一次輻合線觸發(fā)產(chǎn)生短時強降水的特征分析

李燕玲，馬中元，陳鮑發(fā)，黃龍飛，盛夢婷

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 334000；2.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000；3.樂平市氣象局，樂平 333300)

0 引言

強對流天氣包括冰雹、雷暴大風(fēng)和短時強降水等天氣現(xiàn)象。短時強降水具有突發(fā)性、強度大、局地性強等特點，極易導(dǎo)致泥石流、山體崩塌滑坡和城市內(nèi)澇等次生地質(zhì)災(zāi)害。地面輻合線是產(chǎn)生強對流天氣的一種觸發(fā)機制。江西午后增溫環(huán)境下，地面輻合線的抬升使雷暴回波帶快速沿輻合線排列成形。在輻合線回波帶上的強回波單體，其組合反射率CR回波強度達(dá)到55 dBz以上，常常產(chǎn)生短時強降水。因此，研究輻合線形成雷暴回波帶的過程與特征，對短時強降水的預(yù)警預(yù)報有十分重要的意義。

國內(nèi)許多氣象工作者對短時強降水進(jìn)行了研究。郝瑩[1]分析出典型短時強降水過程的環(huán)境背景場特征，建立了短時強降水的3種概念模型，總結(jié)出有利于其發(fā)生的大尺度影響系統(tǒng)；史珺[2]從風(fēng)廓線產(chǎn)品出發(fā)，指出4 m/s的垂直速度出現(xiàn)和消失時刻，對應(yīng)降水的開始和結(jié)束時刻，降水期間，4 km高度以下的垂直速度越大降水越強；喻謙花[3]等發(fā)現(xiàn)地面熱力不均勻?qū)е戮值厣郎厥?次地面中尺度輻合系統(tǒng)生成的主要原因，而地面中尺度輻合系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展觸發(fā)了中小尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，從而導(dǎo)致大暴雨；吳進(jìn)[4]等應(yīng)用鐵塔氣象要素及衍生物理量，將短時強降水個例分為地面輻合線型和無地面輻合線型。指出地面輻合線型在強降水發(fā)生前l(fā) h，溫度和位溫開始明顯減小，溫度變率顯著增大；陳鮑發(fā)[5]指出地面有冷鋒過境或存在輻合線，是強天氣加強的重要天氣系統(tǒng)，經(jīng)常會增加短時強降水與冰雹發(fā)生的概率；張京英[6]、曹曉崗[7]、沈偉[8]指出在有利的大尺度環(huán)境背景形勢下，中小尺度系統(tǒng)的生成是短時強降水產(chǎn)生的主要原因；此外，還有關(guān)于短時強降水其他方面的研究[9，10]及針對各地區(qū)的研究[11，12]。這些研究成果對文章有指導(dǎo)作用。

2019-07-04下午，景德鎮(zhèn)中南部出現(xiàn)的短時強降水過程具有歷時短、小時雨強大、局地性強的特點。多家數(shù)值模式預(yù)報降水落區(qū)均為景德鎮(zhèn)北部大南部小，實況卻恰好相反。文章在利用常規(guī)資料和數(shù)值預(yù)報資料的基礎(chǔ)上，加入中小尺度逐小時地面自動觀測資料和雷達(dá)拼圖資料調(diào)整降水落區(qū)的方法分析這類天氣的特征，為地面輻合線局地短時強降水天氣的分析預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 資料來源和降水實況

1.1 資料來源

雨量資料來源于江西省降水量查詢系統(tǒng)平臺國家站和區(qū)域站雨量數(shù)據(jù)；天氣圖資料來源于MICAPS系統(tǒng)平臺；探空資料T-lnP 圖來源于MICAPS系統(tǒng)平臺；云圖資料來源于NCEP/NCAR再分析資料；雷達(dá)資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖和景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)產(chǎn)品；風(fēng)廓線資料來源于景德鎮(zhèn)TWP3邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)。

