寧波2次南大風局地農業災情成因分析

張晶晶，陳迪輝，史學凡

(寧波市北侖區氣象局，浙江 寧波 315800)

寧波位于浙江北部沿海地區，大風發生頻率高[1-2]，影響寧波地區的大風通常與冷空氣、低壓倒槽、高壓后部、熱帶氣旋和強對流等系統密切相關[3]。對大風過程的診斷和預報不但要考慮天氣尺度系統背景下的氣壓梯度、高低層動量交換等[4-8]，還要分析中小尺度系統的觸發機制及其與天氣背景或上下游系統的疊加反饋作用[9]，而對于下墊面復雜的地形，還要考慮海陸風、山谷風和地形強迫等可能帶來的影響[10]。此外，因復雜下墊面局地性強、監測站點少，除常規的診斷分析外，中尺度數值模擬對于小氣候的特征也有很好的解釋作用[11-12]。

2017年4月4—5日和2018年2月27—28日，寧波內陸地區普遍出現6～8級偏南大風，個別高山站達9級以上。當地氣象部門均提前6 h以上進行了提醒或預警，農戶也進行了一定程度的防護，但寧波市北侖區柴樓村同一片區域連續出現大風災情，且都發生在半夜，導致大片蔬果大棚被大風吹毀，直接經濟損失累積近百萬元。據現場調查，2次過程大風均在半夜到凌晨時段明顯增強，破壞性遠超過冬季冷空氣大風。災情所在地為背風坡平原地形，下游3公里亦有山脈阻擋，對大風有一定屏蔽作用，且附近自動站僅監測到8級陣風，這給大風天氣的預報和災害防御帶來一定難度。本研究結合多種資料對這2個相似個例進行分析，尋找局地大風的特征和成因，以期為提高冬春交季南大風天氣的預報服務能力提供一定參考。

1 資料來源

2個例災情均出現在寧波市北侖區柴樓村，時間分別為2017年4月4日半夜(個例1)和2018年2月28日凌晨(個例2)。所用資料有寧波多普勒雷達(121.52 °E，30.06 °N，海拔418 m)、寧波奉化風廓線雷達(121.38 °E，29.68 °N，海拔41.5 m)、涼帽山風塔(122.03 °E，29.91°N，最高觀測320 m)、常規天氣觀測和寧波市自動氣象站觀測資料。由于柴樓村沒有氣象監測站，選取新路村(站號K2314，海拔37.5 m)區域自動氣象站為代表站，該站距柴樓東南約1.5 km，海拔與柴樓災情所在地相當；選取茅洋山(站號K2299，海拔297 m)區域自動站為山峰代表站，用于判斷山谷風氣象要素變化；選取北侖國家氣象站(站號58563，海拔5 m)用于判斷大風過程氣壓的變化。具體站點分布示意見圖1。

Chai為災情所在地柴樓村，Beilun為北侖國家氣象觀測站，XO為新路村自動氣象站，MO為茅洋山自動氣象站，LT為涼帽山風塔圖1 地形和監測站點的分布

2 天氣形勢

2.1 個例1

2017年4月4日天氣圖(500 hPa)上有南北2支高空槽，南支槽槽后有北支槽冷平流補充，槽前有強烈的暖平流，南支槽在東移過程中不斷發展加深，并引導700～850 hPa低渦向東北方向移動發展。浙江位于槽前暖區，氣溫快速回升，氣壓下降。4日20：00南支槽移至河南、湖北一線，強度進一步加強，500 hPa上空華東片區出現大范圍旗幟風，杭州站風力達23 m·s-1，700～850 hPa低渦中心移至河北界內，低渦東南側有大范圍急流區，急流軸位于長江下游一帶(圖2)，中高層強烈正渦度平流和暖平流導致地面倒槽加深發展，氣壓梯度增強。4日下午，地面倒槽東移至江西、上海一線，同時有從日本伸向我國東部海域的高壓控制，浙江沿海地區風力逐漸增強，但20：00前柴樓村附近2個區域站東南風都在8級以下，23：00前后風力迅速增強至8級，一直到5日3：00后才逐漸減弱，5日白天隨著系統東移入海，沿海區域風力明顯減弱。

a，2017年4月4日20：00(700 hPa)；b，2017年4月5日2：00(地面)；c，2018年2月27日20：00(700 hPa)；d，2018年2月28日2：00(地面)圖2 2個個例的天氣形勢

