饒?jiān)苹ǎR中元，陳鮑發(fā)，程小娟，孫 芳

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，330046，南昌；2.豐城市氣象局，331100，江西，豐城；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，333000，江西，景德鎮(zhèn))

0 引言

2020年7月8—10日，江西出現(xiàn)連續(xù)性大暴雨過程，導(dǎo)致江西多個(gè)城市發(fā)生內(nèi)澇，豐城市也出現(xiàn)嚴(yán)重城市內(nèi)澇。在分析這次連續(xù)性大暴雨過程中，一是分析產(chǎn)生大暴雨的天氣系統(tǒng)配置，得到大暴雨概念模型和云圖特征；二是分析大暴雨的雷達(dá)回波特征，尤其是雷達(dá)拼圖回波特征，這是開展監(jiān)測預(yù)警和短臨預(yù)報(bào)服務(wù)的重要手段。

國內(nèi)不少專家學(xué)者對大暴雨天氣進(jìn)行了深入研究和討論，河南“75.8”和“21.7”都是經(jīng)典例子。肖遞祥等研究表明極端暴雨過程主要出現(xiàn)在500 hPa為“東高西低”型和“兩高切變”型這2種環(huán)流背景形勢下[1]。王叢梅等研究指出太行山地形強(qiáng)迫抬升與下山雷暴出流形成中尺度輻合線觸發(fā)新的雷暴，雷達(dá)回波呈現(xiàn)后向傳播特征和列車效應(yīng)造成局地極端短時(shí)強(qiáng)降水[2]。陳元昭等研究表明重大短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的環(huán)境條件的關(guān)鍵點(diǎn)不是強(qiáng)對流預(yù)報(bào)中常關(guān)注的“高空冷空氣的侵入”，而是低層暖濕氣流的輸送[3]。王嘯華等研究指出強(qiáng)降水發(fā)生前都存在對流層低層輻合快速增強(qiáng)的過程[4]。張嬌等研究表明850 hPa西南急流的建立與西太平洋副熱帶高壓的西伸有關(guān)；同時(shí)，冷空氣南下，東西氣壓梯度增大有利于西南急流的建立[5]。張雪晨等研究指出強(qiáng)降水過程主要由中尺度對流系統(tǒng)造成，在暴雨區(qū)上空B中尺度對流系統(tǒng)的新生維持是強(qiáng)降水維持較長時(shí)間的重要原因[6]。徐雙柱等研究指出中尺度系統(tǒng)的源地與地形有關(guān)，在西南氣流的背風(fēng)坡容易形成中尺度系統(tǒng)[7]。周芳等研究指出江西局地短時(shí)強(qiáng)降水分為兩大類：低槽類50.3%，熱帶系統(tǒng)類49.7%[8]。

陳明軒等分析指出中尺度對流超級復(fù)合體，導(dǎo)致了這次強(qiáng)降水過程[9]。王福俠等研究指出高空急流是大范圍暴雨和區(qū)域暴雨共有的速度特征；列車效應(yīng)是造成局地暴雨、大暴雨的關(guān)鍵原因[10]。鄭媛媛等研究指出后向傳播使得強(qiáng)回波在特定區(qū)域保持相對靜止，造成特大暴雨[11]。鄧虹霞等研究指出短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波特征主要有3種：塊狀(強(qiáng)單體、超級單體)、帶狀(颮線、回波帶)、絮狀(絮帶、絮團(tuán))[12]。桂園園等研究表明鷹潭暴雨有2種降水類型：一是對流型降水，二是混合型降水[13]。蘇俐敏等通過研究短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例，提出10 min降水量≥10 mm的“超短時(shí)強(qiáng)降水”概念[14-16]。付超等研究表明短時(shí)強(qiáng)降水對暴雨貢獻(xiàn)率基本在40%以上，暴雨天氣過程將近一半是由短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)的[17]。上述成果從多方面多角度對大暴雨天氣進(jìn)行了研究，為本文研究提供了參考意見。但研究成果較少涉及雷達(dá)拼圖回波特征等方面的分析，而雷達(dá)拼圖資料在大暴雨監(jiān)測預(yù)警和預(yù)報(bào)服務(wù)中越來越受到重視，雷達(dá)拼圖回波特征已成為預(yù)報(bào)員開展短臨預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。

本文使用常規(guī)天氣圖、自動站數(shù)據(jù)、云圖、雷達(dá)拼圖和單部雷達(dá)產(chǎn)品等資料，對2020年7月8—10日江西連續(xù)性大暴雨過程進(jìn)行分析，研究成果為本地開展大暴雨天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)提供了分析判斷依據(jù)。

