2018年9月7日宁德市大暴雨过程分析

赵海峰， 陈骥

宁德市气象局，福建 宁德 352100

暴雨是影响宁德的主要气象灾害之一，而西南涡是造成暴雨的重要天气系统之一.许多学者也从不同方面研究西南涡暴雨的热动力条件及结构特征[1～2]，加深了西南涡暴雨机制的认识.同样受西南涡和切变线影响，2018年9月7日福建省大部分地区出现暴雨、区域大暴雨，其中宁德降水时段集中在9月7日08时～22时，在14小时内，宁德126个乡镇的自动站资料：累计雨量超过25 mm的有92个，其中超过50 mm的有66个，超过100 mm的有14个，最大为蕉城蕉北205.1 mm，其次为蕉城城南184.2 mm.

本文利用常规观测资料和EC、NCEP 0.25°×0.25°再分析资料，对这次暴雨过程进行动力和热力学诊断分析，为西南涡引发的暴雨预报提供参考.

1 天气过程概况

9月7日08时～22时，福建省大部分地区出现暴雨、区域大暴雨.统计2018年09月07日08时～09月07日22时共14小时，宁德市126个乡镇的自动站资料：累计雨量超过25 mm的有92个，其中超过50 mm的有66个，超过100 mm的有14个，最大为蕉城蕉北205.1 mm，其次为蕉城城南184.2 mm.17 时～20 时蕉城区气象站3小时降水161.1 mm，破了蕉城区气象站3小时降水量历史记录(图1).

2 大气环流形势场分析

此次区域暴雨、大暴雨过程影响系统主要是西南涡、切变线.6日20时到7日20时西南涡向北偏东移动，7日白天是最强降水时段，高空经向度加大，槽加深，低空西南涡经过福建省东南部，超低空在暴雨、大暴雨区有偏东风与东北风辐合，造成沿淮一带的暴雨、大暴雨.

图1 2018年09月07日08时～8日08时累计雨量(mm)
Fig.1 Accumulated Rainfall from 08:00 to 08:00 on September 7,2018(mm)

2.1 触发大暴雨的环境场

在这次大暴雨发展过程中，从9月6日08时至7日20时，500 hPa(图略)，亚洲中高纬呈两槽一脊形势.副热带高压稳定控制长江以南.6日08时高原上有短波槽发展，700 hPa和850 hPa低压环流已经明显.在6日20时，850 hPa低涡切变线开始影响长江以南地区.6日20时后700 hPa急流加强，急流轴由四川东部伸展到福建地区.同时850 hPa切变位于重庆、湖北及江苏中部地区，925 hPa为偏东气流.

随着高空槽的继续东移，西南涡东北向移动，低涡中心移到济源市附近；人字形切变线分别位于豫北和豫西.西南气流较08时减弱，但700 hPa存在显著流线，辐合区到了沿黄地区.850 hPa切变位于南阳、平顶山、许昌、商丘一线，降水中心区沿850 hPa切变线展开.19日08时500 hPa槽已经移到河南东部，槽的经向度加深，由东北西南向转为南北向；700 hPa切变南落到淮河，在南阳南部到驻马店中部，与850 hPa切变接近.925 hPa在豫南有偏东风和偏北风的辐合，切变线在安徽中部到湖北东部地区，因此19日白天降水主要集中在淮河以南，低层切变线附近.对南阳地区来说，降水趋于结束.

2.2 西南急流的影响分析

在此次天气过程中，槽过境速度快，影响时间短，短时强降水特征明显.降水在7日中午有加强趋势，这与西南气流的进退演变有关.由实况图可以看出在7日08时700 hPa有明显的急流.选取6小时间隔的EC再分析数据，对700 hPa、850 hPa及925 hPa的风场进行分析，判断中低层风在此次暴雨过程中的作用.

