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監(jiān)測預(yù)警對象，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，贛東北地形對雨帶的抬升作用十分明顯，對形成婺源大暴雨有重要的影響。

國內(nèi)外專家學(xué)者對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，在低空急流偏強并長時間維持的背景下產(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背景，一是南北匯合型以天氣尺度強迫為主；二是聚集增強型以邊界層輻合和地形強迫抬升為主。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)的中尺度擾動對局地大暴雨的觸發(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。劉帆[10]等指出關(guān)中地區(qū)突發(fā)性暴雨過程雷達回波為低質(zhì)心結(jié)構(gòu)，最強回波中心(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強降水的發(fā)生。

這些研究成果大多從天氣形勢或單部雷達回波特征方面論述，較少利用多部雷達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、自動氣象站雨量、江西WebGIS雷達拼圖、景德鎮(zhèn)SA雷達基數(shù)據(jù)等資料，對2021-06-30婺源大暴雨過程進行分析，總結(jié)得出形成婺源大暴雨的短時強降水的天氣特征、云圖特征和雷達回波等特征，為監(jiān)測預(yù)警由短時強降水引發(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)；自動氣象站雨量資料來源于江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)自動氣象站資料查詢系統(tǒng)平臺和婺源氣象站觀測數(shù)據(jù)；雷達拼圖資料來源于江西WebGIS雷達拼圖系統(tǒng)平臺；單部雷達產(chǎn)品來源于景德鎮(zhèn)SA雷達基數(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)報手機平臺。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)站下載的審圖號為GS(2017)3320號的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，MICAPS地圖的審圖號：GS(2019)3082號。文章使用北京時間。

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)、雷達氣象學(xué)等分析方法，對所使用資料進行分析描述。婺源縣氣象局在婺源全境安裝了30個自動氣象站，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，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降水稱為短時強降水。文章插圖使用Photoshop圖像軟件拼制，使每幅彩色圖達到至少15 cm寬、300 dpi以上像素點，符合出版印刷對圖片的要求。

2 暴雨實況與天氣背景

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，短時強降水是引發(fā)大暴雨的關(guān)鍵。從短時強降水強度上看，6月30日大暴雨過程中短時強降水雨強最大，為50.0 mm/h(古坦行政村J2215)，并且連續(xù)3 h出現(xiàn)≥30 mm/h短時強降水，3 h雨量達到133.5 mm。根據(jù)婺源國家站和29個區(qū)域站連續(xù)4 d的降水統(tǒng)計可得，觀測站雨量分別達到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，但未達到大暴雨量級。

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，短時強降水和持續(xù)性降水疊加在一起，累積雨量較大，30個觀測站平均雨量達到80.4 mm/24 h。對應(yīng)的雷達拼圖顯示為大片絮狀回波團中存有多條45～50 dBZ回波短帶和回波單體，這些較強回波短帶和回波單體是產(chǎn)生短時強降水的回波系統(tǒng)，婺源30個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，并且短時強降水可以連續(xù)出現(xiàn)幾小時，例如：3 h降水達到大暴雨量級。統(tǒng)計表明：6月30日，婺源有33站次出現(xiàn)≥20 mm/h短時強降水，其中12站次出現(xiàn)≥30 mm/h短時強降水。

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，提早識別和判斷短時強降水的發(fā)生，對大暴雨天氣的監(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，有利于對流性天氣的發(fā)生，從而易導(dǎo)致對流性暴雨和大暴雨天氣的產(chǎn)生。

2.4 中尺度對流系統(tǒng)MCS

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00是婺源短時強降水發(fā)生時段。09：00，婺源區(qū)域不斷有對流單體云系發(fā)展；10：00，對流單體云系合并形成中尺度對流系統(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 短時強降水形成大暴雨的回波特征

3.1 短時強降水特征

2021-06-30，婺源出現(xiàn)多站次≥20 mm/h的短時強降水，其中≥30 mm/h的短時強降水有12站(江西短時強降水標(biāo)準(zhǔn))，最大降水強度為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的短時強降水，雨量分別為145.2 mm和138.6 mm，達到大暴雨量級?？梢?，短時強降水在某地能夠維持2～3 h，某地就能形成短時大暴雨。

