江西北部2次大暴雨過程對比分析

闕志萍，吳 凡，馬中元

(1.江西省氣象服務(wù)中心，330046，南昌；2.江西省氣象科學(xué)研究所，330046，南昌)

江西北部2次大暴雨過程對比分析

闕志萍1，吳 凡1，馬中元2

(1.江西省氣象服務(wù)中心，330046，南昌；2.江西省氣象科學(xué)研究所，330046，南昌)

利用Micaps常規(guī)資料和fnl資料，對2013年5月江西北部2次大暴雨天氣過程(“5.07”和“5.14”)的大尺度環(huán)流形勢、低空急流、水汽輸送、垂直運動和中尺度系統(tǒng)，以及多普勒天氣雷達(dá)拼圖回波特征等要素，采用對比方法進(jìn)行分析，結(jié)果表明：1)2次大暴雨過程歐亞中高緯環(huán)流形勢均為兩脊一槽型，但降水性質(zhì)、環(huán)境條件和中尺度特征有所差異；2)“5.07”大暴雨低空急流具有脈動性，而“5.14”大暴雨中低空急流一直維持；3)“5.14”大暴雨過程的水汽和動力條件都比“5.07”大暴雨過程強；4)“5.07”大暴雨過程以帶狀回波為主，范圍狹長局地性較強；“5.14”大暴雨過程以絮狀回波為主，范圍寬廣持續(xù)時間長較為均勻。

暴雨過程；物理量；帶狀回波；絮狀回波；對比分析

0 引言

暴雨作為一種主要的氣象災(zāi)害，由其引發(fā)的泥石流、洪澇等自然災(zāi)害每年都有發(fā)生，給人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成很大威脅，因此暴雨的預(yù)報與研究受到當(dāng)?shù)卣块T的高度重視。陶詩言[1]對我國暴雨的分布特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，并提出了暴雨的落區(qū)預(yù)報方法。丁一匯[2]對暴雨的中尺度氣象學(xué)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，指出暴雨的研究和預(yù)報由經(jīng)驗定性向客觀定量的轉(zhuǎn)變。王健捷和李澤春[3]對引發(fā)大暴雨的中尺度對流系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。楊帥[4]等對高低空急流與西南渦對暴雨的作用進(jìn)行了探討。江西地處長江中下游，汛期暴雨多發(fā)，是夏季主要的氣象災(zāi)害之一。金米娜[5]對江西暴雨預(yù)報方法進(jìn)行了研究，指出應(yīng)該將暴雨的天氣尺度和中尺度特征與地形特征相結(jié)合，開發(fā)暴雨預(yù)報方法并盡力暴雨預(yù)報模式。郭達(dá)鋒[6]等對江西2002年6月底的一次連續(xù)暴雨過程進(jìn)行了診斷分析，指出江西的強降水落區(qū)與低層切變、低空急流的位置之間有良好的對應(yīng)關(guān)系。尹潔[7]等通過對2013年6月江西一次持續(xù)性暴雨過程進(jìn)行天氣動力學(xué)診斷分析和中尺度分析，指出中尺度強雨團有向地面輻合線區(qū)域和對流性不穩(wěn)定大值區(qū)移動發(fā)展的趨向。由于暴雨的持續(xù)時間、降水強度和空間分布存在著很大差異，其誘發(fā)因子又包括很多客觀氣象條件的影響，所以對暴雨過程進(jìn)行對比分析，對暴雨預(yù)報準(zhǔn)確率的提高是有必要的。徐景芳[8]等分析了2007年3次梅雨鋒暴雨過程，對其東西向靜止鋒動力學(xué)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了總結(jié)。周明飛[9]等對貴州初夏2次暖區(qū)暴雨過程進(jìn)行了對比分析，探討了2次暴雨發(fā)生發(fā)展的天氣學(xué)差異。陳紅專[10]等對湖南2011年6月2次暴雨過程的中尺度特征進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，2次暴雨過程都屬于湖南低渦冷槽型暴雨過程，但中尺度特征、降水性質(zhì)和環(huán)境條件都有差異。

2013年5月上旬末至中旬，江西北部出現(xiàn)了2次區(qū)域性的大暴雨到特大暴雨過程，這2次暴雨過程雖然同屬江西汛期典型的兩脊一槽型暴雨過程，氣候背景也類似，但其降水性質(zhì)、暴雨強度有所不同。丁君[11]等對這2次暴雨過程給九江地區(qū)帶來的強降水進(jìn)行了綜合分析，但主要從造成強降水的基本條件、天氣系統(tǒng)的不同做出了對比分析，對于物理量的對比分析并沒有很深入。

