宁波2次南大风局地农业灾情成因分析

张晶晶，陈迪辉，史学凡

(宁波市北仑区气象局，浙江 宁波 315800)

宁波位于浙江北部沿海地区，大风发生频率高[1-2]，影响宁波地区的大风通常与冷空气、低压倒槽、高压后部、热带气旋和强对流等系统密切相关[3]。对大风过程的诊断和预报不但要考虑天气尺度系统背景下的气压梯度、高低层动量交换等[4-8]，还要分析中小尺度系统的触发机制及其与天气背景或上下游系统的叠加反馈作用[9]，而对于下垫面复杂的地形，还要考虑海陆风、山谷风和地形强迫等可能带来的影响[10]。此外，因复杂下垫面局地性强、监测站点少，除常规的诊断分析外，中尺度数值模拟对于小气候的特征也有很好的解释作用[11-12]。

2017年4月4—5日和2018年2月27—28日，宁波内陆地区普遍出现6～8级偏南大风，个别高山站达9级以上。当地气象部门均提前6 h以上进行了提醒或预警，农户也进行了一定程度的防护，但宁波市北仑区柴楼村同一片区域连续出现大风灾情，且都发生在半夜，导致大片蔬果大棚被大风吹毁，直接经济损失累积近百万元。据现场调查，2次过程大风均在半夜到凌晨时段明显增强，破坏性远超过冬季冷空气大风。灾情所在地为背风坡平原地形，下游3公里亦有山脉阻挡，对大风有一定屏蔽作用，且附近自动站仅监测到8级阵风，这给大风天气的预报和灾害防御带来一定难度。本研究结合多种资料对这2个相似个例进行分析，寻找局地大风的特征和成因，以期为提高冬春交季南大风天气的预报服务能力提供一定参考。

1 资料来源

2个例灾情均出现在宁波市北仑区柴楼村，时间分别为2017年4月4日半夜(个例1)和2018年2月28日凌晨(个例2)。所用资料有宁波多普勒雷达(121.52 °E，30.06 °N，海拔418 m)、宁波奉化风廓线雷达(121.38 °E，29.68 °N，海拔41.5 m)、凉帽山风塔(122.03 °E，29.91°N，最高观测320 m)、常规天气观测和宁波市自动气象站观测资料。由于柴楼村没有气象监测站，选取新路村(站号K2314，海拔37.5 m)区域自动气象站为代表站，该站距柴楼东南约1.5 km，海拔与柴楼灾情所在地相当；选取茅洋山(站号K2299，海拔297 m)区域自动站为山峰代表站，用于判断山谷风气象要素变化；选取北仑国家气象站(站号58563，海拔5 m)用于判断大风过程气压的变化。具体站点分布示意见图1。

Chai为灾情所在地柴楼村，Beilun为北仑国家气象观测站，XO为新路村自动气象站，MO为茅洋山自动气象站，LT为凉帽山风塔图1 地形和监测站点的分布

2 天气形势

2.1 个例1

2017年4月4日天气图(500 hPa)上有南北2支高空槽，南支槽槽后有北支槽冷平流补充，槽前有强烈的暖平流，南支槽在东移过程中不断发展加深，并引导700～850 hPa低涡向东北方向移动发展。浙江位于槽前暖区，气温快速回升，气压下降。4日20：00南支槽移至河南、湖北一线，强度进一步加强，500 hPa上空华东片区出现大范围旗帜风，杭州站风力达23 m·s-1，700～850 hPa低涡中心移至河北界内，低涡东南侧有大范围急流区，急流轴位于长江下游一带(图2)，中高层强烈正涡度平流和暖平流导致地面倒槽加深发展，气压梯度增强。4日下午，地面倒槽东移至江西、上海一线，同时有从日本伸向我国东部海域的高压控制，浙江沿海地区风力逐渐增强，但20：00前柴楼村附近2个区域站东南风都在8级以下，23：00前后风力迅速增强至8级，一直到5日3：00后才逐渐减弱，5日白天随着系统东移入海，沿海区域风力明显减弱。

a，2017年4月4日20：00(700 hPa)；b，2017年4月5日2：00(地面)；c，2018年2月27日20：00(700 hPa)；d，2018年2月28日2：00(地面)图2 2个个例的天气形势

