張尾蘭，楊 鋒，嵇夏蘭

福建省泰寧縣氣象局，福建泰寧 354400

閩西北山區(qū)泰寧是暴雨高發(fā)區(qū)，常因暴雨導(dǎo)致嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害。因此，對(duì)暴雨持續(xù)時(shí)間和落區(qū)的準(zhǔn)確把握是為防洪抗災(zāi)工作提供良好服務(wù)的先決條件。然而，不同影響系統(tǒng)下，暴雨的觸發(fā)機(jī)制不同，強(qiáng)降水的持續(xù)時(shí)間、降水強(qiáng)度和落區(qū)也都存在差異，尤其是突發(fā)的極端致災(zāi)性暴雨天氣，精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的難度較大。

泰寧地處武夷山支脈杉嶺山脈東南側(cè)，是中緯度西風(fēng)帶和熱帶東風(fēng)帶交替影響的過渡，暴雨成因復(fù)雜，既有前汛期的鋒面系統(tǒng)暴雨，也有臺(tái)風(fēng)等熱帶系統(tǒng)影響造成的暴雨[1-4]。近些年的觀測(cè)事實(shí)表明，暖區(qū)暴雨也是暴雨的重要組成部分，暖區(qū)暴雨往往強(qiáng)度大，降水集中，具有明顯的對(duì)流特征，易造成重大災(zāi)害，對(duì)閩西北山區(qū)的危害更甚[5]。極端致災(zāi)性暴雨天氣，往往持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度大，易造成較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害。例如：2010年的“6·18”和2016年的“5·8”暴雨，影響系統(tǒng)和落區(qū)的差異較大，“6·18”強(qiáng)降雨引起福建泰寧山洪暴發(fā)、山體滑坡、路橋被毀、村莊受淹、房屋倒塌等，洪峰最高水位達(dá)281.5 m，超警戒水位4.2 m，給泰寧縣廣大人民群眾造成了巨大損失；“5·8”過程泰寧縣開善鄉(xiāng)池潭壩頭工地發(fā)生泥石流災(zāi)害，失聯(lián)1人，遇難35人。對(duì)2016年的“5·8”致災(zāi)暴雨進(jìn)行分析，總結(jié)其基本特征，為閩西北致災(zāi)暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，以此提高預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

1 暴雨過程分析

從圖1可以看出，2016年5月7日20:00—8日20:00雨區(qū)位置出現(xiàn)在福建西北部，累積降水量大，出現(xiàn)特大暴雨，特大暴雨落區(qū)分散(將樂、建寧、泰寧局部)，最大日雨量出現(xiàn)在梅口鄉(xiāng)300.9 mm。7 日08:00—10 日08:00，31個(gè)自動(dòng)站降水量均超過100 mm，27個(gè)站降水量超過250 mm，4個(gè)站降水量超過400 mm，以泰寧縣梅口鄉(xiāng)508.6 mm為最大，其中泰寧縣開善鄉(xiāng)過程雨量為347.5 mm。

圖1 2016年5月7日20:00—8日20:00累積降水

1.1 致災(zāi)暴雨特征

1.1.1 降水強(qiáng)度強(qiáng)此次暴雨過程1 h、3 h、6 h雨量最大值均出現(xiàn)在大布鄉(xiāng)，其次為開善鄉(xiāng)，第三是池潭壩頭，分別為8日03:00～04:00：64.2、52.0、40.2 mm；8日03:00～06:00：109.6、100.0、103.4 mm；7 日23:00—8 日05:00：171.0、155.3、150.1 mm。

1.1.2 強(qiáng)降水(≥20 mm/h)頻次高從圖2可知泰寧梅口鄉(xiāng)、開善鄉(xiāng)出現(xiàn)2次強(qiáng)降水過程時(shí)段，強(qiáng)降水出現(xiàn)頻次分別為9、7次。

圖2 2016年5月7日20:00—8日20:00梅口鄉(xiāng)、開善鄉(xiāng)逐小時(shí)降水柱狀圖

1.1.3 影響時(shí)段集中強(qiáng)降水主要集中在凌晨00:00～12:00，過程雨量梅口鄉(xiāng)為275.4 mm，開善鄉(xiāng)214.1 mm，分別占日總降水量的91.5%和87.6%(圖2)。