1 資料來源

2020年7月8—10日江西連續(xù)性大暴雨過程的雨量資料來源于豐城國家站地面要素資料和江西省自動氣象站網(wǎng)絡(luò)平臺；天氣背景、探空數(shù)據(jù)和云圖數(shù)據(jù)等資料來源于MICAPS平臺；雷達(dá)拼圖資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(江西內(nèi)網(wǎng)：http://10.116.32.81/)；單部雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)來源于南昌SA天氣雷達(dá)(9791)基數(shù)據(jù)與PUP軟件反演。

2 天氣實(shí)況與天氣系統(tǒng)

2.1 天氣實(shí)況

2020年7月8—10日，江西連續(xù)3 d出現(xiàn)大暴雨天氣，給防汛工作帶來壓力。7月8日20:00(圖1(a))，全省出現(xiàn)25站(國家站，下同)大暴雨，11站暴雨，主要集中在贛北、贛中北部和贛東北區(qū)域。7月9日20:00(圖1(b))，全省出現(xiàn)25站大暴雨，11站暴雨，主要集中在贛中和贛南北部區(qū)域。7月10日20:00(圖1(c))，全省出現(xiàn)7站大暴雨，15站暴雨，暴雨中心比較零散，分別出現(xiàn)南昌、吉安、萍鄉(xiāng)和橫峰4個(gè)暴雨中心。

(a)7月8日20:00；(b)7月9日20:00；(c)7月10日20:00

2.2 大暴雨天氣系統(tǒng)概念模型

2020年7月7—10日的主要形勢及物理量特征，歸納出江西7月上旬連續(xù)性大暴雨的概念模型(圖略)。

中國東部地區(qū)副熱帶高壓強(qiáng)盛，588 dagpm線穿過江西，江西中北部處副高北部邊緣。500 hPa有2支顯著氣流，1支沿副高從西南廣西等地經(jīng)湖南伸向贛東北的西南氣流，1支為沿河套以東經(jīng)河南、江蘇南下的西北氣流，2支氣流在長江中下游附近交匯。中低層有強(qiáng)盛的西南急流，850 hPa低空西南急流與925 hPa超低空西南急流由南向北輸送水汽、高能量和極不穩(wěn)定空氣，2支氣流在江西中北部交匯。中低層急流北部有位置相近的切變線，不同層次的切變線在垂直方向接近重合的地區(qū)，由于劇烈的輻合導(dǎo)致強(qiáng)盛上升運(yùn)動，增強(qiáng)暴雨的強(qiáng)度。200 hPa江西東北部至江淮下游有分流區(qū)，高空分流區(qū)帶來明顯的輻散是導(dǎo)致中小尺度強(qiáng)暴雨云團(tuán)發(fā)展的重要觸發(fā)機(jī)制。中層(700～500 hPa)，在切變線以北有干冷空氣侵入。江西中北部地面有靜止鋒。湖南與江西中北部中低層(400 hPa以下)為深厚顯著的濕區(qū)。江西中北部有充足的水汽供應(yīng)與輻合，水汽通量0.020 × g · cm-1· hPa-1· s-1以上。K指數(shù)達(dá)37 ℃以上，對流有效位能(CAPE)中等，達(dá)300 J/kg以上。高層輻散疊加在低層輻合之上，形成高層負(fù)渦度、中層正渦度和上升運(yùn)動旺盛形勢，500～200 hPa有明顯的上升運(yùn)動中心。

由此可見，江西大暴雨過程與穩(wěn)定的副熱帶高壓有關(guān)，主要出現(xiàn)在副高西北部多個(gè)系統(tǒng)劇烈輻合之中。當(dāng)處于副熱帶高壓邊緣，且有南北兩支氣流持續(xù)交匯時(shí)，中低層切變線呈近垂直分布，切變線以南有低空西南急流與超低空西南急流，水汽充足且深厚，層結(jié)不穩(wěn)定發(fā)展，在急流的前端與交匯處往往有極端性暴雨天氣。

2.3 T-lnP圖探空物理量統(tǒng)計(jì)

2020年7月8—10日08:00和20:00，南昌探空數(shù)據(jù)顯示(表1)，850 hPa最高氣溫20.7℃，最低氣溫18.8 ℃，均值20 ℃。700 hPa最高氣溫12.8 ℃，最低氣溫8.2 ℃，均值11℃。500 hPa和1 000 hPa垂直風(fēng)切變最大差值10 m/s，最小差值2.8 m/s，均值7 m/s。850 hPa相對濕度最大值89%，最小值60%，均值82%。500 hpa相對濕度最大值93%，最小值47%，均值76%。對流有效位能最大值586.2 J/kg，最小值104.3 J/kg，均值407 J/kg。K指數(shù)最大值39.3 ℃，最小值34.8 ℃，均值37 ℃。沙氏指數(shù)最大值為2.59 ℃，最小值-4.44 ℃，均值0.32 ℃。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)最大值307.7，最小值256.2，均值284。0 ℃層高最高值5 791 m，最低值4 123 m，均值5 320 m。-20 ℃層高最高值9 141 m，最低值6 842 m，均值8 536 m。

