長樂區一次極端暴雨的診斷分析

林麗萱?吳姍?鄭中凱?姚林塔

摘 要：利用2023年7月16—17日探空資料、長樂X波段雷達資料、常規地面自動站觀測資料、EC再分析資料和多模式、短時潛勢預報等資料，針對 7月17日05：00～10：00福州長樂部分鄉鎮發生的短時強降水進行診斷分析，結果表明：臺風遠距離倒槽在我國臺灣海峽北部西側邊界層誘生低渦、地面中尺度輻合線為極端暴雨提供了環流背景；東風波動激發中小尺度系統、沿岸偏東氣流輻合為極端暴雨提供了對流觸發機制和充沛水汽；環境場滿足低層水汽充沛、濕層深厚和垂直風切變較弱，該強降水回波具有典型的低質心特征。

關鍵詞：倒槽；東風波；對流機制；水汽

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

福建是中國受臺風影響嚴重的省份之一，每年平均有1～2個臺風登陸[1]，臺風帶來的狂風暴雨致災性極強，給人民生命財產、生產生活造成重大損失。研究發現，臺風暴雨通常產生在4塊區域：臺風前颮線、臺風環流本體、臺風倒槽和臺風后[2]。其中，臺風倒槽產生的暴雨往往很強，有時甚至超過臺風中心暴雨，是臺風暴雨分析預報中的難點。強降水回波與倒槽輻合區密切相關，而東北風和東南風的相互滲透交匯形成的中尺度的氣旋性輻合是產生極端短時強降水的關鍵系統，低層強輻合上升、高層下沉輻散，為中小尺度系統加強和維持提供動力條件。2023年7月16日夜里至17日早晨，福州晉安區、長樂區出現暴雨、大暴雨，局地特大暴雨，過程最大雨量為晉安區宦溪鎮375.5 mm，強對流天氣特征明顯，降水短急，實屬罕見。這是一次典型的臺風遠距離倒槽輻合區產生的局地極端暴雨。下面內容以長樂區降雨特征為例，進行物理診斷分析，為防災減災服務累積個例經驗。

1 降水實況特征

7月16日夜里到17日白天，長樂區部分鄉鎮出現暴雨，局部大暴雨，統計16日20：00～17日10：00累計雨量發現，全區共有9個鄉鎮（街道）雨量超過50 mm，其中江田鎮、文武砂街道、航城街道雨量超過100 mm，以江田鎮233.8 mm為最大（圖1）。降水時段主要集中于17日05：00～10：00，降水特征表現在有兩個地域性強中心，兩個時間段，局地性明顯，強降水短急，小時雨強大。

其中，一個中心為沿海江田鎮和文武砂街道，降水時段為17日05：00～07：00、08：00～10：00，江田鎮06：00及07：00的小時雨量均超過50 mm，最大小時雨強75.9 mm。

后一時段文武砂街道小時雨強53.3 mm。另一個中心是以老城區為中心覆蓋周邊鄉鎮，強降水時段為17日07：00～09：00，創下本次過程最大小時雨強90.5 mm（航城街道石屏山，高山站），5 min雨強14.8 mm。國家站小時雨強59.1 mm，5 min雨強10.4 mm。降水效率高，時間短急，極端性明顯。

2 環境場分析

2.1 高度場特征

16日20：00 500 hPa（圖2a），4號臺風“泰利”位于南海北部，東北冷渦槽底伸至山東南部至安徽北部一帶，588線東退至沿海，西脊點在長三角沿岸，福建中北部為北偏東氣流，環境場風速??；850 hPa福建沿海中部存在一條東北—東南風速、風向中尺度輻合帶（圖2b）；17日02：00，地面臺風倒槽擴展至我國臺灣海峽中南部，福建三明至福州沿海一帶有一條東西向輻合帶，08：00之后輻合帶有所北抬（圖2c）。此次暴雨過程為臺風倒槽低層偏東輻合氣流下擾動所致，邊界層（925 hPa以下）NE與SE的風向輻合，在福州南部沿海形成水汽輻合中心，夜間海上來的冷濕氣流與陸上暖濕氣流匯合，加劇觸發對流機制。另外，中高層輻散，強抽吸作用造成降水高效，量大而快。

2.2 流場特征分析

在有利于強降水的環境條件下，中氣旋或比中氣旋尺度更大的渦旋均會導致降水增幅[3]。從EC流場上看（圖3），這次暴雨過程是低層福州南部沿海到平潭誘生的低渦環流北側偏東氣流輻合所致，無大尺度環流引導低壓移動，低渦停滯少動。在暴雨能量釋放后，低渦中心逐漸減弱直至消散。