此次过程中700 hPa出现了较为明显的急流，风速达到14 m·s-1.7日02时西南风加强，辐合线位于湘赣地区；08时可以看到辐合线维持且东伸，宁德地区风速达到10 m·s-1以上，且风速变化明显，说明有强的风速辐合.在700 hPa的风场图中可以看到，虽然此次急流轴的长时间存在和维持，但西南气流仍比较明显.在6日20时开始西南气流不断发展，7日08时达到强盛状态.后期西南地区水汽输送减弱，使得在7日22时后虽然仍存在强风速辐合区，但整体降水量较前期大幅减小.强降水区的分布在各时段都在大风速区里，在辐合线及风速辐合区的南侧.

分析850 hPa和925 hPa风场，可以看到在7日08时宁德地区处于大风速区，为东南气流控制，超低空为强盛的偏东气流里，风速达10 m·s-1，加之地形影响，7日白天在宁德出现了大到暴雨.

对垂直风切进行分析，在7日02时后随着中低层风速加大，南部的0 km～3 km风切变也逐渐加大.在7日08时宁德出现了18 m·s-1的切变大值区，与同时段强降水站点吻合.

分析结果表明:整体来看低涡在福建影响时间较长，造成多个站点的大暴雨.分析其低层风可以看到急流持续时间并不长，仅在700 hPa存在急流.在7日白天西南急流形成输送水汽，7日22时后水汽输送减弱，大量水汽辐合，配合850 hPa偏东风及超低空偏东风，造成了强降水.降水区位于700 hPa辐合线南侧，与850 hPa辐合区及0 km～3 km大垂直切变区对应较好，原因可能有两个方面：一是700 hPa急流提供了充沛水汽，造成大气静力不稳定加强,有助于中尺度系统和暴雨的发展[3]；二是0 km～3 km垂直切变大有利于上升气流不断发展，持续较长时间[4]，影响范围大.

3 暴雨过程的中尺度结构

3.1 涡度和散度场

对700 hPa的涡度场进行分析，可以看到7日08时有强的正涡度区位于湘赣一带以正的切变涡度为主.随着西南涡的东北移，曲率涡度加大，同时带动福建切变涡度的增加，可以看到在强的降水时段7日08时～22时存在低层为负(<-2×10-5·s-1)，中层为正(700 hPa>2×10-5·s-1)的涡度结构.也从侧面说明了强降水过程持续时间短，结束迅速.根据赵桂香[5]等的研究，低层切变线附近产生的气旋式辐合造成的上升运动能够触发夏季的MCC，对降水的发展十分有利.在涡度的时间剖面图上也可以看到，虽然存在中低层正涡度，高层负涡度的情况，但持续时间不长，中层正的切变涡度提供了上身运动的动力条件.

散度场的剖面图中可以看到主要降水时段900 hPa以下为正，中层散度在降水时段为负，20时之后低层逐渐转为负，降水强盛时段高层正散度增加，这表明高空有一定的辐散抽吸作用.与典型的500 hPa散度以下为负，850 hPa或925 hPa辐合最强的散度场基本符合.

由以上分析可知:大暴雨中心附近存在低空辐合、高层辐散，在暴雨发生、发展时,高空的辐散较明显，但低层辐合区较暴雨落区偏南.

3.2 水汽条件分析

环境大气所含水汽的充沛强度与暴雨量级有密切关系.选用比湿来考察大暴雨区水汽充沛程度及其演变特征.分析各层比湿随时间演变(图2)可知：6日20时后各层比湿都有所增加，中上层比湿迅速达到极值，低层比湿有一个波动变化，在7日08时后达到峰值，850 hPa达到12 g·kg-1，在T-logP图(图略)上整层均为湿层.7日22时后整层水汽迅速下降，降水也明显减弱.

图2 比湿和扰动比湿的时间高度剖面图(站点119°E，28.4°N，时间轴为世界时)
Fig.2 Time-height profiles of relative humidity and perturbation-specific
humidity (Site 119 degrees E, 28.4 degrees N, time axis world time)

扰动比湿是指28.4°N, 119°E格点上的比湿与同纬度上比湿平均值的差，用扰动比湿来分析能够清楚地看到东西向水汽变化的时间及幅度.可以看到7日08时前整体为负扰动比湿，在整个纬度区上水汽是相对较少的，也说明高湿区及对应降水区在西部；08时后比湿迅速增加，500 hPa～1 000 hPa扰动比湿均为正值，其中700 hPa、850 hPa增加明显，说明在08时后中、低层水汽辐合.在主要降水时段，正扰动比湿呈柱状，一定程度上表明暴雨水汽柱特征[6].

