长乐区一次极端暴雨的诊断分析

林丽萱?吴姗?郑中凯?姚林塔

摘 要：利用2023年7月16—17日探空资料、长乐X波段雷达资料、常规地面自动站观测资料、EC再分析资料和多模式、短时潜势预报等资料，针对 7月17日05：00～10：00福州长乐部分乡镇发生的短时强降水进行诊断分析，结果表明：台风远距离倒槽在我国台湾海峡北部西侧边界层诱生低涡、地面中尺度辐合线为极端暴雨提供了环流背景；东风波动激发中小尺度系统、沿岸偏东气流辐合为极端暴雨提供了对流触发机制和充沛水汽；环境场满足低层水汽充沛、湿层深厚和垂直风切变较弱，该强降水回波具有典型的低质心特征。

关键词：倒槽；东风波；对流机制；水汽

中图分类号：P458 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

福建是中国受台风影响严重的省份之一，每年平均有1～2个台风登陆[1]，台风带来的狂风暴雨致灾性极强，给人民生命财产、生产生活造成重大损失。研究发现，台风暴雨通常产生在4块区域：台风前飑线、台风环流本体、台风倒槽和台风后[2]。其中，台风倒槽产生的暴雨往往很强，有时甚至超过台风中心暴雨，是台风暴雨分析预报中的难点。强降水回波与倒槽辐合区密切相关，而东北风和东南风的相互渗透交汇形成的中尺度的气旋性辐合是产生极端短时强降水的关键系统，低层强辐合上升、高层下沉辐散，为中小尺度系统加强和维持提供动力条件。2023年7月16日夜里至17日早晨，福州晋安区、长乐区出现暴雨、大暴雨，局地特大暴雨，过程最大雨量为晋安区宦溪镇375.5 mm，強对流天气特征明显，降水短急，实属罕见。这是一次典型的台风远距离倒槽辐合区产生的局地极端暴雨。下面内容以长乐区降雨特征为例，进行物理诊断分析，为防灾减灾服务累积个例经验。

1 降水实况特征

7月16日夜里到17日白天，长乐区部分乡镇出现暴雨，局部大暴雨，统计16日20：00～17日10：00累计雨量发现，全区共有9个乡镇（街道）雨量超过50 mm，其中江田镇、文武砂街道、航城街道雨量超过100 mm，以江田镇233.8 mm为最大（图1）。降水时段主要集中于17日05：00～10：00，降水特征表现在有两个地域性强中心，两个时间段，局地性明显，强降水短急，小时雨强大。

其中，一个中心为沿海江田镇和文武砂街道，降水时段为17日05：00～07：00、08：00～10：00，江田镇06：00及07：00的小时雨量均超过50 mm，最大小时雨强75.9 mm。

后一时段文武砂街道小时雨强53.3 mm。另一个中心是以老城区为中心覆盖周边乡镇，强降水时段为17日07：00～09：00，创下本次过程最大小时雨强90.5 mm（航城街道石屏山，高山站），5 min雨强14.8 mm。国家站小时雨强59.1 mm，5 min雨强10.4 mm。降水效率高，时间短急，极端性明显。

2 环境场分析

2.1 高度场特征

16日20：00 500 hPa（图2a），4号台风“泰利”位于南海北部，东北冷涡槽底伸至山东南部至安徽北部一带，588线东退至沿海，西脊点在长三角沿岸，福建中北部为北偏东气流，环境场风速小；850 hPa福建沿海中部存在一条东北—东南风速、风向中尺度辐合带（图2b）；17日02：00，地面台风倒槽扩展至我国台湾海峡中南部，福建三明至福州沿海一带有一条东西向辐合带，08：00之后辐合带有所北抬（图2c）。此次暴雨过程为台风倒槽低层偏东辐合气流下扰动所致，边界层（925 hPa以下）NE与SE的风向辐合，在福州南部沿海形成水汽辐合中心，夜间海上来的冷湿气流与陆上暖湿气流汇合，加剧触发对流机制。另外，中高层辐散，强抽吸作用造成降水高效，量大而快。

