盛夢婷,馬中元,黃龍飛,陳鮑發(fā),李燕玲

(1.樂平市氣象局,333300,江西,樂平;2.江西省氣象科學(xué)研究所,330046,南昌;3.景德鎮(zhèn)市氣象局,333000,江西,景德鎮(zhèn))

0 引言

每年的8月中旬,景德鎮(zhèn)往往處在副高脊線南側(cè),多晴熱天氣,午后到傍晚常出現(xiàn)陣雨或雷陣雨。此類降水常常點強面弱,局地性強。除雷雨天氣外,還受臺風(fēng)減弱后的低壓影響,但此類降水除2012年8月10日“?？迸_風(fēng)外,降水一般都較弱。2021年8月11—14日,贛北出現(xiàn)大范圍強降水天氣,景德鎮(zhèn)為降水中心,使得該地區(qū)出現(xiàn)罕見“秋汛”。國內(nèi)學(xué)者對梅雨期長江中下游暴雨天氣研究較多,連續(xù)性大暴雨過程具有β中尺度特征,造成局地強降水、洪澇等災(zāi)害[1-3]。持續(xù)性大暴雨過程的水汽特征及多尺度天氣系統(tǒng)的疊加影響十分明顯,地形對大暴雨的影響也明顯[4-5]。有時在弱的引導(dǎo)氣流背景下,局地也會出現(xiàn)大暴雨[6]和特大暴雨[7-8]。大暴雨雷達回波的移動十分重要,雷達拼圖風(fēng)暴跟蹤信息STI較好地指示暴雨回波的移動,為預(yù)測暴雨回波的演變提供了有效手段[9]。上述文獻主要研究華北和東北,針對江西出現(xiàn)的連續(xù)性大暴雨過程研究文獻相對偏少。本文使用常規(guī)天氣資料等,以2021年8月中旬景德鎮(zhèn)地區(qū)連續(xù)性大暴雨過程為例進行分析,以期為今后景德鎮(zhèn)大暴雨天氣的預(yù)報服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 天氣實況

2021年8月11—14日,贛北出現(xiàn)連續(xù)降水過程,部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨(圖1)。景德鎮(zhèn)為此次過程降水中心。據(jù)統(tǒng)計,全市平均雨量169.8 mm,以樂平臨港站312 mm為最大。本次過程對流性強,有89站次出現(xiàn)20 mm/h以上強降水,最大小時雨強47.9 mm,出現(xiàn)在8月11日05時。此外,從逐日降水時段來看,降水呈現(xiàn)明顯日變化,主要出現(xiàn)在每日08時、20時前后。

圖1 2021年8月11—14日贛北累計雨量(a)和樂平國家站逐小時雨量(b)

此輪降水過程造成8月中旬景德鎮(zhèn)地區(qū)降水異常偏多,達246.6 mm,為常年同期5倍,創(chuàng)景德鎮(zhèn)建站以來新高(表1)。

2 環(huán)流形勢演變

2.1 500 hPa環(huán)流演變

從副高形勢來看,11—14日過程按不同降水性質(zhì)可分為2個階段:1)11—12日,此時景德鎮(zhèn)受副高控制,多雷雨天氣(圖2(a));2)13—14日,副高有所南落,冷暖空氣在長江流域交匯,大氣斜壓性明顯加強,降水較前期又有加強(圖2(b))。

圖2 2021年8月11日08時(a)和13日20時(b)天氣系統(tǒng)中分析圖

500 hPa環(huán)流演變來看,中高緯呈現(xiàn)典型的兩脊一槽形勢,其中烏拉爾山附近高壓脊脊前有明顯冷平流,未來將不斷加深發(fā)展;俄羅斯東部有阻塞高壓,穩(wěn)定少動。兩高壓之間一支經(jīng)向度較大低槽從極地伸向中緯地區(qū),在巴湖以北形成切斷低壓,冷中心達-18 ℃。烏拉爾山脊前強冷平流將冷空氣不斷向南輸送匯入切斷低壓中,使其不斷發(fā)展南落,槽線轉(zhuǎn)為東北西南走向。低壓槽前的正渦度平流輸送隨之加強,使得下游阻塞高壓趨于減弱。

伴隨著巴湖以北切斷低壓的加強和冷空氣的匯集,低壓南側(cè)的西北氣流引導(dǎo)冷空氣逐步向南侵襲,引起溫度場波動。北方緯向環(huán)流波動加強,逐步向經(jīng)向環(huán)流轉(zhuǎn)換,至13日08時形成溫度場落后于高度場形勢,經(jīng)向環(huán)流進一步加強,槽后西北氣流引導(dǎo)的冷空氣與南方暖濕氣流在長江流域交匯,造成強降雨天氣。

而在中低緯地區(qū),11—12日副高120°處脊線位于25°N附近,588 dagpm線控制整個江南地區(qū)。13—14日,隨著冷空氣南下,副高588 dagpm線有所南落,但仍始終控制東南沿海一帶。受穩(wěn)定的副高影響,其西側(cè)西南和東南氣流穩(wěn)定維持,引導(dǎo)南海和孟加拉灣的暖濕水汽向北輸送,為暴雨區(qū)提供了充足水汽和不穩(wěn)定能量來源。

