玉山一次特大暴雨短時(shí)強(qiáng)降水中尺度結(jié)構(gòu)分析

徐瑾薇,馬中元,鄭麗君,洪 俊,羅 龍

(1.玉山縣氣象局,玉山 334700;2.江西省氣象科學(xué)研究所,南昌 330096;3.上饒市氣象局,上饒 333000)

0 引言

玉山縣,位于江西省東北部,東接浙江省開化縣、常山縣、江山市,南接廣豐縣,西鄰信州區(qū),北毗德興市,隸屬于江西省上饒市,面積1,732.45 km2,被稱為江西省“東大門”。玉山縣地勢西北高、東南低,境內(nèi)主要山脈有懷玉山脈和武夷山脈。玉山縣氣候終年溫和濕潤,有亞熱帶季風(fēng)氣候特征,雨量充沛,年平均降水量1841 mm。

中國專家對(duì)大暴雨天氣進(jìn)行了深入研究。俞小鼎等[1]對(duì)雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)報(bào)做了詳細(xì)講解。大暴雨過程中降水量大多數(shù)空間分布不均勻;大暴雨發(fā)生在低層暖濕氣流輸送,中等強(qiáng)度0～6 km垂直風(fēng)切變的環(huán)境中[2-3]。強(qiáng)降水的雷達(dá)回波具有較明顯的強(qiáng)回波低質(zhì)心結(jié)構(gòu)特征,降水效率較高,持續(xù)時(shí)間較長,導(dǎo)致過程累計(jì)降水量較大[4-7]。中低層氣旋性切變的維持是強(qiáng)降水形成和維持的重要條件,暴雨過程中的中尺度氣旋活躍,強(qiáng)降水雨團(tuán)與中尺度低層輻合、高層輻散中心基本重合[8-10]。 暴雨維持時(shí)間長短不一,最長達(dá)15 h,最短只有3 h,平均為10 h[11-12]。低空及地面暖濕氣流的增強(qiáng)均有利于MCS的增強(qiáng),強(qiáng)降水和強(qiáng)回波帶落在中尺度輻合線附近區(qū)域[13-15]。由對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水形成的暴雨,其45 dBZ強(qiáng)回波頂高往往超過6 km,回波中心強(qiáng)度達(dá)到 55～60 dBZ,有時(shí)在強(qiáng)回波上方出現(xiàn)旁瓣造成的虛假回波;混合型降水回波 45 dBZ強(qiáng)回波頂高不超過 6 km,屬于典型“低質(zhì)心”降水回波形式[16]。雨量≥10 mm·10 min-1的超短時(shí)強(qiáng)降水是構(gòu)成雨量≥30 mm·h-1短時(shí)強(qiáng)降水的重要組成部分[17]。 偏北風(fēng)在喇叭口和地形過渡區(qū)輻合抬升、在峽谷地帶繞流形成中尺度輻合線或中尺度低壓,使得降水加大[18]。這些研究成果對(duì)玉山大暴雨天氣具有指導(dǎo)意義。

文章使用MICAPS天氣資料、自動(dòng)氣象站資料、江西WebGIS雷達(dá)拼圖資料等,對(duì)2022-06-20玉山特大暴雨過程進(jìn)行分析,為玉山大暴雨天氣的監(jiān)測預(yù)警工作提供依據(jù)。

1 資料來源

天氣形勢分析使用MICAPS天氣資料,TBB云圖資料來源于MICAPS系統(tǒng)平臺(tái),雨量數(shù)據(jù)使用江西自動(dòng)氣象站(玉山國家站)資料,雷達(dá)拼圖產(chǎn)品使用江西WebGIS雷達(dá)拼圖資料,單部雷達(dá)數(shù)據(jù)使用上饒SA雷達(dá)和景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)基數(shù)據(jù)等資料。全文使用北京時(shí)間。