2.2 流场特征分析

在有利于强降水的环境条件下，中气旋或比中气旋尺度更大的涡旋均会导致降水增幅[3]。从EC流场上看（图3），这次暴雨过程是低层福州南部沿海到平潭诱生的低涡环流北侧偏东气流辐合所致，无大尺度环流引导低压移动，低涡停滞少动。在暴雨能量释放后，低涡中心逐渐减弱直至消散。

2.3 对流触发机制及水汽来源

强对流发生发展主要取决于低层触发机制，充沛的水汽是强降雨形成的重要条件，而水汽的辐合辐散则是暴雨形成的关键[4-5]。16日20：00、17日08：00福州站探空资料显示（图4），20：00大气层结显示16日夜里福州上空700 hPa以下各层几乎饱和，低层暖湿，而700 hPa以上冷干，对流性不稳定，只要稍有凝结（上升或冷空气）就可以产生明显的降水。08：00显示福州上空湿层明显增厚，存在水汽通量辐合，表明有效降水概率增大。从16日20：00至17日08：00各指标变化来看，K指数从39.1 ℃增长至42.3 ℃，CAPE值从851.6 J/kg升至1 113.3 J/kg的强对流发生发展主要取决于低层触发机制，充沛的水汽是强降雨形成的重要条件，而水汽的辐合辐散则是暴雨形成的关键[4-5]。16日20：00、17日08：00福州站探空资料显示（图4），20：00大气层结显示16日夜里福州上空700 hPa以下各层几乎饱和，低层暖湿，而700 hPa以上冷干，对流性不稳定，只要稍有凝结（上升或冷空气）就可以产生明显的降水。08：00显示福州上空湿层明显增厚，存在水汽通量辐合，表明有效降水概率增大。从16日20：00至17日08：00各指标变化来看，K指数从39.1 ℃增长至42.3 ℃，CAPE值从851.6 J/kg升至1 113.3 J/kg，SI指数由-2.37 ℃加强到-3.36 ℃。上述指标表明，16日夜里福州上空不稳定能量在加剧，空气不稳定度持续增强，为短时降水、强雷暴创造了有利条件。SI指数由-2.37 ℃加强到-3.36 ℃。上述指标表明，16日夜里福州上空不稳定能量在加剧，空气不稳定度持续增强，为短时降水、强雷暴创造了有利条件。

3 雷达特征

根据长乐X波段相控阵雷达资料可以看出（图5），在第一个强降水时段，强降水中心（江田镇沿海）存在中-γ尺度系统，沿海有风速风向辐合；第二个强降水时段长乐中部南北向有辐合线，存在两个中-γ尺度系统，辐合线西北侧有西北—偏西气流辐合，东南侧沿海有偏东气流辐合。由于中高层引导气流弱，回波单体滞留。7月17日04：30起，长乐西南部与福清交界处及长乐松下镇有多个对流单体发展，并向北偏东方向缓慢移动，松下镇上空单体沿沿海方向向上移至江田镇上空时，05：00出现滞留现象，最大回波强度在55 dBz以上，对流单体质心主要集中在5 km以下，降水效率高。单体中不断有强回波的发生与消失，从而造成江田镇05：00～07：00雨量（2 h雨量）达142.1 mm。第二个时段08：30～10：00，有多个对流单体发生发展，其一长乐西南部回波单体生成，并向北偏东移动发展，到营前街道、航城街道、吴航街道上空时回波滞留；其二沿海江田镇回波加强，并伸展至文武砂街道。两区域回波最强也在55 dBz 以上，10：00之后强回波本体能量释放完，降水明显减少。

