程小娟，王長學，馬中元，陳鮑發(fā)，張春江，孫 芳

(1.江西省氣象科學研究所，南昌 330046；2.豐城市氣象局，豐城 331100；3.吉林省梅河口市氣象局，梅河口 135000；4.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

強降水是造成城市內澇、積澇、山洪、中小河流洪水和地質災害等自然災害的重要天氣，有時會帶來破壞性的影響，很多專家對其進行了研究。江西的強降水多發(fā)生于汛期的降水集中期，而7-8月處副熱帶高壓邊緣，局地強風暴多發(fā)，也會導致明顯的短時強降水過程。造成短時強降水的中小尺度系統(tǒng)主要與低空切變(槽)、中小尺度輻合線相關，副高外圍的強勁西南氣流提供了充沛的水汽條件，雷達回波多表現為中尺度強回波帶，其移向與回波帶長軸的夾角較小，或為局地發(fā)展少動的強對流單體[1，2]。切變線和地面鋒面是關鍵影響系統(tǒng)，切變線提供了中低層水汽輻合及對流抬升運動的維持機制，地面鋒面則為低層對流抬升運動提供了觸發(fā)機制[3-5]。副高加強西伸北抬，地面低壓倒槽北頂，低空急流風速輻合，高空強烈輻散，利于上升運動的加強和維持，從而造成極端短時強降水等天氣過程[6-8]。強降水的雷達參數特征量預警指標為回波強度超過38 dBz，回波頂高和最強回波中心高度分別超過7.0 km和3.6 km，VIL高于20 kg/m2。中尺度輻合線、中氣旋和逆風區(qū)是強降水觸發(fā)和維持的重要成因，短時強降水發(fā)生時，雷達回波最強反射率因子≥40 dBz，35 dBz回波頂高大于5 km[9-11]。紅外云圖上，短時強降水強度較弱，亮溫梯度較小，冰雹云團邊界清晰，亮溫梯度較大；在雷達回波特征上冰雹云呈塊狀對流型，短時強降水云為絮狀混合型。冰雹云的回波強度、強回波高度和垂直積分液態(tài)含水量值均明顯高于短時強降水云體[12，13]。不斷產生的小尺度云團對流泡往往會導致暴雨等強天氣發(fā)生[14，15]。這些均為研究豐城市強降水提供了理論依據與參考，但在強降水等強對流研究中，多數研究為單部雷達的回波特征，很少應用到雷達拼圖資料；而雷達拼圖彌補了單部雷達探測范圍有限、有擋角、靜椎區(qū)等缺陷。

文章將利用天氣形勢、衛(wèi)星云圖、單部雷達、江西WebGIS雷達拼圖與風暴跟蹤信息STI等資料分析2020-07-27出現在豐城、新干等地的短時強降水天氣過程，以期發(fā)現相應的預報指標與規(guī)律，為后期的預測提供參考依據。

1 天氣實況

2020-07-27T17：00-2020-07-27T18：00，受強副高邊緣熱雷雨強回波影響，江西的豐城、新干等局部地區(qū)出現大風、強降水等強對流天氣(圖1)；其中豐城市國家站出現42.1 mm/h短時強降水，區(qū)域站小港雨量強度為40.1 mm/h。同時，豐城西南方向的新干、峽江、永豐的雷暴回波帶也出現了強對流天氣，其中新干出現77.3 mm/h短時強降水，小時內極大風速達19.2 m/s(西北偏西風)。

圖1 2020-07-27短時強降水天氣實況：(a)2020-07-27 17-18h國家站雨量；(b)區(qū)域站雨量；(c)2020-07-27 17-18h國家站極大風速；(d)區(qū)域站極大風速

2 短時強降水天氣過程分析

2.1 天氣圖特征

2020-07-27T08：00(圖2)，100 hPa，江西上空為偏東北風氣流，整個大陸在大范圍的反氣旋環(huán)流控制之中；500 hPa，江西北部處于副高西北部邊緣，588 dagpm線穿過江西，低槽位于安徽北部經湖北中部伸向湖南西部，江西與湖南中東部處高空槽前，盛行西南風；850 hPa，安徽中部經湖北東南部至湖南北部有偏北風與西南風之間的切變線，切變線以南的湖南中南部至江西為西南氣流。地面為低壓倒槽形勢，江西中部存在明顯的輻合線。

