吳忠市一次農業致災暴雨天氣分析

魏月娥喇楠劉沛

(1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002;2.寧夏回族自治區吳忠市氣象局，寧夏 吳忠 751100)

1 過程概況

2016年8月13日夜間—14日夜間，吳忠市大部出現雷陣雨天氣過程，其中青銅峽市大部、利通區南部、紅寺堡區東部，同心縣東北部、鹽池縣北部出現暴雨天氣。13日20∶00—15日8∶00全市199個自動氣象站中66h雨強超過16mm，有45個自動氣象站累計降水量超過50mm，有4個自動氣象站累計降水量超過100mm，最大雨強出現在紅寺堡區太陽山鎮買河村為59.2mm·h-1，最大累計降水量出現在鹽池縣高沙窩鎮營西村為133.7mm。吳忠和青銅峽本站13日20∶00—14日20∶00累積雨量分別為48.4mm和52.7mm。8月13日20∶00—8月15日8∶00累計降水量及各暴雨發生區強降水時段如圖1(單位：mm)。這次暴雨天氣引發多地洪澇災害，造成青銅峽、太陽山、鹽池等地方農田沖毀，農作物倒伏，日光溫室受損、倒塌，牲畜失蹤、死亡，基礎設施及水利設施損毀等損失。僅鹽池縣、紅寺堡區、利通區統計到的直接經濟損失達1600多萬元。

圖1 2016年8月13日20∶00—8月15日8∶00累計降水量及強降水發生時段

2 預報與實況對比分析

這次暴雨過程在中央氣象臺的指導預報、區臺指導預報、市氣象臺發布的預報中都是漏報的，為了避免在以后的工作中出現類似的失誤，對本臺預報員一貫所參考的數值預報的檢驗是尤為重要的。所以以下著重將wrf和歐洲中心降水量預報與實況降水落區、時間以及強度進行了對比。

吳忠市氣象臺2016年8月13日發布的預報：14—15日全市雷陣雨或陣雨；區臺指導預報：吳忠全市雷陣雨或陣雨；中央臺指導預報：吳忠全市小雨。

短期預報所參考的數值預報定量降水預報情況：分別為12日20∶00、13日8∶00起報的歐洲中心細網格、wrf3km、wrf9km預報產品。以下主要分析這3種數值預報分別在12日20∶00、13日8∶00對13日夜間—15日降水預報情況。

Wrf3km12日20∶00起報的降水量預報產品對13日20∶00—15日20∶00吳忠的降水預報有14日5∶00—8∶00利通區北部、15日8∶00—11∶00青銅峽北部，14日14∶00—15日20∶00鹽池北部，其它時段為零星的少量降水，如圖2。從預報的總降水量來看，wrf3km12日20∶00對鹽池北部的降水量預報整體量級偏小，降水持續時間比實際長。青銅峽和利通區的降水預報比實況推后，其它暴雨發生區的降水漏報。

圖2 wrf3km 12日20∶00降水量預報

Wrf3km 13日8∶00起報的降水量預報產品對13日20∶00—15日20∶00吳忠有大于10mm的降水預報有13日17∶00—20∶00吳忠市東南部，14日17∶00—23∶00鹽池東部，15日8∶00—14∶00青銅峽和利通區南部，其它時段為零星的少量降水。與實況對比發現Wrf 3km 13日8∶00對這次過程中隊鹽池北部的降水時間比實況偏后，量級偏小。對其它暴雨發生區的預報無論是落區還是量級與實況差距較大，實況降水時段預報無降水，實況無降水時段預報有降水。

圖3 Wrf 3km13日8∶00降水預報

Wrf 9km 12日20∶00起報的13日20∶00—15日20∶00吳忠有明顯降水的是時段是13日20∶00—14日2∶00同心南部地區以及15日8∶00—14∶00吳忠市北部，其它時段無降水或為零星小量降水。

圖4 Wrf 9km 12日20∶00降水量預報

Wrf 9km13日8∶00起報的13日20∶00—15日20∶00吳忠有明顯降水的是時段是14日2∶00—5∶00利通區、青銅峽北部、14日11∶00—23∶00鹽池大部，14日17∶00—23∶00同心縣大部。

