銅鼓一次大暴雨過程雷達回波特征分析

劉 娟，馬中元，徐春華，辛珂鈺，張王鵬，李正陳

(1.銅鼓縣氣象局，銅鼓 336200；2.江西省氣象科學研究所，南昌 330046)

0 引言

銅鼓縣是江西省宜春市下轄縣，地處贛西北邊陲，東鄰宜豐縣，南接萬載縣，西鄰湖南瀏陽市、平江縣，北連修水縣，全縣國土面積1552 km2。銅鼓縣管轄6鎮3鄉4個國有林場，常住人口為116，418人。銅鼓的地理環境決定了銅鼓是降水災害多發地區，暴雨、大暴雨、冰雹、雷暴大風、地質等自然災害時有發生。尤其是大暴雨天氣，給銅鼓縣及鄉鎮村、林場帶來嚴重危害。因此，大暴雨天氣的監測預警、回波特征識別、短臨預報的開展是重要的研究課題。

國內學者對大暴雨天氣做了大量研究，如造成特大暴雨的強對流回波帶與近地面層925 hPa輻合區位置一致，而且回波單體移向與回波帶走向一致[1]。暴雨的雷達回波特征主要是絮狀回波帶，回波單體強度雖然不強，但維持時間較長，反復經過一地，單體回波呈現“列車效應”，最后形成暴雨或大暴雨天氣[2，3]。≥10 mm/10 min的超短時強降水是構成≥30 mm/h和≥50 mm/2 h短時強降水的重要組成部分[4]。在雷達拼圖上，絮狀回波帶回波強度為40～45 dBZ，但降水時間較長，易形成大暴雨[5，6]。短時強降水對暴雨貢獻率基本在40%以上[7]。通過對16 a資料的統計，低槽類出現最多，占50.3%，熱帶系統類占23.0%，副熱帶高壓控制類占13.7%，副熱帶高壓邊緣類占9.9%[8]。大暴雨中的短時強降水還與所處的地形條件和邊界層風場相關[9-11]。這些研究成果為文章研究提供了參考。

文章使用MICAPS常規天氣圖、江西省自動氣象站數據、江西WebGIS雷達拼圖等資料，對2021-08-25銅鼓大暴雨天氣的雷達回波特征進行分析，總結出可供識別短時強降水的雷達回波特征，為銅鼓大暴雨天氣的短臨預警預報提供分析依據。

1 資料來源

常規天氣圖資料來源于MICAPS平臺；雨量等氣象資料來源于江西省自動氣象站地面要素查詢平臺；雷達回波資料來源于江西WebGIS雷達拼圖平臺。文中涉及的地圖邊界均是基于國家測繪地理信息局標準地圖服務網站下載的審圖號為GS(2017)3320號的標準地圖制作，Micaps地圖的審圖號：GS(2019)3082號。全文使用北京時間。

2 天氣實況、閃電分布和天氣背景

2.1 降水實況

2021-08-24T20:00—2021-08-25T20:00，江西贛北南部與贛中北部出現1次東—西走向的大暴雨過程(圖1a)。大暴雨分為3個中心：銅鼓、南昌、德興。其中銅鼓大暴雨是文章研究重點。銅鼓隸屬宜春市，位于宜春市最北部，也是這次大暴雨過程的一個中心(圖1b)。銅鼓縣境內多個區域站都出現≥100 mm/24 h大暴雨，其中銅鼓103.7 mm/24 h。這次大暴雨主要分布在銅鼓中南和西部(圖1c)，有8個站≥100 mm/24 h，最大156.1 mm/24 h(高橋)。從4 h雨量(圖1d)上看，銅鼓大暴雨基本上在25日03:00—07:00產生，短時強降水特征十分明顯，最大雨強36.6 mm/h(高橋)。

圖1 2021-08-25T20:00大暴雨過程天氣實況圖(mm/24 h，mm/4 h)

2.2 閃電分布

短時強降水產生的大暴雨天氣都是由對流性雷暴天氣所導致，因此，閃電的活動可以判斷出雷暴天氣的活躍度；另一個方面，伴有閃電活動的雷暴云，與普通陣雨相比具有較高的降水效率。因此，閃電次數的多少、正負閃電的強度大小是其主要指標。

2021-08-24T21:00—2021-08-25T20:00，江西境內閃電活動以總閃次數和正負閃最大兩個要素來說明(圖2)，數據時間間隔為10 min，即10 min閃電累積值。25日輻合線上短時強降水時段閃電次數較少，午后局地雷暴閃電次數增多(圖2a)。這次大暴雨過程，短時強降水主要集中在25日03:00—06:00，但閃電次數基本上都是≤40次/10 min，這是由于輻合線上強降水的強回波頂高都在6 km以下，閃電并不密集。而午后隨著地面增溫，輻合線南側局地對流的發展加強，閃電開始頻繁增多，17:00閃電次數最高增至≥200次/10 min。從正負閃強度上分析，03:00—06:00短時強降水雖然閃電次數較少，但正負閃電強度較大，≥200 kV/10 min，而且正負閃幅度比較對稱(圖2b)，25日午后局地雷暴正閃強度明顯減小。