1.2 降水實況

2019-07-04，12：00—20：00景德鎮(zhèn)中南部地區(qū)受地面輻合線影響，出現(xiàn)局地性短時強降水暴雨過程，暴雨中心分布在樂平、波陽、婺源、浮梁及周邊，樂平國家站記錄最大雨量為98.9 mm。

7月4日12：00—20：00，8 h累積雨量最大為178.1 mm，出現(xiàn)在樂平市塔前鎮(zhèn)。有5個區(qū)域站累積雨量達(dá)到100 mm/8 h，16個區(qū)域站1 h降雨量超過30 mm，18個區(qū)域站3 h降雨量超過50 mm。最強降水時段出現(xiàn)在14：00—17：00，其中14：00—15：00，雙田鎮(zhèn)、涌山鄉(xiāng)出現(xiàn)64 mm/h短時強降水；14：00—16：00，樂平涌山鄉(xiāng)、塔前鎮(zhèn)、雙田鎮(zhèn)2 h累積降水量超過100 mm，導(dǎo)致樂平市塔前鎮(zhèn)等地區(qū)出現(xiàn)山洪地質(zhì)災(zāi)害。

可見，輻合線造成的短時強降水可以形成大暴雨過程，局地性明顯，降水時間短，雨強大，容易產(chǎn)生山洪等地質(zhì)災(zāi)害。

2 大尺度環(huán)流背景及環(huán)境條件分析

2.1 大尺度環(huán)流背景

2019-07-04，隨著南海熱帶系統(tǒng)向西移動，588 dagpm線北側(cè)從28°N南落至26°N附近，從西安低渦伸出的橫槽向東移動的過程中，在江南北部引起短波槽的波動，江西北部處在槽前正渦度平流區(qū)。200 hPa皖南至日本一帶出現(xiàn)強盛偏西風(fēng)高空急流，贛北處在高空急流入口區(qū)右后側(cè)，并在此形成明顯的分流區(qū)。中低層位于贛北北部東西向的暖式切變線南端有1支風(fēng)速大于12 m/s的西南急流，景德鎮(zhèn)等地處于急流出口區(qū)左側(cè)、切變線南側(cè)。這種高低空急流耦合作用，有利于觸發(fā)景德鎮(zhèn)等地不穩(wěn)定能量的釋放及上升運動的維持。

由此可見，588 dagpm線北側(cè)、槽前正渦度區(qū)、200 hPa分流區(qū)、暖濕切變線、西南急流等天氣系統(tǒng)是不穩(wěn)定能量釋放的天氣系統(tǒng)配置。

2.2 層結(jié)與環(huán)境條件

2019-07-04T08：00，強降水發(fā)生前南昌站(58606)CAPE值為430.6 J/kg；近地面層為暖平流，600 hPa以上為弱的冷平流；700 hPa上T-Td≥10 ℃的干舌與地面T-Td≤2 ℃的顯著濕區(qū)在贛東北部重疊，說明景德鎮(zhèn)地區(qū)有一定潛在不穩(wěn)定能量和水汽的聚集。南昌站濕層伸至550 hPa左右，700 hPa以下為風(fēng)速大于12 m/s的西南急流。

安慶站(58424)CAPE 值雖然不大，呈現(xiàn)的是“雙喇叭口”形狀。700～600 hPa為干層，700 hPa以下為偏東風(fēng)氣流，阻擋其南昌方向西南暖濕氣流向北輸送水汽，有利于水汽在景德鎮(zhèn)等地聚集，為短時強降水提供充足的水汽。

由此可見，不穩(wěn)定能量的建立、深厚充沛的水汽條件、低層西南急流與景德鎮(zhèn)東部存在的東風(fēng)氣流輻合，是形成江西東北部地面輻合線，構(gòu)成有利于短時強降水形成大暴雨過程的基本環(huán)境條件。

