吳雪亞，張李娟，吳 明，皮小雯

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400；2.貴州省萬山特區(qū)氣象局，貴州 萬山 554200；3.貴州省銅仁市碧江區(qū)氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

銅仁市位于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，氣候復(fù)雜多變，暴雨洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，暴雨災(zāi)害常伴隨山洪、泥石流、城鎮(zhèn)內(nèi)澇等次生災(zāi)害，給當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活帶來嚴(yán)重影響。2020年6月29日傍晚至30日凌晨銅仁市碧江、江口出現(xiàn)入汛以來最強(qiáng)降水，此次強(qiáng)降水天氣過程造成多地山體滑坡、交通中斷、城鎮(zhèn)內(nèi)澇等災(zāi)害。大量研究表明，多普勒雷達(dá)是指導(dǎo)短時(shí)強(qiáng)降水、短時(shí)臨近氣象服務(wù)的有效工具。方標(biāo)等[1]運(yùn)用雷達(dá)資料對梵凈山區(qū)域特大暴雨的特征分析得出低層輻合、高層輻散風(fēng)場配置，有利于降水的發(fā)生?；⒘沾旱萚2]總結(jié)了氣象雷達(dá)產(chǎn)品在機(jī)場強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)中應(yīng)用及其重要性。趙玉廣[3]在對一次大暴雨天氣過程不同階段的多普勒雷達(dá)資料分析中指出，暴雨是由于強(qiáng)降水回波持續(xù)較長時(shí)間影響所致，強(qiáng)回波頂高和垂直累積液態(tài)水含量的變化較明顯。本文利用多普勒雷達(dá)資料，從組合反射率因子、回波頂高、徑向速度、VWP 產(chǎn)品等方面對銅仁市2020年6月29日特大暴雨天氣過程進(jìn)行分析，希望能找出此次特大暴雨過程發(fā)生期間雷達(dá)變化特征與強(qiáng)降水的關(guān)系，為日后暴雨臨近預(yù)報(bào)、預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 資料來源

本文雷達(dá)產(chǎn)品資料來源于銅仁市新一代天氣雷達(dá)(CINRAD/CD)，該雷達(dá)站位于銅仁市碧江區(qū)川硐鎮(zhèn)云盤村楊石坡(109°13′05″E，27°49′20″N)，海拔高度790.6 m，采集數(shù)據(jù)時(shí)采用降水模式進(jìn)行體掃(VCP21)，6 min完成一個(gè)體掃，有效半徑150 km。此次強(qiáng)降水中心主要位于銅仁雷達(dá)站西南側(cè)，距離雷達(dá)站在60 km范圍內(nèi)，雷達(dá)數(shù)據(jù)可用性較高，降雨量資料來源于銅仁市各區(qū)域自動(dòng)站。

2 降水實(shí)況與天氣形勢

2.1 降水實(shí)況

受高空槽、中低層切變線影響，2020年6月29—30日銅仁市出現(xiàn)入汛以來最強(qiáng)降水天氣過程，統(tǒng)計(jì)29日15時(shí)—30日02時(shí)降雨量，全市共出現(xiàn)6站特大暴雨(江口縣3站，碧江區(qū)3站)；12站大暴雨；40站暴雨；43站大雨；33站中雨；最大累計(jì)雨量為江口壩盤277 mm，最大雨強(qiáng)139.8 mm·h-1(江口水泥廠)，小時(shí)雨強(qiáng)為江口縣有氣象數(shù)據(jù)記錄以來歷史排位第一，江口縣壩盤站點(diǎn)連續(xù)2 h雨強(qiáng)超過100 mm，強(qiáng)降雨時(shí)段主要集中在29日20時(shí)—30日01時(shí)，強(qiáng)降雨時(shí)段比較集中，降水強(qiáng)度持續(xù)偏強(qiáng)，導(dǎo)致銅仁市碧江、江口2個(gè)區(qū)縣受災(zāi)嚴(yán)重，多地出現(xiàn)山體滑坡、交通中斷、城鎮(zhèn)內(nèi)澇等災(zāi)情。

圖1 (a)2020年6月29日15時(shí)—30日02時(shí)銅仁市降水實(shí)況，(b)江口縣壩盤站6月29日15時(shí)—30日08時(shí)逐小時(shí)雨量分布(單位：mm)Fig.1 (a)The rainfall distribution on precipitation from 15∶00 on June 29 to 02∶00 on June 30,2020.(b)The hourly rainfall at Bapan station in Jiangkou from 15∶00 on June 29 to 08∶00 on June 30 (unit:mm)