2.2 中低層切變演變

10日20時,925 hPa在鄂贛交界有弱西南渦向東移動,11日08時東移至安徽境內(nèi),贛北逐漸轉(zhuǎn)處低渦西南側(cè),此時,南昌為西南風(fēng),而安慶、衢州均為正西風(fēng),存在風(fēng)向風(fēng)速輻合,同時景德鎮(zhèn)地區(qū)的喇叭口狀地形也為輻合上升提供了有力條件。因此,回波在鄱陽湖附近初生發(fā)展,在景德鎮(zhèn)地區(qū)得以加強維持。12日08時,邊界層出現(xiàn)風(fēng)速脈動,南昌925 hPa風(fēng)速達12 m/s,安慶、衢州僅為4 m/s,形成明顯風(fēng)速輻合,同時暖脊位置也呈東北西南向,位于贛北上空,在暖強迫作用下,觸發(fā)對流產(chǎn)生。13—14日,長江以北偏北風(fēng)力加大,表明冷空氣勢力正在南下,與江南西南氣流對峙,925～850 hPa切變線得以加強。切變南側(cè)西南氣流普遍從前2日4 m/s左右加強到10 m/s,暖脊強度也進一步增強,南昌925 hPa溫度達到25 ℃,為該地區(qū)暖中心。暖冷空氣對峙增強了大氣斜壓性,強降水多在此時段內(nèi)出現(xiàn)。隨后低槽移出,但500 hPa仍有短波槽波動,低層也有弱切變維持,降水形勢總體維持,但強度已明顯減弱。

3 雷達拼圖STI產(chǎn)品特征分析

研究表明,組合STI產(chǎn)品彌補了單部雷達缺乏反射率回波圖、只顯示各自的STI風(fēng)暴跟蹤信息的不足,對于判斷未來一小時回波的移動方向、移動速度有明顯指示意義[9]。而密集指向區(qū)對應(yīng)于回波未來位置的確定效果更好,在多次強雷電、大風(fēng)、冰雹的天氣過程中得到了驗證。在此次過程中,應(yīng)用組合STI產(chǎn)品可較好研判未來對流單體移動趨勢。12日05—06時,回波從鄱陽境內(nèi)向東北方向移動,形態(tài)較為分散,但在移動過程中不斷合并發(fā)展,同時后部又有新生單體生成,移向與前方單體一致。13日20—21時、14日08—09時,贛北上空為層積混合降水回波,強度達55 dBz以上,從組合STI產(chǎn)品來看,新舊單體移向一致,重復(fù)經(jīng)過景德鎮(zhèn)和樂平市區(qū),造成列車效應(yīng),最終導(dǎo)致暴雨出現(xiàn)(圖3)。

(a)12日05:00;(b)12日06:00;(c)13日20:00;(d)13日21:00;(e)14日08:00;(f)14日09:00

4 8月中旬降水極端性淺析

研究表明,我國雨帶的移動與環(huán)流的季節(jié)變化關(guān)系十分密切,一般大雨帶位于500 hPa副熱帶高壓脊線北側(cè)8～10緯度(圖4)。從多年統(tǒng)計來看,8月副高脊線一般位于28°N附近。從近30年(1990—2010年)多年平均圖上可發(fā)現(xiàn),584 dagpm線位于38°N一帶,副高盤踞在海上,其脊線位置在30°N附近,與上述結(jié)論一致。地面圖上,受海陸熱力性質(zhì)影響,盛夏江南多受熱低壓控制,天氣晴熱,江西地區(qū)平均氣壓在995～1 000 hPa之間。

圖4 500 hPa高度場(a)和地面氣壓場(b)30年平均

但此次過程11—12日地面圖江西處低壓倒槽中(圖5),與常年平均接近,降水多以熱雷雨天氣為主。但13—14日隨著較強冷空氣南下,13日23時湖北出現(xiàn)1 010 hPa高壓中心,遠高于常年平均,表明冷空氣勢力偏強。同樣的,500 hPa高空13—14日副高在120°E處脊線南落至25°N附近,584 dagpm線更是到達沿江一帶,并有明顯低槽東移,與梅雨期形勢相近。又因暖勢力強勁,造成強降水發(fā)生。

圖5 2021年8月11日8時地面氣壓場(a)13日23時地面氣壓場(b)13日20時500 hPa高度場(c)

5 結(jié)論

本文利用常規(guī)地面、高空觀測資料、WebGIS雷達拼圖STI產(chǎn)品、ncep日平均再分析資料,對2021年8月中旬景德鎮(zhèn)地區(qū)罕見暴雨進行了初步分析,結(jié)論如下。

1)此次降水過程持續(xù)時間長,強度大,同期降水位居歷史首位,具有一定極端性。

2)強降水是在有利環(huán)境場中產(chǎn)生的,暖強迫下的風(fēng)速輻合是造成11—12日降水產(chǎn)生的主要原因,13—14日地面冷空氣南下,大氣斜壓性增強,觸發(fā)對流性強降水。

3)雷達拼圖組合STI產(chǎn)品表明新舊單體移向一致,重復(fù)經(jīng)過景德鎮(zhèn)和樂平市區(qū),造成列車效應(yīng),最終導(dǎo)致暴雨出現(xiàn)。

4)副高較常年同期明顯偏南、冷空氣活動偏強偏南,導(dǎo)致冷暖空氣強烈對峙,是造成景德鎮(zhèn)中旬極端降水主要原因。