本文利用Micaps資料和NCEP/NCAR全球資料同化系統(tǒng)再分析資料(1°×1°fnl資料)，對2013年5月7-9日(簡稱“5.07”)和5月14-15日(簡稱“5.14”)江西北部2次大暴雨天氣過程的形勢背景、低空急流、水汽輸送和垂直運動進(jìn)行深入分析，以便認(rèn)識這類暴雨過程中系統(tǒng)的演變和環(huán)境條件的差異，為暴雨的精細(xì)化預(yù)報提供一些參考。

1 降水實況及環(huán)流演變特征

2013年5月7日晚至9日，江西北部出現(xiàn)了一次暴雨到大暴雨過程，九江廬山區(qū)海會鎮(zhèn)和湖口縣張家嘴分別出現(xiàn)434 mm和293 mm的特大暴雨，有96個測站出現(xiàn)大暴雨， 380個測站出現(xiàn)暴雨。最大雨強為86.1 mm/h，24 h最大雨量為396.2 mm(圖略)。5月14日至15日，江西北部再次出現(xiàn)大范圍暴雨到大暴雨天氣，九江市永修縣吳城鎮(zhèn)出現(xiàn)256.4 mm的特大暴雨，共有161個測站出現(xiàn)大暴雨，544個測站出現(xiàn)暴雨，最大雨強為74.3 mm/h(圖略)。這2次暴雨過程強雨帶主要位于贛北，南昌和宜春兩市南部并沒有出現(xiàn)明顯強降水，因而雨帶具有明顯的不均勻性特點。

大暴雨的形成與行星尺度的環(huán)流背景密切相關(guān)。通過對2次過程環(huán)流場分析發(fā)現(xiàn)(圖略)，2次大暴雨過程中歐亞中高緯都為兩脊一槽，烏拉爾山附近及亞洲東部各為一高壓脊，兩脊之間的巴爾喀什湖到貝加爾湖地區(qū)為一低槽區(qū)，“5.07”低槽比“5.14”更深、更明顯。副熱帶高壓位置偏南，588線位于華南沿海，其中“5.14”588脊線較“5.07”明顯偏西。

2 低空急流與水汽的水平輸送

2.1不穩(wěn)定能量

通過分析2次暴雨過程發(fā)生前南昌站的探空圖可以發(fā)現(xiàn)，2次過程發(fā)生前都是濕層比較深厚。7日20:00時，南昌K指數(shù)為34 ℃，SI指數(shù)為0.91 ℃，Cape值為1 177.7 J/kg；14日20:00時，K指數(shù)達(dá)41 ℃，SI指數(shù)也達(dá)-3.78 ℃，Cape值高達(dá)2 036.8J/kg，較7日20時明顯強。

2.2低空急流分析

低空急流是暴雨發(fā)生的重要機制，它不僅可以為暴雨提供大量的水汽輸送，對不穩(wěn)定能量的積累和對流的發(fā)展也起著加強作用。從NCEP/NCAR全球資料同化系統(tǒng)再分析資料(1°×1°)的6 h一次的急流分析和500 hPa、700 hPa、850 hPa風(fēng)場可見：“5.07”中(7日20:00時至9日20:00時)，500 hPa高空槽前西南風(fēng)急流從廣西伸向江西，隨著高空槽的東移靠近江西省，西南急流逐漸加強；700 hPa和850 hPa急流軸與500 hPa急流軸相交于贛北，強度和位置經(jīng)歷了加強、減弱東移、再加強、再減弱東移的過程(如圖1a)所示)。西南風(fēng)急流的第一增強階段是出現(xiàn)在7日20:00時至8日08:00時，低空急流從西南伸至贛北，與從東面海上過來的東南急流在贛北輻合，九江東部出現(xiàn)暴雨。8日08:00-20:00時，低空急流東移南壓，強雨帶位于撫州北部和鷹潭。8日20:00時開始，低空急流再次加強，并迅速東移南壓減弱，九江西部降水顯著增強，普降大到暴雨。“5.14”中500 hPa西南風(fēng)急流并不明顯，偏西分量較大，這與500 hPa中緯度低槽不深厚相呼應(yīng)，但700 hPa和850 hPa急流較強，15日08:00時西南風(fēng)最大風(fēng)速達(dá)22 m/s，急流位置偏南，暴雨帶位于低空急流左側(cè)。15日20:00時后低空急流迅速南壓，雨帶也隨著南移。