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

3.2 雷達拼圖回波特征

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

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00(圖1)是婺源大暴雨過程中出現(xiàn)短時強降水最強的4個時次，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133.5 mm，3 h雨量已達到大暴雨量級。造成婺源大暴雨的雷達拼圖回波特征主要是在大片絮狀(混合型降水)回波中，摻雜有較強的(45～50 dBZ)回波短帶、回波單體存在，短時強降水是由這些較強回波所致。35～45 dBZ的中等強度回波導(dǎo)致的降水也可能達到≥20 mm/h的量級。由于絮狀回波團面積廣闊，持續(xù)降水時間較長，累積降水量也很可觀。

圖1 2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00 雷達拼圖回波和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：一是由短時強降水形成的短時大暴雨天氣；二是由長時間持續(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流比較旺盛，常由回波短帶和強回波單體造成短時強降水；后者在絮狀回波中對流比較弱，在大片層狀云降水中存有弱對流，因長時間持續(xù)性降水而形成大暴雨。

3.3 雷達拼圖垂直回波結(jié)構(gòu)

2021-06-30T11：00，在雷達拼圖上，影響婺源大暴雨的回波特征呈絮狀回波團中強回波短帶形式，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，強回波主要分布在6 km高度以下，表明短時強降水質(zhì)心主要分布在底層。

絮狀回波團中的短時強降水發(fā)生在回波團中較強回波短帶和回波單體上，具有強回波質(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)，回波強度達不到冰雹回波≥60 dBZ的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 2021-06-30T11：00雷達拼圖垂直剖面(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 手機平臺雷達拼圖產(chǎn)品特征

2021-06-30T11：00，在江西短臨預(yù)報手機平臺上，雷達回波產(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，對判斷大暴雨回波和外推回波移動具有指示作用，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)報手機平臺雷達拼圖產(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)品雷達拼圖(圖3a)顯示回波系統(tǒng)的范圍比單部雷達寬廣，在大片絮狀回波團中，存在多條較強的(45～50 dBZ)回波短帶和回波單體，對了解上游回波系統(tǒng)的分布與演變有利?；夭擡T產(chǎn)品雷達拼圖(圖3b)可以顯示整個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)品雷達拼圖(圖3c)可以顯示整個拼圖范圍的垂直累積液態(tài)水分布，整個拼圖上VIL比較低，為5～10 kg/m2，表明絮狀回波團中的短時強降水VIL較低。風(fēng)暴跟蹤信息STI產(chǎn)品雷達拼圖(圖3d)將單部雷達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路徑趨勢可以用來判斷回波系統(tǒng)的移動方向；回波系統(tǒng)的移動速度可以在圖3(d)刻度上讀?。淮藭r次回波系統(tǒng)朝偏東(85°)方向移動，移動速度為32 km/h。

由此可見，江西短時強降水標(biāo)準(zhǔn)定在≥30 mm/h或50 mm/2 h，如果超短時強降水連續(xù)出現(xiàn)2個以上時段，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(45～50 dBZ)回波短帶、回波單體存在，短時強降水是由這些較強回波所致。絮狀回波團中的較強回波短帶和回波單體，具有強回波質(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)。絮狀回波團中短帶回波強度遠低于冰雹回波，回波頂高也比較低，垂直累積液態(tài)水含量很小，強回波頂分布在底層，速度場表現(xiàn)為正負速度帶，不具備冰雹回波的中氣旋等特征。在手機平臺雷達拼圖上，CR，ET，VIL能較好地了解絮狀回波團中短帶回波和單體回波的強度、頂高、垂直累積液態(tài)水分布情況，對了解上游回波系統(tǒng)的演變十分有利。STI路徑趨勢可以用來判斷回波系統(tǒng)的移動方向和移動速度。

4 結(jié)束語

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