衢州一次局地暴雨天氣物理量診斷及極端性預(yù)報(bào)指標(biāo)分析

徐 伙，姚余輝，應(yīng)楚昊，曹隆威

衢州市衢江區(qū)氣象局，浙江衢州 324000

2018 年12 月，IPCC 在韓國(guó)仁川《IPCC全球升溫1.5 ℃特別報(bào)告》中指出，全球變溫，更多的極端天氣、海平面上升、北極海冰減少以及其他變化已經(jīng)讓人類目睹了全球升溫1 ℃的后果。局地短時(shí)強(qiáng)降水是極端天氣的一種，不僅會(huì)導(dǎo)致山洪、泥石流、山體滑坡，還會(huì)引發(fā)城市道路積水、交通癱瘓、車輛熄火等次生災(zāi)害[1-4]。

張萍萍等[5]通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化異常度法分析了極端強(qiáng)降水的氣象因子異常特征，發(fā)現(xiàn)突破歷史極值的極端降水站點(diǎn)上空的水汽因子(PW),不穩(wěn)定因子(K指數(shù))和動(dòng)力因子(850 hPa散度)絕對(duì)值比氣候平均值明顯偏高。王建疆等[6]分析了浙西地區(qū)暴雨入型的中高緯阻塞高壓指標(biāo)，各層風(fēng)場(chǎng)分量指標(biāo)和整層大氣可降水量指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)梅雨期區(qū)域暴雨與局地暴雨期間，影響系統(tǒng)存在一定的差異。易笑園等[7]采用TBB梯度計(jì)算、雷達(dá)低空風(fēng)場(chǎng)反演以及多種資料疊加綜合分析的方法，針對(duì)“7·20”氣旋大暴雨逗點(diǎn)云系各部位(包括組織，動(dòng)力和熱力)配合情進(jìn)行分析，利用衛(wèi)星云圖及其環(huán)流背景圖的疊加，清晰地展現(xiàn)了逗點(diǎn)云系的形態(tài)。

近年來(lái)，隨著區(qū)域觀測(cè)水平的不斷提高，區(qū)域極端預(yù)報(bào)指標(biāo)的建立為基層臺(tái)站預(yù)報(bào)極端降水提供了更多的參考依據(jù)。針對(duì)歐洲中心極端性EFI指數(shù)預(yù)報(bào)落區(qū)的偏差，應(yīng)用衢州暴雨概念模型預(yù)測(cè)降水的極端性，并結(jié)合物理量特征和金衢盆地復(fù)雜下墊面雷達(dá)回波變化特征作為輔助，對(duì)此次低渦引發(fā)的暴雨落區(qū)進(jìn)行研究，探索此類天氣的預(yù)報(bào)方法[8-12]。

1 資料和方法

采用浙江省國(guó)家氣象站和區(qū)域氣象站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，天氣分析使用FNL 1°×1°逐6 h再分析資料，分析江山6月6日極端性降水的環(huán)流和物理量要素，以及極端預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)極端強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)效果，衢州暴雨概念模型中的700 hPa與850 hPa的U、V分量對(duì)暴雨局地/區(qū)域性的指標(biāo)檢驗(yàn)[13-15]。

2 天氣實(shí)況和環(huán)流背景

2.1 天氣實(shí)況

總體降水情況：6月6日下午至7日上午，出現(xiàn)集中性強(qiáng)降水，7日下午至9日分散性降水，強(qiáng)度偏弱。衢州全市6日14:00—9日20:00面雨量為81.1 mm；江山216.9 mm、衢江區(qū)62.1 mm、常山49.5 mm、龍游47.4 mm、柯城區(qū)42.1 mm、開化24.7 mm(圖1a)。降水集中時(shí)段：6日14:00—7日10:00；40 mm/h強(qiáng)降水時(shí)段主要為16:00～22:00，6 h賀村鎮(zhèn)蓮華山累計(jì)雨量達(dá)209.5 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)在18:00～19:00賀村鎮(zhèn)耕讀村，為56.5 mm。強(qiáng)降水落區(qū)：江山和衢江南部，特大暴雨(圖1b)。8日夜間至9日白天段降水集中在江山中西部，其中，蓮華山6日降水量為210.4 mm，7日105.2 mm，降水總量為315.6 mm。

圖1 衢州地區(qū)2019年6月6日08:00—7日08:00 24 h降水量和地形分布(a)與整個(gè)天氣系統(tǒng)降水分布(b)(填色，單位：mm)

2.2 環(huán)流背景

從圖2可以看出，浙江西部衢州地區(qū)位于200 hPa高空急流入口區(qū)的右側(cè)，為正的熱力環(huán)流圈，低層輻合，高層輻散，具有較明顯的抽吸作用，利于低渦發(fā)展。850 hPa有較明顯的低渦向東北方向移動(dòng)，14:00 588線位于福建北部，衢州市位于副高588線邊緣，有弱的氣旋性曲率，有利于副高邊緣的不穩(wěn)定抬升。低層850 hPa受低渦影響，有一支西南急流穩(wěn)定維持在浙江西部地區(qū)，14:00以后隨著低渦向東北移動(dòng)，急流減弱，但江西省與福建省交界處仍有一定的西南急流在維持，為特大暴雨的產(chǎn)生提供了較好的熱力和動(dòng)力條件[16-17]。