圖5 wrf9km 12日20∶00降水量預報

綜合分析來看，wrf9km 12日20∶00的產品對這次暴雨過程基本漏報，而到13日8∶00的降水量預報較12日20∶00有了比較明顯的調整。13日8∶00對降水的落區和時間的預報與實況比較吻合，但是量級相差較大，沒有報出強降水。所以wrf降水預報產品僅13日8∶00對這次過程的預報與實況僅有量級的差距，其它時次預報與實況差距大。

歐洲中心細網格降水量預報分析：歐洲中心細網格12日20∶00起報的定量降水產品對吳忠的預報顯示，8月13日20∶00—14日2∶00，鹽池北部有25～60mm的降水，其它時段吳忠地區降水均不足5mm。13日8∶00的預報產品對吳忠的降水預報則顯示13日14∶00—17∶00同心南部有20mm大降水中心，13日20∶00—23∶00鹽池、同心大部有5～10mm降水。其它時段吳忠為小雨或無降水。

綜合以上各數值預報降水量預報的分析，將結果對比如表1。

表1 各數值預報分別在12日20∶00、13日8∶00降水量預報分析

從以上的分析結果明顯可以看出，wrf模式預報在24h和12h預報降水量預報對吳忠都有降水預報，但量級與實況差別大，而且24h和12h降水量預報無論是降水落區還是降水時段變化都很大，并且都和實況差別甚遠。EC細網格的降水量雖然12h預報較24h預報調整不大，但對吳忠這次的暴雨落區和時間都沒有準確預報。所以吳忠市氣象臺平時所參考的這2種數值預報對吳忠這次暴雨過程沒有指導意義。

圖6 歐洲中心細網格降水量預報

3 本地暴雨天氣模型、指標檢驗分析

吳忠市氣象臺根據多年的暴雨過程總結的暴雨天氣模型和預報指標如下。

預報模型。高空為“東高西低”的環流背景、四股氣流：200hPa西北氣流，500hPa西南氣流，700hPa偏南氣流，850hPa偏(東)南氣流，四股氣流交匯區為暴雨落區。

暴雨影響系統及強度。200hPa:(E80°～110°，N35°～55°)范圍為西北氣流；500hPa：(E80°～110°，N25°～40°)范圍為西南氣流；700hPa:(E95°～105°，N30°～40°)范圍內有低渦，(E90°～110°，N30°～40°)范圍為偏南氣流，風速≥12m·s-1；850hPa:(E105°～115°，N30°～40°)范圍為東南氣流，風速≥8m·s-1。

水汽條件。相對濕度：500hPa與700hPa的平均≥60%；700hPa與850hPa的平均≥70%；850hPa≥83%。飽和程度：E90°～110°、N35°～40°范圍內，T-Td≤2℃。比濕：500hPa比濕達4～6g·kg-1，700hPa比濕達8～12g·kg-1(絕對濕度)，水汽通量：850hPa≥13.4。

不穩定條件。假相當位溫：500hPa、700hPa、850hPa3層平均≥60；K指數：K≥36℃；SI指數：SI≤-3℃；總溫度：500hPa≥59℃(不穩定指數條件)。

動力條件。散度：700hPa≤-1；500hPa與700hPa的平均≤-2.5；700hPa與850hPa的平均≤-7.4；垂直速度：700hPa≤-17；500hPa與700hPa的平均≤-15；700hPa與850hPa的平均≤-10。

以下主要對吳忠本臺預報員預報降水時最常用的EC細網格所預報情況進行分析，檢驗細網格預報場在這次暴雨天氣過程中的預報是否有吳忠市暴雨預報模型和指標的體現，另外對比預報場與實況場的差別。

3.1 環流背景

2016年8月12日20∶00預報13日20∶00歐亞中高緯度地區500hPa上基本是一脊一槽的形勢。高壓脊位于烏拉爾山至巴爾喀什湖附近，在貝加爾湖附近則為一個寬廣的槽區。貝加爾湖東部和西部各有一個輻合中心，584線位于內蒙以北。寧夏一直處于584線以南的西南氣流中。14日20∶00形勢上看，環流形勢較為穩定。貝加爾湖西側的輻合中心略有南壓，東側的輻合中心則東移出我國東北地區，如圖7。