2.2 个例2

2018年2月27日天气图(500 hPa)上有阶梯槽发展东移，受阶梯槽合并和槽后冷平流补充作用，南支槽不断加强，并引导低层低涡东移发展。28日20：00南支槽移至河南、两广一线，500 hPa华东至华南出现大片旗帜风。浙江位于槽前暖区，江西北部到浙江中北一带西南风超过30 m·s-1，700 hPa杭州站西南风亦达到20 m·s-1，700～850 hPa低涡中心移至河南至安徽交界带(图2)，中高层系统强烈的发展和抽吸上升运动导致地面倒槽迅速加深发展并逐渐发展成地面低压。27日白天地面倒槽不断加强东移，浙江沿海地区气压梯度堆积，南风增强，28日2：00地面倒槽发展成闭合低压，低压中心位于浙江安徽交界附近，同时我国东北有伸向朝鲜半岛至日本东南部的高压脊，高低压系统之间形成明显的气压梯度堆积，宁波沿海风力明显增强，28日3：00前后柴楼附近风力达到8级，5：00后随着低压入海远离，南风逐渐减弱并逐渐转北大风，但北大风强度明显不及南大风。

3 物理量特征

3.1 高空资料

分析杭州站探空资料，2个例高低层之间存在明显的垂直风切变，个例1和个例2从1 000 hPa至500 hPa之间垂直风切变分别达24.3 m·s-1和31.9 m·s-1，同时随着夜间高层辐射降温明显，大气不稳定性增强，有利于高层风的动量下传。从个例2宁波奉化风廓线资料分析(图3)，2月27日23：00起4 km高度以下西南风明显增强，且大风核高度逐渐下降，28日1：00中低空最大风力出现在3.5 km高度，2：00最大风力高度降至3.4 km高度，风速达29.5 m·s-1。从1 km以下风力变化也可以看出，28日1：00为600 m高度东南风增强至13.3 m·s-1，2：00为16.1 m·s-1，3：00达20 m·s-1，之后逐渐减弱，这与个例2中过程最大风出现时间基本吻合，说明此次过程有明显的高层风动量下传。从个例1宁波多普勒雷达反演风廓线产品资料显示，4月4日23：00前后中低空大风核有较明显的下降，600 m高度风速明显增强，5日0：00后逐渐减弱。综上所述，2次过程高层风动量有较明显的动量下传，使得半夜至凌晨时段风力明显增强。

图3 个例2风廓线雷达探测风随高度和时间的变化

3.2 地面资料

为了对比不同区域大风情况并尽可能地排除地形等局地因素可能造成的影响，将柴楼下风方向茅洋山和凉帽山320 m高度风纳入统计分析(表1)。结果表明，此次过程灾情所在地附近代表站新路村测得最大风达6级，极大风达8级。最大阵风出现时间基本在后半夜至凌晨，与现场灾情调查反馈一致，但凉帽山320 m高度处最大风时间推迟了近1 h。从站点海拔高度分析，总体海拔越高，风力越大，且风向随高度有顺转趋势，这与天气系统和高低层风速配置基本一致，说明此次过程主要是由暖区天气系统的发展导致的一次南大风过程。但对比新路村和茅洋山2站数据可以发现，不论最大风速还是极大风，海拔较低的新路村接近甚至大于茅洋山。

