南平市一次暖区暴雨成因分析与预报反思

黄待静 陈江平 王涵彧

(南平市气象局，福建 南平 353000)

1 概述

暖区暴雨发生在低层吹偏南风的形势下，是华南前汛期暴雨的一个重要特色。与锋面降水比较，这类降水的预报难度更大，因为暖区暴雨局地性更强、降水量更大，起止时间很难把握，容易造成空报、漏报或者量级偏小，给预报业务造成很大的挑战[1-3]。因此近年来暖区暴雨的研究成为天气预报研究的一个热点。付炜等[4]在研究强西南急流背景下湘桂边界两次预报失败的暖区暴雨个例分析中发现，地形在两次暖区暴雨过程中的降水增幅作用明显，降水中心主要出现在山谷或盆地的迎风坡位置，两次暖区暴雨与边界层的动力辐合、水汽供应关系密切，边界层辐合抬升和地形的作用明显，短期预报需重点关注边界层辐合区及特殊地形位置，对数值预报进行适当订正。苏冉等[5]选取2015—2017年4～6月发生在广东地区的20个暖区暴雨个例，通过引入集合动力因子，建立了一种基于GFS预报场的权重指数,利用权重指数可以较好地判断降水的强度等级，尤其是对西南急流暴雨、锋前低槽暴雨两类降水中中雨以上降水预报能力有明显提高。谌芸等[6]在北方一次暖区大暴雨降水分析中发现，对于发生在深厚暖湿气团中的暖区降水的预报，需考虑高温高湿环境下地面辐合线、冷池及中尺度涡旋的相互作用对对流的触发及组织化发展导致的局地性、对流性强降水的产生。

南平地处闽浙赣交界，地形复杂，在华南前汛期时，受大气环流调整影响， 暴雨常有发生。2020年5月7日，南平市出现一次暴雨，局部大暴雨过程。数值预报模式对暖区暴雨预报能力有限，预报员主观订正能力不足，造成此次暴雨漏报。针对此次潮湿不稳定西南季风控制下可预报性较差的暖区暴雨，本文分析其成因，探究预报失败的原因，希望对提高暖区暴雨预报诊断技术以及提高暖区暴雨订正能力有所帮助。

2 过程概况及预报情况

2020年5月6日20时～7日08时，南平市出现一次局部大暴雨过程(图1a)。12小时内，南平市有82个站点累积雨量超过50mm， 12个站点累积雨量超过100mm，其中以建瓯东峰镇坪林村141.5mm为最大，城区以建阳110.9mm为最大。降水过程具有明显的阶段性特征，第一阶段(图1b，6日20时～7日01时)为小颮线引发的强降水并伴有雷雨大风和冰雹，此阶段降水对流性质非常明显，造成南平市中南部大面积的大雨至暴雨。第二阶段(图1c，7日01时～08时)为线状对流单体引起降水。这一阶段降水有明显的列车效应，线状对流呈西北东南向穿过建阳、建瓯，长时间停滞在南平市中部。

针对此次暴雨过程，无论是数值模式还是预报员主观订正都没有准确预报出来。06日08时起报的各家模式(图1d～i)，可看到ECMWF、GRAPES-GFS、GRAPES3KM、JMA全球尺度模式预报的是小雨量级，福建WRF区域模式报的是北部阵雨，华南区域模式降水量级为小到中雨，局部大雨到暴雨。福建省气象台指导预报(图1j)和中央台指导预报(图1k)南平市降水为阵雨，部分乡镇中雨。预报员根据预报的形势以及参考以上预报订正后的结论(图1l)是南平时有中雨，局部大雨到暴雨。显而易见，此次暖区暴雨漏报。

图1 2020年5月6日20时至7日08时累积降水(a)及分阶段降水(b,c)，各模式预报结果(d)～(i)，福建省气象台6日16时指导预报(j)，中央台6日16时指导预报(k)，南平市气象台6日16时订正预报(l)

3 多普勒雷达回波特征

下面通过雷达回波演变进一步分析此次强降水的发展。5月6日20时左右，江西境内有小颮线a发展(图3a)，此回波受高空槽引导东移南压。同时在颮线前侧的西南急流中，有强块状回波b生成。回波a与b强中心反射率因子都超过50dBZ，强度强。小颮线东移南压过程中有增强的趋势,且与回波b逐渐靠近(图3b)。受两者影响，20-22时，南平市有三个雨量自动站小时雨强超过50mm。小颮线移速很快，以每小时超过50km的速度移动。在其影响下南平出现大范围大风天气。5月6日22时左右(图3c)，回波a与b位置已经很接近，回波强度有所减弱，但是﹥35dBz的回波面积在增加。23时(图3d)，南平境内两强回波已合并成大面积混合性降水回波c。回波c没有持续太长时间，从5月7日00-01时(图3e、图3f)可以看到回波c迅速减弱，第一阶段强降水已经结束。01时的雷达拼图(图3f)中发现，光泽至邵武有新的块状回波移入，第二阶段降水拉开序幕。从图3(g)～(l)中可看到，此阶段降水回波呈线状，回波走向为西北东南向，系统移动方向与走向基本平行，在这个西北东南向上不断有回波移入，形成明显列车效应。回波强度一直都维持在50dBZ以上。回波从02时-06时影响建阳、建瓯等地长达5个小时，东移速度慢，平均移速只有6km/h左右。06时建瓯出现两雨量自动站小时雨强超过50mm的降水。07时后，随着700hPa西南风加强，回波北抬减弱。

