吴忠市一次农业致灾暴雨天气分析

魏月娥喇楠刘沛

(1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏 银川 750002;2.宁夏回族自治区吴忠市气象局，宁夏 吴忠 751100)

1 过程概况

2016年8月13日夜间—14日夜间，吴忠市大部出现雷阵雨天气过程，其中青铜峡市大部、利通区南部、红寺堡区东部，同心县东北部、盐池县北部出现暴雨天气。13日20∶00—15日8∶00全市199个自动气象站中66h雨强超过16mm，有45个自动气象站累计降水量超过50mm，有4个自动气象站累计降水量超过100mm，最大雨强出现在红寺堡区太阳山镇买河村为59.2mm·h-1，最大累计降水量出现在盐池县高沙窝镇营西村为133.7mm。吴忠和青铜峡本站13日20∶00—14日20∶00累积雨量分别为48.4mm和52.7mm。8月13日20∶00—8月15日8∶00累计降水量及各暴雨发生区强降水时段如图1(单位：mm)。这次暴雨天气引发多地洪涝灾害，造成青铜峡、太阳山、盐池等地方农田冲毁，农作物倒伏，日光温室受损、倒塌，牲畜失踪、死亡，基础设施及水利设施损毁等损失。仅盐池县、红寺堡区、利通区统计到的直接经济损失达1600多万元。

图1 2016年8月13日20∶00—8月15日8∶00累计降水量及强降水发生时段

2 预报与实况对比分析

这次暴雨过程在中央气象台的指导预报、区台指导预报、市气象台发布的预报中都是漏报的，为了避免在以后的工作中出现类似的失误，对本台预报员一贯所参考的数值预报的检验是尤为重要的。所以以下着重将wrf和欧洲中心降水量预报与实况降水落区、时间以及强度进行了对比。

吴忠市气象台2016年8月13日发布的预报：14—15日全市雷阵雨或阵雨；区台指导预报：吴忠全市雷阵雨或阵雨；中央台指导预报：吴忠全市小雨。

短期预报所参考的数值预报定量降水预报情况：分别为12日20∶00、13日8∶00起报的欧洲中心细网格、wrf3km、wrf9km预报产品。以下主要分析这3种数值预报分别在12日20∶00、13日8∶00对13日夜间—15日降水预报情况。

Wrf3km12日20∶00起报的降水量预报产品对13日20∶00—15日20∶00吴忠的降水预报有14日5∶00—8∶00利通区北部、15日8∶00—11∶00青铜峡北部，14日14∶00—15日20∶00盐池北部，其它时段为零星的少量降水，如图2。从预报的总降水量来看，wrf3km12日20∶00对盐池北部的降水量预报整体量级偏小，降水持续时间比实际长。青铜峡和利通区的降水预报比实况推后，其它暴雨发生区的降水漏报。

图2 wrf3km 12日20∶00降水量预报

Wrf3km 13日8∶00起报的降水量预报产品对13日20∶00—15日20∶00吴忠有大于10mm的降水预报有13日17∶00—20∶00吴忠市东南部，14日17∶00—23∶00盐池东部，15日8∶00—14∶00青铜峡和利通区南部，其它时段为零星的少量降水。与实况对比发现Wrf 3km 13日8∶00对这次过程中队盐池北部的降水时间比实况偏后，量级偏小。对其它暴雨发生区的预报无论是落区还是量级与实况差距较大，实况降水时段预报无降水，实况无降水时段预报有降水。

图3 Wrf 3km13日8∶00降水预报

Wrf 9km 12日20∶00起报的13日20∶00—15日20∶00吴忠有明显降水的是时段是13日20∶00—14日2∶00同心南部地区以及15日8∶00—14∶00吴忠市北部，其它时段无降水或为零星小量降水。

图4 Wrf 9km 12日20∶00降水量预报

Wrf 9km13日8∶00起报的13日20∶00—15日20∶00吴忠有明显降水的是时段是14日2∶00—5∶00利通区、青铜峡北部、14日11∶00—23∶00盐池大部，14日17∶00—23∶00同心县大部。