表1統(tǒng)計(jì)值為暴雨天氣的物理量分析提供了參考數(shù)據(jù)。從平均值中可以看出，850 hPa和700 hPa溫度在20 ℃和11 ℃；500～1 000 hPa垂直風(fēng)切變較小，只有7 m/s；850 hPa和500 hPa相對濕度分別達(dá)到82%和76%，濕度層較厚；對流有效位能CAPE只有407 J/kg；K指數(shù)達(dá)到37℃，SI指數(shù)0.32 ℃，風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI為284；暴雨期間的0 ℃層和-20 ℃層高度比較高，分別達(dá)到5 320 m和8 536 m。

表1 2020年7月8—10日南昌探空(58606)物理量統(tǒng)計(jì)表

3 雷達(dá)回波特征

雷達(dá)拼圖是監(jiān)測暴雨和大暴雨天氣，開展短臨預(yù)報(bào)服務(wù)的有效手段。雷達(dá)拼圖范圍廣闊，能夠較好地監(jiān)測暴雨和大暴雨的覆蓋范圍，連續(xù)動態(tài)圖可以看出暴雨和大暴雨天氣系統(tǒng)的移動，以及回波系統(tǒng)的形態(tài)等特征，有助于了解回波系統(tǒng)的演變規(guī)律。暴雨和大暴雨回波系統(tǒng)主要有兩類回波形態(tài)：絮狀回波帶和絮狀回波團(tuán)。回波帶和回波團(tuán)的區(qū)別在于回波形態(tài)的長寬比，回波東西長度沒有明顯超過回波南北寬度稱為回波團(tuán)；回波帶和回波團(tuán)的降水效率、降水時(shí)間等都不同，相同回波強(qiáng)度，回波團(tuán)系統(tǒng)的降水要大于回波帶系統(tǒng)。

3.1 雷達(dá)拼圖回波系統(tǒng)演變

2020年7月9日02:00—07:00絮狀回波帶，02:00時(shí)(圖2(a))，豐城處在東～西走向絮狀回波帶之中，回波CR強(qiáng)度約45 dBZ，回波結(jié)構(gòu)較松散，豐城雨量12.2 mm/h。03:00時(shí)(圖2(b))，東～西走向絮狀回波帶中，不斷有45～50 dBZ回波單體、回波團(tuán)(塊)發(fā)展，豐城雨量11.8 mm/h。04:00時(shí)(圖2(c))，絮狀回波帶有所發(fā)展加強(qiáng)，回波結(jié)構(gòu)有所排列緊密，強(qiáng)度45～50 dBZ，豐城雨量17.0 mm/h。05:00時(shí)(圖2(d))，回波帶繼續(xù)維持和發(fā)展，回波強(qiáng)度45 dBZ，豐城處在較強(qiáng)回波之中，雨量達(dá)到17.2 mm/h。06:00時(shí)(圖2(e))，東～西走向絮狀回波帶維持少動，帶上不斷有短帶回波和單體回波東移，回波強(qiáng)度達(dá)到45～50 dBZ，豐城雨量13.1 mm/h。07:00時(shí)(圖2(f))，絮狀回波帶一直維持少動，強(qiáng)度有所加強(qiáng)，影響豐城回波強(qiáng)度達(dá)到50 dBZ，豐城雨量17.2 mm/h。

由此可見，絮狀回波帶靜止少動，帶上不斷有回波短帶和單體回波發(fā)展加強(qiáng)，形成“列車效應(yīng)”，多次造成豐城出現(xiàn)≥10 mm/h降水，從而形成大暴雨天氣。

2020年7月10日07:00—10:00絮狀回波團(tuán)，07:00時(shí)(圖3(a))，豐城處于絮狀回波團(tuán)之中，回波強(qiáng)度35 dBZ，周邊有45 dBZ回波存在，07:00豐城雨量13.8 mm/h，表明在絮狀回波團(tuán)中，35 dBZ回波也能產(chǎn)生≥10 mm/h的降水。08:00時(shí)(圖3(b))，豐城附近回波增強(qiáng)到45 dBZ，08:00豐城雨量23.6 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水。09:00時(shí)(圖3(c))，豐城處在45 dBZ回波之中，出現(xiàn)31.7 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水，這是7月8―10日豐城連續(xù)大暴雨過程中最強(qiáng)小時(shí)雨量。10:00時(shí)(圖3(d))，豐城回波強(qiáng)度降到35 dBZ，還是出現(xiàn)10.6 mm/h降水，表明在絮狀回波團(tuán)中，組合反射率CR≥35 dBZ時(shí)，都有可能出現(xiàn)≥10 mm/h的降水，CR≥45 dBZ時(shí)，有可能出現(xiàn)≥20～30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。

