2020年9月7-8日云霄县暴雨到大暴雨天气过程分析

2021-08-04方文维樊佳明朱紫云

海峡科学 2021年6期

方文维樊佳明朱紫云

(1．云霄县气象局，福建漳州 363300；2．芦溪县气象局，江西萍乡 337200)

暴雨一直以来都是气象学者热衷研究的方向之一，而其精准预报仍是世界难题。王坚红等[1]对华南暖区辐合线暴雨地形动力机制数值模拟进行研究，表明粤东山脉侧向摩擦不仅增强辐合线强度和垂直上升运动速率，也维持降雨时长和雨带范围。罗聪等[2]对一次秋季冷空气影响下的暴雨过程进行分析，研究表明垂直上升运动特征先于暴雨反映出来，低层辐合与暴雨的出现时间比较一致。邓以勤等[3]对2019年3月5日福建暴雨落区预报偏差原因进行分析，指明全球模式对中小尺度系统的预报仍有较大误差，需加强模式预报检验评估。

在气象学上，产生暴雨的原因包括充足的水汽条件、强烈的上升运动、较长的持续时间。2020年9月7日夜间，云霄县出现一次明显的暴雨过程，部分乡镇出现了大暴雨，而从前期预报形势上分析，并未能预报出本次过程有如此明显的强降水，其产生原因值得进一步分析和探讨。

1 数据来源与处理

本文利用2020年9月7-8日云霄县及常山华侨经济开发区辖区内13个气象观测站的降水数据、高低空常规气象资料、雷达资料等实况资料，运用Ewips和Micaps分析9月7日夜间云霄县暴雨到大暴雨的天气形势特征及原因。

2 降水实况及特点

2020年9月7日20时～8日08时，云霄县出现了一次明显的强降水过程，其累计雨量、时空分布和降水强度均属罕见，具体特征如下：

①本次降水呈中部多，南、北部少的特点，降水主要集中在东厦及城关、常山观竹一带，空间分布不均，局地性较强。中部乡镇降雨量33.5(和平)～174.3mm(东厦)，其中莆美、东厦达到大暴雨，以东厦174.3mm为最大，而南部及西北部乡镇降水量在小到中雨量级(图1)。

②降水时段集中、强度强。本次过程主要降水时段集中在7日20时至24时，小时雨强、5min雨强以及过程累计雨量均以东厦为首，其小时雨强达75.2mm/h，5min雨强为13.2mm/5min(图2)。

3 环流背景形势分析

从大尺度形势图来看，本次降水主要影响系统是高空槽和低层暖式切变。200hPa云霄位于副热带西风急流入口区右侧，属辐散区。

图1 2020年9月7日20时～8日08时降水分布图 (单位:mm)

图2 2020年9月7日20时～8日08时东厦镇站点小时雨量 (单位：mm/h)

图3 2020年9月7日20时～22时东厦镇站点5分钟雨量 (单位:mm/5min)

500hPa亚欧大陆为稳定的两槽一脊形势，东槽位于华北到黄海一带，伴随台风“美莎克”北上汇入，东侧槽加深发展，台风“美莎克”减弱变性,详见图4(a)。而在高空槽西侧西北气流南下影响下，地面有小幅度增压。同时广东南岭一带在冷平流作用下，一股较为干冷的空气与副热带高压边缘的西南气流对峙，形成切变线，而这在850hPa上有所体现。

从850hPa高空图看，长江以南一带东北-西南向的切变线从上海伸至广西四川交界，而在福建与广东中部有一东西向的切变线压至云霄县南部，详见图4(b)。对应925hPa高空图看，一条东北-西南向的辐合线从华南东伸至广西中部，云霄受切变线南侧的偏南气流影响，详见图4(c)。暴雨发生时，高层辐散，低层风速辐合，这样的高低空配置有利于新鲜潮湿空气不断补充，增加了降水强度，导致暴雨的产生和发展。

