汪曉梅　王寧

摘 要：

利用長春墑情監(jiān)測站網(wǎng)監(jiān)測資料、長春探空站（54161）探空資料、長春地基微波輻射計監(jiān)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(wǎng)觀測資料、以及FY4號衛(wèi)星云圖等觀測資料，對2019年6月2—3日發(fā)生在長春地區(qū)的一次大暴雨過程及其對農(nóng)業(yè)墑情影響進行綜合分析，結(jié)果表明：低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環(huán)流主要影響系統(tǒng)，其中衛(wèi)星和雷達觀測存在明顯的中尺度影響系統(tǒng)，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(qū)熱島效應（較暖下墊面）可能導致對流云在城區(qū)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(tài)水含量、相對濕度、云底高度存在顯著相關(guān); 6月2日前長春地區(qū)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(qū)，農(nóng)安、德惠、榆樹、九臺和雙陽區(qū)普降小雨，6月3日和12日墑情監(jiān)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(xù)下降，需密切監(jiān)測，及時補墑。

關(guān)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(fā)項目“我國北方局地突發(fā)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一項十分重要的參數(shù)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(nóng)業(yè)土壤墑情影響較大、破壞力極強，為此吉林省墑情監(jiān)測中心建立了覆蓋全省耕地范圍的墑情監(jiān)測站網(wǎng)，與氣象觀測網(wǎng)有機結(jié)合，適時提供墑情動態(tài)，科學調(diào)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(yè)等，為吉林省糧食生產(chǎn)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(xiàn)象發(fā)生頻繁。長春地區(qū)屬于自然災害頻發(fā)多發(fā)區(qū)，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(fā)的耕地和城鎮(zhèn)積澇也日趨嚴重。多年來，許多專家和學者對暴雨的發(fā)生進行了大量的研究[1-13] 。暴雨的產(chǎn)生需要有利的大尺度環(huán)流背景，中小尺度天氣系統(tǒng)是產(chǎn)生暴雨的最直接影響系統(tǒng)。

2019年6月2—3日長春市區(qū)出現(xiàn)大暴雨天氣，特點為降水量大、降水強度強、落區(qū)集中造成了較為嚴重的城市內(nèi)澇。本文利用常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域自動站觀測資料、MICAPS資料、微波輻射計和衛(wèi)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(huán)流形勢和中尺度系統(tǒng)進行分析，對大暴雨前后長春地區(qū)農(nóng)業(yè)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(xiàn)分布不均的雷雨天氣，長春市區(qū)出現(xiàn)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(qū)49.0mm、雙陽12.0mm、九臺14.1mm、農(nóng)安3.0mm、德惠2.2mm、榆樹0.5mm。長春市區(qū)共有4站出現(xiàn)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(xiàn)暴雨、29站大雨，主要分布在長春市區(qū)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(qū)集中造成了較為嚴重的城市內(nèi)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(xù)時間較短，從降水的落區(qū)和時間分布可以發(fā)現(xiàn)，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(qū)域有正的相對渦度平流，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下產(chǎn)生高空輻散，動力抽吸作用有利上升運動的出現(xiàn)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(gòu)建不穩(wěn)定層結(jié)，出現(xiàn)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(qū)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(xiàn)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(tǒng)。

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(jīng)過第1個0℃層到負溫層，接著氣球出云開始逆溫爬升經(jīng)過第2個0℃層到10℃層;然后再次逆溫上升經(jīng)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(xù)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(shù)=-11、沙氏指數(shù)SI=8.19，本次大暴雨天氣過程不穩(wěn)定能量不是很強，但不穩(wěn)定層卻有4層，濕層比較深厚，低層風向隨高度順時針旋轉(zhuǎn)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(wěn)定層結(jié)，對出現(xiàn)短時強降水有利。

3 衛(wèi)星云圖和雷達分析

從6月2日20∶00 FY4號衛(wèi)星的紅外云圖可以看出（圖6），東北地區(qū)（橢圓框內(nèi)）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(diào)較為白亮，說明云頂溫度較低，發(fā)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(cè)，較強的云團持續(xù)經(jīng)過城區(qū)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(xiàn)明顯的列車效應，非常有利于出現(xiàn)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(nèi)強度較強，持續(xù)經(jīng)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(xiàn)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(jié)果偏小。

