南靖縣2021年前汛期連續(xù)性暴雨過程分析

趙躍賓 曾慶芬 林詩詩 李景祥

(1.福建省南靖縣氣象局，福建 漳州 363600；2.福建省華安縣氣象局，福建 漳州 363800)

0 引言

暴雨是福建省主要?dú)庀鬄?zāi)害天氣之一，暴雨的發(fā)生常導(dǎo)致山洪暴發(fā)、江河泛濫，給國民經(jīng)濟(jì)以及人民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。例如1985年6月24—25日的暴雨到大暴雨天氣過程，給南靖縣造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。暴雨危害大，一直受到氣象工作者的重視，是氣象科研部門研究以及各級氣象臺預(yù)報服務(wù)的工作重點(diǎn)。鹿世謹(jǐn)[1]、葉榕生[2]研究了福建省暴雨的特點(diǎn)和成因，指出福建省的暴雨頻數(shù)、暴雨強(qiáng)度居我國前茅，由地形所致各地的暴雨頻數(shù)差異較大，低空急流與熱帶系統(tǒng)的作用是造成暴雨強(qiáng)度分布差異的主要因素，暴雨成因有鋒面系統(tǒng)、切變和熱帶系統(tǒng)；吳濱等[3]對福建省不同短歷時暴雨時空分布特征進(jìn)行研究，得出全省3個暴雨高發(fā)區(qū)，其中1個位于南部的漳州至龍巖西南部；吳啟樹等[4]分析了福建一次秋季大范圍暴雨成因；何芬等[5]對福建省冬季暴雨過程及其環(huán)流特征進(jìn)行分析；楊德南[6]分析了漳州市30年暴雨時空分布特征與影響條件；一些縣局預(yù)報服務(wù)人員對暴雨個例進(jìn)行分析和總結(jié)[7-9]；莊麗玲等[10]對南靖縣汛期暴雨氣候特征及其對農(nóng)業(yè)的危害性進(jìn)行分析，指出南靖縣前汛期暴雨主要集中在5月下旬—6月中旬。這些研究成果對指導(dǎo)暴雨預(yù)報具有積極作用。

本文利用2021年5月29—31日常規(guī)氣象觀測資料、診斷物理量資料、ERA5再分析資料、雷達(dá)回波以及南靖縣16個氣象自動站降水資料等進(jìn)行綜合分析，以期找到本次連續(xù)性暴雨的成因，為今后暴雨預(yù)報提供參考。

1 降水概況

受低層切變和地面靜止鋒影響，5月29—31日，福建省南靖縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)連續(xù)性暴雨天氣。全縣16個氣象自動站中，豐田、龍山2個站點(diǎn)連續(xù)3天出現(xiàn)暴雨，金山、奎洋、上洋、梅林、書洋、南坑、高港、船場8個站點(diǎn)連續(xù)2天出現(xiàn)暴雨(表1)。以龍山站為例，從降水曲線看(圖1)，29日14時開始出現(xiàn)較明顯降水，1h雨量達(dá)26.1mm，31日16時起，降水明顯減弱，31日16～18時無降水。

表1 2021年5月28日20時—31日20時降水量 單位：mm

2 環(huán)流形勢分析

有利的環(huán)流形勢是產(chǎn)生暴雨的主要因素之一，500hPa高空圖上，暴雨發(fā)生前48h(5月27日20時)中高緯度地區(qū)為兩槽一脊型，巴爾喀什湖至貝加爾湖為脊，脊前經(jīng)向度較大，東槽位于我國東北地區(qū)，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下影響福建省，是福建省前汛期常見的幾種暴雨環(huán)流形勢之一[11]。

從5月29日08時影響系統(tǒng)配置示意圖看(圖2)，地面靜止鋒和925hPa切變在南靖縣北部到廣東北部。850hPa切變位于湖南至廣西北部，南靖縣處于切變東南側(cè)暖區(qū)中。500hPa 中高緯度巴爾喀什湖以東為低槽區(qū)，東亞大槽位于日本海至東海，副熱帶高壓控制華南地區(qū)，南靖縣處在副熱帶高壓北側(cè)邊緣，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，與副熱帶高壓北側(cè)的暖濕氣流交匯。200hPa福建中南部為輻散區(qū)，有利于低層系統(tǒng)的發(fā)展。29日14時地面靜止鋒穩(wěn)定少動，南靖縣處在地面倒槽中，并受靜止鋒影響，產(chǎn)生了較強(qiáng)的降水，以龍山站為例，最大1h雨量達(dá)29.3mm。

圖2 2021年5月29日08時影響系統(tǒng)配置示意圖(“★”為南靖，下同)

30～31日，500hPa中高緯度貝加爾湖東部為低槽區(qū)，東亞大槽東移，副熱帶高壓小幅南落，副熱帶高壓北側(cè)多短波槽活動。850hPa高空圖上，30日08時靜止鋒切變在廣西北部到福建省中北部地區(qū)，南靖縣處在其南側(cè)偏西氣流急流左前方的輻合區(qū)。31日08時受低渦切變影響，東段暖切南壓到南靖縣北部(圖3)，這樣的形勢有利于暴雨的產(chǎn)生。地面天氣圖(圖略)上，29日20時～31日14時，靜止鋒在福建省南部小幅南北擺動，南靖縣一直受靜止鋒影響。31日20時，地面靜止鋒消失，南靖縣降水減弱。

