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摘 要：利用MICAPS资料、葵花卫星资料、天气雷达资料、虹桥机场观测METAR实况观测报文资料、华东空管局AMEFS预报系统、美国NCEP数值预报和江苏省气象局WRF模式等数值预报产品综合分析了上海1次切变线暴雨过程。结果表明：切变线南侧衍生出的中小尺度系统是导致上海地区2次强对流天气的直接原因，大暴雨水汽主要来源于南海，南海热带低压系统为此次天气过程的水汽输送提供了动力支持。AMEFS 预报模式（ARPS）对上海地区的强对流天气发生，以及暴雨落区预报均存在较明显偏差，属于漏报，但是其高空探空产品预报较为贴合实况。NCEP全球模式预报产品，对于中小尺度系统产生的强天气，参考意义不大。WRF模式较好地预报了上海地区此次强天气过程，效果较佳。
关键词：切变线；暴雨；中小尺度系统；数值预报；雷达回波
中图分类号 P458.121.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）12-0123-5
1 引言
暴雨天气会影响飞行安全，尤其是在飞机的降落阶段和起飞爬升阶段。朱乾根[1]、丁一汇[2]等的研究，对切变线系统引起暴雨的预报和科学研究奠定了理论基础。曹晓岗[3]等对上海2001年08月05日特大暴雨与2008年08月25日大暴雨进行了对比分析表明，2次暴雨过程由不同的天气系统引起，前者是热带低压影响产生，后者是中纬度低涡切变引起，但是2次过程中低纬度不同气团的相互作用对暴雨的产生具有十分重要的作用。2017年9月24—25日上海地区受切变线系统影响，出现了大暴雨天气过程，此次过程持续近48h，对上海地区的航空飞行造成严重影响。本文利用MICAPS资料、葵花卫星资料、天气雷达资料、虹桥机场观测METAR实况观测报文资料、AMEFS和美国NCEP与WRF数值预报产品综合分析了此次暴雨过程。
2 实况资料分析
2017年09月24—25日安徽中部、江苏南部、上海地区出现了暴雨天气，局地大暴雨。数据显示，常州、无锡、苏州、上海局部过程降雨量超过300mm，无锡、苏州、上海宝山打破9月暴雨记录。24日上海虹桥机场24h累计降水量为63.6mm，达暴雨量级；25日降水量则达到了113.4mm，达大暴雨量级。
24日葵花卫星水汽图像，在南海北部海南岛附近有水汽高亮区域，是水汽含量的大值区，华东南部受副高控制，水汽含量极低。华东中部苏皖—上海一线，从8：00（图a）开始，水汽逐渐增加，分析图c、d、e水汽输送趋势可以比较清楚地看到，华南地区的水汽由西南急流输送至苏皖南部，至17：00（图d）苏皖南部地区水汽已经十分充沛。23：00（图f）上海地区的大暴雨刚刚结束，水汽大值区东移入海，但苏南太湖附近（图f）仍有较大片水汽大值区域，这也是25日上海北部1：30—2：30较强雷阵雨的水汽来源。
图2为虹桥机场24日和25日逐小时实况降水，可以看到24日虹桥机场有2个强降水时段，出现在19：00—21：00和2：00—4：00；相对于24日、25日总的降水量更大，降水时段也更分散，降水最强时段出现在傍晚18：00—20：00，夜晚24时以后降水基本趋于停止。24日上海虹桥机场累计降水量为63.6mm，暴雨量级，25日降水量则达到了113.4mm，大暴雨量级。
从上面高空三层风场可以看到，我国东北地区受西风槽系统控制，华东南部至华南地区受副热带高压反气旋环流牢牢控制，在南海北部海南岛附近有热带低压系统西北方向移动，华东中部地区切变线系统逐渐生成，并东伸加强。从700hPa和850hPa风场可以看出，切变线系统南侧上游地区西南偏南气流有迅猛加强的趋势，南海北部热带低压系统为华东中部切变线提供了充足的水汽输送，它如同一个水汽泵站，加大马力将西北太平洋和南海的湿热空气抽向副高北侧的长三角地区，地处长三角的上海地区受到异乎寻常的丰沛的水汽支持，这是直接导致了此次过程的激烈程度的重要原因。
