2020年9月7-8日云霄縣暴雨到大暴雨天氣過程分析

方文維 樊佳明 朱紫云

(1．云霄縣氣象局，福建 漳州 363300；2．蘆溪縣氣象局，江西 萍鄉 337200)

暴雨一直以來都是氣象學者熱衷研究的方向之一，而其精準預報仍是世界難題。王堅紅等[1]對華南暖區輻合線暴雨地形動力機制數值模擬進行研究，表明粵東山脈側向摩擦不僅增強輻合線強度和垂直上升運動速率，也維持降雨時長和雨帶范圍。羅聰等[2]對一次秋季冷空氣影響下的暴雨過程進行分析，研究表明垂直上升運動特征先于暴雨反映出來，低層輻合與暴雨的出現時間比較一致。鄧以勤等[3]對2019年3月5日福建暴雨落區預報偏差原因進行分析，指明全球模式對中小尺度系統的預報仍有較大誤差，需加強模式預報檢驗評估。

在氣象學上，產生暴雨的原因包括充足的水汽條件、強烈的上升運動、較長的持續時間。2020年9月7日夜間，云霄縣出現一次明顯的暴雨過程，部分鄉鎮出現了大暴雨，而從前期預報形勢上分析，并未能預報出本次過程有如此明顯的強降水，其產生原因值得進一步分析和探討。

1 數據來源與處理

本文利用2020年9月7-8日云霄縣及常山華僑經濟開發區轄區內13個氣象觀測站的降水數據、高低空常規氣象資料、雷達資料等實況資料，運用Ewips和Micaps分析9月7日夜間云霄縣暴雨到大暴雨的天氣形勢特征及原因。

2 降水實況及特點

2020年9月7日20時～8日08時，云霄縣出現了一次明顯的強降水過程，其累計雨量、時空分布和降水強度均屬罕見，具體特征如下：

①本次降水呈中部多，南、北部少的特點，降水主要集中在東廈及城關、常山觀竹一帶，空間分布不均，局地性較強。中部鄉鎮降雨量33.5(和平)～174.3mm(東廈)，其中莆美、東廈達到大暴雨，以東廈174.3mm為最大，而南部及西北部鄉鎮降水量在小到中雨量級(圖1)。

②降水時段集中、強度強。本次過程主要降水時段集中在7日20時至24時，小時雨強、5min雨強以及過程累計雨量均以東廈為首，其小時雨強達75.2mm/h，5min雨強為13.2mm/5min(圖2)。

3 環流背景形勢分析

從大尺度形勢圖來看，本次降水主要影響系統是高空槽和低層暖式切變。200hPa云霄位于副熱帶西風急流入口區右側，屬輻散區。

圖1 2020年9月7日20時～8日08時降水分布圖 (單位:mm)

圖2 2020年9月7日20時～8日08時東廈鎮站點小時雨量 (單位：mm/h)

圖3 2020年9月7日20時～22時東廈鎮站點5分鐘雨量 (單位:mm/5min)

500hPa亞歐大陸為穩定的兩槽一脊形勢，東槽位于華北到黃海一帶，伴隨臺風“美莎克”北上匯入，東側槽加深發展，臺風“美莎克”減弱變性,詳見圖4(a)。而在高空槽西側西北氣流南下影響下，地面有小幅度增壓。同時廣東南嶺一帶在冷平流作用下，一股較為干冷的空氣與副熱帶高壓邊緣的西南氣流對峙，形成切變線，而這在850hPa上有所體現。

從850hPa高空圖看，長江以南一帶東北-西南向的切變線從上海伸至廣西四川交界，而在福建與廣東中部有一東西向的切變線壓至云霄縣南部，詳見圖4(b)。對應925hPa高空圖看，一條東北-西南向的輻合線從華南東伸至廣西中部，云霄受切變線南側的偏南氣流影響，詳見圖4(c)。暴雨發生時，高層輻散，低層風速輻合，這樣的高低空配置有利于新鮮潮濕空氣不斷補充，增加了降水強度，導致暴雨的產生和發展。

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

4 物理量場分析

充足的水汽是暴雨發生、發展和維持的必要條件之一。從各層相對濕度分布場來看(圖略)，暴雨發生時，云霄中南部地區及附近海域在700hPa～925hPa的相對濕度均達到90%以上，表明暴雨區上空的水汽已相當飽和，有利于暴雨的發生。從7日20時850hPa 水汽通量來看(圖略)，云霄的水汽通量在8×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，臺灣海峽南部水汽通量在10×10-8g·(s·cm2·hPa)-1以上，屬水汽通量大值區。來自臺灣海峽的水汽在西南氣流的引導下，為這場暴雨源源不斷輸送水汽。