圖1 8日02：00時(左)和15日08：00時(右)850 hPa急流(a)和(b)；水汽通量(單位：g·cm-1·hPa-1·s-1)(c)和(d)：850 hPa；(e)和(f)：沿29°N垂直剖面圖

2.3水汽的水平輸送

2次大暴雨過程中，500 hPa以下低空西南急流將印度洋和南海的水汽向長江中下游輸送，其中“5.07”中850 hPa輸送通道中心值≥16 g·cm-1·hPa-1·s-1，而“5.14”中心值≥24 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽輸送明顯較“5.07”更強(如圖1所示)。從沿29°N水汽通量的垂直剖面圖可見，兩次暴雨過程中水汽輸送最大值位于700～925 hPa，低層輸送中心位于在116°E附近。

2.4風(fēng)場切變與低層水汽輻合

從“5.07”的低層風(fēng)場可見(圖2a)：在暴雨發(fā)前，贛北由西南氣流和中低空切變北側(cè)的偏東氣流形成較強水平風(fēng)場暖式切變，并與從北方擴散南下的偏北風(fēng)在兩湖交界處構(gòu)成一個低渦，贛北處在低渦前端，到了8日20:00時，風(fēng)場轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)與西南氣流構(gòu)成的冷式切變?！?.14”中(圖2b)，暴雨發(fā)生前，贛北處在西南氣流與東南氣流的切變中，湖南西部有低渦存在，15日08:00時，低渦已移至贛西北，20:00時低渦在贛北消失，但整個暴雨過程中切變一直維持并且加強。由此可見，2次暴雨過程中，江西處在較強的西南氣流中，使低空急流輸送過來的大量水汽在暴雨區(qū)內(nèi)輻合，為暴雨的產(chǎn)生和維持提供水汽來源。

圖2 8日02：00時(左)和15日08：00時(右)流場和850 hPa渦度場水汽通量散度圖

另外，從2次過程的渦度場分析發(fā)現(xiàn)，“5.07”中，贛北都處在較弱的渦度場中，最強僅為7×10-5s-1。而“5.14”中，贛北大部分地區(qū)都處在強渦度場中，渦度中心值最高達(dá)12×10-5s-1。

水汽通量散度是反映一個地區(qū)水汽的集中程度，從圖2中水汽通量散度圖上可見，在暴雨過程發(fā)生前和強降水發(fā)生時，贛北有明顯的水汽輻合中心，但“5.14”中輻合中心明顯要比“5.07”強，水汽輻合范圍也更大。從沿29°N水汽通量散度的垂直剖面圖來看，暴雨發(fā)生前，在贛北上游就有弱的水汽輻合向東移動，并在東移過程中逐漸加強，到了暴雨發(fā)生最強時段，強水汽輻合區(qū)主要位于500 hPa以下，水汽通量散度最大中心位于925 hPa、116°E附近，分別為-5 g·cm-2·hPa-1·s-1和-12 g·cm-2·hPa-1·s-1。

3 散度與上升運動

3.1低層輻合高層輻散有利于對流發(fā)展

從沿29°N散度的垂直剖面圖可見(圖3a、b)，“5.07”中，在強降水發(fā)生前，800 hPa以下為輻合區(qū)，到了8日02:00時，贛北上空出現(xiàn)2個輻合區(qū)，分別出現(xiàn)在800～100 hPa和400～700 hPa，而700～800 hPa之間出現(xiàn)了弱的輻散區(qū)，輻合中心最大值為-3×10-5s-1。過稱2中，暴雨發(fā)生前，湖南北部有較強的輻合中心東移，15日02:00時，輻合中心移至贛北上空，115°E～116°E之間500 hPa以下為輻合區(qū)，500 hPa以上為一致的輻散區(qū)，15日08:00時，700 hPa以下輻合區(qū)仍維持在116°E附近，強度加強至-8×10-5s-1，700～500 hPa之間輻合區(qū)東移加強，116°E附近700 hPa以上為一致的輻散區(qū)，輻散中心強度也加強。