3 短時強降水特征分析

3.1 衛(wèi)星云圖特征

7月4日08：00，在鄱陽湖水域有副高邊緣西南急流形成的對流云系生成。

11：00(圖1a)，與高空槽相伴隨的斜壓葉狀云系A(chǔ)位于江西北部，南面是西南急流對流云團B，該云團在向東移動中影響景德鎮(zhèn)和浙江等地，地面降水量不大，TBB 中心最低在-70～-60 ℃，小時雨強10～20 mm/h。

14：00(圖1b)，由于大尺度天氣系統(tǒng)的出現(xiàn)，江西東北部受到偏東氣流影響，南面是西南急流，兩股氣流在贛東北形成地面輻合線，并伴隨中尺度低壓的形成。江西東北部的對流云團B，受到地面輻合線中尺度低壓的影響快速發(fā)展；江西北部斜壓葉狀云系A(chǔ)快速發(fā)展南壓，AB兩支云系(團)呈輻合趨勢。

16：00(圖1c)，北部斜壓葉狀云系A(chǔ)南段與贛東北地面中尺度輻合線對流云團B尾部合并，使得中尺度對流云團B發(fā)展壯大，TBB 中心最低達(dá)-80～-70 ℃；15：00—17：00，是景德鎮(zhèn)最強降水時段，樂平塔前鎮(zhèn)、涌山鄉(xiāng)、雙田鎮(zhèn)2 h累積雨量達(dá)100 mm；20：00后，對流云團移出景德鎮(zhèn)，降水迅速減弱。

圖1 2019-07-04 FY2E TBB(單位：℃)分布：(a)11：00TBB；(b)14：00TBB；(c)16：00TBB

由此可見，景德鎮(zhèn)短時強降水受高空槽前的斜壓葉狀云系A(chǔ)與副高邊緣西南急流對流云團B共同影響，造成景德鎮(zhèn)短時強降水；斜壓葉狀云系A(chǔ)與西南急流對流云團B的合并，使得地面中尺度輻合線快速發(fā)展，促成景德鎮(zhèn)短時強降水的形成。

3.2 雷達(dá)拼圖回波特征

7月4日11：00—12：00，景德鎮(zhèn)上游余干與鄱陽之間存在著偏南風(fēng)與偏東風(fēng)弱輻合區(qū)，層狀云降水在鄱陽附近，并且回波強度有所增加。弱輻合線南側(cè)降水量在10 mm/h以下；弱輻合線北側(cè)降水量增至20～40 mm/h。

13：30(圖2a)，隨著偏南氣流與偏北氣流的增強，在景德鎮(zhèn)與樂平之間，地面西南風(fēng)較大，波陽和樂平極大風(fēng)速均超過8 m/s；景德鎮(zhèn)和婺源維持4～6 m/s的東北風(fēng)，形成地面輻合線。輻合線兩側(cè)降水回波CR大于45 dBz，不算很強，此時1 h降水區(qū)與輻合線位置有很好的對應(yīng)。

14：00(圖2b)，景德鎮(zhèn)站偏南位置生成小尺度低壓環(huán)流和較低氣壓值，從低壓中心向東西兩側(cè)伸展至地面輻合線中，使地面輻合線迅速發(fā)展加強。輻合線兩側(cè)風(fēng)場進(jìn)一步加強，輻合線北側(cè)回波帶也進(jìn)一步加強，CR 回波強度達(dá)到50 dBz，沿輻合線走向排列。

14：30(圖2c)，輻合線進(jìn)一步發(fā)展加強，回波帶上強單體CR回波強度達(dá)到55 dBz，回波帶沿輻合線發(fā)展增長，帶寬很窄，東—西走向，帶上開始出現(xiàn)雷電，回波帶位于樂平北部。

15：00(圖2d)，輻合線進(jìn)一步發(fā)展加強，回波帶上強單體CR回波強度達(dá)到55～60 dBz，回波帶沿輻合線發(fā)展增長，帶寬依然很窄，東—西走向，帶上出現(xiàn)大量雷電，雷電的出現(xiàn)表明回波發(fā)展到鼎盛時期。輻合線回波帶位于樂平北部，其西段與江西北部斜壓葉狀云系中部快速南下的云系回波進(jìn)行合并，使得輻合線回波帶得以維持，地面短時強降水達(dá)到最大值。

