邱雯婷，馬中元，彭維明，張曉芳，曹佳琪

(1.婺源縣氣象局，上饒 333200；2.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046)

0 引言

汛期的暴雨和大暴雨是氣象部門重點(diǎn)監(jiān)測預(yù)警對(duì)象，關(guān)系到水位上漲、城市內(nèi)澇、山洪暴發(fā)等自然災(zāi)害的發(fā)生。統(tǒng)計(jì)分析表明，江西贛東北區(qū)域(上饒市、景德鎮(zhèn)市和鷹潭市)是江西暴雨中心之一。婺源地處贛東北地區(qū)最東部，贛東北地形對(duì)雨帶的抬升作用十分明顯，對(duì)形成婺源大暴雨有重要的影響。

國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)大暴雨研究成果頗多，例如：黃文彥[1]等利用江淮氣旋資料，統(tǒng)計(jì)分析得出6月份江淮氣旋造成江蘇暴雨的頻次最高，約占該月暴雨總次數(shù)的1/3。陳健康[2]等指出福建一次冬季暴雨過程類似于鋒前暖區(qū)暴雨，在低空急流偏強(qiáng)并長時(shí)間維持的背景下產(chǎn)生。張萍萍[3]等指出湖北兩類突發(fā)性中尺度暴雨天氣形勢(shì)背景，一是南北匯合型以天氣尺度強(qiáng)迫為主；二是聚集增強(qiáng)型以邊界層輻合和地形強(qiáng)迫抬升為主。楊雨軒[4]等指出在弱垂直風(fēng)切變環(huán)境條件下與副熱帶高壓之間切變區(qū)的短時(shí)大暴雨關(guān)系密切。尉英華[5]等指出0.6 km以下偏東風(fēng)的中尺度擾動(dòng)對(duì)局地大暴雨的觸發(fā)和維持起重要作用。田暢[6]等指出地面輻合線發(fā)展的線狀對(duì)流系統(tǒng)是暴雨發(fā)生的主要原因。梁鈺[7]等指出連續(xù)性暴雨按照500 hPa影響系統(tǒng)，分為低槽型、副高邊緣型、西北低渦型3類。劉瑞鑫[8]等指出華南區(qū)域暖區(qū)暴雨事件占篩選的暴雨事件的16.86%，表明暖區(qū)暴雨是華南非常重要的降水過程；暖區(qū)暴雨主要出現(xiàn)在4-7月，6月份最多，平均持續(xù)11.58 h。李瑞萍[9]等指出暴雨發(fā)生在持續(xù)性層云弱降水持續(xù)6 h之后，層云中鑲嵌積云并伴有弱雷電活動(dòng)。劉帆[10]等指出關(guān)中地區(qū)突發(fā)性暴雨過程雷達(dá)回波為低質(zhì)心結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)回波中心(45～55 dBZ)高度在6 km以下，徑向速度圖上的低層“S”型暖平流、風(fēng)向輻合輻散和逆風(fēng)區(qū)等特征均有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。

這些研究成果大多從天氣形勢(shì)或單部雷達(dá)回波特征方面論述，較少利用多部雷達(dá)拼圖資料探討暴雨的特征。文章使用MICAPS常規(guī)天氣圖、FY-4A云圖、自動(dòng)氣象站雨量、江西WebGIS雷達(dá)拼圖、景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)基數(shù)據(jù)等資料，對(duì)2021-06-30婺源大暴雨過程進(jìn)行分析，總結(jié)得出形成婺源大暴雨的短時(shí)強(qiáng)降水的天氣特征、云圖特征和雷達(dá)回波等特征，為監(jiān)測預(yù)警由短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的大暴雨天氣提供判別依據(jù)。

1 資料來源與研究區(qū)域

1.1 資料來源

天氣圖、FY-4A云圖等資料來源于MICAPS系統(tǒng)；自動(dòng)氣象站雨量資料來源于江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)自動(dòng)氣象站資料查詢系統(tǒng)平臺(tái)和婺源氣象站觀測數(shù)據(jù)；雷達(dá)拼圖資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖系統(tǒng)平臺(tái)；單部雷達(dá)產(chǎn)品來源于景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)基數(shù)據(jù)產(chǎn)品反演；雷電資料來源于CIMISS數(shù)據(jù)庫；手機(jī)產(chǎn)品組合反射率CR、回波頂ET、垂直液態(tài)含水量VIL和風(fēng)暴跟蹤信息STI來自江西短臨預(yù)報(bào)手機(jī)平臺(tái)。文章涉及的地圖邊界均是基于國家測繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2017)3320號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，MICAPS地圖的審圖號(hào)：GS(2019)3082號(hào)。文章使用北京時(shí)間。

