長(zhǎng)春一次大暴雨過(guò)程對(duì)農(nóng)業(yè)土壤墑情影響分析

汪曉梅　王寧

摘 要：

利用長(zhǎng)春墑情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)監(jiān)測(cè)資料、長(zhǎng)春探空站（54161）探空資料、長(zhǎng)春地基微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)資料、長(zhǎng)春3830CC多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)資料、長(zhǎng)春自動(dòng)氣象站網(wǎng)觀測(cè)資料、以及FY4號(hào)衛(wèi)星云圖等觀測(cè)資料，對(duì)2019年6月2—3日發(fā)生在長(zhǎng)春地區(qū)的一次大暴雨過(guò)程及其對(duì)農(nóng)業(yè)墑情影響進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明：低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環(huán)流主要影響系統(tǒng)，其中衛(wèi)星和雷達(dá)觀測(cè)存在明顯的中尺度影響系統(tǒng)，是造成暴雨的直接原因;雷達(dá)主要回波強(qiáng)度45～50dBZ，且存在明顯列車效應(yīng);長(zhǎng)春城區(qū)熱島效應(yīng)（較暖下墊面）可能導(dǎo)致對(duì)流云在城區(qū)加強(qiáng)、降水強(qiáng)度加大;微波輻射計(jì)觀測(cè)到主要強(qiáng)降水時(shí)段：云體液態(tài)水含量、相對(duì)濕度、云底高度存在顯著相關(guān); 6月2日前長(zhǎng)春地區(qū)耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度均高于60%，為適墑，而本次大暴雨中心在長(zhǎng)春市區(qū)，農(nóng)安、德惠、榆樹(shù)、九臺(tái)和雙陽(yáng)區(qū)普降小雨，6月3日和12日墑情監(jiān)測(cè)顯示耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度仍高于60%，為適墑，但長(zhǎng)春市耕地整體墑情持續(xù)下降，需密切監(jiān)測(cè)，及時(shí)補(bǔ)墑。

關(guān)鍵詞：

長(zhǎng)春;大暴雨;短時(shí)強(qiáng)降水;土壤墑情

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130057

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“我國(guó)北方局地突發(fā)性強(qiáng)降水機(jī)理及預(yù)報(bào)方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2018YFC1507300）

引言

土壤墑情，特別是耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度，是吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)十分重要的參數(shù)指標(biāo)。而大氣降水則是影響土壤墑情最直接最重要的因素，特別是暴雨等短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)農(nóng)業(yè)土壤墑情影響較大、破壞力極強(qiáng)，為此吉林省墑情監(jiān)測(cè)中心建立了覆蓋全省耕地范圍的墑情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，與氣象觀測(cè)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，適時(shí)提供墑情動(dòng)態(tài)，科學(xué)調(diào)度吉林省防汛抗旱資源，如飛機(jī)和地面火箭人工增雨或消減雨作業(yè)等，為吉林省糧食生產(chǎn)提供保障。

眾所周知，在全球變暖氣候背景下，暴雨等極端天氣現(xiàn)象發(fā)生頻繁。長(zhǎng)春地區(qū)屬于自然災(zāi)害頻發(fā)多發(fā)區(qū)，氣象災(zāi)害更是占全部自然災(zāi)害的80%以上，暴雨或短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的耕地和城鎮(zhèn)積澇也日趨嚴(yán)重。多年來(lái)，許多專家和學(xué)者對(duì)暴雨的發(fā)生進(jìn)行了大量的研究[1-13] 。暴雨的產(chǎn)生需要有利的大尺度環(huán)流背景，中小尺度天氣系統(tǒng)是產(chǎn)生暴雨的最直接影響系統(tǒng)。

2019年6月2—3日長(zhǎng)春市區(qū)出現(xiàn)大暴雨天氣，特點(diǎn)為降水量大、降水強(qiáng)度強(qiáng)、落區(qū)集中造成了較為嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。本文利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)資料、MICAPS資料、微波輻射計(jì)和衛(wèi)星雷達(dá)觀測(cè)資料，對(duì)2019年6月2—3日長(zhǎng)春市大暴雨過(guò)程大尺度環(huán)流形勢(shì)和中尺度系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)大暴雨前后長(zhǎng)春地區(qū)農(nóng)業(yè)墑情變化進(jìn)行了評(píng)估。