值得關(guān)注的是，強降水回波移近長春呈現(xiàn)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(qū)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(xiàn)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(tài)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(chǎn)生強降水，而其它時段云體液態(tài)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(tài)水、濕度和云底高度顯著相關(guān)。

4.2 土壤墑情分析

根據(jù)長春土壤墑情監(jiān)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(jīng)歷此次大暴雨后，根據(jù)長春墑情監(jiān)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(nóng)安何家屯、趙家窩棚、東花園，榆樹城發(fā)、西十三號、復州崗，德惠朱家窩棚、永立莊、東崗等墑情監(jiān)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(qū)，而其它地區(qū)僅下了小雨，因此經(jīng)歷7d左右時間的自然蒸發(fā)和土壤吸附沉降，大部分地區(qū)土壤墑情開始下降，因此要做好墑情監(jiān)測，及時補墑。

5 結(jié)論

低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環(huán)流主要影響系統(tǒng)，其中衛(wèi)星和雷達觀測存在明顯的中尺度影響系統(tǒng)，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(qū)熱島效應（較暖下墊面）可能導致對流云在城區(qū)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(tài)水含量、相對濕度、云底高度存在顯著相關(guān)。

6月2日前長春地區(qū)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(qū)，農(nóng)安、德惠、榆樹、九臺和雙陽區(qū)普降小雨，6月3日和12日墑情監(jiān)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(qū)，而其它地區(qū)僅下了小雨，因此經(jīng)歷7d左右時間的自然蒸發(fā)和土壤吸附沉降，大部分地區(qū)土壤墑情開始下降，因此要做好墑情監(jiān)測，及時補墑。

參考文獻

[1]畢寶貴，劉月巍，李澤春.2002 年6月8-9日陜南大暴雨系統(tǒng)的中尺度分析 [J].大氣科學， 2004 ，28 （5）： 747-760.

[2]王曉芳，徐明，閔愛榮，等.2010 年5月我國南方持續(xù)性暴雨過程分析 [J].暴雨災害，2010 ，29（2）：193-199.

[3]程鱗生，馮伍虎 .“98.7”突發(fā)大暴雨及中尺度低渦結(jié)構(gòu)的分析和數(shù)值模擬 [J].大氣科學，2001 ，25（4）：465-478.

[4]師銳，陳永仁 .秋季川東北一次西南低渦大暴雨分析 [J].高原山地氣象研究，2016 ，36（2）：23-29.

[5]井宇，陳闖，井喜，等.黃土高原一次引發(fā)短時致洪暴雨MCC 的特點及成因 [J].高原山地氣象研究，2016 ，36（3）：7-13.

[6]貝耐芳，趙思雄 .1998 年“二度梅”期間突發(fā)強暴雨系統(tǒng)的中尺度分析 [J].大氣科學，2002 ，26（4）：526-539.

[7]翟國慶，高坤，俞樟孝，等.暴雨過程中中尺度地形作用的數(shù)值試驗 [J].大氣科學，1995 ，19 （4）：475-480.

[8]張小玲，陶詩言，張慶云 .1998 年 7 月 20-21 日武漢地區(qū)梅雨鋒上突發(fā)性中β系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展分析[J]. 應用氣象學報，2002 ，13（4）：385-397.

[9]孫健，趙平，周秀驥 . 一次華南暴雨的中尺度結(jié)構(gòu)及復雜地形的影響 [J].氣象學報，2002 ，60（3）：333-342.

[10]沈茜，馬紅，何娟 .溪洛渡水電站 2016 年初夏首場暴雨診斷分析[J].高原山地氣象研究，2016 ，36（4）：17-22.

[11]田成娟，朱平，馬瓊，等.青藏高原東北部兩次區(qū)域性大到暴雨對比分析[J]. 高原山地氣象研究，2017 ，37 （1）：1-6.

[12]孫欣，蔡鄉(xiāng)寧，黃閣.一次遼寧秋季暴雨天氣的診斷分析[J]. 氣象，2007 ，33 （9）：91-92.

[13]朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學原理和方法 [M].北京： 氣象出版社，2012： 322.

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。