1.2 研究區(qū)域

文章研究區(qū)域是江西省贛東北(3市)區(qū)域，重點(diǎn)關(guān)注婺源縣境內(nèi)大暴雨區(qū)域。并采用天氣學(xué)、衛(wèi)星學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)等分析方法，對(duì)所使用資料進(jìn)行分析描述。婺源縣氣象局在婺源全境安裝了30個(gè)自動(dòng)氣象站，當(dāng)出現(xiàn)1站以上≥100 mm/24 h降水和2站≥50 mm/24 h降水時(shí)，記錄為婺源大暴雨過程。在大暴雨過程中，江西出現(xiàn)≥30 mm/h降水稱為短時(shí)強(qiáng)降水。文章插圖使用Photoshop圖像軟件拼制，使每幅彩色圖達(dá)到至少15 cm寬、300 dpi以上像素點(diǎn)，符合出版印刷對(duì)圖片的要求。

2 暴雨實(shí)況與天氣背景

2.1 江西省際大暴雨過程

江西省際是指以江西為中心包含周邊6省部分地區(qū)的更大范圍。2021-06-29T20：00—2021-07-03T20：00，江西省際出現(xiàn)1次連續(xù)性大暴雨過程。婺源受到影響，在6月30日、7月1日連續(xù)2 d出現(xiàn)大暴雨。在大暴雨過程中，短時(shí)強(qiáng)降水是引發(fā)大暴雨的關(guān)鍵。從短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度上看，6月30日大暴雨過程中短時(shí)強(qiáng)降水雨強(qiáng)最大，為50.0 mm/h(古坦行政村J2215)，并且連續(xù)3 h出現(xiàn)≥30 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水，3 h雨量達(dá)到133.5 mm。根據(jù)婺源國家站和29個(gè)區(qū)域站連續(xù)4 d的降水統(tǒng)計(jì)可得，觀測站雨量分別達(dá)到80.4 mm/24 h、88.3 mm/24 h、46.4 mm/24 h和26.5 mm/25 h，4 d平均雨量為241.5 mm。6月30日，古坦行政村最大雨量為213.6 mm/24 h；7月1日，太白鎮(zhèn)最大雨量為202.0 mm/24 h。

由此可見，婺源此次連續(xù)性大暴雨過程降水主要分布在6月30日和7月1日；7月2—3日雖然一些區(qū)域站還有暴雨發(fā)生，但未達(dá)到大暴雨量級(jí)。

2.2 婺源大暴雨過程

2021-06-30，婺源大暴雨過程在此次連續(xù)性大暴雨過程中最強(qiáng)，短時(shí)強(qiáng)降水和持續(xù)性降水疊加在一起，累積雨量較大，30個(gè)觀測站平均雨量達(dá)到80.4 mm/24 h。對(duì)應(yīng)的雷達(dá)拼圖顯示為大片絮狀回波團(tuán)中存有多條45～50 dBZ回波短帶和回波單體，這些較強(qiáng)回波短帶和回波單體是產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的回波系統(tǒng)，婺源30個(gè)雨量觀測站的最大降水，就是由這些回波短帶和回波單體所產(chǎn)生，并且短時(shí)強(qiáng)降水可以連續(xù)出現(xiàn)幾小時(shí)，例如：3 h降水達(dá)到大暴雨量級(jí)。統(tǒng)計(jì)表明：6月30日，婺源有33站次出現(xiàn)≥20 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水，其中12站次出現(xiàn)≥30 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水。

由此可見，在6月30日—7月3日江西連續(xù)性大暴雨過程中，婺源出現(xiàn)連續(xù)性大暴雨和暴雨天氣，以6月30日大暴雨過程最典型。大暴雨過程的形成是由絮狀回波團(tuán)中的45～50 dBZ回波短帶和回波單體所致，跟蹤這些回波系統(tǒng)的演變，提早識(shí)別和判斷短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生，對(duì)大暴雨天氣的監(jiān)測預(yù)警有重要意義。

2.3 副高邊緣天氣背景

2021-06-27T20：00，100 hPa受大陸高壓控制(西北風(fēng))和副高邊緣(東北風(fēng))控制；500 hPa副高處在沿海一線，588 dagpm線穿越海岸線，江西處在588 dagpm與584 dagpm之間，即副高邊緣；850 hPa存在西南低空急流，長江以北為東北風(fēng)氣流，江西北部處在850 hPa切變線中，不斷有低渦東移；地面江南處在西南倒槽之中，有利于對(duì)流性天氣的發(fā)生，從而易導(dǎo)致對(duì)流性暴雨和大暴雨天氣的產(chǎn)生。

2.4 中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00是婺源短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段。09：00，婺源區(qū)域不斷有對(duì)流單體云系發(fā)展；10：00，對(duì)流單體云系合并形成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS；11：00—12：00之后，MCS在婺源區(qū)域維持，并緩慢向東偏南方向移出。在云圖上，MCS云系是產(chǎn)生婺源大暴雨的主要云系。

