程巍 张智超

【摘 要】文章利用常规的天气图和雷达图分析2015年5月16日福州长乐国际机场较长时间雷暴和暴雨过程的成因，并结合面向公众系统的数值预报模式探讨其对强对流天气预报的可行性。分析结果表明，此次强对流天气过程为地面冷空气南下与福建中部高温高湿的暖气团交汇而诱发，数值预报对此次大范围暴雨和强对流的发展过程有很好的反映，对降水中心落区预报略微偏北，在实际应用中应结合雷达径向速度、区域自动站数据等实时资料订正暴雨落区。

【关键词】强雷暴；数值预报；预报检验

【中图分类号】P458.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）01-0093-04

0 引言

2015年5月16日福州遭遇强对流天气，上午烈日炎炎，午后普降暴雨，闽侯、福州金山等地出现强雷暴并伴有冰雹，福州市区多路段出现内涝，福州长乐机场亦受雷暴和暴雨影响，造成大面积航班备降和返航。本文利用天气图和雷达图分析此次大范围暴雨的成因，并结合面向公众系统的数值预报系统探讨其对强对流天气预报的可行性。

1 长乐机场天气实况和雷达资料分析

1.1 天气实况

2015年5月16日午后06：58（UTC时间，下同），福州长乐机场开始出现小阵雨，之后间歇性出现中到大阵雨，降水一直持续到17日凌晨；07：12机场开始间歇性出现雷暴天气，至夜里12：43逐渐减弱消散。统计16日长乐机场日降水量57.9 mm，达到暴雨等级，09～10时单小时降水达20.9 mm，雷暴总时间段接近4 h（如图1所示）。

1.2 雷达资料分析

选取当日几个典型时间点，分析此次雷暴发生发展及消散的演变过程。由图2可见，上午03：40，福建北部有较强雨带，福州地区天气状况良好，永泰和闽清一带，局地有对流云团开始生成，仅仅不到1 h，04：33，闽清、永泰地区对流云团已发展成片并向东北偏东方向移动，此时天气雷达的最强反射率达到60DBZ，至04：56，对流进一步增强，闽侯附近雷达回波反射率达到70DBZ，查看雷达产品的“垂直积分液体含水量”分布看到，04：56～05：38期间闽侯南部到福州市区数值均大于50 kg/m2，最大值达66 kg/m2，闽侯出现强对流伴冰雹的恶劣天气。随着强对流云团的缓慢东移，强雨带横扫整个福州地区，至06：43此次强对流云团开始有减弱的趋势。

但紧接着，长乐西南局地也开始有新的对流云团生成向东偏北方向移动，07：13左右移到机场上空，机场开始出现雷暴天气，至08：48，机场上空对流云团减弱，雷暴暂时中止。09：11机场西南生成的对流云再次移至机场上空，直至10：48，机场均被强对流回波覆盖（最强达60DBZ），期间持续雷暴并伴有中到大阵雨。长乐西南不断有对流云团生成发展并向机场方向移动，11：57～12：43机场再次出现雷暴天气。之后对流减弱，机场转为小阵雨天气。

此次雷暴过程为两次对流云团生成、发展、消散。一次为03：40左右开始闽清和永泰一带发展的对流云团与其西侧的对流单体合并加强为超级对流云团，影响闽侯、福州和长乐等地区，此次对流强盛，局地伴有冰雹现象；另一次为长乐西南侧多个对流单体发展东移，主要影响福州西南地区和长乐机场，由于不断有对流单体生成，持续时间较长，对机场的影响更大。

2 天气形势分析

5月14～15日，地面西南倒槽发展东伸，静止锋在长江流域一线，高空西南急流发展并建立，福建地区受此影响，出现湿热天气，多地出现了35 ℃高温天气。

分析16日天气图（如图3所示）看出，00时地面锋面位于福建北部地区，冷空气前沿南压至浙闽交界处，浙江南部受冷空气影响温度已降至21～22 ℃，福州、厦门站在00时温度高达28 ℃和27 ℃。高空850 hPa切变线处赣中到桂南一线，广东到福建南部受强盛的西南急流控制，但邵武至福州西南风仅4～6 m/s，福建中部存在明显的西南风速辐合，500 hPa东亚大槽槽底在北纬30°附近，福建地区处副高边缘，588线与东南沿海线基本重合，福建地区受较强的西南急流控制。

到夜里12时，500 hPa南支槽略有东移，副高位置变化不明显，福建地区中高层仍为西南气流影响，850hPa切变线东移南压至福建中部，地面锋面明显南压到达福建中南部地区，随着冷空气从海上南下至福建中部，福州站点气温此降至21 ℃。

综合分析16日天气形势，福建上午处于地面锋面南侧的暖区，为高湿高温的不稳定区域。中午前后时段，受低层切变东移南压影响，地面锋面南压迅速，冷暖空气在福建中东部交汇，诱发了强对流天气，局部对流发展旺盛产生了冰雹。福建中部辐合明显，不断有对流云团生成发展向东北方向移动，造成了福州西南和长乐机场长时间间歇性的强对流天气。随着夜间辐射能量减弱，对流逐渐减弱为降水为主，冷空气南下，西南气流减弱后，降水逐渐停止。

3 数值预报模式分析

选用互联网上公开提供的中国海洋大学“区域大气与海洋短期实时预报系统（V8.0）”的WRF数值模拟的部分输出气象参數，探讨数值模式对强对流天气预报的准确性。此次预报初始场为16日00时，采用两重嵌套，粗细网格水平分辨率为30 km和10 km，微物理过程方案为LIN方案，长波辐射为rrtm方案，短波辐射为Dudhia方案，陆面过程为Noah方案，边界层为YSU方案[1]。