(a)02:00；(b)03:00；(c)04:00；(d)05:00；(e)06:00；(f)07:00

(a)07:00；(b)08:00；(c)09:00；(d)10:00

由此可見，絮狀回波團(tuán)靜止少動，團(tuán)里不斷有回波短帶和單體回波發(fā)展加強(qiáng)，CR回波強(qiáng)度35～45 dBZ，存在“列車效應(yīng)”，多次經(jīng)過豐城并出現(xiàn)≥10 mm/h降水，累積形成大暴雨天氣。同等回波強(qiáng)度時(shí)，絮狀回波團(tuán)的降水效率要高于絮狀回波帶。

3.2 回波強(qiáng)度與雨量對比關(guān)系

將逐小時(shí)雨量和雷達(dá)拼圖CR回波強(qiáng)度(dBZ)制表進(jìn)行曲線相關(guān)性分析，雷達(dá)回波CR產(chǎn)品選擇豐城站5 km半徑圓范圍內(nèi)最強(qiáng)回波dBZ值，時(shí)間選擇整點(diǎn)后0.5 h；雨量直接從雨量平臺柱狀圖中讀取。

(a)7月7日21:00—8日20:00；(b)7月8日21:00—9日20:00；(c)7月9日21:00—10日20:00

7月7日21:00—8日20:00(圖4(a))，組合反射率CR回波強(qiáng)度在10～35 dBZ之間，雨量在0.1～10.0 mm/h之間，回波與雨量保持正相關(guān)，起伏波動較小。7月8日21:00—9日20:00(圖4(b))，CR回波強(qiáng)度在10～40 dBZ之間，雨量在0.1～15.0 mm/h之間，回波與雨量正相關(guān)。7月9日21:00—10日20:00(圖4(c))，CR回波強(qiáng)度在10～40 dBZ之間，雨量在0.1～31.7 mm/h之間，回波與雨量正相關(guān)。

由此可見，組合反射率CR回波強(qiáng)度與地面1 h雨量呈正相關(guān)，回波越強(qiáng)雨量越大；雨量出現(xiàn)時(shí)間落后于CR回波時(shí)間，有可能雨量計(jì)算是60 min合計(jì)，而CR回波時(shí)間是整點(diǎn)30 min，一個(gè)時(shí)刻難以表達(dá)小時(shí)雨量。

4 結(jié)論與討論

1)江西大暴雨過程的發(fā)生與穩(wěn)定的副熱帶高壓有關(guān)，主要出現(xiàn)在副高西北部多個(gè)系統(tǒng)劇烈輻合之中。

2)絮狀回波帶靜止少動，帶上不斷有回波短帶和單體回波發(fā)展加強(qiáng)，形成“列車效應(yīng)”，從而出現(xiàn)大暴雨天氣。絮狀回波團(tuán)靜止少動，團(tuán)里不斷有回波短帶和單體回波發(fā)展加強(qiáng)，CR回波強(qiáng)度35～45 dBZ，存在“列車效應(yīng)”，累積形成大暴雨天氣。同等回波強(qiáng)度時(shí)，絮狀回波團(tuán)的降水效率要高于絮狀回波帶。

3)豐城市此次大暴雨過程受絮狀回波帶影響，回波強(qiáng)度35～50 dBZ；RCS上，35～50 dBZ回波頂高在6 km以下；VCS上，7～8 km以下均為負(fù)速度，對應(yīng)強(qiáng)回波位置負(fù)速度區(qū)中出現(xiàn)-10 m/s大值區(qū)。

4)組合反射率CR回波強(qiáng)度與地面1 h雨量呈正相關(guān)，回波越強(qiáng)雨量越大；但雨量出現(xiàn)時(shí)間落后于CR回波。

近年來，江西大暴雨天氣的預(yù)報(bào)能力有長足進(jìn)步，但預(yù)報(bào)到某地某時(shí)大暴雨時(shí)，預(yù)報(bào)分析還缺乏理論依據(jù)。在做好監(jiān)測預(yù)警的基礎(chǔ)上，總結(jié)大暴雨天氣特點(diǎn)和雷達(dá)拼圖回波特征，是開展好本地大暴雨預(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)。