3 短時(shí)強(qiáng)降水形成大暴雨的回波特征

3.1 短時(shí)強(qiáng)降水特征

2021-06-30，婺源出現(xiàn)多站次≥20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水，其中≥30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水有12站(江西短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn))，最大降水強(qiáng)度為52.0 mm/h。婺源古坦行政村、沱川鄉(xiāng)10：00—12：00出現(xiàn)連續(xù)3 h的短時(shí)強(qiáng)降水，雨量分別為145.2 mm和138.6 mm，達(dá)到大暴雨量級(jí)?？梢?，短時(shí)強(qiáng)降水在某地能夠維持2～3 h，某地就能形成短時(shí)大暴雨。

江西雨水比較豐沛，短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)定在≥30 mm/h或50 mm/2 h。通過對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的研究，≥30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水是由若干個(gè)≥10 mm/10 min超短時(shí)強(qiáng)降水組成[11]。超短時(shí)強(qiáng)降水如果連續(xù)出現(xiàn)2個(gè)以上時(shí)段，就不需要等到整點(diǎn)后判斷短時(shí)強(qiáng)降水的出現(xiàn)，而是在其間提前估測出短時(shí)強(qiáng)降水的出現(xiàn)，因?yàn)?，在整點(diǎn)1 h中，連續(xù)2個(gè)以上超短時(shí)強(qiáng)降水的出現(xiàn)，形成≥30 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水的概率高達(dá)80%以上。

3.2 雷達(dá)拼圖回波特征

江西WebGIS雷達(dá)拼圖是由以江西為中心及周邊6省共24部天氣雷達(dá)組成的雷達(dá)拼圖，雷達(dá)拼圖擴(kuò)大了單部雷達(dá)視野，彌補(bǔ)了單部雷達(dá)擋角盲區(qū)、地球曲率、遠(yuǎn)距衰減等缺陷，并且網(wǎng)頁版顯示快捷，不受PUP終端等因素局限，因此受到廣大臺(tái)站預(yù)報(bào)員的好評(píng)。

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00(圖1)是婺源大暴雨過程中出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水最強(qiáng)的4個(gè)時(shí)次，婺源古坦行政村區(qū)域雨量站顯示：09：00—12：00(3 h)分別為47.2 mm/h，52.0 mm/h，34.3 mm/h，累計(jì)133.5 mm，3 h雨量已達(dá)到大暴雨量級(jí)。造成婺源大暴雨的雷達(dá)拼圖回波特征主要是在大片絮狀(混合型降水)回波中，摻雜有較強(qiáng)的(45～50 dBZ)回波短帶、回波單體存在，短時(shí)強(qiáng)降水是由這些較強(qiáng)回波所致。35～45 dBZ的中等強(qiáng)度回波導(dǎo)致的降水也可能達(dá)到≥20 mm/h的量級(jí)。由于絮狀回波團(tuán)面積廣闊，持續(xù)降水時(shí)間較長，累積降水量也很可觀。

圖1 2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00 雷達(dá)拼圖回波和1 h雨量疊加(a)09：00；(b)10：00；(c)11：00；(d)12：00

江西大暴雨形成的降水主要有兩種類型：一是由短時(shí)強(qiáng)降水形成的短時(shí)大暴雨天氣；二是由長時(shí)間持續(xù)性降水形成的大暴雨天氣。這兩種大暴雨的回波系統(tǒng)都是絮狀回波結(jié)構(gòu)，前者在絮狀回波中對(duì)流比較旺盛，常由回波短帶和強(qiáng)回波單體造成短時(shí)強(qiáng)降水；后者在絮狀回波中對(duì)流比較弱，在大片層狀云降水中存有弱對(duì)流，因長時(shí)間持續(xù)性降水而形成大暴雨。

3.3 雷達(dá)拼圖垂直回波結(jié)構(gòu)

2021-06-30T11：00，在雷達(dá)拼圖上，影響婺源大暴雨的回波特征呈絮狀回波團(tuán)中強(qiáng)回波短帶形式，分別沿回波短帶走向A(圖2a)和回波短帶橫向B(圖2b)作垂直回波剖面。絮狀回波團(tuán)中的回波短帶的垂直結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為回波單體直上直下分布，40 dBZ回波頂在6～7 km高度，強(qiáng)回波主要分布在6 km高度以下，表明短時(shí)強(qiáng)降水質(zhì)心主要分布在底層。

絮狀回波團(tuán)中的短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在回波團(tuán)中較強(qiáng)回波短帶和回波單體上，具有強(qiáng)回波質(zhì)心偏低特征，回波垂直結(jié)構(gòu)是直上直下，沒有冰雹回波的傾斜、高聳、懸掛等結(jié)構(gòu)，回波強(qiáng)度達(dá)不到冰雹回波≥60 dBZ的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 2021-06-30T11：00雷達(dá)拼圖垂直剖面(左)和組合反射率(右)(a)A方向垂直剖面；(b)B方向垂直剖面