1 天氣實(shí)況

2019年6月2日白天到夜間，長(zhǎng)春市出現(xiàn)分布不均的雷雨天氣，長(zhǎng)春市區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨。6月2日8∶00—3日8∶00，全市平均降水量15.5mm，長(zhǎng)春市區(qū)49.0mm、雙陽(yáng)12.0mm、九臺(tái)14.1mm、農(nóng)安3.0mm、德惠2.2mm、榆樹(shù)0.5mm。長(zhǎng)春市區(qū)共有4站出現(xiàn)大暴雨，分別為東北師大125.0mm，南湖公園123.0mm，公平路103.1mm，御花園103.1mm，最大1h雨強(qiáng)達(dá)68mm（東北師大）;另有13站出現(xiàn)暴雨、29站大雨，主要分布在長(zhǎng)春市區(qū)和九臺(tái)南部（圖1）。最大降水量達(dá)125mm為大暴雨，降水強(qiáng)度強(qiáng)，其中東北師大自動(dòng)站1h降水量為68mm，為暴雨量級(jí)。落區(qū)集中造成了較為嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。從東北師大自動(dòng)站逐小時(shí)降水分布可以看出（圖2），降水主要集中在19∶00—22∶00，3h降水量達(dá)100mm以上，降水強(qiáng)度非常大，其中19∶00—22∶00為68mm，在歷史上也較為罕見(jiàn)。降水持續(xù)時(shí)間較短，從降水的落區(qū)和時(shí)間分布可以發(fā)現(xiàn)，本次降水是以對(duì)流性降水為主。

2 天氣形勢(shì)分析

從500hpa高空?qǐng)D看，受高空槽前影響（圖3），槽的徑向度較大，槽前區(qū)域有正的相對(duì)渦度平流，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下產(chǎn)生高空輻散，動(dòng)力抽吸作用有利上升運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)和加強(qiáng)。同時(shí)風(fēng)場(chǎng)可以看出高層受西北氣流影響，提供高層干冷空氣，有利構(gòu)建不穩(wěn)定層結(jié)，出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。850hpa有低槽（圖4），風(fēng)場(chǎng)可以看到明顯的切變線位于長(zhǎng)春上空，并有一支明顯的西南低空急流，將南方的水汽源源不斷的向暴雨區(qū)輸送。水汽在切變線附近的集中配合動(dòng)力的上升機(jī)制，形成較強(qiáng)的降水。925hpa（圖略）超低空同時(shí)存在較強(qiáng)的切變線和超低空急流，超低空急流輸送的水汽，對(duì)大暴雨的出現(xiàn)更為主要。地面上存在明顯的中尺度輻合線。綜上所述，低空切變線配合低空急流是本次主要的天氣影響系統(tǒng)。

由長(zhǎng)春市6月2日20∶00的探空曲線（圖5）可以看出，探空氣球先是入云降溫經(jīng)過(guò)第1個(gè)0℃層到負(fù)溫層，接著氣球出云開(kāi)始逆溫爬升經(jīng)過(guò)第2個(gè)0℃層到10℃層;然后再次逆溫上升經(jīng)過(guò)0℃層到-16℃層并保持垂直上升到3km高度;又再次逆溫上升到0℃層，之后在負(fù)溫層持續(xù)上升。探空氣球如此反復(fù)折騰，說(shuō)明盡管對(duì)流有效位能CAPE=853.6J/kg、K指數(shù)=-11、沙氏指數(shù)SI=8.19，本次大暴雨天氣過(guò)程不穩(wěn)定能量不是很強(qiáng)，但不穩(wěn)定層卻有4層，濕層比較深厚，低層風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)比較明顯，說(shuō)明有明顯的暖平流影響，高空則有西北氣流侵入，形成了一定的不穩(wěn)定層結(jié)，對(duì)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水有利。

3 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)分析

從6月2日20∶00 FY4號(hào)衛(wèi)星的紅外云圖可以看出（圖6），東北地區(qū)（橢圓框內(nèi)）有一明顯的渦旋云系，在云系的尾部有分散的對(duì)流單體不斷生成，并隨引導(dǎo)氣流向東北移動(dòng)。云系的色調(diào)較為白亮，說(shuō)明云頂溫度較低，發(fā)展較高。高層云有絲縷狀紋理。長(zhǎng)春主要位于云系的頭部的右側(cè)，較強(qiáng)的云團(tuán)持續(xù)經(jīng)過(guò)城區(qū)上空。

從6月2日20∶01長(zhǎng)春雷達(dá)1.5°仰角觀測(cè)可以看出（圖7），雨帶呈東西走向，并自西向東移動(dòng)，呈現(xiàn)明顯的列車效應(yīng)，非常有利于出現(xiàn)暴雨。從雷達(dá)反射率因子上可以看出，最強(qiáng)回波強(qiáng)度一般在45～50dBZ左右，50km距離圈內(nèi)強(qiáng)度較強(qiáng)，持續(xù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)春市上空，雨帶窄、強(qiáng)度大。