從500hPa、850hPa20時散度場和渦度場(圖5)來看，高空的渦度為-8～-12s-1，屬負渦度輻散場，低層的渦度為4～8s-1，為正渦度輻合，這樣高低空配置反映出有較強的垂直上升運動，有利于強降水的產生。研究表明，暴雨一般產生在中低層輻合、高層輻散的正渦度最大值中心下方和負渦度中心西側[5]，而云霄縣出現大暴雨的東廈鎮、莆美鎮正是負渦度中心西側方向。

(a) (b) (c)

從7日20時的垂直上升運動速度分布圖(圖5)來看，我國東部沿海各層都存在垂直上升運動，特別是東北到日本一帶，處在垂直上升運動的大值區，而云霄的垂直上升運動速率在700hPa為最大，大致為-12×10-3hPa·s-1。20時云霄925hPa 散度-5×10-5s-1，400hPa 散度 15×10-5～16×10-5s-1，表明在較強的垂直上升運動下，促進水汽的抬升，導致水汽凝結致雨。

假相當位溫是綜合表征大氣的氣壓、溫度、濕度條件的物理量。從假相當位溫空間垂直分布來看(圖6)，暴雨所在地形成低層假相當位溫高、高層低的分布特點，尤其是低層1000hPa假相當位溫達82K，處于暖區當中，這樣結構有利于低層暖濕氣流的抬升，形成不穩定層結。而從850hPa假相當位溫分布圖看，南海為假相當位溫大值區，呈Ω高能舌，江蘇一帶為低值區，而福建、浙江處在能量鋒區附近，云霄偏向暖區一側，假相當位溫在72～76K之間，因此易產成暴雨和強對流。

K指數是反映熱力穩定的的物理量，從圖6(b)可見，福建南部K指數都達到36℃以上，云霄接近40℃，預示著大氣層結的不穩定。而SI指數看，云霄-2℃

(a)2020年9月7日20時850hPa假相當位溫 (b)2020年9月7日20時850hPa K指數 (c)2020年9月7日20時850hPa SI指數

T-lnP圖是判斷大氣層結穩定度、預報強對流天氣的重要工具。從廈門站T-lnP圖(圖7)上看，層結曲線、狀態曲線、露點曲線三線呈狹長型分布，層結曲線位于狀態曲線左側，表明整層的不穩定能量較強，而露點曲線和層結曲線兩線接近，進一步說明空氣中水汽接近飽和；低層東南風隨高度變化轉為偏西氣流，風速逐漸加大，表明垂直風切變較大；這樣的高低空配置非常有利于暴雨天氣的發生、發展。

圖7 2020年 9月7日20時廈門站(59134)探空曲線圖

5 雷達圖分析

從福建雷達拼圖(圖8)和漳州多普勒雷達圖(圖略)看，7日20時，潮汕沿海一帶對流云團開始發展，呈西南-東北走向，云團移速緩慢、呈現典型“列車效應”。7日20時～24時降水回波處于發展階段，云霄境內最強回波為50～55dBZ，液態含水量VIL為20～25kg/m2，降水率達75.2mm·h-1。從徑向速度場(圖略)看，7日19時零速度線呈“S”型，表示風隨高度順時針旋轉，進而表明中低層有暖平流，而正區的面積小于負區的面積且后續負區面積增大，表明低層存在輻合且輻合增強。由于回波降水效率高，云霄縣處于副熱帶高壓邊緣(圖4)，降水回波帶在500hPa的弱西南氣流(6m·s-1)引導下，不斷疊加在云霄縣中部一帶，造成本次云霄縣中部一帶出現明顯的暴雨天氣。8日0時，回波不斷減弱消散并東移出云霄縣上空，云霄縣降水明顯減弱。

(a)2020年9月7日21時 (b)2020年9月8日0時

6 結論

①本次暴雨過程是高空槽和低層切變輻合共同影響下產生的結果，暴雨落區發生在副熱帶高壓西北側邊緣及切變的南側。

②高層輻散正渦度、低層輻合負渦度、水汽條件充足、有較好的熱力條件、引導氣流較弱、持續時間較長是導致本次強降水過程的主要原因。

③雷達產品對暴雨的預報有很好的指導作用。影響云霄暴雨的回波主要由50～55dBZ強回波造成，回波降水效率高，低層存在風向、風速輻合，強回波不斷疊置在云霄中部一帶，造成云霄中部鄉鎮出現暴雨到大暴雨。