2.2 個例2

2018年2月27日天氣圖(500 hPa)上有階梯槽發展東移，受階梯槽合并和槽后冷平流補充作用，南支槽不斷加強，并引導低層低渦東移發展。28日20：00南支槽移至河南、兩廣一線，500 hPa華東至華南出現大片旗幟風。浙江位于槽前暖區，江西北部到浙江中北一帶西南風超過30 m·s-1，700 hPa杭州站西南風亦達到20 m·s-1，700～850 hPa低渦中心移至河南至安徽交界帶(圖2)，中高層系統強烈的發展和抽吸上升運動導致地面倒槽迅速加深發展并逐漸發展成地面低壓。27日白天地面倒槽不斷加強東移，浙江沿海地區氣壓梯度堆積，南風增強，28日2：00地面倒槽發展成閉合低壓，低壓中心位于浙江安徽交界附近，同時我國東北有伸向朝鮮半島至日本東南部的高壓脊，高低壓系統之間形成明顯的氣壓梯度堆積，寧波沿海風力明顯增強，28日3：00前后柴樓附近風力達到8級，5：00后隨著低壓入海遠離，南風逐漸減弱并逐漸轉北大風，但北大風強度明顯不及南大風。

3 物理量特征

3.1 高空資料

分析杭州站探空資料，2個例高低層之間存在明顯的垂直風切變，個例1和個例2從1 000 hPa至500 hPa之間垂直風切變分別達24.3 m·s-1和31.9 m·s-1，同時隨著夜間高層輻射降溫明顯，大氣不穩定性增強，有利于高層風的動量下傳。從個例2寧波奉化風廓線資料分析(圖3)，2月27日23：00起4 km高度以下西南風明顯增強，且大風核高度逐漸下降，28日1：00中低空最大風力出現在3.5 km高度，2：00最大風力高度降至3.4 km高度，風速達29.5 m·s-1。從1 km以下風力變化也可以看出，28日1：00為600 m高度東南風增強至13.3 m·s-1，2：00為16.1 m·s-1，3：00達20 m·s-1，之后逐漸減弱，這與個例2中過程最大風出現時間基本吻合，說明此次過程有明顯的高層風動量下傳。從個例1寧波多普勒雷達反演風廓線產品資料顯示，4月4日23：00前后中低空大風核有較明顯的下降，600 m高度風速明顯增強，5日0：00后逐漸減弱。綜上所述，2次過程高層風動量有較明顯的動量下傳，使得半夜至凌晨時段風力明顯增強。

圖3 個例2風廓線雷達探測風隨高度和時間的變化

3.2 地面資料

為了對比不同區域大風情況并盡可能地排除地形等局地因素可能造成的影響，將柴樓下風方向茅洋山和涼帽山320 m高度風納入統計分析(表1)。結果表明，此次過程災情所在地附近代表站新路村測得最大風達6級，極大風達8級。最大陣風出現時間基本在后半夜至凌晨，與現場災情調查反饋一致，但涼帽山320 m高度處最大風時間推遲了近1 h。從站點海拔高度分析，總體海拔越高，風力越大，且風向隨高度有順轉趨勢，這與天氣系統和高低層風速配置基本一致，說明此次過程主要是由暖區天氣系統的發展導致的一次南大風過程。但對比新路村和茅洋山2站數據可以發現，不論最大風速還是極大風，海拔較低的新路村接近甚至大于茅洋山。