21∶00長(zhǎng)春雷達(dá)1.5°仰角觀測(cè)回波（圖8），雨帶強(qiáng)度明顯減弱，但是最大強(qiáng)度仍在40～45dBZ，仍處于有利出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的雷達(dá)反射率因子強(qiáng)度的范圍中，另外雷達(dá)站的強(qiáng)降水也可能造成雷達(dá)的探測(cè)能力衰減，導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果偏小。

值得關(guān)注的是，強(qiáng)降水回波移近長(zhǎng)春呈現(xiàn)明顯加強(qiáng)，移出長(zhǎng)春明顯減弱，分析：可能由于長(zhǎng)春市城市熱島效應(yīng)，較暖的下墊面，導(dǎo)致對(duì)流云在城區(qū)加強(qiáng)，降水加強(qiáng)。這種城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致降水加強(qiáng)的例子在長(zhǎng)春歷史上也有出現(xiàn)過(guò)。

4 微波輻射計(jì)和土壤墑情分析

4.1 微波輻射計(jì)觀測(cè)分析

從圖9至圖11可以看出，6月2日18∶00—6月3日00∶00為此次大暴雨主要降水時(shí)段，該時(shí)間段云液態(tài)水含量從地面至10km達(dá)到極大值（0.33～0.55），對(duì)應(yīng)云相對(duì)濕度云底至6km達(dá)到100%、6km～9.5km達(dá)到90%～80%，且水汽主要沉積到云體中下部。云底高度圖則顯示該時(shí)段云底接地，說(shuō)明云體產(chǎn)生強(qiáng)降水，而其它時(shí)段云體液態(tài)水含量在0.11以下，基本無(wú)降水。地基微波輻射計(jì)很好地觀測(cè)出此次大暴雨為暖云降水，反演云體液態(tài)水、濕度和云底高度顯著相關(guān)。

4.2 土壤墑情分析

根據(jù)長(zhǎng)春土壤墑情監(jiān)測(cè)站5月27日耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度評(píng)價(jià)，各墑情站點(diǎn)土壤相對(duì)濕度均高于60%，為適墑（見(jiàn)表1）。

經(jīng)歷此次大暴雨后，根據(jù)長(zhǎng)春墑情監(jiān)測(cè)站6月12日耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度評(píng)價(jià)，各墑情站點(diǎn)土壤相對(duì)濕度均高于60%，為適墑（見(jiàn)表2），但是表2與表1相比，農(nóng)安何家屯、趙家窩棚、東花園，榆樹(shù)城發(fā)、西十三號(hào)、復(fù)州崗，德惠朱家窩棚、永立莊、東崗等墑情監(jiān)測(cè)站所在地墑情雖然仍為適墑等級(jí)，但是墑情明顯下降，說(shuō)明6月2—3日大暴雨主要集中在長(zhǎng)春市區(qū)，而其它地區(qū)僅下了小雨，因此經(jīng)歷7d左右時(shí)間的自然蒸發(fā)和土壤吸附沉降，大部分地區(qū)土壤墑情開(kāi)始下降，因此要做好墑情監(jiān)測(cè)，及時(shí)補(bǔ)墑。

5 結(jié)論

低空切變線配合低空急流是此次大尺度天氣環(huán)流主要影響系統(tǒng)，其中衛(wèi)星和雷達(dá)觀測(cè)存在明顯的中尺度影響系統(tǒng)，是造成暴雨的直接原因。

雷達(dá)主要回波強(qiáng)度45～50dBz，且存在明顯列車效應(yīng)。

長(zhǎng)春城區(qū)熱島效應(yīng)（較暖下墊面）可能導(dǎo)致對(duì)流云在城區(qū)加強(qiáng)、降水強(qiáng)度加大。

微波輻射計(jì)觀測(cè)到主要強(qiáng)降水時(shí)段：云體液態(tài)水含量、相對(duì)濕度、云底高度存在顯著相關(guān)。

6月2日前長(zhǎng)春地區(qū)耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度均高于60%，為適墑，而本次大暴雨中心在長(zhǎng)春市區(qū)，農(nóng)安、德惠、榆樹(shù)、九臺(tái)和雙陽(yáng)區(qū)普降小雨，6月3日和12日墑情監(jiān)測(cè)顯示耕作層（10～20cm）土壤相對(duì)濕度仍高于60%，為適墑，但是墑情明顯下降，說(shuō)明6月2—3日大暴雨主要集中在長(zhǎng)春市區(qū)，而其它地區(qū)僅下了小雨，因此經(jīng)歷7d左右時(shí)間的自然蒸發(fā)和土壤吸附沉降，大部分地區(qū)土壤墑情開(kāi)始下降，因此要做好墑情監(jiān)測(cè)，及時(shí)補(bǔ)墑。

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作者簡(jiǎn)介：

汪曉梅，本科，工程師。研究方向：云降水物理與人工影響天氣。