3.1 地面CAPE值

CAPE即对流有效位能，反映对流上升运动可能发展的最大强度，根据CAPE值的大小，可以判断气块上升运动所具有的不稳定能量[2]。由16日03～12时地面CAPE分布（图略）可以看到，03时福建地区地面CAPE值为500～900，此时为轻微不稳定[3]；06和09时CAPE明显上升，达1 000～1 500，不稳定程度明显加强，且不稳定区东移南压，12时CAPE又下降至轻微不稳定程度。

依据叶磊等人的《华东地区雷暴天气对流有效位能统计分析》中“华东南部地区5月份雷暴发生时CAPE值中位数约为1 100 J/kg”，可以看出，16日午后06～09时对流能量十分有利于对流天气的发生[4]。

3.2 垂直速度

强对流发生的条件需要有持续强盛的上升气流。分析数值模式06和09时850 hPa、700 hPa和500 hPa三个层次的垂直速度分布（如图4所示）可以看到，06时福建内陆地区垂直上升运动旺盛，垂直速度最大达50～100 cm/s，高空三层垂直速度的最大值均出现在闽西北地区；到09时上升运动区域明显东移，垂直速度的大值中心移至福建中东部沿海。由此可以看出，06～09时，福建内陆地区存在大范围强盛的上升运动，并随着高空槽的东移而向福建沿海东移，因此福建地区将会出现一次自北向南、从西往东的强降水过程。

3.3 流场和比湿

源源不断的水汽输送是大范围暴雨发生和持续的必要条件。16日机场高空受南支槽前和副高西侧强盛的西南急流控制，850 hPa福建地区比湿达13～16 g/kg，925 hPa达16～18 g/kg（如图5所示），水汽含量非常大，而根据强对流发生的水汽条件来看，低层比湿大于14 g/kg即十分有利于强对流的发展[5-6]。随着高空槽和切变位置的东移南压，混合比极大值区域也随之南压，受西南急流影响，不断有水汽输送补充，整个福建地区维持高湿条件。由此看出，福建上空大范围高湿层深厚且持续，强盛的西南急流保证了水汽不断输送，大范围降水的水汽条件良好。

3.4 实况和数值模式的降水量对比

对比分析16日00～24时实况降水量和数值模式的降水量（如图6所示）看出，此次数值模式较好地指示了福建中北部地区强降水过程，在降水中心的预报上略有偏差：实况中降水中心位于福州到闽侯地区，数值预报的降水中心在闽西北地区。在24 h累积降水量的预报上，降水量偏大，实况中最大降水量等级在70～140 mm，预报降水量为100～200 mm。分析数值预报的3小时降水量（图略）看出，预报降水集中在06～12时，而实况强降水时段在04～10时，对强降水的时段预报偏迟2～3 h。

3.5 结论

通过分析数值模式输出的地面CAPE、垂直速度和比湿等参数，可以看出16日福建地区不稳定能量高，湿度大且湿层深厚，高空存在大范围明显的上升运动，综合以上条件很利于大范围强对流天气的发生和维持，由此可断定16日午后福建地区将出现一次自北向南、从西往东的大范围降水和強对流过程。

对比实况天气情况，最强降水发生于福州闽侯一带，而数值预报显示降水中心位于古田建瓯一带。分析造成误差的原因如下：数值预报模式预报此次强降水主要集中在切变和西南急流之间即闽北地区，而实况中浅层福建中北部西南风4～6 m/s，未达急流强度，由于受高空槽东移和低层切变南压影响，中午前后中高空有少量冷空气扩散南下（长乐雷达站风廓线显示04：30～05：00时段内6 km以上高空西南风转为西北风），地面冷空气也比预期强，南下扩散到了福州以南，所以最大降水出现在福州地区。

综上分析，面向公众的“区域大气与海洋短期实时预报系统（V8.0）”数值模拟对此次自北向南的大范围暴雨过程有很好的指示，但对降水中心落区的预报略微偏北，降水强度稍微偏大，在实际应用中应结合雷达径向速度、区域自动站数据等实时资料订正暴雨落区和强度。

4 小结

5月16日，福建午前处于地面锋面南侧的暖区，高空西南气流旺盛，午后受低层切变东移南压和地面锋面南压影响，福建地区出现自北向南、从西往东的大范围降水过程，冷暖空气在福建中东部交汇，诱发了强对流天气，局部对流发展旺盛产生了冰雹。结合数值预报的地面CAPE值、垂直速度和比湿的分布，可以看出在午后福建西北到中东部有一次强对流发展的过程；对比数值预报和实况的降水量看出，数值预报对此次大范围暴雨过程有很好的指示，但对降水中心落区的预报略微偏北，降水强度稍微偏大，在实际应用中应结合雷达径向速度、区域自动站数据等实时资料订正暴雨落区和强度。

参 考 文 献

[1]王晓君，马浩.新一代中尺度预报模式（WRF）国内应用进展[J].地球科学进展，2011，26（11）：1191-1199.

[2]刘健文，郭虎，李耀东.天气分析预报物理量计算基础[M].北京：气象出版社，2005.

[3]庆锋，庄子波.飞行气象及应用[M].北京：中国民航出版社，2016.

[4]叶磊，张梅，赵定池，等.华东地区雷暴天气对流有效位能统计分析[J].安徽农业科学，2015，43（31）：160-162，285.

[5]刘峰，放淑珍，林锗，等.影响广州白云机场的一次强对流天气过程[J].广东气象，2008，30（3）：17-20.

[6]郑炳智，吴风波，黄奕铭.2014年5月17日广东强对流天气过程分析[J].广东气象，20l5，37（1）：10-14.

[责任编辑：陈泽琦]