圖3 2021年5月31日08時850hPa高空圖

3 診斷物理量分析

3.1 水汽條件分析

充分的水汽供應(yīng)是產(chǎn)生暴雨的必要條件。從850hPa比濕場看，南靖縣上空29日比濕12g·kg-1，30～31日比濕達(dá)16g·kg-1，表明南靖縣上空水汽比較充足。從850hPa水汽通量場看，29日08時水汽通量大值區(qū)在臺灣海峽南部，軸線指向暴雨區(qū)，南靖縣的水汽通量為12～14g·s-1·hPa-1·cm-1，30日08時南靖縣上空的水汽通量值在16g·s-1·hPa-1·cm-1以上(圖4)。31日08時水汽通量大值區(qū)在廣東沿海，軸線指向南靖縣一帶，南靖縣的水汽通量12g·s-1·hPa-1·cm-1，由此可見，南海有源源不斷的水汽向南靖縣上空輸送，為南靖縣這次連續(xù)性暴雨過程提供了充足的水汽。

圖4 2021年5月30日08時850hPa水汽通量場

3.2 熱力條件分析

假相當(dāng)位溫(θse)是表征溫度、氣壓、濕度的一個綜合物理量，θse越大，表明大氣狀態(tài)越不穩(wěn)定。通常暴雨發(fā)生在θse大值區(qū)[12]。從850hPa θse的分布看，29日08時θse大值區(qū)在臺灣南部及附近，南靖縣θse在72℃附近，29日20時南靖縣θse在76℃附近，30日08時(圖5)南靖縣θse達(dá)80℃，表明南靖縣上空大氣較不穩(wěn)定，有利于對流云團(tuán)的發(fā)展，從而導(dǎo)致地面暴雨發(fā)生。

圖5 2021年5月30日08時850hPa θse場

3.3 動力條件分析

未飽和的暖濕空氣從低層上升到高層達(dá)到飽和狀態(tài)，它不僅可以產(chǎn)生降水，而且對天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展形成正反饋?zhàn)饔?，并可觸發(fā)中、小尺度系統(tǒng)的發(fā)生，從而造成暴雨。

利用ERA5再分析資料，在南靖縣取一點(diǎn)(24.5°N、117.5°E)作5月29日08時～31日20時垂直剖面(圖6)。從圖6可見，5月29日08時～31日14時，從低層到高層都有上升運(yùn)動，最大上升運(yùn)動在400hPa附近，高層上升運(yùn)動大于低層上升運(yùn)動，即對低層有抽吸作用，使低層上升運(yùn)動得以維持，為暴雨產(chǎn)生提供了動力條件。

圖6 2021年5月29日08時—31日20時單站時間剖面圖

3.4 探空資料分析

大氣不穩(wěn)定是產(chǎn)生暴雨的條件之一。K指數(shù)可以反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況，K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。沙氏指數(shù)SI用來判斷大氣穩(wěn)定度，SI<0,表示大氣不穩(wěn)定,負(fù)值越大,不穩(wěn)定程度也越大。K指數(shù)>32℃、SI<0為有利于暴雨產(chǎn)生的區(qū)域[11]。選取距離最近的廈門探空資料(南靖縣無探空資料)作為參考，廈門29日08時的K指數(shù)為35.4℃，SI指數(shù)為-0.6℃；30日08時、20時、31日08時的K指數(shù)分別為39.9℃、40.1℃、39.6℃，SI指數(shù)分別為-2.12℃、-3.29℃、-1.89℃。這表明廈門附近不穩(wěn)定條件較好，有利于本次連續(xù)性暴雨天氣的產(chǎn)生。

4 雷達(dá)回波資料分析

從福建雷達(dá)回波圖看出，5月29日13時00分，在南靖縣與平和縣交界有一塊40～45dBZ的回波(圖7)向東北方向移動，13時30分，該回波移到南靖縣龍山鎮(zhèn)附近，最大回波強(qiáng)度增強(qiáng)到55dBZ，造成該鎮(zhèn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，隨后該回波向前移動影響豐田鎮(zhèn)。之后，又有后面的強(qiáng)回波影響這兩個鎮(zhèn)，使得這兩個鎮(zhèn)在13～15時的降水量分別達(dá)55.4mm和57.1mm。30日9時00分(圖8)，在南靖縣西部與龍巖市永定區(qū)交界處的回波強(qiáng)度達(dá)50dBZ，向偏東方向移動影響南靖縣部分鎮(zhèn)，同樣，不斷有回波東移影響，從而造成南靖縣部分鎮(zhèn)暴雨。31日6時00分(圖9)，廣東省梅州大片的回波向偏東方向移動，逐漸影響南靖縣，使得南靖縣部分鎮(zhèn)在7～14時出現(xiàn)40～57mm的降水。

圖7 2021年5月29日13時00分雷達(dá)回波圖

圖8 2021年5月30日9時00分雷達(dá)回波圖

圖9 2021年5月31日6時00分雷達(dá)回波圖

5 結(jié)論

①此次暴雨過程是在高空槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，與副熱帶高壓北側(cè)暖濕氣流交匯產(chǎn)生的。低層切變東移南壓并維持，有利于降水的持續(xù)，地面靜止鋒持續(xù)影響是產(chǎn)生連續(xù)性暴雨的重要因素。

②此次暴雨過程水汽充沛，850hPa水汽通量達(dá)12g·s-1·hPa-1·cm-1以上，為暴雨區(qū)源源不斷地輸送水汽。K指數(shù)>35℃，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于對流云團(tuán)的發(fā)展。高層上升運(yùn)動大于低層上升運(yùn)動，使低層上升運(yùn)動得以維持，為產(chǎn)生暴雨提供了動力條件。

③雷達(dá)回波的強(qiáng)度、移向在短臨預(yù)報中對降水的強(qiáng)度和落區(qū)具有一定的指示意義。