袁河流域大暴雨天氣中尺度特征分析

李歡歡，馬中元，肖 云，李栩婕，袁 春

(1.江西省氣象科學研究所，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災害的重要氣象誘因，也是天氣預報業務的難點和重點[1]。暴雨的形成機理、發展過程以及范圍、落區、強度的預報一直是科研和業務領域重視的問題[2]。高層輻散、低層輻合的配置可為暴雨的發生發展提供有利的動力條件[3-5]；充沛的水汽輸送對暴雨的形成非常必要[6-8]，低空急流可為暴雨區提供豐富的水汽[9-11]；暴雨發生時低層具有高比濕特征[12-14]；中尺度對流系統活動與暴雨的發生密切相關[15-17]。

暴雨是袁河流域主要的災害性天氣，隨著城市化進程的不斷加快，氣象災害的影響也越來越大，城市面對極端降水災害的脆弱性也日益凸顯，暴雨尤其是大暴雨天氣局地性強、預報難度大，給工農業、社會經濟發展及人民生命財產安全帶來嚴重危害，如何準確地預報大暴雨天氣，及時發布預警，防范和減少其造成的危害，一直是廣大學者研究及業務實踐工作中的重點和難點[18-20]。

文章分析了袁河流域大暴雨天氣過程的中尺度特征，探討了大暴雨天氣的觸發和維持機制，以期為大暴雨天氣的預報提供參考依據。

1 資料來源與分析研究區

1.1 資料來源

文章所用常規天氣資料來源于國家氣象中心Micaps4.0平臺(氣象信息處理系統)。選用資料包括地面資料和高空資料。降水資料來源于江西省自動氣象站實時數據服務平臺。大暴雨站數統計標準：以袁河7個國家站(萍鄉站、蘆溪站、宜春站、分宜站、新余站、新干站、樟樹站)當日20：00至次日20：00(北京時，下同)降水數據為準，若袁河7站中有1個站次24 h降水量≥100 mm的過程稱為1次大暴雨過程。

1.2 分析研究區

文章研究區域為江西省袁河流域。袁河流域位于江西省西部，屬于贛江流域的一部分，流經萍鄉、宜春、新余3個地市，河道全長273 km，流域面積6486 km2。

2 袁河流域大暴雨天氣統計資料

通過統計2013—2020年袁河流域大暴雨天氣發生次數和降水強度可知：袁河流域的大暴雨天氣共出現了14次，均發生在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年未出現大暴雨天氣過程，而2019年出現4次，7月7-9日連續出現3 d的大暴雨天氣過程。分析其原因主要在于6月中下旬至7月上旬是中國江淮梅雨期間，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活躍，也為大暴雨的發生提供了動力條件。

3 袁河流域中尺度天氣系統配置

分析2013—2020年袁河流域大暴雨天氣過程的主要影響系統，從500 hPa形勢來看，大暴雨的天氣形勢均為副高邊緣型。

從歷次大暴雨天氣過程的中尺度天氣系統分析可知，大暴雨中低層的天氣形勢主要包括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袁河流域連續大暴雨天氣過程為例，江西處于200 hPa急流分流區，有強輻散，有利于低層上升運動加強；500 hPa位于副高邊緣和西風槽前，副高邊緣的西南氣流利于動力抬升；700 hPa、850 hPa和925 hPa的切變線南側的中低層急流在江西中部地區輻合，700 hPa贛中處于濕度梯度密集區，850 hPa及925 hPa處于高濕區，暖濕輸送熱力和動力不穩定較明顯，有利于強對流天氣的發生。地面輻合線在湖南和江西中部維持，使這些區域產生持續降水。

4 南昌探空物理量

文章對袁河流域附近南昌站物理量進行了統計，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定能量，產生強對流天氣，通過對14次大暴雨天氣的統計，袁河流域大暴雨天氣的T850-700均值為9 ℃。

垂直風切變是預警強對流天氣的重要指標，袁河流域大暴雨的垂直風切變強度差別較大，最大達到23.2 m/s，最小為4.9 m/s，平均為11.3 m/s。

相對濕度反映了大氣水汽條件，大暴雨過程中低層濕度較大，說明濕度層較厚，有充足的水汽條件。

對流有效位能CAPE是指自由對流高度(LFC)到平衡高度(EL)間的層結曲線與狀態曲線所圍成的面積，表征大氣對流不穩定的能量。CAPE值越大，層結越不穩定，發生強對流的可能性越大，袁河流域大暴雨過程CAPE平均值在1，135.3 J/kg，但一些過程的CAPE值為0 J/kg，這是由于南昌站和大暴雨發生區域有一定距離，探空數據無論時間和空間都不對應所造成的。

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指數可以反映大氣的層結穩定情況。袁河流域大暴雨發生時的K指數基本上都在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指數是反映大氣穩定狀況的一個指數。其定義為850 hPa等壓面上的濕空氣團沿干絕熱線上升，到達凝結高度后再沿濕絕熱線上升至500 hPa時所具有的氣團溫度Ts850與500 hPa等壓面上的環境溫度T500的差值。 當SI<0時，大氣層結不穩定，且負值越大，不穩定程度越大，反之，則表示氣層是穩定的。袁河流域大暴雨過程的SI指數平均值為-0.9 ℃。

(3)

SSI由0～3600 m的平均風切變和浮力能量組合而成，反映垂直風切變和對流有效位能大小的綜合效應。袁河流域的平均SSI指數達到了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 ℃層高度說明大氣暖濕氣流明顯，為大暴雨的發生提供了充足的水汽條件。

5 結束語

文章通過對袁河流域大暴雨天氣過程的中尺度特征以及大暴雨天氣的觸發和維持機制分析得到以下結果：

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

2)2013—2020年袁河流域大暴雨天氣過程的主要影響系統500 hPa上均為副高邊緣型，中低層的天氣形勢包括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，上述形勢共同作用造成了大暴雨的發生；

3)從袁河流域附近的南昌站物理量場來看，大部分大暴雨過程的K指數>36 ℃，SI<-1 ℃，對流有效位能CAPE的平均值達到1，135.3 J/kg，整層相對濕度、0 ℃層高度和-20 ℃層高度均較高，有高溫高濕的特點，且具有較高的不穩定能量。