上海一次切變線暴雨天氣過程分析

劉海軍

摘 要：利用MICAPS資料、葵花衛星資料、天氣雷達資料、虹橋機場觀測METAR實況觀測報文資料、華東空管局AMEFS預報系統、美國NCEP數值預報和江蘇省氣象局WRF模式等數值預報產品綜合分析了上海1次切變線暴雨過程。結果表明：切變線南側衍生出的中小尺度系統是導致上海地區2次強對流天氣的直接原因，大暴雨水汽主要來源于南海，南海熱帶低壓系統為此次天氣過程的水汽輸送提供了動力支持。AMEFS 預報模式（ARPS）對上海地區的強對流天氣發生，以及暴雨落區預報均存在較明顯偏差，屬于漏報，但是其高空探空產品預報較為貼合實況。NCEP全球模式預報產品，對于中小尺度系統產生的強天氣，參考意義不大。WRF模式較好地預報了上海地區此次強天氣過程，效果較佳。

關鍵詞：切變線；暴雨；中小尺度系統；數值預報；雷達回波

中圖分類號 P458.121.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）12-0123-5

1 引言

暴雨天氣會影響飛行安全，尤其是在飛機的降落階段和起飛爬升階段。朱乾根[1]、丁一匯[2]等的研究，對切變線系統引起暴雨的預報和科學研究奠定了理論基礎。曹曉崗[3]等對上海2001年08月05日特大暴雨與2008年08月25日大暴雨進行了對比分析表明，2次暴雨過程由不同的天氣系統引起，前者是熱帶低壓影響產生，后者是中緯度低渦切變引起，但是2次過程中低緯度不同氣團的相互作用對暴雨的產生具有十分重要的作用。2017年9月24—25日上海地區受切變線系統影響，出現了大暴雨天氣過程，此次過程持續近48h，對上海地區的航空飛行造成嚴重影響。本文利用MICAPS資料、葵花衛星資料、天氣雷達資料、虹橋機場觀測METAR實況觀測報文資料、AMEFS和美國NCEP與WRF數值預報產品綜合分析了此次暴雨過程。

2 實況資料分析

2017年09月24—25日安徽中部、江蘇南部、上海地區出現了暴雨天氣，局地大暴雨。數據顯示，常州、無錫、蘇州、上海局部過程降雨量超過300mm，無錫、蘇州、上海寶山打破9月暴雨記錄。24日上海虹橋機場24h累計降水量為63.6mm，達暴雨量級；25日降水量則達到了113.4mm，達大暴雨量級。

24日葵花衛星水汽圖像，在南海北部海南島附近有水汽高亮區域，是水汽含量的大值區，華東南部受副高控制，水汽含量極低。華東中部蘇皖—上海一線，從8：00（圖a）開始，水汽逐漸增加，分析圖c、d、e水汽輸送趨勢可以比較清楚地看到，華南地區的水汽由西南急流輸送至蘇皖南部，至17：00（圖d）蘇皖南部地區水汽已經十分充沛。23：00（圖f）上海地區的大暴雨剛剛結束，水汽大值區東移入海，但蘇南太湖附近（圖f）仍有較大片水汽大值區域，這也是25日上海北部1：30—2：30較強雷陣雨的水汽來源。

圖2為虹橋機場24日和25日逐小時實況降水，可以看到24日虹橋機場有2個強降水時段，出現在19：00—21：00和2：00—4：00；相對于24日、25日總的降水量更大，降水時段也更分散，降水最強時段出現在傍晚18：00—20：00，夜晚24時以后降水基本趨于停止。24日上海虹橋機場累計降水量為63.6mm，暴雨量級，25日降水量則達到了113.4mm，大暴雨量級。

