長春一次大暴雨過程對農業土壤墑情影響分析

汪曉梅　王寧

摘 要：

利用長春墑情監測站網監測資料、長春探空站（54161）探空資料、長春地基微波輻射計監測資料、長春3830CC多普勒天氣雷達觀測資料、長春自動氣象站網觀測資料、以及FY4號衛星云圖等觀測資料，對2019年6月2—3日發生在長春地區的一次大暴雨過程及其對農業墑情影響進行綜合分析，結果表明：低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環流主要影響系統，其中衛星和雷達觀測存在明顯的中尺度影響系統，是造成暴雨的直接原因;雷達主要回波強度45～50dBZ，且存在明顯列車效應;長春城區熱島效應（較暖下墊面）可能導致對流云在城區加強、降水強度加大;微波輻射計觀測到主要強降水時段：云體液態水含量、相對濕度、云底高度存在顯著相關; 6月2日前長春地區耕作層（10～20cm）土壤相對濕度均高于60%，為適墑，而本次大暴雨中心在長春市區，農安、德惠、榆樹、九臺和雙陽區普降小雨，6月3日和12日墑情監測顯示耕作層（10～20cm）土壤相對濕度仍高于60%，為適墑，但長春市耕地整體墑情持續下降，需密切監測，及時補墑。

關鍵詞：

長春;大暴雨;短時強降水;土壤墑情

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130057

基金項目：國家重點研發項目“我國北方局地突發性強降水機理及預報方法研究”（項目編號：2018YFC1507300）

引言

土壤墑情，特別是耕作層（10～20cm）土壤相對濕度，是吉林省農業生產過程中一項十分重要的參數指標。而大氣降水則是影響土壤墑情最直接最重要的因素，特別是暴雨等短時強降水對農業土壤墑情影響較大、破壞力極強，為此吉林省墑情監測中心建立了覆蓋全省耕地范圍的墑情監測站網，與氣象觀測網有機結合，適時提供墑情動態，科學調度吉林省防汛抗旱資源，如飛機和地面火箭人工增雨或消減雨作業等，為吉林省糧食生產提供保障。

眾所周知，在全球變暖氣候背景下，暴雨等極端天氣現象發生頻繁。長春地區屬于自然災害頻發多發區，氣象災害更是占全部自然災害的80%以上，暴雨或短時強降水引發的耕地和城鎮積澇也日趨嚴重。多年來，許多專家和學者對暴雨的發生進行了大量的研究[1-13] 。暴雨的產生需要有利的大尺度環流背景，中小尺度天氣系統是產生暴雨的最直接影響系統。

2019年6月2—3日長春市區出現大暴雨天氣，特點為降水量大、降水強度強、落區集中造成了較為嚴重的城市內澇。本文利用常規氣象觀測資料、區域自動站觀測資料、MICAPS資料、微波輻射計和衛星雷達觀測資料，對2019年6月2—3日長春市大暴雨過程大尺度環流形勢和中尺度系統進行分析，對大暴雨前后長春地區農業墑情變化進行了評估。

1 天氣實況

2019年6月2日白天到夜間，長春市出現分布不均的雷雨天氣，長春市區出現大到暴雨，局部大暴雨。6月2日8∶00—3日8∶00，全市平均降水量15.5mm，長春市區49.0mm、雙陽12.0mm、九臺14.1mm、農安3.0mm、德惠2.2mm、榆樹0.5mm。長春市區共有4站出現大暴雨，分別為東北師大125.0mm，南湖公園123.0mm，公平路103.1mm，御花園103.1mm，最大1h雨強達68mm（東北師大）;另有13站出現暴雨、29站大雨，主要分布在長春市區和九臺南部（圖1）。最大降水量達125mm為大暴雨，降水強度強，其中東北師大自動站1h降水量為68mm，為暴雨量級。落區集中造成了較為嚴重的城市內澇。從東北師大自動站逐小時降水分布可以看出（圖2），降水主要集中在19∶00—22∶00，3h降水量達100mm以上，降水強度非常大，其中19∶00—22∶00為68mm，在歷史上也較為罕見。降水持續時間較短，從降水的落區和時間分布可以發現，本次降水是以對流性降水為主。

2 天氣形勢分析

從500hpa高空圖看，受高空槽前影響（圖3），槽的徑向度較大，槽前區域有正的相對渦度平流，在地轉偏向力的作用下產生高空輻散，動力抽吸作用有利上升運動的出現和加強。同時風場可以看出高層受西北氣流影響，提供高層干冷空氣，有利構建不穩定層結，出現強對流天氣。850hpa有低槽（圖4），風場可以看到明顯的切變線位于長春上空，并有一支明顯的西南低空急流，將南方的水汽源源不斷的向暴雨區輸送。水汽在切變線附近的集中配合動力的上升機制，形成較強的降水。925hpa（圖略）超低空同時存在較強的切變線和超低空急流，超低空急流輸送的水汽，對大暴雨的出現更為主要。地面上存在明顯的中尺度輻合線。綜上所述，低空切變線配合低空急流是本次主要的天氣影響系統。