对6日21时(图2b)和7日05时(图2j)的回波沿着黑线做垂直剖面分析，发现两处的回波质心都比较低，特别是05时大于45dBZ的强回波接地，属于典型低质心降水。图2(b)和图2(j)中白色箭头表示回波的移向，第一阶段的小飑线移动方向和单体排列方向垂直，不会产生持续时间长的降水。第二阶段单体移动方向与单体排列方向平行，降水单体依次经过同一地点，产生了较大的累积雨量。南平市气象台根据监测到的降水情况和回波情况，6日19时30分发布短时强天气报告，提醒可能有短时强降水、雷雨大风、冰雹等强对流天气。并在21时发布暴雨蓝色预警信号， 7日4时变更为暴雨黄色预警信号。指导建阳区气象局在05时将暴雨预警信号提升至橙色，指导建瓯市气象局于06时升级为暴雨红色预警信号，在一定程度上弥补了短期预报的失误。

图2 5月6日20时(a),21时(b),22时(c),23时(d)，5月7日00时(e),01时(f),02时(g),03时(h),04时(i),05时(j),06时(k),07时(l)组合反射率图和6日21时(m)、5月7日05时(n)垂直剖面图

4 影响系统分析

从大尺度环流背景看(图3a)，此次暴雨过程发生在高空弱波动东移，低层暖切北抬，西南风控制下的暖区中。6日20时,200hPa福建省上空为气流分流区，存在辐散条件，有高空抽吸作用。500hPa邵武站偏北风转偏西风。江西境内有一高空短波快速滑过。700hPa广西-广东-江西南部存在一条西南低空急流，此最大风带在闽北形成明显风速辐合，有能量水汽在南平堆积，700hPa小槽位于江西至南平北部。6日08时-20时，850hPa上贵州至南平北部为暖切控制，切变以南为西南风，暖区控制了整个华南地区。20时地面辐合线正好位于赣闽交界，配合500hPa、700hPa小槽的东移为局地风暴的发展提供了很好的触发条件。

强对流发生期间，整个大气是湿且不稳定的。6日20时邵武站850hPa比湿为15g/kg，水汽含量大，南平位于温度露点差≤2℃宽广的湿区中，空气饱和。露点曲线与层结曲线700hPa附近分离，有干空气的侵入，加大环境的不稳定性。邵武站的探空显示，CAPE是2596J/kg，K指数41℃。925hPa附近为东风，500hPa为西风，风随高度顺转，有暖平流。1km～6km垂直风切变大小为22m/s，表明环境强的对流不稳定。抬升凝结高度和自由对流高度都很低，在900m附近，配合上述辐合流场，不稳定能量迅速释放，转化为上升气块的动能。

南平受暖区控制，在高空短波和地面辐合线的触发下，小飑线发展，产生第一阶段的强降水。但是第二阶段持续线状对流从粗网格天气资料中就很难找到成因。随着科技的发展，风廓线雷达布网能让我们从中窥探一二。

5 风廓线雷达资料分析

对多部风廓线雷达做水平风处理，让多部雷达同一时次探测资料在同一等压面上显示，可以更为细致地看到暴雨发生时的水平风情况。

分析5月6日20时风廓线雷达水平风图4(a)～(c)，发现这与前面大尺度环流背景分析结果一致。500hPa有短波槽东移，低层中尺度切变线影响，形成小颮线，引发强降水。7日01时，500hPa短波东移、中尺度切变线过境后，南平市500hPa和700hPa转为偏北风，第一阶段强降水结束。下面详细分析第二阶段强降水发生时环境风场。从图4(d)～(h)可以看出， 700hPa上光泽-建阳-建瓯这一线为界，东北侧为西北气流，南侧为西南风急流。因此在光泽-建阳-建瓯这一线形成西北东南走向的阻挡。此阻挡像一面“墙”一样，在“墙”的北侧为风场表现为辐散，南侧为西北风与西南风的辐合。但辐合区很窄，集中在光泽-建阳-建瓯一线，属于反气旋式辐合情况。同时阻挡处以南，还存在风速的辐合，南侧的西南风输送水汽与不稳定能量在辐合区形成堆积，一旦过了光泽-建阳-建瓯一线为辐散，于是形成狭窄的线状对流。再加上500hPa引导气流为西北向，回波沿引导气流方向形成明显的列车效应，发展出窄带中尺度降水。这个狭窄的反气旋式辐合线，维持时间较长，持续作用了近7个小时，在前6个小时内，位置略微北抬了一点。07日07时，700hPa西南风加强，辐合线快速北抬，降水也随着北抬减弱。