表1 代表站最大風、極大風的情況

對比分析2次大風過程中涼帽山風塔320 m高度2分鐘風速日變化(圖4中a)。分析發現，2次過程320 m高度處風速總體呈緩慢增長趨勢，凌晨達到峰值，白天又逐漸減小，風力變化趨勢與天氣系統的移近、加強和遠離一致。新路村的大風過程有著明顯的日變化特征，下午和半夜是南大風出現的2個峰值時段，過程風力最大值均出現在半夜至凌晨時段，且風力明顯大于周邊區域，而傍晚至次日早晨風力有減弱趨勢(圖4中b)，說明新路村風力的變化除了與天氣系統造成的地面氣壓梯度有關，還和局地氣候與地形以及高低層天氣系統的反饋存在一定的關系。

從地轉偏差推導公式分析，3 h負變壓有利于低壓大風的形成，選取北侖國家氣象站的逐小時本站氣壓統計分析，從3 h變壓時間序列圖可以看出(圖4中c)，2次過程除早晨和傍晚時段3 h變壓為正外，其余時段均為負變壓，最大負變壓出現在下午和凌晨2個時段。從個例2可以看出，凌晨時段3 h變壓達到過程極值-4 hPa，故南大風凌晨時段出現了明顯的增強，這也很好地印證了2個個例大風風力峰值出現在下午和凌晨。

3.3 地形特征

a，涼帽山320 m逐2 min風速；b，新路村代表站逐時極大風；c,北侖國家氣象站逐時3 h變壓；d，逐時山谷溫差圖4 2次過程氣象要素的時序

由于柴樓東南方向緊鄰大片的太白山脈，西北方向3 km處又有帶狀靈峰山脈，柴樓災情發生地位于2大山脈之間，為典型的山谷地形，山谷之間受熱不均，會形成山谷風，白天由山谷吹向山坡，夜間相反由山坡吹向山谷，即白天吹西北風，夜間東南風，山谷風疊加在天氣尺度環流之上從而形成明顯的晝夜日變化。從代表站的山谷溫差時間序列可以看出(圖4中d)，2次過程均有明顯的山谷溫差，且存在幾乎一致的晝夜變化，白天山頂溫度高于山谷，夜間山谷溫度高于山頂，夜間溫差于凌晨前后達到了峰值，且夜間溫差代數值要大于白天的溫差，可以解釋2次過程中風力增強的原因。

針對2次南大風過程，雖然柴樓所在地為背風坡山谷地形，太白山脈為其提供了地形屏蔽作用，但仔細分析柴樓上游地形可以發現，太白山脈中有1條西北-東南方向的狹長的山谷，長度約14 km，并通向北侖東南沿海。該山谷走向角度與2次大風過程最大風風向幾乎一致，為南大風過程提供了有利的“穿堂風”通道，所以2次南大風過程測得的風力較周邊區域明顯偏大，進而造成了大風災情。

4 小結

天氣尺度系統發展是2次南大風過程的直接原因，在南支槽東移發展引導背景下，槽前西南急流的熱力降壓和動力抽吸作用導致地面低值系統發展，同時海上高壓維持，氣壓梯度堆積，從而形成寧波地區大范圍的南大風。2次南大風過程中，夜間的增風與高空風動量下傳有一定的關系，強的垂直風切變和夜間高層輻射造成的大氣不穩定性有利于大風動量的下傳。2次個例南大風均有明顯的日變化特征，下午和半夜達到2個峰值，但最大風均出現在半夜至凌晨，且風力明顯大于周邊地區，從而造成了連續的局地災情。夜間增風的原因與局地山谷風疊加存在一定關系，夜間由山坡吹向山谷的東南風疊加在系統性東南風之上，造成風力增強且明顯大于周邊地區。局地大風還與地形有一定關系，西北-東南向的山谷地形使得東南風有了傳輸的通道，形成明顯的穿堂風地形效應，導致2次大風較周邊區域明顯偏大。觀測個例選取新路村作為柴樓災情發生地的代表站，測得2次過程最大陣風8級，但根據柴樓山谷和穿堂風地形等多方面的分析，大致可以判斷柴樓區域最大陣風應在8級或以上，今后對于這個季節的東南大風在預報服務過程中應當進行1～2級的增風。