2 天氣實(shí)況與天氣形勢

2.1 天氣實(shí)況

2022-06-20上饒市玉山縣出現(xiàn)特大暴雨天氣,主要雨帶位于江西北部,江西東北地區(qū)有大范圍大暴雨區(qū)域,玉山縣國家觀測站24 h累計(jì)降水量達(dá)到276.8 mm,突破歷史紀(jì)錄。統(tǒng)計(jì)玉山國家站2005—2022年雨量≥150 mm/24 h的降水事件,以2022-06-20降水過程的降水量為最大。玉山縣特大暴雨發(fā)生時(shí)間為2022-06-19T20:00/2022-06-20T20:00,該時(shí)間段降水幾乎未停止,雨量≥5 mm/h降水的小時(shí)數(shù)達(dá)13 h;連續(xù)3 h短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在13:00—15:00,最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)43.2 mm/h,連續(xù)3 h短時(shí)強(qiáng)降水累計(jì)雨量達(dá)到121.3 mm。

由此可見,此次降水特點(diǎn)表現(xiàn)為:一是降水強(qiáng)度大、范圍集中和降水時(shí)間長;二是出現(xiàn)連續(xù)3 h的短時(shí)強(qiáng)降水。短時(shí)強(qiáng)降水是玉山發(fā)生特大暴雨的主要原因。

2.2 天氣形勢

6月20日08:00,100 hPa高度南亞高壓東邊界位于107°E,玉山縣為南亞高壓東側(cè)外圍的高空出流區(qū),玉山縣對(duì)流層上空為高層出流輻散區(qū),利于形成抽吸作用而產(chǎn)生強(qiáng)降水。500 hPa東亞地區(qū)中高緯度為多波動(dòng)型,廣西境內(nèi)有南支槽活動(dòng),江西省均處于槽前西南氣流的影響下。江西北部至浙江有20 m/s的高空急流。850 hPa的切變線呈東北—西南向,位于貴州至長江中下游流域,江西北部地區(qū)在切變線南側(cè)。廣西至浙江有強(qiáng)盛的低空急流,中心強(qiáng)度達(dá)到16 m/s,玉山縣位于西南低空急流和切變線之間。925 hPa的輻合線與850 hPa的切變線位置對(duì)應(yīng),在長江中下游流域附近,南側(cè)有超低空急流,急流中心在沿海地區(qū)達(dá)到18 m/s。

由此可見,高層南亞高壓外圍的輻散、低層切變線和輻合線形成輻合的環(huán)流配置能夠產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,有利于玉山縣產(chǎn)生暴雨天氣;低空急流和超低空急流的存在能夠?yàn)樵摰貐^(qū)輸送源源不斷的暖濕空氣,為強(qiáng)降水天氣提供水汽和熱力條件。

3 絮狀回波團(tuán)中回波短帶特征

3.1 短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)拼圖回波特征

多普勒雷達(dá)拼圖回波特征中顯示,降水雨帶在贛東北呈橫“V”字形,開口朝西;玉山縣位于橫“V”字形北部的主要降水回波帶中,回波帶中心強(qiáng)度為50 dBZ左右,12:00—15:00降水回波持續(xù)維持,總體形態(tài)變化較小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,玉山縣始終位于中尺度對(duì)流系統(tǒng)的強(qiáng)回波區(qū)中,且持續(xù)時(shí)間長,因此玉山縣在12:00—15:00出現(xiàn)連續(xù)的短時(shí)強(qiáng)降水。

玉山特大暴雨回波短帶走向與系統(tǒng)移動(dòng)方向趨于一致,為自西北向東南方向移動(dòng),造成大于45 dBZ的回波單體中心均從玉山經(jīng)過,連續(xù)不斷的強(qiáng)回波中心經(jīng)過玉山國家站,使得玉山形成了長時(shí)間的短時(shí)強(qiáng)降水和大暴雨天氣。對(duì)比組合反射率與雨量發(fā)現(xiàn),組合反射率因子強(qiáng)度和雨量成正比關(guān)系,尤其與50 dBZ回波強(qiáng)度相關(guān),即當(dāng)某地區(qū)回波中心強(qiáng)度達(dá)到50 dBZ以上時(shí),該地區(qū)即出現(xiàn)大于30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。