图5 wrf9km 12日20∶00降水量预报

综合分析来看，wrf9km 12日20∶00的产品对这次暴雨过程基本漏报，而到13日8∶00的降水量预报较12日20∶00有了比较明显的调整。13日8∶00对降水的落区和时间的预报与实况比较吻合，但是量级相差较大，没有报出强降水。所以wrf降水预报产品仅13日8∶00对这次过程的预报与实况仅有量级的差距，其它时次预报与实况差距大。

欧洲中心细网格降水量预报分析：欧洲中心细网格12日20∶00起报的定量降水产品对吴忠的预报显示，8月13日20∶00—14日2∶00，盐池北部有25～60mm的降水，其它时段吴忠地区降水均不足5mm。13日8∶00的预报产品对吴忠的降水预报则显示13日14∶00—17∶00同心南部有20mm大降水中心，13日20∶00—23∶00盐池、同心大部有5～10mm降水。其它时段吴忠为小雨或无降水。

综合以上各数值预报降水量预报的分析，将结果对比如表1。

表1 各数值预报分别在12日20∶00、13日8∶00降水量预报分析

从以上的分析结果明显可以看出，wrf模式预报在24h和12h预报降水量预报对吴忠都有降水预报，但量级与实况差别大，而且24h和12h降水量预报无论是降水落区还是降水时段变化都很大，并且都和实况差别甚远。EC细网格的降水量虽然12h预报较24h预报调整不大，但对吴忠这次的暴雨落区和时间都没有准确预报。所以吴忠市气象台平时所参考的这2种数值预报对吴忠这次暴雨过程没有指导意义。

图6 欧洲中心细网格降水量预报

3 本地暴雨天气模型、指标检验分析

吴忠市气象台根据多年的暴雨过程总结的暴雨天气模型和预报指标如下。

预报模型。高空为“东高西低”的环流背景、四股气流：200hPa西北气流，500hPa西南气流，700hPa偏南气流，850hPa偏(东)南气流，四股气流交汇区为暴雨落区。

暴雨影响系统及强度。200hPa:(E80°～110°，N35°～55°)范围为西北气流；500hPa：(E80°～110°，N25°～40°)范围为西南气流；700hPa:(E95°～105°，N30°～40°)范围内有低涡，(E90°～110°，N30°～40°)范围为偏南气流，风速≥12m·s-1；850hPa:(E105°～115°，N30°～40°)范围为东南气流，风速≥8m·s-1。

水汽条件。相对湿度：500hPa与700hPa的平均≥60%；700hPa与850hPa的平均≥70%；850hPa≥83%。饱和程度：E90°～110°、N35°～40°范围内，T-Td≤2℃。比湿：500hPa比湿达4～6g·kg-1，700hPa比湿达8～12g·kg-1(绝对湿度)，水汽通量：850hPa≥13.4。

不稳定条件。假相当位温：500hPa、700hPa、850hPa3层平均≥60；K指数：K≥36℃；SI指数：SI≤-3℃；总温度：500hPa≥59℃(不稳定指数条件)。

动力条件。散度：700hPa≤-1；500hPa与700hPa的平均≤-2.5；700hPa与850hPa的平均≤-7.4；垂直速度：700hPa≤-17；500hPa与700hPa的平均≤-15；700hPa与850hPa的平均≤-10。

以下主要对吴忠本台预报员预报降水时最常用的EC细网格所预报情况进行分析，检验细网格预报场在这次暴雨天气过程中的预报是否有吴忠市暴雨预报模型和指标的体现，另外对比预报场与实况场的差别。

3.1 环流背景

2016年8月12日20∶00预报13日20∶00欧亚中高纬度地区500hPa上基本是一脊一槽的形势。高压脊位于乌拉尔山至巴尔喀什湖附近，在贝加尔湖附近则为一个宽广的槽区。贝加尔湖东部和西部各有一个辐合中心，584线位于内蒙以北。宁夏一直处于584线以南的西南气流中。14日20∶00形势上看，环流形势较为稳定。贝加尔湖西侧的辐合中心略有南压，东侧的辐合中心则东移出我国东北地区，如图7。