從上面高空三層風場可以看到，我國東北地區受西風槽系統控制，華東南部至華南地區受副熱帶高壓反氣旋環流牢牢控制，在南海北部海南島附近有熱帶低壓系統西北方向移動，華東中部地區切變線系統逐漸生成，并東伸加強。從700hPa和850hPa風場可以看出，切變線系統南側上游地區西南偏南氣流有迅猛加強的趨勢，南海北部熱帶低壓系統為華東中部切變線提供了充足的水汽輸送，它如同一個水汽泵站，加大馬力將西北太平洋和南海的濕熱空氣抽向副高北側的長三角地區，地處長三角的上海地區受到異乎尋常的豐沛的水汽支持，這是直接導致了此次過程的激烈程度的重要原因。

表1是虹橋機場實況觀測報文，由報文可以看到24—25日晨虹橋機場經歷了2次陣雨或雷雨過程，分別是24日19：14—20：00左右和25日1：30—2：30，2個時段均出現了大陣雨或大雷雨的天氣。其中19：14—20：00出現大陣雨天氣，無雷暴，25日1：30—2：30則出現大雷雨天氣，2個時段的小時雨量均達到了20mm以上（圖2）。

3 天氣形勢分析

高空500hPa高緯時兩槽一脊形勢，華東北部弱脊控制，上游地區四川盆地北部有小槽活動，副高較強盛且穩定，588線位于北緯30度附近，592線中心控制臺灣海峽，中心位勢高度可達5940以上，強度絲毫不遜色盛夏。

500hPa華東地區弱脊控制，安徽北部有冷槽東移，江蘇地區西北急流，并且在長三角地區有冷區存在。700hPa高緯形勢類似于500hPa，四川盆地有低渦切變，切變線至河南—蘇皖北部一線，華東南部副高控制，海南島有熱帶低壓活動。可以看到切變南側，副高外圍西南氣流較旺盛。850hPa切變線位于江蘇中部—安徽北部一線華東南部副高外圍偏南水汽輸送較強。可以看到南海熱帶低壓給華東中南部輸送了大量的水汽，是此次過程水汽的主要來源。地面圖上，華東北部弱高壓后部控制，華東中部倒槽輻合逐漸形成。綜上分析：副熱帶高壓持續穩定，是大暴雨發生的先決條件。正如上述高低空環流配置，導致了冷暖空氣在蘇皖—上海上空的長時間匯合，是暴雨天氣的直接原因。

4 中尺度分析

從上面逐小時華東雷達拼圖可以看出，主要降水區位于切變線附近，即蘇皖和上海地區，呈東西帶狀，從09月24日16：00至25日03：00，上海地區大暴雨過程主要分為2個主要時段。24日19：00—20：00和25日1：00—3：00。

16—19時帶狀降水云團中強降水中心逐漸東移南壓，由安徽滁州附近經江蘇鎮江東移至太湖附近（圖5d）。19時在帶狀回波帶南側，江蘇昆山附近衍生出一近似弓狀回波（圖d），強度在45dbz以上，并逐漸南壓（圖5e），這導致了上海北部地區19：00—21：00的暴雨天氣。很明顯這是切變線南側對流云系產生的中小尺度系統。恰恰數值模式（圖6）無對此次過程有過描述，均預報對流云團東移由崇明島及以北入海，皆漏報了這一重要過程。

20：00—22：00（圖5e、圖5f、圖5g）強對流云團掃過上海中北部地區，22時后入海，上海雨止。23：00—00：00（圖5h、圖5i）可以看到在無錫上空又有東北—西南向強對流云團向東南方向移動，南北長約100km，東西約50km，雷達回波強度50dbz以上。

1：00—3：00（圖5j、圖5k、圖5l）強對流云團覆蓋上海，上海出現較長時間的大雷雨（表1），累計小時累計雨量超過20mm（圖2）。3：00對流云團移過虹橋，位于浦東上空，上游無對流云團，4：00—9：00上海無降水，降水天氣間歇。

由上述雷達圖像分析可以看出，影響上海地區的2次強對流天氣，皆由切變線南側衍生出的中小尺度系統引起，生命史1～2h，強度強。對于這2個強天氣過程，多個數值模式均存在較明顯漏報。