2.2 天氣形勢

從圖2可以看出，過程發(fā)生前，受副熱帶高壓外圍西南氣流影響，銅仁市東部處于高溫高濕狀態(tài)。發(fā)生在副熱帶高壓緩慢西伸過程，位于副高588線外圍西北側(cè)，強(qiáng)降水的發(fā)生受到熱帶系統(tǒng)直接或間接影響，為長江流域切變線西段暴雨。主要有500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa低渦切變、地面輻合線共同影響，強(qiáng)的低層輻合、高層輻散的高低空配置及梵凈山地形抬升作用，激發(fā)了強(qiáng)降水產(chǎn)生，并伴有強(qiáng)雷電、瞬時(shí)大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，加上受副高阻擋，影響系統(tǒng)維持較長時(shí)間，造成持續(xù)的強(qiáng)降水，強(qiáng)降水中心與地面輻合線位置相對應(yīng)。

圖2 2020年6月29日08時(shí)(a)、20時(shí)(b)天氣環(huán)流形勢Fig.2 The synoptic circulation situation at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

3 能量條件

銅仁市位于懷化和貴陽2個(gè)探空站之間，從2020年6月29日貴陽和懷化08時(shí)和20時(shí)CAPE、K指數(shù)、SI指數(shù)及0 ℃、-20 ℃層高度過程對流參數(shù)變化(表1)看，2站上空均為K指數(shù)>40 ℃，SI指數(shù)<0 ℃，貴陽站20時(shí)SI指數(shù)<-3℃，有利于強(qiáng)雷暴天氣的發(fā)生，2站0 ℃層均在5 km以上，-20℃層均在8 km以上，有利于強(qiáng)對流天氣發(fā)生。29日20時(shí)貴陽和懷化對流有效位能(CAPE)分別達(dá)到2 159.3 J·kg-1和1 909.4 J·kg-1，說明對流發(fā)展旺盛。從探空曲線(圖3、圖4)來看，過程發(fā)生前，露點(diǎn)曲線與溫度曲線在650 hPa以下比較貼近，600 hPa以上2條曲線分開，整體看是下部靠緊、上部分離，中低層濕度較大，表明過程前中低層水汽條件較好，為 “上干下濕”的對流性不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。從貴陽站上下配置來看，呈“喇叭狀”，從低層到高層的風(fēng)向演變來看，低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有一定的暖平流向上輸送，進(jìn)一步增加了大氣溫濕不穩(wěn)定性。

表1 貴陽和懷化探空站6月29日特大暴雨過程對流參數(shù)Tab.1 The convective parameters of the torrential rain on June 29 at Guiyang and Huaihua sounding stations

圖3 2020年6月29日貴陽站08時(shí)(a)和20時(shí)(b)探空圖Fig.3 The sounding chart of Guiyang station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

圖4 2020年6月29日懷化站08時(shí)(a)和20時(shí)(b)探空圖Fig.4 The sounding chart of Huaihua station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

4 雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

4.1 組合反射率演變

從組合反射率因子回波演變來看，自29日15時(shí)35分開始，在銅仁市碧江西北部局地生成層積混合降水回波(圖5)，回波最強(qiáng)為50 dBz左右，該回波沿著西南向東北方向緩慢移動(dòng)，移速約10 km·h-1。后續(xù)江口、碧江境內(nèi)不斷有對流單體生成和發(fā)展，面積逐漸發(fā)展變寬。19時(shí)05分，江口境內(nèi)生成的回波緩慢東移與碧江境內(nèi)前期生成的回波發(fā)展成片，單體合并，強(qiáng)度增強(qiáng)(圖5b)。20時(shí)02分，江口境內(nèi)再次有回波生成，并與之前的回波發(fā)展成片，在江口壩盤和碧江壩黃、和平等地長時(shí)間停留，維持少動(dòng)，回波呈后向傳播，在江口不斷有新回波生成補(bǔ)充，面積不斷擴(kuò)大，強(qiáng)度中心主要位于碧江，超過50 dBz。21時(shí)12分開始，江口境內(nèi)強(qiáng)回波面積不斷發(fā)展，逐漸影響江口中東部，此時(shí)在梵凈山東側(cè)不斷有對流單體新生發(fā)展合并增強(qiáng)，并在江口長時(shí)間停留。30日00時(shí)01分碧江境內(nèi)回波減弱，江口境內(nèi)強(qiáng)回波維持，30日01時(shí)48分江口回波減弱，強(qiáng)降水基本結(jié)束。

圖5 2020年6月29日15時(shí)35分—30日01時(shí)48分雷達(dá)組合反射率因子圖Fig.5 The composite reflectivity of radar on 15∶35,29th June to 01∶48 ,30th June in 2020

從此次回波組合反射率發(fā)展的演變過程來看，此次過程以局地生成回波為主，回波后向傳播，多個(gè)對流單體不斷聚集、合并且穩(wěn)定少動(dòng)，呈“準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)”，強(qiáng)回波在銅仁市東部長時(shí)間維持，造成了銅仁市江口、碧江區(qū)域性特大暴雨天氣過程。