图7 12日20∶00预报13日、14日20∶00700hPa风场及高度场

12日20∶00预报13日20∶00—14日20∶00 700hPa高度场和风场上，看宁夏以东地区是等312位势什米的高压，从沿着等312线，我国东南部地区一直到宁夏中南部都是偏南气流。在高原地区上有308等位势什米的低值辐合中心,如图8所示。所以从预报的环流背景看，13日20∶00—14日20∶00吴忠市高空环流背景符合“东高西低”的形势。

图8 13日20∶00、14日20∶00 700hPa风场及高度场

分析预报场13日20∶00—14日20∶00高空各层风场情况发现，200hPa上吴忠市处于辐散区中，辐散区中心13日20∶00位于青海西部，14日20∶00移至青海东南部，宁夏处于辐散流场中的西北气流中，在甘肃到宁夏一带的以北地区为较为平直的纬向气流如图9(a)。也就是预报场200hPa风场不完全符合以往总结的(E80°～110°，N35°～55°)范围为西北气流的条件。再分析500hPa上风场情况，13日2∶00开始宁夏地区由偏西气流转为西南气流，并且吴忠市的风速8月12日20∶00为2m·s-1，8月14日8∶00增加到8～10m·s-1，14日20∶00风速减小，在指标区域E80°～110°，N25°～40°)内为西南气流，整个区域内风速也是有增大的趋势，图9(b)。700hPa上13日20∶00在甘肃民勤附近有低涡切变存在，青藏高原上有低涡。到14日8∶00低涡中心风场的辐合更加明显，而且切变线一直从河西延伸到了河套的西北部,如图9(c)。另外在宁夏和甘肃南部一直维持偏南气流，13日23∶00甘肃南部到宁夏西南部有急流建立，急流中心区最大风速为14m·s-1。从时间变化来看，甘肃南部到宁夏中部的偏南气流风速先增大后减小，14日2∶00为最大，急流区域也最大，甘肃南部到宁夏西南部风速普遍达到14m·s-1。随后偏南风风速开始减小，到14日11∶00，急流消失。值得注意的是在预报场上从13日20∶00—14日8∶00，宁夏同心以北地区都处于风速的辐合区中。

850hPa上13日20∶00同心以南地区为东南风，以北地区偏东风。随着时间推移，偏南气流的范围由南向北逐渐扩大，陕西南部13日20∶00风速由原来的4m·s-1增大到8～10m·s-1。到14日8∶00，盐池以南为偏南风，以北为东北风如图9(d)，所以从同心到盐池有西南-东北向的切变存在，这个暖式切变一直少动维持到14日17∶00。

图9 12日20∶00预报14日8∶00时高空风场及高度场

综合以上分析来看，欧洲中心对环流形势和风场的预报场除200hPa中高纬度的风向外，其它与以往总结的预报模型和影响系统基本吻合。

对实况的环流形势和各层风场与预报处对比:从实况观测资料看，8月13日8∶00—15日8∶00，吴忠市200hPa上是一致的西北气流，处于辐散区中，辐散中心位置一直维持在青海湖附近。在暴雨发生区的上空的抽吸作用有利于暴雨区气流的上升运动。从200hPa逐层向下到400hPa分析，降水暴雨发生区的气流逐渐转成偏西方向的。500hPa上看，13日20∶00之前588线位于宁夏石嘴山南部，到14日8∶00已经南退到吴忠南部，13日20∶00—15日8∶00吴忠气流维持西南方向和偏西向，降水结束后也就是到15日20∶00气流转为西北向的。700hPa上13日20∶00—15日8∶00都是西南气流，14日8∶00平凉站风速为10m·s-1。14日20∶00在吴忠中北部存在风速和风向的辐合。850hPa上13日20∶00—15日8∶00都维持偏东北气流。所以欧洲中心预报与实况场吻合。