表1是虹桥机场实况观测报文，由报文可以看到24—25日晨虹桥机场经历了2次阵雨或雷雨过程，分别是24日19：14—20：00左右和25日1：30—2：30，2个时段均出现了大阵雨或大雷雨的天气。其中19：14—20：00出现大阵雨天气，无雷暴，25日1：30—2：30则出现大雷雨天气，2个时段的小时雨量均达到了20mm以上（图2）。
3 天气形势分析
高空500hPa高纬时两槽一脊形势，华东北部弱脊控制，上游地区四川盆地北部有小槽活动，副高较强盛且稳定，588线位于北纬30度附近，592线中心控制台湾海峡，中心位势高度可达5940以上，强度丝毫不逊色盛夏。
500hPa华东地区弱脊控制，安徽北部有冷槽东移，江苏地区西北急流，并且在长三角地区有冷区存在。700hPa高纬形势类似于500hPa，四川盆地有低涡切变，切变线至河南—苏皖北部一線，华东南部副高控制，海南岛有热带低压活动。可以看到切变南侧，副高外围西南气流较旺盛。850hPa切变线位于江苏中部—安徽北部一线华东南部副高外围偏南水汽输送较强。可以看到南海热带低压给华东中南部输送了大量的水汽，是此次过程水汽的主要来源。地面图上，华东北部弱高压后部控制，华东中部倒槽辐合逐渐形成。综上分析：副热带高压持续稳定，是大暴雨发生的先决条件。正如上述高低空环流配置，导致了冷暖空气在苏皖—上海上空的长时间汇合，是暴雨天气的直接原因。
4 中尺度分析
从上面逐小时华东雷达拼图可以看出，主要降水区位于切变线附近，即苏皖和上海地区，呈东西带状，从09月24日16：00至25日03：00，上海地区大暴雨过程主要分为2个主要时段。24日19：00—20：00和25日1：00—3：00。
16—19时带状降水云团中强降水中心逐渐东移南压，由安徽滁州附近经江苏镇江东移至太湖附近（图5d）。19时在带状回波带南侧，江苏昆山附近衍生出一近似弓状回波（图d），强度在45dbz以上，并逐渐南压（图5e），这导致了上海北部地区19：00—21：00的暴雨天气。很明显这是切变线南侧对流云系产生的中小尺度系统。恰恰数值模式（图6）无对此次过程有过描述，均预报对流云团东移由崇明岛及以北入海，皆漏报了这一重要过程。 20：00—22：00（图5e、图5f、图5g）强对流云团扫过上海中北部地区，22时后入海，上海雨止。23：00—00：00（图5h、图5i）可以看到在无锡上空又有东北—西南向强对流云团向东南方向移动，南北长约100km，东西约50km，雷达回波强度50dbz以上。
1：00—3：00（图5j、图5k、图5l）强对流云团覆盖上海，上海出现较长时间的大雷雨（表1），累计小时累计雨量超过20mm（图2）。3：00对流云团移过虹桥，位于浦东上空，上游无对流云团，4：00—9：00上海无降水，降水天气间歇。
由上述雷達图像分析可以看出，影响上海地区的2次强对流天气，皆由切变线南侧衍生出的中小尺度系统引起，生命史1～2h，强度强。对于这2个强天气过程，多个数值模式均存在较明显漏报。
5 数值预报对比分析
图6为AMEFS预报模式预报产品，图6a为24日11UTC预告图，和实况对比（图5），总体形态基本吻合，但在关键区域并不够准确，尤其对于上海北部区域的强降水落区并无体现。安徽和浙江北部地区的降水区也属于空报。图6d为17UTC，对比实况雷达图，总体形态吻合较好，强降水中心也比较匹配，但是通过图6b、6c，15-17UTC 3个时次的连续性和实况雷达图对比可以发现，造成上海地区25日1∶30—2∶30的大雷雨，是由江苏南部地区对流云团东移南压所致，然后AMEFS预报模式则是由浙江北部空报对流云团东移造成，显然这是不准确的。
图7a可以看到800hPa以下虹桥机场湿度很大，水汽含量很高，并且950hPa以下有逆温层存在，950hPa以上逆温层逐渐消失。图7b逆温层仍然存在，水汽含量仍然很高，但是较图1高空的水汽已有减少，这与天气实况是吻合的，11：14UTC—11：37UTC虹桥机场出现大阵雨，12UTC已经结束，高空水汽由于大阵雨降落而减少，地面水汽含量则很高。综上，AMEFS预报模式的高空探空产品预报较为贴合实况。NCEP预报模式6h累计降水预报，整体的降水形态大体吻合，但对流强降水中心落区的预报存在偏差，尤其是上海地区的强降水，存在漏报。对于中小尺度系统产生的强天气，参考意义不大。