表1 代表站最大风、极大风的情况

对比分析2次大风过程中凉帽山风塔320 m高度2分钟风速日变化(图4中a)。分析发现，2次过程320 m高度处风速总体呈缓慢增长趋势，凌晨达到峰值，白天又逐渐减小，风力变化趋势与天气系统的移近、加强和远离一致。新路村的大风过程有着明显的日变化特征，下午和半夜是南大风出现的2个峰值时段，过程风力最大值均出现在半夜至凌晨时段，且风力明显大于周边区域，而傍晚至次日早晨风力有减弱趋势(图4中b)，说明新路村风力的变化除了与天气系统造成的地面气压梯度有关，还和局地气候与地形以及高低层天气系统的反馈存在一定的关系。

从地转偏差推导公式分析，3 h负变压有利于低压大风的形成，选取北仑国家气象站的逐小时本站气压统计分析，从3 h变压时间序列图可以看出(图4中c)，2次过程除早晨和傍晚时段3 h变压为正外，其余时段均为负变压，最大负变压出现在下午和凌晨2个时段。从个例2可以看出，凌晨时段3 h变压达到过程极值-4 hPa，故南大风凌晨时段出现了明显的增强，这也很好地印证了2个个例大风风力峰值出现在下午和凌晨。

3.3 地形特征

a，凉帽山320 m逐2 min风速；b，新路村代表站逐时极大风；c,北仑国家气象站逐时3 h变压；d，逐时山谷温差图4 2次过程气象要素的时序

由于柴楼东南方向紧邻大片的太白山脉，西北方向3 km处又有带状灵峰山脉，柴楼灾情发生地位于2大山脉之间，为典型的山谷地形，山谷之间受热不均，会形成山谷风，白天由山谷吹向山坡，夜间相反由山坡吹向山谷，即白天吹西北风，夜间东南风，山谷风叠加在天气尺度环流之上从而形成明显的昼夜日变化。从代表站的山谷温差时间序列可以看出(图4中d)，2次过程均有明显的山谷温差，且存在几乎一致的昼夜变化，白天山顶温度高于山谷，夜间山谷温度高于山顶，夜间温差于凌晨前后达到了峰值，且夜间温差代数值要大于白天的温差，可以解释2次过程中风力增强的原因。

针对2次南大风过程，虽然柴楼所在地为背风坡山谷地形，太白山脉为其提供了地形屏蔽作用，但仔细分析柴楼上游地形可以发现，太白山脉中有1条西北-东南方向的狭长的山谷，长度约14 km，并通向北仑东南沿海。该山谷走向角度与2次大风过程最大风风向几乎一致，为南大风过程提供了有利的“穿堂风”通道，所以2次南大风过程测得的风力较周边区域明显偏大，进而造成了大风灾情。

4 小结

天气尺度系统发展是2次南大风过程的直接原因，在南支槽东移发展引导背景下，槽前西南急流的热力降压和动力抽吸作用导致地面低值系统发展，同时海上高压维持，气压梯度堆积，从而形成宁波地区大范围的南大风。2次南大风过程中，夜间的增风与高空风动量下传有一定的关系，强的垂直风切变和夜间高层辐射造成的大气不稳定性有利于大风动量的下传。2次个例南大风均有明显的日变化特征，下午和半夜达到2个峰值，但最大风均出现在半夜至凌晨，且风力明显大于周边地区，从而造成了连续的局地灾情。夜间增风的原因与局地山谷风叠加存在一定关系，夜间由山坡吹向山谷的东南风叠加在系统性东南风之上，造成风力增强且明显大于周边地区。局地大风还与地形有一定关系，西北-东南向的山谷地形使得东南风有了传输的通道，形成明显的穿堂风地形效应，导致2次大风较周边区域明显偏大。观测个例选取新路村作为柴楼灾情发生地的代表站，测得2次过程最大阵风8级，但根据柴楼山谷和穿堂风地形等多方面的分析，大致可以判断柴楼区域最大阵风应在8级或以上，今后对于这个季节的东南大风在预报服务过程中应当进行1～2级的增风。