由此可見，高空100 hPa為大陸高壓控制，江西與湖南處高空槽前；500 hPa江西處副熱帶高壓邊緣；850 hPa有切變線；地面有輻合線。

2.2 衛(wèi)星云圖

圖3為2020-07-27T16：30-2020-07-27T18：00衛(wèi)星云圖，豐城附近和西南面有兩塊中尺度對流云團(MCS)逐漸合并成一個范圍較大的MCS云團。16：30，豐城附近及西南面有2塊連接在一起的對流云團，西南方向的云團面積較大；17：00，整個云帶向東北方向移動，西南方向云團面積增大；17：30西南方向云團繼續(xù)增強發(fā)展，中心云頂亮溫呈黑色區(qū)域面積增大，而豐城附近云團變化不大；18：00西南云團繼續(xù)東伸，與豐城附近云團融合，形成一個范圍更大的中尺度對流云團(MCS)，云團中心黑色低溫區(qū)范圍更大。豐城處于合并后云團的東北部邊緣，新干處于合并后強對流云團中心。由于合并后的云團呈東北-西南向，范圍更大，強度更強，且由西南向東北方向緩慢移動，不斷影響新干、豐城等地，導致短時強降水的發(fā)生，新干還出現暴雨和大風天氣。

圖3 2020-07-27衛(wèi)星云圖：(a)16:30；(b)17:00；(c)17:30；(d)18:00

由此可見，合并后的強對流云團，范圍更大、強度增強，在緩慢東移的過程之中造成豐城等地出現強降水、雷暴大風等強對流天氣。

2.3 雷暴回波演變

圖4為 2020-07-27T16：30-2020-07-27T18：00江西WebGIS雷達拼圖。16：30，江西中部和北部有強對流回波A、B發(fā)展，A回波即將影響豐城，回波強度達到50 dBz，回波尺度不大，僅覆蓋豐城的西南部地區(qū)；宜春附近的B回波為較強的回波短帶，回波強度達到50～60 dBz，影響峽江、新干和永豐等地。17：00，A回波在500 hPa西南風的引導下向東北方向移動，整體進入豐城市，開始產生短時強降水；B回波短帶發(fā)展加強，開始出現雷暴大風天氣。17：30，A回波繼續(xù)向東北方向移動，移入豐城市東北部，豐城出現42.1 mm/h短時強降水；B回波短帶造成新干77.3 mm/h短時強降水和19.2 m/s雷暴大風天氣。18：00，A回波后邊界已移至豐城東北部邊界，表明強回波主體基本移出豐城市；但B回波短帶仍造成了永豐17.0 m/s雷暴大風天氣。

圖4 2020-07-27江西WebGIS雷達拼圖：(a)16:30；(b)17：00；(c)17：30；(d)18:00

由此可見，影響豐城、新干的強降水由A強回波和B回波短帶造成。由于A回波和B回波短帶強度都超過50 dBz，具有一定的寬度，回波移動速度偏慢，強回波在一地維持時間較長，因而造成豐城、新干短時強降水天氣。

2.4 風暴跟蹤信息STI

風暴跟蹤信息STI不僅能夠反映回波系統(tǒng)的強度，還能反映出回波單體的移動速度與移動方向(圖5)。江西境內的強對流回波由多個對流單體組成，疊加多部雷達STI路徑信息，指向表明回波由西南向東北方向移動，圖5中所示的計算(圓圈及標尺)表明回波平均STI移動方向50°，平均移動速度30 km/h?？梢钥吹?，強對流回波移動緩慢，速度僅為30 km/h，其主要原因是500 hPa引導氣流偏弱，江西中北部上空西南風速僅6～12 m/s。由于回波移動緩慢，影響豐城、新干的強對流回波短帶滯留時間長，導致強降水的發(fā)生。

圖5 2020-07-27風暴跟蹤信息STI移動路徑：(a)16:30；(b)17:00；(c)17:30;(d)18:00

風暴跟蹤信息STI是單部多普勒雷達上描述強回波移動的重要算法與指標，為了直觀地判斷回波移向、移速，把多部雷達的STI信息進行平均，形成風暴平均移動路徑與速度，以圓圈形式顯示在圖的左下角。圓圈中的時鐘線指向表明回波平均移向，圓圈下的標尺內紅色小格長度表明回波平均移動速度，1個小格為10 km，若紅色小格有3個，則回波移速為30 km/h，以此類推。此次強降水過程的STI信息表明，強回波主要向東北方向移動，移動速度為30 km/h。STI信息有助于預報員識別和判斷對流系統(tǒng)的移動，從而做出更為精準的預報。