(a)500hPa高空图 (b)850hPa高空图 (c)925hPa高空图

4 物理量场分析

充足的水汽是暴雨发生、发展和维持的必要条件之一。从各层相对湿度分布场来看(图略)，暴雨发生时，云霄中南部地区及附近海域在700hPa～925hPa的相对湿度均达到90%以上，表明暴雨区上空的水汽已相当饱和，有利于暴雨的发生。从7日20时850hPa 水汽通量来看(图略)，云霄的水汽通量在8×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，台湾海峡南部水汽通量在10×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，属水汽通量大值区。来自台湾海峡的水汽在西南气流的引导下，为这场暴雨源源不断输送水汽。

从500hPa、850hPa20时散度场和涡度场(图5)来看，高空的涡度为-8～-12s-1，属负涡度辐散场，低层的涡度为4～8s-1，为正涡度辐合，这样高低空配置反映出有较强的垂直上升运动，有利于强降水的产生。研究表明，暴雨一般产生在中低层辐合、高层辐散的正涡度最大值中心下方和负涡度中心西侧[5]，而云霄县出现大暴雨的东厦镇、莆美镇正是负涡度中心西侧方向。

(a) (b) (c)

从7日20时的垂直上升运动速度分布图(图5)来看，我国东部沿海各层都存在垂直上升运动，特别是东北到日本一带，处在垂直上升运动的大值区，而云霄的垂直上升运动速率在700hPa为最大，大致为-12×10-3hPa·s-1。20时云霄925hPa 散度-5×10-5s-1，400hPa 散度 15×10-5～16×10-5s-1，表明在较强的垂直上升运动下，促进水汽的抬升，导致水汽凝结致雨。

假相当位温是综合表征大气的气压、温度、湿度条件的物理量。从假相当位温空间垂直分布来看(图6)，暴雨所在地形成低层假相当位温高、高层低的分布特点，尤其是低层1000hPa假相当位温达82K，处于暖区当中，这样结构有利于低层暖湿气流的抬升，形成不稳定层结。而从850hPa假相当位温分布图看，南海为假相当位温大值区，呈Ω高能舌，江苏一带为低值区，而福建、浙江处在能量锋区附近，云霄偏向暖区一侧，假相当位温在72～76K之间，因此易产成暴雨和强对流。

K指数是反映热力稳定的的物理量，从图6(b)可见，福建南部K指数都达到36℃以上，云霄接近40℃，预示着大气层结的不稳定。而SI指数看，云霄-2℃

T-lnP图是判断大气层结稳定度、预报强对流天气的重要工具。从厦门站T-lnP图(图7)上看，层结曲线、状态曲线、露点曲线三线呈狭长型分布，层结曲线位于状态曲线左侧，表明整层的不稳定能量较强，而露点曲线和层结曲线两线接近，进一步说明空气中水汽接近饱和；低层东南风随高度变化转为偏西气流，风速逐渐加大，表明垂直风切变较大；这样的高低空配置非常有利于暴雨天气的发生、发展。

图7 2020年 9月7日20时厦门站(59134)探空曲线图

5 雷达图分析

从福建雷达拼图(图8)和漳州多普勒雷达图(图略)看，7日20时，潮汕沿海一带对流云团开始发展，呈西南-东北走向，云团移速缓慢、呈现典型“列车效应”。7日20时～24时降水回波处于发展阶段，云霄境内最强回波为50～55dBZ，液态含水量VIL为20～25kg/m2，降水率达75.2mm·h-1。从径向速度场(图略)看，7日19时零速度线呈“S”型，表示风随高度顺时针旋转，进而表明中低层有暖平流，而正区的面积小于负区的面积且后续负区面积增大，表明低层存在辐合且辐合增强。由于回波降水效率高，云霄县处于副热带高压边缘(图4)，降水回波带在500hPa的弱西南气流(6m·s-1)引导下，不断叠加在云霄县中部一带，造成本次云霄县中部一带出现明显的暴雨天气。8日0时，回波不断减弱消散并东移出云霄县上空，云霄县降水明显减弱。