由此可見，短時強降水閃電次數并不密集，但正負閃電強度比較大且振幅對稱。午后熱對流產生的雷暴閃電次數增多，但正閃強度明顯減小且正負閃電振幅不對稱。

2.3 天氣背景

MICAPS常規天氣圖是業務中最容易得到的基本天氣資料，也是預報員分析天氣的基礎平臺。2021-08-24T20:00，100 hPa(圖3a)，32°N以北是比較強盛的高空急流，急流圍繞低壓底部旋轉；28°N以南是副高邊緣盛行的偏東氣流，是副高邊緣形勢下高空經典東風急流；南北兩急流之間是輻合帶，西風和東風的切變帶，風速較弱，風向較亂。500 hPa(圖3b)，30°N以北低壓底部是西北氣流，30°N以南是西南氣流，風較弱；588 dagpm線穿過江西，江西處在副高邊緣。850 hPa(圖3c)，西北氣流直指江西北部，江西受西南氣流控制，兩氣流之間存在一條切變線。925 hPa(圖3d)，低壓底部氣流有所減弱，江西南部存有超低空西南急流，江西北部是兩氣流輻合線(區)。這條輻合線少動是銅鼓大暴雨維持的動力機制。江西多山地，地面風場受到較大影響，所以地面圖被省略，用925 hPa代替。

圖2 2021-08-24T21:00—2021-08-25T20:00江西閃電分布圖

圖3 2021-08-20T20:00MICAPS天氣系統分布圖

由此可見，這次銅鼓大暴雨是發生在地面(925 hPa)輻合線(區)南側，副高邊緣、低壓底部、中層切變線等天氣條件下。輻合線(區)長時間維持在銅鼓—南昌—德興一帶，是形成大暴雨的主要天氣系統。

3 雷達拼圖回波特征

3.1 輻合線回波特征

2021-08-24T23:00—2021-08-25T08:00，江西雷達拼圖3 h間隔組合反射率(CR)產品，24日23:00(圖4a)，輻合線南側發展一條不連續對流回波帶，回波分布雖然不連續，但可以看出是東—西走向的回波帶。銅鼓位于西段較弱回波之中。25日02:00(圖4b)，東—西走向的回波帶東段排列稍緊密，回波帶西段銅鼓回波有所發展。05:00(圖4c)，輻合線回波帶進一步發展，東段和西段回波帶開始連接；回波帶西段銅鼓回波發展，組合反射率(CR)達到45 dBZ，整條輻合線回波帶為混合型(絮狀)回波帶，帶上層狀云降水與對流云降水的混合。08:00(圖4d)，輻合線回波帶在原地維持少動。

由此可見，輻合線南側回波帶，成為東段和西段不連續排列的東—西走向的回波帶。銅鼓位于西段回波發展之中；由于輻合線回波帶在原地維持少動，銅鼓大暴雨基本上發生在25日03:00—07:00，短時強降水最大雨強36.6 mm/h(高橋)。

圖4 2021-08-24T23:00—2021-08-25T08:00 3 h間隔回波系統演變圖

3.2 短時強降水回波特征

2021-08-25T03:50—05:20，短時強降水主要發生在這個時段。03:50(圖5a)，銅鼓受到輻合線回波帶西段混合型回波影響，降水開始增大。回波表現為在大片層狀云中存有對流云降水的絮狀回波結構，組合反射率(CR)強度40～45 dBZ，回波強度雖然不強，但降水效率比較高，多個區域站與之配合出現≥10 mm/10 min的超短時強降水，10 min超短時強降水是形成短時強降水的基本單元。04:20(圖5b)、04:50(圖5c)，回波結構基本沒有變化，組合反射率(CR)強度40～45 dBZ，高橋沙坪、高橋花山分別出現36.6 mm/h，32.1 mm/h短時強降水。05:20(圖5d)，40～45 dBZ回波面積擴大，短時強降水站數增多，高橋(47.4 mm/h)、高橋沙坪(32.9 mm/h)、排埠(36.2 mm/h)、銅鼓(32.6 mm/h)、永寧(35.7 mm/h)，銅鼓05:40超短時強降水12.2 mm/10 min。在宜春SA天氣雷達PUP產品上(圖略)，05:20，銅鼓上空組合反射率CR中心強度達到45 dBZ，回波頂ET只有8～9 km，垂直積分液態水含量VIL只有5.0～10.0 kg/m2，反射率因子垂直剖面RCS上，40 dBZ強回波頂高都在 6 km之下。

由此可見，銅鼓大暴雨是由于輻合線回波帶西段回波產生短時強降水所致。西段回波強度40～45 dBZ，回波頂ET只有8～9 km，垂直積分液態水含量VIL在5.0～10.0 kg/m2，反射率因子垂直剖面RCS上40 dBZ強回波頂高在 6 km之下，降水效率較高，出現多站≥30 mm/h的短時強降水和≥10 mm/10 min的10 min超短時強降水。

圖5 2021-08-25T03:50—05:20 30 min間隔雷達拼圖回波特征圖

4 結束語

銅鼓大暴雨經常發生，影響天氣系統有所不同。在副高邊緣形勢下，地面(925 hPa)中尺度輻合線天氣系統十分重要，由于維持少動，混合型降水性質，降水效率較高，往往造成銅鼓大暴雨天氣。銅鼓大暴雨天氣系統還有多種天氣形勢場和雷達回波特征，有待進一步討論研究。