5 數值預報對比分析

圖6為AMEFS預報模式預報產品，圖6a為24日11UTC預告圖，和實況對比（圖5），總體形態基本吻合，但在關鍵區域并不夠準確，尤其對于上海北部區域的強降水落區并無體現。安徽和浙江北部地區的降水區也屬于空報。圖6d為17UTC，對比實況雷達圖，總體形態吻合較好，強降水中心也比較匹配，但是通過圖6b、6c，15-17UTC 3個時次的連續性和實況雷達圖對比可以發現，造成上海地區25日1∶30—2∶30的大雷雨，是由江蘇南部地區對流云團東移南壓所致，然后AMEFS預報模式則是由浙江北部空報對流云團東移造成，顯然這是不準確的。

圖7a可以看到800hPa以下虹橋機場濕度很大，水汽含量很高，并且950hPa以下有逆溫層存在，950hPa以上逆溫層逐漸消失。圖7b逆溫層仍然存在，水汽含量仍然很高，但是較圖1高空的水汽已有減少，這與天氣實況是吻合的，11：14UTC—11：37UTC虹橋機場出現大陣雨，12UTC已經結束，高空水汽由于大陣雨降落而減少，地面水汽含量則很高。綜上，AMEFS預報模式的高空探空產品預報較為貼合實況。NCEP預報模式6h累計降水預報，整體的降水形態大體吻合，但對流強降水中心落區的預報存在偏差，尤其是上海地區的強降水，存在漏報。對于中小尺度系統產生的強天氣，參考意義不大。

WRF模式風場預報，850hPa和925hPa蘇皖中部地區有切變輻合存在，相對于11：00（北京時19：00），17：00（25日01：00）切變南側西南氣流有明顯加強，出現了低空急流，且切變東段有南壓趨勢。圖9a可以看到在江蘇太倉地區有西南氣流的加強，突然強烈的輻合抬升這也導致了24日11：00UTC開始中小尺度系統的產生，直接導致了上海虹橋機場的大陣雨天氣（表1）。17：00 UTC，西南氣流明顯加強，實況出現了大雷雨（表1），與11：00 UTC大陣雨形成對比，顯然預報是較為吻合的。

同樣，WRF模式的強降水落區的預報也較好。上海地區19：00—20：00的強降水有比較準確的描述（紅色橢圓圈），蘇皖地區強降水中心與輻合切變區域基本吻合。25日1：00—3：00的雷雨天氣，也有比較好的預報。總體來說，WRF模式對于此次過程的預報效果較好，把握了上海地區的強天氣過程。

6 結論

天氣學結論：（1）蘇皖地區切變線系統是此次上海地區大暴雨的環流背景條件；（2）此次大暴雨水汽來源主要來源于南海，且南海熱帶低壓系統為此次天氣過程的水汽輸送提供了動力支持；（3）切變線南側衍生出的中小尺度系統是導致2次強對流天氣的直接原因；（4）副熱帶高壓持續穩定是大暴雨得以形成的先決條件。

數值預報結論：（1）AMEFS預報模式（ARPS）對上海地區的強對流天氣發生，以及暴雨落區預報均存在較明顯偏差，屬于漏報，但是其高空探空產品預報較為貼合實況；（2）NCEP預報全球模式預報產品，對于中小尺度系統產生的強天氣，參考意義不大；（3）WRF模式較好的預報了上海地區此次強天氣過程的暴雨落區，效果較佳。

參考文獻

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理與方法（第四版）[M].北京：氣象出版社，2007：322.

[2]丁一匯.高等天氣學[M].北京：氣象出版社，1991：560.

[3]曹曉崗，王慧，鄒蘭軍，等.上海“010805”特大暴雨與“080825”大暴雨對比分析[J].高原氣象，2011，30（3）：739-748.

（責編：施婷婷）