WRF模式风场预报，850hPa和925hPa苏皖中部地区有切变辐合存在，相对于11：00（北京时19：00），17：00（25日01：00）切变南侧西南气流有明显加强，出现了低空急流，且切变东段有南压趋势。图9a可以看到在江苏太仓地区有西南气流的加强，突然强烈的辐合抬升这也导致了24日11：00UTC开始中小尺度系统的产生，直接导致了上海虹桥机场的大阵雨天气（表1）。17：00 UTC，西南气流明显加强，实况出现了大雷雨（表1），与11：00 UTC大阵雨形成对比，显然预报是较为吻合的。
同样，WRF模式的强降水落区的预报也较好。上海地区19：00—20：00的强降水有比较准确的描述（红色椭圆圈），苏皖地区强降水中心与辐合切变区域基本吻合。25日1：00—3：00的雷雨天气，也有比较好的预报。总体来说，WRF模式对于此次过程的预报效果较好，把握了上海地区的强天气过程。
6 结论
天气学结论：（1）苏皖地区切变线系统是此次上海地区大暴雨的环流背景条件；（2）此次大暴雨水汽来源主要来源于南海，且南海热带低压系统为此次天气过程的水汽输送提供了动力支持；（3）切变线南侧衍生出的中小尺度系统是导致2次强对流天气的直接原因；（4）副热带高压持续稳定是大暴雨得以形成的先决条件。
数值预报结论：（1）AMEFS预报模式（ARPS）对上海地区的强对流天气发生，以及暴雨落区预报均存在较明显偏差，属于漏报，但是其高空探空产品预报较为贴合实况；（2）NCEP预报全球模式预报产品，对于中小尺度系统产生的强天气，参考意义不大；（3）WRF模式较好的预报了上海地区此次强天气过程的暴雨落区，效果较佳。
参考文献
[1]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法（第四版）[M].北京：气象出版社，2007：322.
[2]丁一汇.高等天气学[M].北京：气象出版社，1991：560.
[3]曹晓岗，王慧，邹兰军，等.上海“010805”特大暴雨与“080825”大暴雨对比分析[J].高原气象，2011，30（3）：739-748.
（责编：施婷婷）
关键词：切变线；暴雨；中小尺度系统；数值预报；雷达回波
中图分类号 P458.121.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）12-0123-5
1 引言
暴雨天气会影响飞行安全，尤其是在飞机的降落阶段和起飞爬升阶段。朱乾根[1]、丁一汇[2]等的研究，对切变线系统引起暴雨的预报和科学研究奠定了理论基础。曹晓岗[3]等对上海2001年08月05日特大暴雨与2008年08月25日大暴雨进行了对比分析表明，2次暴雨过程由不同的天气系统引起，前者是热带低压影响产生，后者是中纬度低涡切变引起，但是2次过程中低纬度不同气团的相互作用对暴雨的产生具有十分重要的作用。2017年9月24—25日上海地区受切变线系统影响，出现了大暴雨天气过程，此次过程持续近48h，对上海地区的航空飞行造成严重影响。本文利用MICAPS资料、葵花卫星资料、天气雷达资料、虹桥机场观测METAR实况观测报文资料、AMEFS和美国NCEP与WRF数值预报产品综合分析了此次暴雨过程。
2 实况资料分析
2017年09月24—25日安徽中部、江苏南部、上海地区出现了暴雨天气，局地大暴雨。数据显示，常州、无锡、苏州、上海局部过程降雨量超过300mm，无锡、苏州、上海宝山打破9月暴雨记录。24日上海虹桥机场24h累计降水量为63.6mm，达暴雨量级；25日降水量则达到了113.4mm，达大暴雨量级。