1.2 環(huán)流形勢(shì)分析

從圖3a可以看出2016年5月7日20:00 200 hPa福建上空喇叭口特征明顯，高層抽吸現(xiàn)象明顯。500 hPa高度場(chǎng)上中高緯為兩槽一脊，588線北界北抬至東南沿海，副高脊線在22°N，鄂霍次克海為低壓控制。500 hPa形勢(shì)分析場(chǎng)上(圖3b)長(zhǎng)江中游有西風(fēng)槽、廣西中部有一南支槽，南支槽前處西南急流控制，急流核最大風(fēng)速20 m/s，閩西北處急流軸的南側(cè)。850 hPa急流核最大風(fēng)速14 m/s，位于粵中到贛南，邵武為西南風(fēng)12 m/s。切變線位于江南，在三明北面有風(fēng)速輻合。925 hPa暖切在三明中部，切變線位于閩北至江南，在三明中部有明顯輻合。

圖3 2016年5月7日20:00高低空天氣系統(tǒng)實(shí)況分析配置圖(a)和500 hPa高度場(chǎng)(b)

從上述分析來看，500 hPa上在強(qiáng)降水發(fā)生前，中高緯環(huán)流為兩槽一脊型，為典型的福建暴雨型。副高位置適中，其西北側(cè)的西南急流為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了必備的水汽條件。福建上空高層均有強(qiáng)輻散區(qū)，具有明顯的抽吸特征。過程中高空三層均有西南急流，暖切南側(cè)有明顯的風(fēng)速輻合。高層輻散為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了較好的動(dòng)力條件。而暖區(qū)內(nèi)風(fēng)速的脈動(dòng)也為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了不穩(wěn)定條件。

1.3 觸發(fā)機(jī)制分析

1.3.1 邊界層內(nèi)有淺薄的冷空氣侵入從圖4可以看出，此次過程中，在地面形勢(shì)分析場(chǎng)上華南一帶存在冷舌影響，有一彎曲冷鋒，閩西北處倒槽頂端。

圖4 2016年5月8日02:00地面形勢(shì)場(chǎng)分析

受武夷和南嶺山脈阻擋，冷鋒停滯于25°N附近，但邊界層內(nèi)有淺薄的冷空氣侵入暖區(qū)，造成抬升不穩(wěn)定。加上邊界層內(nèi)水汽通量輻合，淺薄冷空氣侵入有利邊界層內(nèi)，水汽向暴雨區(qū)輸送。同時(shí)冷空氣勢(shì)力較弱，一般不發(fā)展到850 hPa，當(dāng)冷空氣入侵接近850 hPa高度，降水一般減弱，因?yàn)槔淇諝饧雍?，破壞不穩(wěn)定層結(jié)，也破壞了低層水汽供應(yīng)。在熱力條件方面，此次過程為冷槽暖脊型，925 hPa上江西北部有-10 ℃以上的降溫區(qū)，冷空氣的南侵觸發(fā)了三明北部地區(qū)不穩(wěn)定能量的釋放。在水汽條件方面，比濕為16 g/kg，存在水汽高濕軸。

1.3.2 地形對(duì)暴雨的作用地形動(dòng)力抬升作用。武夷山脈位于福建和江西兩省邊境，而武夷山脈以西是較為平坦的平原，武夷山脈山峰海拔大多在1 000 m以上，峨嵋峰主峰海拔1 714 m。當(dāng)天氣系統(tǒng)東移通過平坦的平原后，經(jīng)過高聳的山峰時(shí)速度減緩，過山時(shí)良好的動(dòng)力抬升作用，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生和維持。

泰寧梅口鄉(xiāng)海拔均在300 m以上，位于武夷山脈東側(cè)，天氣系統(tǒng)翻山時(shí)降水加強(qiáng)，強(qiáng)降水落區(qū)正好位于其上空；泰寧梅口鄉(xiāng)位于金溪的河谷地帶，兩側(cè)山脈明顯，地形收縮造成輻合加強(qiáng)，強(qiáng)降水受喇叭口地形收縮作用明顯。

1.4 物理量特征分析

此次過程邵武站濕層高度達(dá)600 hPa(圖5a)，贛州站達(dá)700 hPa(圖5b)，濕層厚度一般，但贛州站上干下濕明顯，并存在明顯的逆溫層。低層邵武站為偏東氣流，贛州站為西南氣流，在閩西北有風(fēng)速輻合。K指數(shù)在三明的上游區(qū)域贛州站達(dá)39 ℃，沙氏指數(shù)為-3.65，邵武站K指數(shù)為41 ℃，沙氏指數(shù)為-3.31，對(duì)流條件較好，有利于暴雨的產(chǎn)生。