4 地形增幅作用

陈潜等[6-7]研究表明，山地通过动力作用和热力过程使相应的空气层中天气尺度系统和气流发生重大改变，地形产生的垂直速度和风场变化对暴雨的动力作用，在同样天气形势下，迎风坡的降水量要比其他地区大，原因在于迎风坡受动力强迫抬升、局地辐合辐散及降雨微物理作用的影响，降雨强度要比其他地区偏大。中小尺度地形通常对降水中心的落区、落点有着显著的影响，地形与降雨关系很密切。长乐区航城街道石屏山为高山站，海拔640 m，在尺度上属于中小尺度地形。在对流云团移动至该地区时，由于迎风坡的爬升作用，气流辐合上升，增强上升运动。此次第二时段最大雨强在石屏山，说明迎风坡地形对强降水增幅起一定的作用。

5 预警预报难点分析

从多模式3 h降水预报来看，各家模式在预报长乐区16日夜间降水方面存在分歧，以小雨量级为主，中尺度模式CMA-SH、CMA-GD也未体现暴雨落区。福建省氣象台指导的强天气对流潜势预报指出，7月16日20：00～17日08：00，预报时效内福建省西部和沿海局地有30～50 mm/h的短时强降水和7～9级雷雨大风，落区无福州地区一带。福建省气象台7月17日04：40发布的短时强天气报告：预计未来2 h（04：40～06：40）福州部分市县有短时强降水，其中福州（连江、鼓楼、闽侯、罗源、晋安、闽清、仓山、马尾）2 h累计降水可在50～70 mm，同样未提及长乐的强降水落区。17日05：19收到福建省气象台客观指导预报提示，长乐江田镇过去半小时达30 mm，实况局地强降水发生发展，这才给当班预报员起到预警作用。

从上述预报分析来看，无论是多模式还是省台客观指导，都未体现可预测性，可见此次过程的突发性和极端性。

6 结论

在南海北部的台风产生远距离的倒槽，引发我国台湾海峡北部偏东入口气流，加上沿岸下垫面摩擦因素，边界层诱生出低涡，其北侧偏东气流辐合提供充沛水汽，地面中尺度的辐合线对对流的触发和发展起到增强作用，造成局地强对流天气，短时降水强急效率高。

探空资料表明，7月16日夜间福州上空对流性不稳定，在倒槽东风系统中激发的多个中小尺度对流系统，提供了对流触发机制，沿岸东北与东南气流的辐合加强对流上升运动，并有大量水汽聚集；雷达回波特征表明低层水汽充沛、湿层深厚和垂直风切变较弱的环境下，对流单体有明显低质心特征，使得降水时短量大；山地地形在同等天气系统下，降水有一定增幅。

对台风远距离倒槽下产生的局地短时极端强降水，在预警预报上存在很大难度，需要加大个例累积，加强对这些方面的研究。

参考文献

[1] 林小红，蔡义勇，韩美，等.双台风“纳沙”和“海棠”登陆后强度变化成因及对比分析[J].气象与环境学报，2021，37（2）：2-11.

[2] 潘婧茹，张雪蓉，马明明，等.2012年“海葵”台风影响江苏的两段大暴雨特征分析[J].气象科学，2016，36（1）：102-111.

[3] 俞小鼎，周小刚，王秀明.雷暴与强对流临近天气预报技术进展[J].气象学报，2012，70（3）：311-337.

[4] 陈有利，钱燕珍，潘灵杰，等.一次与台风相关联的浙江东北部暴雨成因及预报难点分析[J].干旱气象，2018，36（2）： 272-281.

[5] 段晶晶，钱燕珍，郭建民.“莫兰蒂”外螺旋雨带在浙江局地发展引发大暴雨成因分析[J].干旱气象，2019，37（1）：57-66.

[6] 陈潜，赵鸣.地形对降水影响的数值试验[J].气象科学， 2006，26（5）：484-493.

[7] 廖菲，洪延超，郑国光.地形对降水影响的研究概述[J].气象科技，2007，35（3）：309-316.