24日葵花卫星水汽图像，在南海北部海南岛附近有水汽高亮区域，是水汽含量的大值区，华东南部受副高控制，水汽含量极低。华东中部苏皖—上海一线，从8：00（图a）开始，水汽逐渐增加，分析图c、d、e水汽输送趋势可以比较清楚地看到，华南地区的水汽由西南急流输送至苏皖南部，至17：00（图d）苏皖南部地区水汽已经十分充沛。23：00（图f）上海地区的大暴雨刚刚结束，水汽大值区东移入海，但苏南太湖附近（图f）仍有较大片水汽大值区域，这也是25日上海北部1：30—2：30较强雷阵雨的水汽来源。
图2为虹桥机场24日和25日逐小时实况降水，可以看到24日虹桥机场有2个强降水时段，出现在19：00—21：00和2：00—4：00；相对于24日、25日总的降水量更大，降水时段也更分散，降水最强时段出现在傍晚18：00—20：00，夜晚24时以后降水基本趋于停止。24日上海虹桥机场累计降水量为63.6mm，暴雨量级，25日降水量则达到了113.4mm，大暴雨量级。
从上面高空三层风场可以看到，我国东北地区受西风槽系统控制，华东南部至华南地区受副热带高压反气旋环流牢牢控制，在南海北部海南岛附近有热带低压系统西北方向移动，华东中部地区切变线系统逐渐生成，并东伸加强。从700hPa和850hPa风场可以看出，切变线系统南侧上游地区西南偏南气流有迅猛加强的趋势，南海北部热带低压系统为华东中部切变线提供了充足的水汽输送，它如同一个水汽泵站，加大马力将西北太平洋和南海的湿热空气抽向副高北侧的长三角地区，地处长三角的上海地区受到异乎寻常的丰沛的水汽支持，这是直接导致了此次过程的激烈程度的重要原因。
表1是虹桥机场实况观测报文，由报文可以看到24—25日晨虹桥机场经历了2次阵雨或雷雨过程，分别是24日19：14—20：00左右和25日1：30—2：30，2个时段均出现了大阵雨或大雷雨的天气。其中19：14—20：00出现大阵雨天气，无雷暴，25日1：30—2：30则出现大雷雨天气，2个时段的小时雨量均达到了20mm以上（图2）。
3 天气形势分析
高空500hPa高纬时两槽一脊形势，华东北部弱脊控制，上游地区四川盆地北部有小槽活动，副高较强盛且稳定，588线位于北纬30度附近，592线中心控制台湾海峡，中心位势高度可达5940以上，强度丝毫不逊色盛夏。
500hPa华东地区弱脊控制，安徽北部有冷槽东移，江苏地区西北急流，并且在长三角地区有冷区存在。700hPa高纬形势类似于500hPa，四川盆地有低涡切变，切变线至河南—苏皖北部一線，华东南部副高控制，海南岛有热带低压活动。可以看到切变南侧，副高外围西南气流较旺盛。850hPa切变线位于江苏中部—安徽北部一线华东南部副高外围偏南水汽输送较强。可以看到南海热带低压给华东中南部输送了大量的水汽，是此次过程水汽的主要来源。地面图上，华东北部弱高压后部控制，华东中部倒槽辐合逐渐形成。综上分析：副热带高压持续稳定，是大暴雨发生的先决条件。正如上述高低空环流配置，导致了冷暖空气在苏皖—上海上空的长时间汇合，是暴雨天气的直接原因。
4 中尺度分析
从上面逐小时华东雷达拼图可以看出，主要降水区位于切变线附近，即苏皖和上海地区，呈东西带状，从09月24日16：00至25日03：00，上海地区大暴雨过程主要分为2个主要时段。24日19：00—20：00和25日1：00—3：00。
16—19时带状降水云团中强降水中心逐渐东移南压，由安徽滁州附近经江苏镇江东移至太湖附近（图5d）。19时在带状回波带南侧，江苏昆山附近衍生出一近似弓状回波（图d），强度在45dbz以上，并逐渐南压（图5e），这导致了上海北部地区19：00—21：00的暴雨天气。很明显这是切变线南侧对流云系产生的中小尺度系统。恰恰数值模式（图6）无对此次过程有过描述，均预报对流云团东移由崇明岛及以北入海，皆漏报了这一重要过程。 20：00—22：00（图5e、图5f、图5g）强对流云团扫过上海中北部地区，22时后入海，上海雨止。23：00—00：00（图5h、图5i）可以看到在无锡上空又有东北—西南向强对流云团向东南方向移动，南北长约100km，东西约50km，雷达回波强度50dbz以上。