圖3 5月8日02：00時(左)和15日08：00時(右)散度和垂直速度沿沿29°N垂直剖面圖

3.2垂直速度

垂直運動使大氣中的能量轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)，降水過程中所需的水汽凝結(jié)也與上升運動密切相聯(lián)。垂直運動造成水汽、熱量、動量、渦度等的垂直輸送，對天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展有很大的影響。對2次過程的垂直速度場沿29°N剖面圖分析發(fā)現(xiàn)(如圖3c、d)，“5.07”中，7日20:00時開始在江西西北部就出現(xiàn)了一個窄而深厚的垂直運動中心，中心值高達(dá)90×10-2Pa/s，隨后強上升運動中心東移，8日08:00時上升中心移至贛東北，并且減弱至60×10-2Pa/s，但到了14:00時，上升運動再次發(fā)展加強，區(qū)域擴大，贛北大部分區(qū)域都處在上升區(qū)中，中心值加強至120×10-2Pa/s，隨后又開始減弱，中心開始分裂減弱?！?.14”中，14日20:00時強上升區(qū)還在湖南東部，隨著強上升運動中心東移，贛北降水加強。一直到15日08:00時，贛北大部分地區(qū)都處在強上升區(qū)中，中心值高達(dá)180×10-2Pa/s，14:00時開始上升運動減弱，但贛北大部分地區(qū)仍處在上升區(qū)中，直至20:00時開始陸續(xù)轉(zhuǎn)為下沉運動。

4 多普勒雷達(dá)回波特征分析

從以上分析可以得出，2次過程中的大尺度環(huán)流形勢都為暴雨的發(fā)生提供了有利的天氣背景，但造成局地大暴雨的主要是中尺度系統(tǒng)。從2次過程的雷達(dá)回波演變圖來看(圖略)，“5.07”中第一階段降水結(jié)束后，從8日12:00時開始在九江西部又有分散的對流單體生成，隨著對流發(fā)展加強，到了22:00時，已經(jīng)發(fā)展成狹長的帶狀回波，雨帶也成帶狀，較為狹窄，而“5.14”中是以成片的絮狀回波為主，范圍較廣，因而雨帶也較寬廣。

從5月8日的短時強降水回波特征圖中(圖4)可以看出，在狹長的帶狀回波中，有很強的對流單體存在，17：40時廬山區(qū)海會鎮(zhèn)出現(xiàn)了10 min 20.1 mm的超短時強降水，到了18：40時，在九江東部形成了一條南北向的短帶強回波，回波強度達(dá)65 dbz，受廬山附近地形影響，強回波南段維持在廬山地區(qū)，北段繼續(xù)發(fā)展東移，到了20：40時短帶回波已經(jīng)轉(zhuǎn)為東西向?？梢钥闯?，強回波在廬山區(qū)維持時間長達(dá)幾小時，導(dǎo)致海會鎮(zhèn)出現(xiàn)了特大暴雨。

圖4 5月8日10 min短時強降水與雷達(dá)回波疊加圖

從圖5可以看到，“5.14”中回波分布較為均勻，雖然在帶絮狀回波中也有較強的對流單體存在，但是強度明顯比“5.07”中弱，并且可以看到，從15日03：00時開始，在九江永修附近有成片的較強對流單體出現(xiàn)，但其中有分散的小強核，回波強度達(dá)60 dbz，這是造成湖口地區(qū)1 h降水達(dá)74.3 mm的主要原因。但是從圖中可看到，到了04：00時，這種強對流單體逐漸減弱消失，轉(zhuǎn)為均勻的片絮狀回波，降水也較為均勻。

5 小結(jié)

這2次過程都屬于明顯的區(qū)域性暴雨過程，都是在高空低槽、中低層切變和西南風(fēng)急流共同作用下產(chǎn)生的，但降水特征有明顯的差異，“5.07”降水分布不均勻，局地性較強，范圍較窄，而“5.14”降水較為均勻，范圍也更廣。通過對比分析最后總結(jié)如下。

圖5 5月15日強降水雷達(dá)回波特征圖

1)2次暴雨過程歐亞中高緯環(huán)流形勢均為兩脊一槽型，中緯度有低槽東移，但“5.07”中低槽較“5.14”更深厚更明顯。

2)2次過程中都受到低空西南急流作用，但“5.07”中低空急流經(jīng)歷了一個加強、減弱、東移；再加強、再減弱、再東移的過程，具有脈動性，由于低空急流的強度和位置變化導(dǎo)致降水分布不均；而“5.14”在整個降水過程中，西南急流一直維持，直至降水結(jié)束，這是降水較強范圍更廣的原因之一。