3.4 手機(jī)平臺(tái)雷達(dá)拼圖產(chǎn)品特征

2021-06-30T11：00，在江西短臨預(yù)報(bào)手機(jī)平臺(tái)上，雷達(dá)回波產(chǎn)品有組合反射率CR、回波頂ET、垂直累積液態(tài)水VIL和風(fēng)暴跟蹤信息STI產(chǎn)品，對(duì)判斷大暴雨回波和外推回波移動(dòng)具有指示作用，圖3中圓圈是婺源大暴雨區(qū)范圍。

圖3 2021-06-30T11：00 江西短臨預(yù)報(bào)手機(jī)平臺(tái)雷達(dá)拼圖產(chǎn)品(a)組合反射率CR；(b)回波頂ET；(c)垂直累積液態(tài)水VIL；(d)風(fēng)暴跟蹤信息STI

組合反射率CR產(chǎn)品雷達(dá)拼圖(圖3a)顯示回波系統(tǒng)的范圍比單部雷達(dá)寬廣，在大片絮狀回波團(tuán)中，存在多條較強(qiáng)的(45～50 dBZ)回波短帶和回波單體，對(duì)了解上游回波系統(tǒng)的分布與演變有利?；夭擡T產(chǎn)品雷達(dá)拼圖(圖3b)可以顯示整個(gè)拼圖范圍的回波頂高分布，婺源大暴雨區(qū)回波頂高在14～15 km。垂直雷擊液態(tài)水VIL產(chǎn)品雷達(dá)拼圖(圖3c)可以顯示整個(gè)拼圖范圍的垂直累積液態(tài)水分布，整個(gè)拼圖上VIL比較低，為5～10 kg/m2，表明絮狀回波團(tuán)中的短時(shí)強(qiáng)降水VIL較低。風(fēng)暴跟蹤信息STI產(chǎn)品雷達(dá)拼圖(圖3d)將單部雷達(dá)去除不可信信息外的STI信息顯示在拼圖上，雖然還有一些不合理的STI路徑，但整體STI路徑趨勢(shì)可以用來判斷回波系統(tǒng)的移動(dòng)方向；回波系統(tǒng)的移動(dòng)速度可以在圖3(d)刻度上讀??；此時(shí)次回波系統(tǒng)朝偏東(85°)方向移動(dòng)，移動(dòng)速度為32 km/h。

由此可見，江西短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)定在≥30 mm/h或50 mm/2 h，如果超短時(shí)強(qiáng)降水連續(xù)出現(xiàn)2個(gè)以上時(shí)段，極有可能形成暴雨或大暴雨天氣。造成婺源大暴雨的雷達(dá)拼圖回波特征主要是在大片絮狀(混合型降水)回波中，摻雜有較強(qiáng)(45～50 dBZ)回波短帶、回波單體存在，短時(shí)強(qiáng)降水是由這些較強(qiáng)回波所致。絮狀回波團(tuán)中的較強(qiáng)回波短帶和回波單體，具有強(qiáng)回波質(zhì)心偏低特征，回波垂直結(jié)構(gòu)直上直下，沒有冰雹回波的傾斜、高聳、懸掛等結(jié)構(gòu)。絮狀回波團(tuán)中短帶回波強(qiáng)度遠(yuǎn)低于冰雹回波，回波頂高也比較低，垂直累積液態(tài)水含量很小，強(qiáng)回波頂分布在底層，速度場表現(xiàn)為正負(fù)速度帶，不具備冰雹回波的中氣旋等特征。在手機(jī)平臺(tái)雷達(dá)拼圖上，CR，ET，VIL能較好地了解絮狀回波團(tuán)中短帶回波和單體回波的強(qiáng)度、頂高、垂直累積液態(tài)水分布情況，對(duì)了解上游回波系統(tǒng)的演變十分有利。STI路徑趨勢(shì)可以用來判斷回波系統(tǒng)的移動(dòng)方向和移動(dòng)速度。

4 結(jié)束語

文章使用MICAPS常規(guī)天氣圖、自動(dòng)氣象站雨量、江西WebGIS雷達(dá)拼圖、景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)基數(shù)據(jù)等資料，對(duì)2021-06-30婺源大暴雨過程進(jìn)行分析。分析總結(jié)得出，江西短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)大暴雨過程的個(gè)例較多。如何使用雷達(dá)拼圖資料，準(zhǔn)確識(shí)別短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生，提前預(yù)警預(yù)報(bào)大暴雨過程，是今后的發(fā)展方向和研究課題。