(a) (b)图3 2020年5月6日20时中分析(a)和6日20时邵武探空图(b)

图4 5月6日20时500hPa(a),700hPa (b),850hPa (c),5月7日700hPa02时(d),03时(e),04时(f),05时(g),06时(h),08时(i)风廓线雷达水平风

6 预报反思

了解了此次暖区暴雨的机理，可以反思此次暴雨预报出现失误的原因。预报员下午16时制作短期预报的时候可供参考的资料主要有：当日08时高空资料，16时之前的地面观测资料、卫星云图和雷达资料，以及08时起报的数值模式预报产品。选取EC细网格、JMA和GRAPES-GFS数值模式6日08时起报的6日20风场与实况场对比中可看到。各个模式在500hPa南平的风场预报都为北风，但实况上，邵武站的探空为偏西风，江西中部为西南风，有短波东移影响南平。模式预报在700hPa上长江流域以南为一致的西南风，但是江西南昌的探空为西北风，也有小槽的影响南平。且华南地区的风场预报偏弱，实际风速比预报风速要大3～4m/s。850hPa影响南平的暖式切变线的位置，实况大概在27°N附近。EC细网格预报在27°N，其他模式在29°N，EC细网格模式预报较为准确，其他模式预报偏北。 925hPa预报与850hPa情况类似， EC细网格模式预报较为准确，其他模式预报偏北。从以上三个全球模式的预报形势上出发，预报员不会去预报暴雨。面对第二阶段的降水却更难把握。因为第一阶段降水结束后，预报员都以为过程结束了，可陆陆续续还有线状的对流，对比分析风廓线和数值预报可看到，各个模式700hPa(图5、图6)02时以后预报为偏西风，没有报出南平境内的辐合。

上述全球数值模式大多属于静力模式，且采用对流参数化处理，对中小尺度对流过程的描述明显不足，因而很难对局地突发性暴雨的准确预报，形成有效业务支撑。此次暴雨的过程预报员依赖数值模式，判断为暖切南侧暖区控制，环境高能高湿，但数值预报模式没有提供出有利的触发条件。再结合各家模式的降水预报，参考福建省气象台和中央台的预报，南平市气象台预报员做了相应的订正。但订正远远不够，造成暴雨的漏报。暖区暴雨的预报确实有很多不确定因素。基层预报员也面临一定的挑战，这就要求预报员在短临预警中要充分利用资料，特别是多普勒雷达、卫星云图、风廓线雷达等，为短期预报做更好的补充。

(a)500hPa (b)700hPa

(a)02时700hPa (b)05时700hPa说明：黑色为风廓线探测风，蓝色为EC细网格预报风场，棕红色为GRAPES-GFS预报风场图6 5月7日02时700hPa、05时700hPa预报风与风廓线雷达水平风对比

7 结论

本文从一次预报失败的暖区暴雨入手，利用地面观测资料、高空探测资料，多普勒雷达，风廓线雷达等资料分析暖区暴雨的成因，再通过预报反思，得到以下结论：

①高空探测资料和风廓线雷达资料分析出暴雨发生的环流背景。暴雨分为两阶段，第一阶段，贵州至南平北部为暖式切变，西南风控制华南地区，在500hPa弱波动和地面辐合线的触发下，小飑线发展，产生暖区暴雨。第二阶段降水是由700hPa反气旋式辐合线造成的。此辐合线在光泽-建阳-建瓯形成西北东南走向的阻挡。北侧为辐散，南侧为西北风与西南风的辐合，且有风速的辐合，500hPa引导气流为西北向，回波沿引导气流方向形成明显的列车效应。此辐合线维持近7个小时，平均移速只有6km/h左右，为第二阶段线状对流提供有利条件。

②从雷达回波分析看，第一阶段小飑线的降水呈现出回波强度强、回波移速快特点，第二阶段为线状对流，有明显的列车效应。

③暴雨发生期间，环境场极其不稳定，CAPE是2596 J/kg，K指数41℃，中层有干空气侵入，垂直风切变大，水汽含量充足，这都是暖区环境下的特征。

④反思此次预报，数值模式对暖区暴雨的预报能力有限，预报员依赖于数值预报，对其解释应用经验不够。因此预报员要多积累预报经验，提高预报能力。同时利用好更立体、更完善、布点更密集的多元资料，例如风廓线雷达等资料，在短临预警中弥补短期预报的不足。