2.5 單部雷達產品特征

圖6為2020-07-27T17：26的CR、ET、VIL、RHIz、RHIv單部雷達產品，從CR(組合反射率)產品看，豐城市的強降水是由一個發(fā)展旺盛的強回波單體造成的?；夭ㄖ行膹姸冗_60～65 dBz，回波頂高14～15 km，并有較明顯的傾斜結構，回波頂高最高處位于強回波的后沿。VIL達50～60 kg/m2，即VIL強度大，達到出現冰雹的閾值。

圖6 2020-07-27T17：26 南昌SA雷達CR、ET、VIL、RHIz、RHIv產品

對17：26的豐城強回波從南北向作剖面，反射率因子剖面上，0 dBz回波頂高17 km，45 dBz的強回波伸展高度達12 km，60 dBz頂高7.8 km；徑向速度剖面上，大片負速度區(qū)中有較強的正速度區(qū)，正負速度之差達23 m/s，達到弱中氣旋標準。以上雷達回波特征說明回波發(fā)展極為強盛，云中有小冰雹生成，但由于處于7月份，0 ℃層高度高，小冰雹未至地面即融化，因此，地面并沒有出現冰雹。由于回波強度強，瞬時雨強大，且回波移動緩慢，易造成短時強降水。

由于新干的強降水和雷暴大風(B回波)與豐城的強降水(A回波)同時出現，強度都達到60～65 dBz，且兩地距離較近，可以判斷其強回波的結構大致相同?？梢钥吹剑赂葿回波短帶的強回波面積比豐城A回波面積更大，更加有利于短時強降水的產生，這也是新干短時強降水(77.3 mm/h)比豐城短時強降水(42.1 mm/h)強度更強，并伴隨雷暴大風(19.2 m/s)的重要原因。

由此可見，豐城、新干等地的強降水天氣是由發(fā)展旺盛的A強回波單體和B回波短帶造成的。回波中心強度達60～65 dBz，回波頂高達14～15 km，液態(tài)含水量達50～60 kg/m2，45 dBz的強回波伸展高度12 km，有正負速度對，速度對的強度達到弱中氣旋標準。

3 結束語

文章利用天氣形勢、地面觀測、衛(wèi)星云圖和江西WebGIS雷達拼圖等資料，分析了2020-07-27豐城、新干等地的短時強降水和雷暴大風強對流天氣過程，主要結論如下：

1)2020-07-27雷暴大風天氣過程發(fā)生在副熱帶高壓邊緣，100 hPa在江西上空有東北風急流，500 hPa與850 hPa為西南風，地面輻合線是較好的對流觸發(fā)機制。

2)云圖上表現為2塊中小尺度強對流云團的東移與融合，融合后的對流云團尺度更大，發(fā)展更為旺盛，由西南向東北緩慢移動，持續(xù)影響豐城市，導致強降水等強對流天氣。

3)雷達上表現為A強回波單體和B回波短帶，回波尺度小，在50 km之內，回波中心強度達60 dBz或以上。強回波單體自西南向東北移入豐城市造成強降水。新干地區(qū)強降水則由寬度較寬的強對流回波短帶造成，由于強回波范圍與面積明顯大于豐城的回波單體，導致降水強度更強。

4)風暴跟蹤信息STI移動路徑較好地反映了強對流單體回波的移動方向、速度與路徑，由于江西上空500 hPa高空風小，僅為6～12 m/s，導致回波的平均移動速度僅為30 km/h。強回波移動緩慢是造成強降水的主要原因。

5)單部雷達的反射率因子剖面顯示，45 dBz強回波的發(fā)展高度達12 km，60 dBz強回波高度達7.8 km。徑向速度剖面顯示，大片負速度區(qū)中伴有較強的正速度區(qū)，形成正負速度對，正負速度之差達23 m/s，達到弱中氣旋標準。在盛夏季節(jié)，具有冰雹回波特征的強回波單體或回波短帶，不一定產生冰雹天氣，而是以短時強降水和雷暴大風天氣出現。因此，在江西判別是否出現冰雹與季節(jié)因素有很大關系。