由以上分析可知:在暴雨发生前，有水汽输送，水汽已接近饱和，在暴雨时段整层比湿达到峰值，此次850 hPa比湿在10 g·kg-1～12 g·kg-1，较福建省暴雨的物理量诊断指标[7](850 hPa≥12g·kg-1为产生大雨以上量级降水的参考值)略小.扰动比湿呈柱状说明了暴雨的湿气柱特征.

3.3 垂直速度

从6日20时开始,在福建地区,对流层以下层次出现上升运动区，上升运动中心区在700 hPa，到7日08时,主要上升运动区停留在宁德地区，上升运动区最强达到-1.4 Pa·s-1，开始形成强降水.从垂直速度的时间剖面图上可以看出，700 hPa以上在7日08时后转为上升运动，低层仍以下沉运动为主，对应暴雨发生时刻.从大暴雨发生、发展强盛时刻(7日08时)的垂直速度场剖面图上可以看到:宁德地区对流层以下上升运动区达到最强，500 hPa强度中心值为- 0.6 Pa·s-1.将其与散度场结构对比，可以看到垂直上升运动结构和散度场相吻合，有利于暴雨的形成[8].

图3 垂直速度和风场的时间高度剖面图
Fig. 3 Time-height profile of vertical velocity and wind field

这次天气过程具有良好的动力场特征，但影响时间短，同时北部垂直速度场低层呈辐散，不利于降水，因此此次降水分布有明显的南多北少的特征.

4 数值预报检验

欧洲中心数值预报、T639、华东和华南区域模式对这次强降水过程均作出了较为准确的预报，并对宁德单站的水平风、相对湿度、垂直速度等做出了很好的预测，GERMAN和ECMWF06日20时预报24小时降水量级为中到大雨，JAPAN06日20时预报24小时降水量级为小雨，T639 06日20时预报24小时降水量级为小雨，华东和华南区域模式06日20时24小时预报宁德市有暴雨，中部和东南部大暴雨，并较好的预报了强降水区域，其余各数值预报的降水量级预报均偏小.

图4 多模式预报对比分析Fig. 4 Comparative analysis of multi-model forecasting图5 欧洲中心模式单站(宁德)时间剖面图Fig. 5 Single Station (Ningde) Time Profile of ECM

5 结论

(1)此次区域暴雨、大暴雨过程影响系统主要是西南涡和切变线.6日20时西南涡开始影响，其向北偏东移动，7日08时高空经向度加大，槽加深，低空西南涡经过，超低空在暴雨、大暴雨区有偏东风与东北风辐合，造成宁德一带的暴雨、大暴雨，是最强降水时段.

(2)700 hPa在6日夜间存在西南急流输送水汽，7日08时输送减弱，宁德出现大量水汽辐合，配合850 hPa偏东风及超低空偏东风，造成了强降水.降水区位于700 hPa辐合线南侧，与850 hPa辐合区及0 km～3 km大垂直切变区对应较好，原因可能有两个方面：一是700 hPa急流提供了充沛水汽，造成大气静力不稳定加强,有助于中尺度系统和暴雨的发展；二是0 km～3 km垂直切变大有利于上升气流不断发展，持续较长时间，影响范围大.

(3)700 hPa涡度以曲率涡度为主，涡度场低层正涡度高空负涡度的状态持续时间短，降水结束迅速的一个表现.由动力场分析可知:大暴雨中心附近存在低空辐合、高层辐散，在暴雨发生、发展时,高空的辐散较明显，但低层辐合区较暴雨落区偏南.

(4)此次过程850 hPa比湿峰值为10 g·kg-1～12 g·kg-1，924 hPa为12 g·kg-1～14 g·kg-1，整层大气可降水量在强降水时段为55 g～60 g，其大值区对暴雨落区有一定的指示作用.