4.2 回波頂高特征

回波頂高反應(yīng)云層的垂直發(fā)展情況，間接地反應(yīng)出對流發(fā)展是否旺盛，可以快速估計(jì)強(qiáng)對流回波發(fā)展的高度位置。吳明等[4]對銅仁汛期短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)特征分析得出本地生成型回波引起的短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段上易出現(xiàn)在傍晚至第2天凌晨，≥35 dBz 的回波頂高在4 km以上。從圖4可以看出，強(qiáng)降水時(shí)段，≥45 dBz的回波主要集中在5 km以下，低于0 ℃層高度，暖云層厚度較厚，低層存在多個(gè)強(qiáng)回波核，為低質(zhì)心高效率暖云降水回波。同時(shí)，≥35dBz的回波普遍伸展到8 km以上，說明對流較旺盛(圖6b)。

圖6 6月29日20時(shí)02分、21時(shí)45分、23時(shí)32分銅仁雷達(dá)基本反射率因子垂直剖面圖Fig.6 The vertical profile of basic reflectivity factor of Tongren radar at 20∶02,21∶45 and 23∶32 on June 29

4.3 徑向速度

從雷達(dá)平均徑向速度圖(仰角1.5°)可以看出(圖7)，強(qiáng)降水時(shí)段在雷達(dá)站60 km范圍內(nèi)，風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說明有暖平流輸送。19時(shí)05分(圖7a)，碧江西北部區(qū)域有明顯的中尺度輻合區(qū)(“逆風(fēng)區(qū)”)，最大正速度約為10 m/s，最大負(fù)速度約為-10 m/s，正負(fù)速度基本相等。20時(shí)31分(圖7b)，此輻合區(qū)仍然存在，正負(fù)速度對范圍擴(kuò)大，向江口延伸，該輻合區(qū)在江口、碧江境內(nèi)停滯不動(dòng)，持續(xù)時(shí)間達(dá)3 h以上。方標(biāo)等[5]在對貴州石阡一次暴雨進(jìn)行分析時(shí)指出“逆風(fēng)區(qū)”的出現(xiàn)通常伴隨著強(qiáng)降水的發(fā)生，強(qiáng)降水發(fā)生在逆風(fēng)區(qū)的斷裂位置。從零速度線演變趨勢來看，正負(fù)速度區(qū)相對于雷達(dá)站呈現(xiàn)“S”狀分布，說明西南暖濕氣流發(fā)展旺盛。從徑向速度圖演變趨勢可以看出，造成此次強(qiáng)降水主要是有逆風(fēng)區(qū)存在且較長時(shí)間維持，正負(fù)速度區(qū)相對雷達(dá)站呈“S”狀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

圖7 2020年6月29日徑向速度圖Fig.7 The radial velocity chart on June 29,2020

4.4 VWP產(chǎn)品

由于垂直風(fēng)廓線(VWP)產(chǎn)品可以反映雷達(dá)站上空半徑50 km范圍內(nèi)的平均風(fēng)場情況。觀察垂直風(fēng)場隨時(shí)間的變化，得到了這次過程中垂直方向上風(fēng)的切變情況[6]。本次強(qiáng)降水中心與雷達(dá)站距離在50 km內(nèi)，VWP資料可以很好地顯示出雷達(dá)中心上空的垂直風(fēng)場情況。由此次過程的VWP變化(圖8)可以看出，中高層(5～10 km)偏北風(fēng)隨時(shí)間推移逐漸加強(qiáng)并向中層傳輸，低層(0～0.6 km)在強(qiáng)降雨前期主要為東南風(fēng)，過程期間中層(0.6～3.3 km)盛行一支西南氣流，形成一條較為深厚的水汽通道，逐漸影響低層。從風(fēng)場垂直廓線可以看出，在對流層中下層，風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)著明顯的暖平流。由ω方程可知，暖平流產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，冷平流產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，暖平流是維持降水的重要原因[7]。

圖8 2020年6月29日18時(shí)57分—30日01時(shí)36分雷達(dá)風(fēng)廓線圖(單位:m/s)Fig.8 The VWP from on 20∶02 ,29th June to 01∶ 36,30th June in 2020(unit:M/s)

5 小結(jié)

①此次特大暴雨主要受低渦切變、地面輻合線共同影響，強(qiáng)的低層輻合、高層輻散的高低空配置，以及梵凈山地形抬升作用激發(fā)此次強(qiáng)降水，特點(diǎn)是尺度小，雨強(qiáng)大。

②從雷達(dá)回波演變特征反應(yīng)此次過程以局地生成回波產(chǎn)生降水為主，層積云混合型降水回波在銅仁東部上空聚集、穩(wěn)定少動(dòng)，呈“準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)”，回波呈后向傳播，同時(shí)存在多個(gè)回波單體相互合并現(xiàn)象。

③從徑向速度圖看，有逆風(fēng)區(qū)存在且較長時(shí)間維持，逆風(fēng)區(qū)與強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間相對應(yīng)。

④通過雷達(dá)發(fā)展高度來看，強(qiáng)回波中心主要位于云體中下部，降水時(shí)段大于35dBz的回波伸展高度越高，越利于強(qiáng)降水發(fā)生，可以作為判斷暴雨天氣的一個(gè)特征。