李歡歡，馬中元，肖 云，李栩婕，袁 春

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.新余市氣象局，新余 338000)

0 引言

暴雨是造成洪澇、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的重要?dú)庀笳T因，也是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)[1]。暴雨的形成機(jī)理、發(fā)展過(guò)程以及范圍、落區(qū)、強(qiáng)度的預(yù)報(bào)一直是科研和業(yè)務(wù)領(lǐng)域重視的問(wèn)題[2]。高層輻散、低層輻合的配置可為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供有利的動(dòng)力條件[3-5]；充沛的水汽輸送對(duì)暴雨的形成非常必要[6-8]，低空急流可為暴雨區(qū)提供豐富的水汽[9-11]；暴雨發(fā)生時(shí)低層具有高比濕特征[12-14]；中尺度對(duì)流系統(tǒng)活動(dòng)與暴雨的發(fā)生密切相關(guān)[15-17]。

暴雨是袁河流域主要的災(zāi)害性天氣，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，氣象災(zāi)害的影響也越來(lái)越大，城市面對(duì)極端降水災(zāi)害的脆弱性也日益凸顯，暴雨尤其是大暴雨天氣局地性強(qiáng)、預(yù)報(bào)難度大，給工農(nóng)業(yè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重危害，如何準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)大暴雨天氣，及時(shí)發(fā)布預(yù)警，防范和減少其造成的危害，一直是廣大學(xué)者研究及業(yè)務(wù)實(shí)踐工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[18-20]。

文章分析了袁河流域大暴雨天氣過(guò)程的中尺度特征，探討了大暴雨天氣的觸發(fā)和維持機(jī)制，以期為大暴雨天氣的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源與分析研究區(qū)

1.1 資料來(lái)源

文章所用常規(guī)天氣資料來(lái)源于國(guó)家氣象中心Micaps4.0平臺(tái)(氣象信息處理系統(tǒng))。選用資料包括地面資料和高空資料。降水資料來(lái)源于江西省自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。大暴雨站數(shù)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：以袁河7個(gè)國(guó)家站(萍鄉(xiāng)站、蘆溪站、宜春站、分宜站、新余站、新干站、樟樹站)當(dāng)日20：00至次日20：00(北京時(shí)，下同)降水?dāng)?shù)據(jù)為準(zhǔn)，若袁河7站中有1個(gè)站次24 h降水量≥100 mm的過(guò)程稱為1次大暴雨過(guò)程。

1.2 分析研究區(qū)

文章研究區(qū)域?yàn)榻魇≡恿饔?。袁河流域位于江西省西部，屬于贛江流域的一部分，流經(jīng)萍鄉(xiāng)、宜春、新余3個(gè)地市，河道全長(zhǎng)273 km，流域面積6486 km2。

2 袁河流域大暴雨天氣統(tǒng)計(jì)資料

通過(guò)統(tǒng)計(jì)2013—2020年袁河流域大暴雨天氣發(fā)生次數(shù)和降水強(qiáng)度可知：袁河流域的大暴雨天氣共出現(xiàn)了14次，均發(fā)生在6-7月，其中以6月中旬至7月上旬最為集中；大暴雨天氣年度分布不均，2017年未出現(xiàn)大暴雨天氣過(guò)程，而2019年出現(xiàn)4次，7月7-9日連續(xù)出現(xiàn)3 d的大暴雨天氣過(guò)程。分析其原因主要在于6月中下旬至7月上旬是中國(guó)江淮梅雨期間，正處于副熱帶高壓西伸北跳的活躍期，暖濕氣流沿副高邊緣輸送到袁河流域，提供了充足的水汽，而切變附近中尺度系統(tǒng)活躍，也為大暴雨的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

3 袁河流域中尺度天氣系統(tǒng)配置

分析2013—2020年袁河流域大暴雨天氣過(guò)程的主要影響系統(tǒng)，從500 hPa形勢(shì)來(lái)看，大暴雨的天氣形勢(shì)均為副高邊緣型。

從歷次大暴雨天氣過(guò)程的中尺度天氣系統(tǒng)分析可知，大暴雨中低層的天氣形勢(shì)主要包括700 hPa和850 hPa的切變，而且低層存在西南急流，地面有倒槽、鋒面或處于地面輻合線上。