圖7 12日20∶00預報13日、14日20∶00700hPa風場及高度場

12日20∶00預報13日20∶00—14日20∶00 700hPa高度場和風場上，看寧夏以東地區是等312位勢什米的高壓，從沿著等312線，我國東南部地區一直到寧夏中南部都是偏南氣流。在高原地區上有308等位勢什米的低值輻合中心,如圖8所示。所以從預報的環流背景看，13日20∶00—14日20∶00吳忠市高空環流背景符合“東高西低”的形勢。

圖8 13日20∶00、14日20∶00 700hPa風場及高度場

分析預報場13日20∶00—14日20∶00高空各層風場情況發現，200hPa上吳忠市處于輻散區中，輻散區中心13日20∶00位于青海西部，14日20∶00移至青海東南部，寧夏處于輻散流場中的西北氣流中，在甘肅到寧夏一帶的以北地區為較為平直的緯向氣流如圖9(a)。也就是預報場200hPa風場不完全符合以往總結的(E80°～110°，N35°～55°)范圍為西北氣流的條件。再分析500hPa上風場情況，13日2∶00開始寧夏地區由偏西氣流轉為西南氣流，并且吳忠市的風速8月12日20∶00為2m·s-1，8月14日8∶00增加到8～10m·s-1，14日20∶00風速減小，在指標區域E80°～110°，N25°～40°)內為西南氣流，整個區域內風速也是有增大的趨勢，圖9(b)。700hPa上13日20∶00在甘肅民勤附近有低渦切變存在，青藏高原上有低渦。到14日8∶00低渦中心風場的輻合更加明顯，而且切變線一直從河西延伸到了河套的西北部,如圖9(c)。另外在寧夏和甘肅南部一直維持偏南氣流，13日23∶00甘肅南部到寧夏西南部有急流建立，急流中心區最大風速為14m·s-1。從時間變化來看，甘肅南部到寧夏中部的偏南氣流風速先增大后減小，14日2∶00為最大，急流區域也最大，甘肅南部到寧夏西南部風速普遍達到14m·s-1。隨后偏南風風速開始減小，到14日11∶00，急流消失。值得注意的是在預報場上從13日20∶00—14日8∶00，寧夏同心以北地區都處于風速的輻合區中。

850hPa上13日20∶00同心以南地區為東南風，以北地區偏東風。隨著時間推移，偏南氣流的范圍由南向北逐漸擴大，陜西南部13日20∶00風速由原來的4m·s-1增大到8～10m·s-1。到14日8∶00，鹽池以南為偏南風，以北為東北風如圖9(d)，所以從同心到鹽池有西南-東北向的切變存在，這個暖式切變一直少動維持到14日17∶00。

圖9 12日20∶00預報14日8∶00時高空風場及高度場

綜合以上分析來看，歐洲中心對環流形勢和風場的預報場除200hPa中高緯度的風向外，其它與以往總結的預報模型和影響系統基本吻合。

對實況的環流形勢和各層風場與預報處對比:從實況觀測資料看，8月13日8∶00—15日8∶00，吳忠市200hPa上是一致的西北氣流，處于輻散區中，輻散中心位置一直維持在青海湖附近。在暴雨發生區的上空的抽吸作用有利于暴雨區氣流的上升運動。從200hPa逐層向下到400hPa分析，降水暴雨發生區的氣流逐漸轉成偏西方向的。500hPa上看，13日20∶00之前588線位于寧夏石嘴山南部，到14日8∶00已經南退到吳忠南部，13日20∶00—15日8∶00吳忠氣流維持西南方向和偏西向，降水結束后也就是到15日20∶00氣流轉為西北向的。700hPa上13日20∶00—15日8∶00都是西南氣流，14日8∶00平涼站風速為10m·s-1。14日20∶00在吳忠中北部存在風速和風向的輻合。850hPa上13日20∶00—15日8∶00都維持偏東北氣流。所以歐洲中心預報與實況場吻合。