2.3 對流觸發機制及水汽來源

強對流發生發展主要取決于低層觸發機制，充沛的水汽是強降雨形成的重要條件，而水汽的輻合輻散則是暴雨形成的關鍵[4-5]。16日20：00、17日08：00福州站探空資料顯示（圖4），20：00大氣層結顯示16日夜里福州上空700 hPa以下各層幾乎飽和，低層暖濕，而700 hPa以上冷干，對流性不穩定，只要稍有凝結（上升或冷空氣）就可以產生明顯的降水。08：00顯示福州上空濕層明顯增厚，存在水汽通量輻合，表明有效降水概率增大。從16日20：00至17日08：00各指標變化來看，K指數從39.1 ℃增長至42.3 ℃，CAPE值從851.6 J/kg升至1 113.3 J/kg的強對流發生發展主要取決于低層觸發機制，充沛的水汽是強降雨形成的重要條件，而水汽的輻合輻散則是暴雨形成的關鍵[4-5]。16日20：00、17日08：00福州站探空資料顯示（圖4），20：00大氣層結顯示16日夜里福州上空700 hPa以下各層幾乎飽和，低層暖濕，而700 hPa以上冷干，對流性不穩定，只要稍有凝結（上升或冷空氣）就可以產生明顯的降水。08：00顯示福州上空濕層明顯增厚，存在水汽通量輻合，表明有效降水概率增大。從16日20：00至17日08：00各指標變化來看，K指數從39.1 ℃增長至42.3 ℃，CAPE值從851.6 J/kg升至1 113.3 J/kg，SI指數由-2.37 ℃加強到-3.36 ℃。上述指標表明，16日夜里福州上空不穩定能量在加劇，空氣不穩定度持續增強，為短時降水、強雷暴創造了有利條件。SI指數由-2.37 ℃加強到-3.36 ℃。上述指標表明，16日夜里福州上空不穩定能量在加劇，空氣不穩定度持續增強，為短時降水、強雷暴創造了有利條件。

3 雷達特征

根據長樂X波段相控陣雷達資料可以看出（圖5），在第一個強降水時段，強降水中心（江田鎮沿海）存在中-γ尺度系統，沿海有風速風向輻合；第二個強降水時段長樂中部南北向有輻合線，存在兩個中-γ尺度系統，輻合線西北側有西北—偏西氣流輻合，東南側沿海有偏東氣流輻合。由于中高層引導氣流弱，回波單體滯留。7月17日04：30起，長樂西南部與福清交界處及長樂松下鎮有多個對流單體發展，并向北偏東方向緩慢移動，松下鎮上空單體沿沿海方向向上移至江田鎮上空時，05：00出現滯留現象，最大回波強度在55 dBz以上，對流單體質心主要集中在5 km以下，降水效率高。單體中不斷有強回波的發生與消失，從而造成江田鎮05：00～07：00雨量（2 h雨量）達142.1 mm。第二個時段08：30～10：00，有多個對流單體發生發展，其一長樂西南部回波單體生成，并向北偏東移動發展，到營前街道、航城街道、吳航街道上空時回波滯留；其二沿海江田鎮回波加強，并伸展至文武砂街道。兩區域回波最強也在55 dBz 以上，10：00之后強回波本體能量釋放完，降水明顯減少。

4 地形增幅作用

陳潛等[6-7]研究表明，山地通過動力作用和熱力過程使相應的空氣層中天氣尺度系統和氣流發生重大改變，地形產生的垂直速度和風場變化對暴雨的動力作用，在同樣天氣形勢下，迎風坡的降水量要比其他地區大，原因在于迎風坡受動力強迫抬升、局地輻合輻散及降雨微物理作用的影響，降雨強度要比其他地區偏大。中小尺度地形通常對降水中心的落區、落點有著顯著的影響，地形與降雨關系很密切。長樂區航城街道石屏山為高山站，海拔640 m，在尺度上屬于中小尺度地形。在對流云團移動至該地區時，由于迎風坡的爬升作用，氣流輻合上升，增強上升運動。此次第二時段最大雨強在石屏山，說明迎風坡地形對強降水增幅起一定的作用。

5 預警預報難點分析

從多模式3 h降水預報來看，各家模式在預報長樂區16日夜間降水方面存在分歧，以小雨量級為主，中尺度模式CMA-SH、CMA-GD也未體現暴雨落區。福建省氣象臺指導的強天氣對流潛勢預報指出，7月16日20：00～17日08：00，預報時效內福建省西部和沿海局地有30～50 mm/h的短時強降水和7～9級雷雨大風，落區無福州地區一帶。福建省氣象臺7月17日04：40發布的短時強天氣報告：預計未來2 h（04：40～06：40）福州部分市縣有短時強降水，其中福州（連江、鼓樓、閩侯、羅源、晉安、閩清、倉山、馬尾）2 h累計降水可在50～70 mm，同樣未提及長樂的強降水落區。17日05：19收到福建省氣象臺客觀指導預報提示，長樂江田鎮過去半小時達30 mm，實況局地強降水發生發展，這才給當班預報員起到預警作用。

從上述預報分析來看，無論是多模式還是省臺客觀指導，都未體現可預測性，可見此次過程的突發性和極端性。

6 結論

在南海北部的臺風產生遠距離的倒槽，引發我國臺灣海峽北部偏東入口氣流，加上沿岸下墊面摩擦因素，邊界層誘生出低渦，其北側偏東氣流輻合提供充沛水汽，地面中尺度的輻合線對對流的觸發和發展起到增強作用，造成局地強對流天氣，短時降水強急效率高。

探空資料表明，7月16日夜間福州上空對流性不穩定，在倒槽東風系統中激發的多個中小尺度對流系統，提供了對流觸發機制，沿岸東北與東南氣流的輻合加強對流上升運動，并有大量水汽聚集；雷達回波特征表明低層水汽充沛、濕層深厚和垂直風切變較弱的環境下，對流單體有明顯低質心特征，使得降水時短量大；山地地形在同等天氣系統下，降水有一定增幅。

對臺風遠距離倒槽下產生的局地短時極端強降水，在預警預報上存在很大難度，需要加大個例累積，加強對這些方面的研究。

參考文獻

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