以2019-07-07—2019-07-09袁河流域連續(xù)大暴雨天氣過(guò)程為例，江西處于200 hPa急流分流區(qū)，有強(qiáng)輻散，有利于低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)；500 hPa位于副高邊緣和西風(fēng)槽前，副高邊緣的西南氣流利于動(dòng)力抬升；700 hPa、850 hPa和925 hPa的切變線南側(cè)的中低層急流在江西中部地區(qū)輻合，700 hPa贛中處于濕度梯度密集區(qū)，850 hPa及925 hPa處于高濕區(qū)，暖濕輸送熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定較明顯，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。地面輻合線在湖南和江西中部維持，使這些區(qū)域產(chǎn)生持續(xù)降水。

4 南昌探空物理量

文章對(duì)袁河流域附近南昌站物理量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，850 hPa與700 hPa的溫度差反映了低層溫度的變化，溫差越大越容易堆積不穩(wěn)定能量，產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，通過(guò)對(duì)14次大暴雨天氣的統(tǒng)計(jì)，袁河流域大暴雨天氣的T850-700均值為9 ℃。

垂直風(fēng)切變是預(yù)警強(qiáng)對(duì)流天氣的重要指標(biāo)，袁河流域大暴雨的垂直風(fēng)切變強(qiáng)度差別較大，最大達(dá)到23.2 m/s，最小為4.9 m/s，平均為11.3 m/s。

相對(duì)濕度反映了大氣水汽條件，大暴雨過(guò)程中低層濕度較大，說(shuō)明濕度層較厚，有充足的水汽條件。

對(duì)流有效位能CAPE是指自由對(duì)流高度(LFC)到平衡高度(EL)間的層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線所圍成的面積，表征大氣對(duì)流不穩(wěn)定的能量。CAPE值越大，層結(jié)越不穩(wěn)定，發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的可能性越大，袁河流域大暴雨過(guò)程CAPE平均值在1，135.3 J/kg，但一些過(guò)程的CAPE值為0 J/kg，這是由于南昌站和大暴雨發(fā)生區(qū)域有一定距離，探空數(shù)據(jù)無(wú)論時(shí)間和空間都不對(duì)應(yīng)所造成的。

K=(T850-T500)+Td850-(T-Td)700

(1)

式中，T850-T500表示溫度直減率；Td850表示低層水汽條件；(T-Td)700表示中層飽和程度。因此，K指數(shù)可以反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況。袁河流域大暴雨發(fā)生時(shí)的K指數(shù)基本上都在36 ℃以上，僅2019-07-07較低((T-Td)700較大，中層濕度較小，之后明顯增濕)。

SI=T500-Ts850

(2)

SI指數(shù)是反映大氣穩(wěn)定狀況的一個(gè)指數(shù)。其定義為850 hPa等壓面上的濕空氣團(tuán)沿干絕熱線上升，到達(dá)凝結(jié)高度后再沿濕絕熱線上升至500 hPa時(shí)所具有的氣團(tuán)溫度Ts850與500 hPa等壓面上的環(huán)境溫度T500的差值。 當(dāng)SI<0時(shí)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大，反之，則表示氣層是穩(wěn)定的。袁河流域大暴雨過(guò)程的SI指數(shù)平均值為-0.9 ℃。

(3)

SSI由0～3600 m的平均風(fēng)切變和浮力能量組合而成，反映垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能大小的綜合效應(yīng)。袁河流域的平均SSI指數(shù)達(dá)到了212.4。

袁河流域的平均0 ℃層高度和-20℃層高度分別為4894 m和8495 m，較高的0 ℃層高度和-20 ℃層高度說(shuō)明大氣暖濕氣流明顯，為大暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)袁河流域大暴雨天氣過(guò)程的中尺度特征以及大暴雨天氣的觸發(fā)和維持機(jī)制分析得到以下結(jié)果：

1)袁河流域的大暴雨天氣均發(fā)生在6-7月，其中以6月中旬至7月上旬最為集中，大暴雨發(fā)生年度分布不均；

2)2013—2020年袁河流域大暴雨天氣過(guò)程的主要影響系統(tǒng)500 hPa上均為副高邊緣型，中低層的天氣形勢(shì)包括700 hPa和850 hPa的切變，低層的西南急流，地面有倒槽、鋒面或地面輻合線，上述形勢(shì)共同作用造成了大暴雨的發(fā)生；

3)從袁河流域附近的南昌站物理量場(chǎng)來(lái)看，大部分大暴雨過(guò)程的K指數(shù)>36 ℃，SI<-1 ℃，對(duì)流有效位能CAPE的平均值達(dá)到1，135.3 J/kg，整層相對(duì)濕度、0 ℃層高度和-20 ℃層高度均較高，有高溫高濕的特點(diǎn)，且具有較高的不穩(wěn)定能量。