圖5 2016年5月7日20:00溫度對(duì)數(shù)壓力圖

2 利用多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、加密區(qū)域自動(dòng)站資料分析致災(zāi)暴雨局地特征變化

2.1 多普勒雷達(dá)

2016年5月7日18:00左右，江西境內(nèi)有一條短的颮線(圖6a)，向福建省西北部移動(dòng)，20:30左右颮線開始進(jìn)入南平(圖6b)；21:00左右，颮線開始進(jìn)入三明，三明建寧、泰寧等地開始先后出現(xiàn)強(qiáng)降水(圖6c)；最強(qiáng)的降水主要集中在21:00至翌日06:00，其中02:00～04:00最強(qiáng)，8日03:00～04:00建寧均口鎮(zhèn)出現(xiàn)了此次暴雨過程的小時(shí)最強(qiáng)降水71.7 mm；強(qiáng)降水回波進(jìn)入泰寧后新生回波源源不斷，一直持續(xù)到8日19:00左右。

圖6 2016年5月7日18:00(a)、20:30(b)、21:00(c)組合反射率因子圖

從2016年5月7日21:02在0.5°(圖7左)和2.4°(圖7右)仰角上多普勒雷達(dá)速度圖上看出，北部風(fēng)向風(fēng)速輻合明顯，2 km高度上有30 m/s的低空急流，且風(fēng)速輻合明顯，5 km高度處西南急流明顯。

圖7 2016年5月7日21:02在0.5°(左)和2.4°(右)仰角上多普勒雷達(dá)速度圖

在雷達(dá)組合反射率上能發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)“列車效應(yīng)”，速度圖上影響區(qū)域強(qiáng)降水時(shí)段上均存在強(qiáng)風(fēng)速輻合和低空急流。

2.2 風(fēng)廓線雷達(dá)

風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)上2016年5月7日20:00至8日02:00 850 hPa、925 hPa上南風(fēng)加強(qiáng)風(fēng)速輻合明顯，邵武南側(cè)為一致的西南風(fēng)，輻合區(qū)與強(qiáng)降水區(qū)基本一致。最強(qiáng)降水時(shí)段，在風(fēng)廓線上都能看到明顯的風(fēng)速輻合，持續(xù)時(shí)間較短1～3 h，其對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水時(shí)段基本一致反映出風(fēng)廓線雷達(dá)在短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)警中的重要指示作用。

2.3 加密區(qū)域自動(dòng)站

2016年5月8日06:00在強(qiáng)降水區(qū)的西側(cè)金饒山1 803 m 和941 m上有2個(gè)自動(dòng)站，其中高處為12 m/s的偏北風(fēng)，而低處為2 m/s的偏南風(fēng)，垂直風(fēng)切變明顯，有利于強(qiáng)中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展(圖8)。

圖8 2016年5月8日06:00區(qū)域自動(dòng)站10 min風(fēng)實(shí)況圖

3 小結(jié)與討論

(1)此次致災(zāi)暴雨是明顯的暖區(qū)暴雨過程，環(huán)流形勢(shì)為福建暴雨典型形勢(shì)。高層抽吸特征明顯，西南急流顯著，有靜止鋒切變維持和暖切南側(cè)有明顯的風(fēng)速輻合，近地層有輻合線存在；具有累積降水量大、降水強(qiáng)度強(qiáng)、最大小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)、影響時(shí)段集中、強(qiáng)降水頻次高等特點(diǎn)。

(2)出現(xiàn)邊界層冷空氣侵入，地形動(dòng)力抬升和喇叭口地形收縮作用為特大暴雨形成提供很好的條件；三明上游贛州站有很好的對(duì)流條件，K指數(shù)及沙氏指數(shù)均有利強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

(3)在雷達(dá)組合反射率上有多個(gè)“列車效應(yīng)”，速度圖上影響區(qū)域強(qiáng)降雨時(shí)段存在強(qiáng)風(fēng)速輻合及低空急流的出現(xiàn)。

(4)最強(qiáng)降水時(shí)段，在風(fēng)廓線上能看到明顯的風(fēng)速輻合，持續(xù)時(shí)間較短為1～3 h，其對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水時(shí)段基本一致。加密自動(dòng)站上存在中尺度輻合。