3.2 水汽條件

3.2.1 相對濕度

從EC細網格相對濕度預報場上分析，13日20∶00吳忠500hPa上相對濕度為70%～80%，14日8∶00則減小到不足70%，14日20∶00又增大到80%。在銀川以北地區一直都維持90%的濕度大值區。700hPa上13日8∶00—20∶00相對濕度普遍達到80%，13日20∶00利通區、青銅峽相對濕度達到90%以上。14日8∶00全市范圍相對濕度減小到70%以下。850hPa上13日20∶00相對濕度在70%～80%，14日8∶00增加到80%～90%，到14日20∶00又有明顯減小。所以從相對濕度預報來看，各層相對濕度大值不是在同一個時次出現，銀川以北各層的相對濕度都一直維持在80%以上，似乎更有利于降水天氣的發生。但是吳忠在整個過程中相對濕度符合500hPa與700hPa的平均≥60%、700hPa與850hPa的平均≥70%、850hPa≥83%的條件。所以預報場上吳忠高低空雖然比銀川以北地區相對濕度小，但仔細分析，還是有有利于降水的條件存在。

圖10 14日8∶00高空風場&高度場實況

3.2.2 比濕預報

12日20∶00為初始場的比濕預報場上，吳忠市500hPa上比濕不足6g·kg-1,13日20∶00開始逐漸增大，等6g·kg-1線南壓到吳忠中部，如圖11。14日2∶00達到最大，有等6g·kg-1閉合中心存在，14日8∶00又開始減小到4g·kg-1左右。700hPa上13日8∶00開始比濕有明顯增大的趨勢，到14日2∶00由原來的10g·kg-1增加到12g·kg-1，14日8∶00開始減小，14日17∶00又有一次增大的過程，鹽池北部比濕增加到12g·kg-1。綜合來看，500hPa比濕預報場對吳忠北部暴雨區的比濕預報符合總結的指標，700hPa預報場13—14日比濕均在10～12g·kg-1，符合指標。

圖11 14日2∶00 500hPa、13日23∶00 700hPa比濕預報場

3.2.3 水汽通量

12日20∶00起報的850hPa水汽通量場上，吳忠市13日14∶00之前水汽通量數值不足10,14日開始明顯增大，到13日20∶00吳忠市西部水汽通量達到12以上，青銅峽水汽通量大于15。隨后開始減小，而14日20∶00開始吳忠市北部的水汽通量又增大到12以上，甚至大于15，但整個過程中吳忠市南部都沒有達到12。所以水汽通量預報場上對青銅峽和利通區的預報符合暴雨指標，對鹽池和同心的則沒有顯示。而實況850hPa水汽通量場上13日20∶00吳忠水汽通量大小為6～8g·(cm·hPa·s)-1。

圖12 12日20∶00報13日20∶00、14日20∶00水汽通量場

3.3 動力條件

3.3.1 散度

從實況高空各層散度場分析，吳忠除了13日20∶00 700hPa和850hPa上散度分別-1.6～0、-3.6～0之外，其它各層、其它時次均為正值。所以不符合以往總結的指標。

圖13 13日20∶00500hPa、700hPa、850hPa散度場

3.3.2 垂直速度

垂直速度預報場上850hPa 13日20∶00吳忠中部為負值，其它均為正值。700hPa 14日2∶00為負值，500hPa 14日2∶00鹽池北部有強烈的上升運動。

3.4 不穩定條件

3.4.1 假相當位溫

500hPa 13日20∶00為76.85,14日8∶00減小到73.85。700hPa上13日20∶00吳忠全市假相當位溫值在84.35范圍內，這個數值一直維持到14日2∶00，隨后開始減小，到14日8∶00減小到79.35，之后又開始增大。所以3層平均>60。850hPa上14日2∶00之前大于81,13日17∶00最大為86,之后減小。14日14∶00鹽池北部有大值區，最大為92。

3.4.2K指數

在這次過程中K指數14日大于40，其它時段都在35～40范圍內。

4 結論

從以上分析看，預報員平時所參考的數值預報無論是wrf3和wef9或者是EC細網格，降水量的預報對這次吳忠市暴雨過程預報準確率很低，對預報員的預報結論有一定的誤導。但是歐洲中心細網格流場的預報和實況吻合且符合吳忠市氣象臺以往總結的暴雨模型和指標。物理量的預報場、相對濕度、比濕的預報與實況吻合且符合吳忠本地的暴雨預報指標，水汽通量不完全符合；散度和垂直速度的預報不符合動力條件的指標。假相當位溫和K指數完全吻合不穩定條件。因此，在以后的暴雨預報中，應以大的環流形勢和流場的預報為主要依據，再分析水汽條件、動力條件和不穩定條件，并且不能以定量降水預報產品作為主要的預報依據。