圖2 6月6日急流分布(a.14:00 200 hPa；c.08:00 850 hPa；d.14:00 850 hPa)(填色，單位：m/s)，14:00 850 hPa風(fēng)速(單位：m/s)和500 hPa高度場(chǎng)分布(b)(藍(lán)線，單位：dagpm)

3 物理量診斷和極端暴雨指標(biāo)分析

3.1 物理量診斷分析

從江山站20:00前后螺旋度的時(shí)序圖(圖3)可以看出，江山上空20:00前后整層有較強(qiáng)的垂直速度中心，20:00前后3 h，整層都有明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)和濕度條件，所以暴雨發(fā)生前后的水汽條件和熱力條件都為江山短時(shí)極端強(qiáng)降水提供了條件，且與高層400 hPa負(fù)螺旋度中心相對(duì)應(yīng)，負(fù)螺旋度中心對(duì)應(yīng)高層強(qiáng)輻散上升運(yùn)動(dòng)，有利于將水汽抬升至高層形成強(qiáng)降水。6日08:00～14:00，衢州的上游地區(qū)江西東北部有明顯的水汽輻合區(qū)，20:00江西東部也形成了一塊較為明顯的水汽輻合區(qū)，低層的水汽輻合為短時(shí)特大暴雨提供了較好的水汽輸送和輻合抬升條件，但是在衢州南部暴雨發(fā)生區(qū)域上空并無(wú)明顯的水汽輻合區(qū)。

圖3 6月6日08:00—7日14:00螺旋度時(shí)間序列(a)和螺旋度垂直剖面(b)(單位：Pa·S-2)，6月6日925 hPa水汽通量散度(c.08:00；d.20:00)[單位：g/(s×cm2 hPa)]

3.2 暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)

700 hPa關(guān)鍵區(qū)(25°～30°N，114°～122°E)1/2以上區(qū)域,U分量風(fēng)速≥12 m/s(≥8 m/s)(圖4a)的U分量滿足區(qū)域暴雨指標(biāo)。850 hPa關(guān)鍵區(qū)(24°～29°N，113°～120°E)3/4(1/2)以上區(qū)域U分量風(fēng)速≥8 m/s(圖4b)，符合衢州地區(qū)局地暴雨概念模型指標(biāo)。700 hPaV分量，局地暴雨中0速度線位置偏北1/4以上區(qū)域V分量風(fēng)速≥6 m/s)(圖4c)，符合局地暴雨的條件。850 hPaV關(guān)鍵區(qū)(24°～29°N，113°～120°E)小于3/4(1/2)以(圖4d)上區(qū)域V分量風(fēng)速≥8 m/s，表明了低層西風(fēng)分量的明顯，有利于局地暴雨。

圖4 EC 6月6日08:00預(yù)報(bào)6月6日20:00 700 hPa、850 hPa風(fēng)場(chǎng)U 分量和風(fēng)場(chǎng)V 分量

概念模型中，4種指標(biāo)中有3種指標(biāo)達(dá)到局地暴雨分型，綜合指標(biāo)表明衢州地區(qū)在6月6日08:00—7日08:00期間有局地性暴雨。由以上分析可知，局地暴雨天氣概念模型對(duì)局部暴雨的發(fā)生有較好的預(yù)報(bào)效果，但無(wú)法預(yù)報(bào)局地暴雨具體落區(qū)，與低渦移動(dòng)路徑、螺旋度、水汽通量散度指標(biāo)相結(jié)合對(duì)此次暴雨進(jìn)行進(jìn)一步的分析，推斷暴雨大致會(huì)發(fā)生衢州西部和南部。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)天氣環(huán)流分析高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)此次降水由低渦東移引起，暴雨發(fā)生區(qū)域位于200 hPa高空急流入口區(qū)的右側(cè)。根據(jù)物理量診斷分析、水汽通量散度、垂直螺旋度等，能夠較好地診斷出浙江西部、江西東部暴雨水汽集中區(qū)域和動(dòng)力條件。

(2)利用700 hPaU、V分量，850 hPaU、V分量，結(jié)合暴雨天衢州氣象概念模型，對(duì)暴雨的局地性和區(qū)域性有較好的分析，對(duì)衢州地區(qū)局地暴雨的預(yù)報(bào)具有較強(qiáng)的針對(duì)性和參考性，對(duì)衢州地區(qū)極端降水的具體落區(qū)仍然缺乏準(zhǔn)確的預(yù)估，但是結(jié)合水汽通量散度發(fā)現(xiàn)降水極大概率發(fā)生在衢州西部及南部地區(qū)。

綜合分析可以看出，此次降水的喇叭口地形增強(qiáng)了此次暴雨的極端性，但屬于短臨預(yù)報(bào)預(yù)警，對(duì)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效較短，無(wú)法進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)效的極端暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警。因此，在各類資料、指標(biāo)判斷中采用更加多元化的方法，對(duì)局地暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)預(yù)報(bào)至關(guān)重要。衢州暴雨概念模型可以較好地預(yù)測(cè)本次降水極端性，但無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)具體落區(qū)，可以結(jié)合此次低渦的移動(dòng)路徑、水汽通量散度更好地預(yù)報(bào)極端降水的落區(qū)。