1：00—3：00（图5j、图5k、图5l）强对流云团覆盖上海，上海出现较长时间的大雷雨（表1），累计小时累计雨量超过20mm（图2）。3：00对流云团移过虹桥，位于浦东上空，上游无对流云团，4：00—9：00上海无降水，降水天气间歇。
由上述雷達图像分析可以看出，影响上海地区的2次强对流天气，皆由切变线南侧衍生出的中小尺度系统引起，生命史1～2h，强度强。对于这2个强天气过程，多个数值模式均存在较明显漏报。
5 数值预报对比分析
图6为AMEFS预报模式预报产品，图6a为24日11UTC预告图，和实况对比（图5），总体形态基本吻合，但在关键区域并不够准确，尤其对于上海北部区域的强降水落区并无体现。安徽和浙江北部地区的降水区也属于空报。图6d为17UTC，对比实况雷达图，总体形态吻合较好，强降水中心也比较匹配，但是通过图6b、6c，15-17UTC 3个时次的连续性和实况雷达图对比可以发现，造成上海地区25日1∶30—2∶30的大雷雨，是由江苏南部地区对流云团东移南压所致，然后AMEFS预报模式则是由浙江北部空报对流云团东移造成，显然这是不准确的。
图7a可以看到800hPa以下虹桥机场湿度很大，水汽含量很高，并且950hPa以下有逆温层存在，950hPa以上逆温层逐渐消失。图7b逆温层仍然存在，水汽含量仍然很高，但是较图1高空的水汽已有减少，这与天气实况是吻合的，11：14UTC—11：37UTC虹桥机场出现大阵雨，12UTC已经结束，高空水汽由于大阵雨降落而减少，地面水汽含量则很高。综上，AMEFS预报模式的高空探空产品预报较为贴合实况。NCEP预报模式6h累计降水预报，整体的降水形态大体吻合，但对流强降水中心落区的预报存在偏差，尤其是上海地区的强降水，存在漏报。对于中小尺度系统产生的强天气，参考意义不大。
WRF模式风场预报，850hPa和925hPa苏皖中部地区有切变辐合存在，相对于11：00（北京时19：00），17：00（25日01：00）切变南侧西南气流有明显加强，出现了低空急流，且切变东段有南压趋势。图9a可以看到在江苏太仓地区有西南气流的加强，突然强烈的辐合抬升这也导致了24日11：00UTC开始中小尺度系统的产生，直接导致了上海虹桥机场的大阵雨天气（表1）。17：00 UTC，西南气流明显加强，实况出现了大雷雨（表1），与11：00 UTC大阵雨形成对比，显然预报是较为吻合的。
同样，WRF模式的强降水落区的预报也较好。上海地区19：00—20：00的强降水有比较准确的描述（红色椭圆圈），苏皖地区强降水中心与辐合切变区域基本吻合。25日1：00—3：00的雷雨天气，也有比较好的预报。总体来说，WRF模式对于此次过程的预报效果较好，把握了上海地区的强天气过程。
6 结论
天气学结论：（1）苏皖地区切变线系统是此次上海地区大暴雨的环流背景条件；（2）此次大暴雨水汽来源主要来源于南海，且南海热带低压系统为此次天气过程的水汽输送提供了动力支持；（3）切变线南侧衍生出的中小尺度系统是导致2次强对流天气的直接原因；（4）副热带高压持续稳定是大暴雨得以形成的先决条件。
数值预报结论：（1）AMEFS预报模式（ARPS）对上海地区的强对流天气发生，以及暴雨落区预报均存在较明显偏差，属于漏报，但是其高空探空产品预报较为贴合实况；（2）NCEP预报全球模式预报产品，对于中小尺度系统产生的强天气，参考意义不大；（3）WRF模式较好的预报了上海地区此次强天气过程的暴雨落区，效果较佳。
参考文献
[1]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法（第四版）[M].北京：气象出版社，2007：322.
[2]丁一汇.高等天气学[M].北京：气象出版社，1991：560.
[3]曹晓岗，王慧，邹兰军，等.上海“010805”特大暴雨与“080825”大暴雨对比分析[J].高原气象，2011，30（3）：739-748.
（责编：施婷婷）