3)從大氣的不穩(wěn)定層結(jié)來看，降水發(fā)生前“5.14”的各項不穩(wěn)定指數(shù)都要比“5.07”更強。

4)2次過程中都有豐富的水汽條件，但“5.14”水汽通量較“5.07”明顯更強，“5.14”中水汽輻合范圍較“5.07”更廣，暴雨區(qū)產(chǎn)生的水汽輻合也更強，降水最強時段暴雨區(qū)水汽通量散度達(dá)-12 g·cm-2·hPa-1·s-1，而“5.07”僅為-5 g·cm-2·hPa-1·s-1。

5)動力條件上，2次過程中都有明顯的低層輻合高層輻散，有利于對流的發(fā)展，但“5.14”中低層輻合強度為“5.07”的2倍多。垂直運動上，“5.14”自降水開始，贛北大部分地區(qū)都維持深厚的上升運動，中心值高達(dá)180×10-2Pa/s，而“5.07”中上升運動區(qū)的位置和強度都有變化，且最強時段中心值僅為120×10-2Pa/s，較“5.14”更弱。

6)“5.07”中以窄帶降水回波為主，范圍狹長局地性較強；而“5.14”以絮狀混合降水回波為主，范圍寬廣，較為均勻。

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京:氣象出版社,1980.

[2]丁一匯.暴雨和中尺度氣象問題[J].氣象學(xué)報,1994,52(3):274-284.

[3]王健捷,李澤春.1998年一次梅雨鋒暴雨中尺度對流系統(tǒng)的模擬和診斷分析[J].氣象學(xué)報,2002(60):146-155.

[4]楊帥,丁治英,徐海明.梅雨暴雨中高低空急流與西南渦活動[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2006, 29(1):122-128.

[5]金米娜.江西省汛期暴雨氣候特點及預(yù)報方法綜合分析[J].氣象與減災(zāi)研究,2009,3(1):69-72.

[6]郭達(dá)鋒,毛連海,朱星球.江西2002年6月底連續(xù)暴雨過程分析[J].江西氣象科技,2003,26(2):18-20.

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[8]徐景芳,呂君寧.長江中下游梅雨氣候區(qū)水汽來源及輸送[J].1991,14(2):211-218.

[9]周明飛,杜小玲,熊偉.貴州初夏兩次暖區(qū)暴雨過程的對比分析[J].氣象,2014,40(2):186-195.

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[11]丁君,李嬌.2013年5月8日、15日九江地區(qū)兩次強降水過程診斷分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2013,132:247-248.

ComparativeAnalysisofTwoRainstormProcessesintheNorthofJiangxi

QUE Zhiping1,WU Fan1,MA Zhongyuan2

(1.Meteorological Service Center of Jiangxi,330046,Nanchang,PRC；2.Jiangxi Provincial Meteorological Research Institute,330046,Nanchang,PRC)

Based on the routine observational data of Micaps and NECP reanalysis data,a comparative analysis on large-scale circulation,low-level jet (LLJ),transportation of water vapor,vertical motion,mesoscale systems and radar echoes of two torrential rain processes in north of Jiangxi province in May 2013(“5.07”and“5.14”) was analyzed.The results showed that:1)The two processes both belong to the type of “two ridges and one trough” of the circulation in Eurasian high latitudes,but their precipitation nature,environmental conditions and mesoscale characteristics are different.2)The LLJ in the “5.07” heavy rain process experienced a process of strengthening,weakening with moving eastward,reinforcing again and then weakening with moving eastward a second time,but the LLJ in the “5.14” heavy rain process has been maintained strongly.3)The “5.14” heavy rain process was stronger than the “5.07 “heavy rain process whether in water vapor or dynamic conditions.4)The radar echoes in the “5.07” heavy rain process were convective precipitation echoes with narrow range and strongly located;while in the “5.14” heavy rain process the radar echoes were widely convective-stratiform mixed echoes.

rainstorm process;physical quantities;banded echoes;convective-stratiform mixed echoes;comparative analysis

2014-10-09;

2014-11-14

闕志萍(1987-)，女，碩士，主要從事專業(yè)氣象預(yù)報工作。

中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室2012年開放課題“南方短時強降水中β尺度結(jié)構(gòu)與形成機理研究”(2012LASW-B01)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.013

P458.121.1

A

1001-3679(2014)06-0798-08