3.2 水汽条件

3.2.1 相对湿度

从EC细网格相对湿度预报场上分析，13日20∶00吴忠500hPa上相对湿度为70%～80%，14日8∶00则减小到不足70%，14日20∶00又增大到80%。在银川以北地区一直都维持90%的湿度大值区。700hPa上13日8∶00—20∶00相对湿度普遍达到80%，13日20∶00利通区、青铜峡相对湿度达到90%以上。14日8∶00全市范围相对湿度减小到70%以下。850hPa上13日20∶00相对湿度在70%～80%，14日8∶00增加到80%～90%，到14日20∶00又有明显减小。所以从相对湿度预报来看，各层相对湿度大值不是在同一个时次出现，银川以北各层的相对湿度都一直维持在80%以上，似乎更有利于降水天气的发生。但是吴忠在整个过程中相对湿度符合500hPa与700hPa的平均≥60%、700hPa与850hPa的平均≥70%、850hPa≥83%的条件。所以预报场上吴忠高低空虽然比银川以北地区相对湿度小，但仔细分析，还是有有利于降水的条件存在。

图10 14日8∶00高空风场&高度场实况

3.2.2 比湿预报

12日20∶00为初始场的比湿预报场上，吴忠市500hPa上比湿不足6g·kg-1,13日20∶00开始逐渐增大，等6g·kg-1线南压到吴忠中部，如图11。14日2∶00达到最大，有等6g·kg-1闭合中心存在，14日8∶00又开始减小到4g·kg-1左右。700hPa上13日8∶00开始比湿有明显增大的趋势，到14日2∶00由原来的10g·kg-1增加到12g·kg-1，14日8∶00开始减小，14日17∶00又有一次增大的过程，盐池北部比湿增加到12g·kg-1。综合来看，500hPa比湿预报场对吴忠北部暴雨区的比湿预报符合总结的指标，700hPa预报场13—14日比湿均在10～12g·kg-1，符合指标。

图11 14日2∶00 500hPa、13日23∶00 700hPa比湿预报场

3.2.3 水汽通量

12日20∶00起报的850hPa水汽通量场上，吴忠市13日14∶00之前水汽通量数值不足10,14日开始明显增大，到13日20∶00吴忠市西部水汽通量达到12以上，青铜峡水汽通量大于15。随后开始减小，而14日20∶00开始吴忠市北部的水汽通量又增大到12以上，甚至大于15，但整个过程中吴忠市南部都没有达到12。所以水汽通量预报场上对青铜峡和利通区的预报符合暴雨指标，对盐池和同心的则没有显示。而实况850hPa水汽通量场上13日20∶00吴忠水汽通量大小为6～8g·(cm·hPa·s)-1。

图12 12日20∶00报13日20∶00、14日20∶00水汽通量场

3.3 动力条件

3.3.1 散度

从实况高空各层散度场分析，吴忠除了13日20∶00 700hPa和850hPa上散度分别-1.6～0、-3.6～0之外，其它各层、其它时次均为正值。所以不符合以往总结的指标。

图13 13日20∶00500hPa、700hPa、850hPa散度场

3.3.2 垂直速度

垂直速度预报场上850hPa 13日20∶00吴忠中部为负值，其它均为正值。700hPa 14日2∶00为负值，500hPa 14日2∶00盐池北部有强烈的上升运动。

3.4 不稳定条件

3.4.1 假相当位温

500hPa 13日20∶00为76.85,14日8∶00减小到73.85。700hPa上13日20∶00吴忠全市假相当位温值在84.35范围内，这个数值一直维持到14日2∶00，随后开始减小，到14日8∶00减小到79.35，之后又开始增大。所以3层平均>60。850hPa上14日2∶00之前大于81,13日17∶00最大为86,之后减小。14日14∶00盐池北部有大值区，最大为92。

3.4.2K指数

在这次过程中K指数14日大于40，其它时段都在35～40范围内。

4 结论

从以上分析看，预报员平时所参考的数值预报无论是wrf3和wef9或者是EC细网格，降水量的预报对这次吴忠市暴雨过程预报准确率很低，对预报员的预报结论有一定的误导。但是欧洲中心细网格流场的预报和实况吻合且符合吴忠市气象台以往总结的暴雨模型和指标。物理量的预报场、相对湿度、比湿的预报与实况吻合且符合吴忠本地的暴雨预报指标，水汽通量不完全符合；散度和垂直速度的预报不符合动力条件的指标。假相当位温和K指数完全吻合不稳定条件。因此，在以后的暴雨预报中，应以大的环流形势和流场的预报为主要依据，再分析水汽条件、动力条件和不稳定条件，并且不能以定量降水预报产品作为主要的预报依据。