由長春市6月2日20∶00的探空曲線（圖5）可以看出，探空氣球先是入云降溫經過第1個0℃層到負溫層，接著氣球出云開始逆溫爬升經過第2個0℃層到10℃層;然后再次逆溫上升經過0℃層到-16℃層并保持垂直上升到3km高度;又再次逆溫上升到0℃層，之后在負溫層持續上升。探空氣球如此反復折騰，說明盡管對流有效位能CAPE=853.6J/kg、K指數=-11、沙氏指數SI=8.19，本次大暴雨天氣過程不穩定能量不是很強，但不穩定層卻有4層，濕層比較深厚，低層風向隨高度順時針旋轉比較明顯，說明有明顯的暖平流影響，高空則有西北氣流侵入，形成了一定的不穩定層結，對出現短時強降水有利。

3 衛星云圖和雷達分析

從6月2日20∶00 FY4號衛星的紅外云圖可以看出（圖6），東北地區（橢圓框內）有一明顯的渦旋云系，在云系的尾部有分散的對流單體不斷生成，并隨引導氣流向東北移動。云系的色調較為白亮，說明云頂溫度較低，發展較高。高層云有絲縷狀紋理。長春主要位于云系的頭部的右側，較強的云團持續經過城區上空。

從6月2日20∶01長春雷達1.5°仰角觀測可以看出（圖7），雨帶呈東西走向，并自西向東移動，呈現明顯的列車效應，非常有利于出現暴雨。從雷達反射率因子上可以看出，最強回波強度一般在45～50dBZ左右，50km距離圈內強度較強，持續經過長春市上空，雨帶窄、強度大。

21∶00長春雷達1.5°仰角觀測回波（圖8），雨帶強度明顯減弱，但是最大強度仍在40～45dBZ，仍處于有利出現短時強降水的雷達反射率因子強度的范圍中，另外雷達站的強降水也可能造成雷達的探測能力衰減，導致探測結果偏小。

值得關注的是，強降水回波移近長春呈現明顯加強，移出長春明顯減弱，分析：可能由于長春市城市熱島效應，較暖的下墊面，導致對流云在城區加強，降水加強。這種城市熱島效應導致降水加強的例子在長春歷史上也有出現過。

4 微波輻射計和土壤墑情分析

4.1 微波輻射計觀測分析

從圖9至圖11可以看出，6月2日18∶00—6月3日00∶00為此次大暴雨主要降水時段，該時間段云液態水含量從地面至10km達到極大值（0.33～0.55），對應云相對濕度云底至6km達到100%、6km～9.5km達到90%～80%，且水汽主要沉積到云體中下部。云底高度圖則顯示該時段云底接地，說明云體產生強降水，而其它時段云體液態水含量在0.11以下，基本無降水。地基微波輻射計很好地觀測出此次大暴雨為暖云降水，反演云體液態水、濕度和云底高度顯著相關。

4.2 土壤墑情分析

根據長春土壤墑情監測站5月27日耕作層（10～20cm）土壤相對濕度評價，各墑情站點土壤相對濕度均高于60%，為適墑（見表1）。

經歷此次大暴雨后，根據長春墑情監測站6月12日耕作層（10～20cm）土壤相對濕度評價，各墑情站點土壤相對濕度均高于60%，為適墑（見表2），但是表2與表1相比，農安何家屯、趙家窩棚、東花園，榆樹城發、西十三號、復州崗，德惠朱家窩棚、永立莊、東崗等墑情監測站所在地墑情雖然仍為適墑等級，但是墑情明顯下降，說明6月2—3日大暴雨主要集中在長春市區，而其它地區僅下了小雨，因此經歷7d左右時間的自然蒸發和土壤吸附沉降，大部分地區土壤墑情開始下降，因此要做好墑情監測，及時補墑。

5 結論

低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環流主要影響系統，其中衛星和雷達觀測存在明顯的中尺度影響系統，是造成暴雨的直接原因。

雷達主要回波強度45～50dBz，且存在明顯列車效應。

長春城區熱島效應（較暖下墊面）可能導致對流云在城區加強、降水強度加大。

微波輻射計觀測到主要強降水時段：云體液態水含量、相對濕度、云底高度存在顯著相關。

6月2日前長春地區耕作層（10～20cm）土壤相對濕度均高于60%，為適墑，而本次大暴雨中心在長春市區，農安、德惠、榆樹、九臺和雙陽區普降小雨，6月3日和12日墑情監測顯示耕作層（10～20cm）土壤相對濕度仍高于60%，為適墑，但是墑情明顯下降，說明6月2—3日大暴雨主要集中在長春市區，而其它地區僅下了小雨，因此經歷7d左右時間的自然蒸發和土壤吸附沉降，大部分地區土壤墑情開始下降，因此要做好墑情監測，及時補墑。

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作者簡介：

汪曉梅，本科，工程師。研究方向：云降水物理與人工影響天氣。