3.2 短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波垂直剖面特征

分析組合反射率拼圖13:00和15:00垂直剖面圖可以發(fā)現(xiàn),玉山縣附近的回波有典型的熱帶海洋型降水回波特征。表現(xiàn)為回波強(qiáng)中心高度在6 km以下,甚至達(dá)到近地面;回波有明顯的“列車效應(yīng)”,連續(xù)不斷地生成并影響站點(diǎn);降水回波中沒有大冰晶,因此回波中心強(qiáng)度不高,在50 dBZ左右;降水效率高,每小時(shí)達(dá)到30 mm以上。13:00—15:00的雷達(dá)回波垂直剖面形態(tài)沒有明顯的變化,玉山縣持續(xù)了3 h的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

在上饒SA雷達(dá)產(chǎn)品上也可以看出短時(shí)強(qiáng)降水的垂直回波結(jié)構(gòu),主要的強(qiáng)降水回波強(qiáng)度組合反射率分布在45～55 dBZ,45 dBZ回波頂高在 6 km以下。

3.3 短時(shí)強(qiáng)降水風(fēng)暴跟蹤信息、回波頂高、垂直積分液態(tài)水含量回波特征

從組合反射率拼圖可見,13:00和15:00雷達(dá)回波整體向東偏東北方向移動(dòng),風(fēng)暴跟蹤信息指向回波帶的移動(dòng)方向和速度。但在玉山境內(nèi)有回波單體自西北向東南移動(dòng),新生回波在玉山縣維持并加強(qiáng),呈現(xiàn)“列車效應(yīng)”,形成長時(shí)間的強(qiáng)降水。玉山縣區(qū)域回波頂高最高達(dá)到14～15 km,說明了回波的伸展高度高,體現(xiàn)了強(qiáng)降水的回波特征。玉山縣的垂直積分液態(tài)水含量達(dá)到了15～20 kg/m2。垂直積分液態(tài)水含量與降水強(qiáng)度呈正比,一般降水垂直積分液態(tài)水含量≤15 kg/m2,短時(shí)強(qiáng)降水垂直積分液態(tài)水含量≥15 kg/m2。

4 結(jié)束語

文章通過分析2022-06-20玉山縣特大暴雨過程得出以下結(jié)論:

1)高層南亞高壓外圍的輻散、低層切變線和輻合線形成輻合的環(huán)流配置能夠產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,有利于玉山縣地區(qū)產(chǎn)生暴雨天氣;低空急流和超低空急流的存在能夠?yàn)樵摰貐^(qū)輸送源源不斷的暖濕空氣,為強(qiáng)降水天氣提供水汽和熱力條件。

2)多普勒雷達(dá)拼圖降水雨帶回波在江西北部呈橫“V”字形。玉山縣附近的回波有典型的短時(shí)強(qiáng)降水回波特征,表現(xiàn)為回波強(qiáng)中心高度較低,回波有明顯的“列車效應(yīng)”,連續(xù)不斷地生成并影響站點(diǎn);回波中心強(qiáng)度不大,在50 dBZ左右,降水效率高,達(dá)30 mm/h以上。回波頂高在玉山縣區(qū)域最高達(dá)到14～15 km,垂直積分液態(tài)水含量達(dá)到15～20 kg/m2,均體現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水的回波特征。

3)玉山特大暴雨回波短帶走向與系統(tǒng)移動(dòng)方向趨于一致,當(dāng)影響回波中心反射率因子強(qiáng)度達(dá)到50 dBZ以上時(shí),該地區(qū)即出現(xiàn)大于30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。