～8g·(cm·hPa·s)-1。

圖12 12日20∶00報(bào)13日20∶00、14日20∶00水汽通量場

3.3 動力條件

3.3.1 散度

從實(shí)況高空各層散度場分析，吳忠除了13日20∶00 700hPa和850hPa上散度分別-1.6～0、-3.6～0之外，其它各層、其它時次均為正值。所以不符合以往總結(jié)的指標(biāo)。

圖13 13日20∶00500hPa、700hPa、850hPa散度場

3.3.2 垂直速度

垂直速度預(yù)報(bào)場上850hPa 13日20∶00吳忠中部為負(fù)值，其它均為正值。700hPa 14日2∶00為負(fù)值，500hPa 14日2∶00鹽池北部有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動。

3.4 不穩(wěn)定條件

3.4.1 假相當(dāng)位溫

500hPa 13日20∶00為76.85,14日8∶00減小到73.85。700hPa上13日20∶00吳忠全市假相當(dāng)位溫值在84.35范圍內(nèi)，這個數(shù)值一直維持到14日2∶00，隨后開始減小，到14日8∶00減小到79.35，之后又開始增大。所以3層平均>60。850hPa上14日2∶00之前大于81,13日17∶00最大為86,之后減小。14日14∶00鹽池北部有大值區(qū)，最大為92。

3.4.2K指數(shù)

在這次過程中K指數(shù)14日大于40，其它時段都在35～40范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

從以上分析看，預(yù)報(bào)員平時所參考的數(shù)值預(yù)報(bào)無論是wrf3和wef9或者是EC細(xì)網(wǎng)格，降水量的預(yù)報(bào)對這次吳忠市暴雨過程預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率很低，對預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)結(jié)論有一定的誤導(dǎo)。但是歐洲中心細(xì)網(wǎng)格流場的預(yù)報(bào)和實(shí)況吻合且符合吳忠市氣象臺以往總結(jié)的暴雨模型和指標(biāo)。物理量的預(yù)報(bào)場、相對濕度、比濕的預(yù)報(bào)與實(shí)況吻合且符合吳忠本地的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)，水汽通量不完全符合；散度和垂直速度的預(yù)報(bào)不符合動力條件的指標(biāo)。假相當(dāng)位溫和K指數(shù)完全吻合不穩(wěn)定條件。因此，在以后的暴雨預(yù)報(bào)中，應(yīng)以大的環(huán)流形勢和流場的預(yù)報(bào)為主要依據(jù)，再分析水汽條件、動力條件和不穩(wěn)定條件，并且不能以定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品作為主要的預(yù)報(bào)依據(jù)。