15：30(圖2e)，輻合線維持少動，回波帶合并形成一條更長的波動回波帶，帶上強單體CR回波強度維持在55～60 dBz，帶上仍然有大量雷電，短時強降水仍在繼續(xù)。

16：00(圖2f)，地面輻合線在樂平北部穩(wěn)定少動，造成樂平北部涌山、塔前、雙田鎮(zhèn)2 h超過100 mm短時強降水。回波帶排列不再緊密，稍有出現(xiàn)減弱跡象，后期降水也相對減小。

圖2 景德鎮(zhèn)強降水時段雷達(dá)拼圖與1 h極大風(fēng)速圖(實線為輻合線)(a)13：30；(b)14:00；(c)14:30；(d)15：00；(e)15：30；(f)16:00

16：00—18：00，地面輻合線隨著中低層冷式切變線的南壓，快速南移至樂平南面，回波帶減弱解散。影響樂平的降水回波轉(zhuǎn)為層狀云和積云混合型降水回波，小時雨強小于10 mm/h。

由此可見，1 h地面風(fēng)場、氣壓場和雨量圖的演變表明，小尺度低壓和地面輻合線活動是觸發(fā)產(chǎn)生狹窄回波帶的主要機制，回波帶走向與降水位置對應(yīng)較好；回波帶上強單體回波強度CR達(dá)到55～60 dBz，帶上伴有強雷電，短時強降水落區(qū)位于地面輻合線偏北一側(cè)強回波帶上。

3.3 景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)產(chǎn)品特征

此次輻合線狹窄回波帶造成景德鎮(zhèn)樂平北部局地短時強降水，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)累積雨量達(dá)到大暴雨量級。短時強降水主要集中在15：00—16：00(約1.5 h)，為了說明其水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)，文章使用景德鎮(zhèn)SA多普勒雷達(dá)15：24的基數(shù)據(jù)，反演制作組合反射率CR、回波頂高ET、垂直積分液態(tài)水含量VIL、風(fēng)暴追蹤信息STI、垂直反射率RHI(z)和垂直速度場RHIv等產(chǎn)品圖進(jìn)行分析。

2019-07-04T15：24，組合反射率CR產(chǎn)品圖，在大片混合型降水區(qū)域中，靠近南側(cè)有1條較強狹窄回波帶，最大回波強度達(dá)到55 dBz，呈東—西走向；回波頂高ET產(chǎn)品圖，發(fā)展至15 km；垂直積分液態(tài)水含量VIL產(chǎn)品圖，強度只有20 kg/m2；風(fēng)暴相對平均徑向速度SRM產(chǎn)品圖，狹窄回波帶位置表現(xiàn)為北側(cè)偏東風(fēng)，南側(cè)偏南風(fēng)，形成1條速度切變線，強度在-5～5 m/s，速度場上存在切變，為輻合線狹窄回波帶提供動力抬升條件，有利于水汽的聚集；1 h累積降水OHP產(chǎn)品圖，顯示有30～44 mm/h降水存在。

基本反射率因子垂直剖面RHIz產(chǎn)品圖，位于40 km附近≥45 dBz的強降水回波，從地面一直伸展到5 km高度，為典型的暖云低質(zhì)心降水回波結(jié)構(gòu)，且回波從下往上略有傾斜，在強回波上方可以看到強回波造成的旁瓣回波；徑向速度垂直剖面RHIv產(chǎn)品圖，位于40 km附近≥45 dBz的強降水回波，為大片負(fù)速度籠罩，其6 km上方負(fù)速度值達(dá)到-13 m/s，最高頂有少量10 m/s正速度區(qū)，表明低層有流入，高層有輻散，有利于風(fēng)暴的發(fā)展和維持。

風(fēng)暴追蹤信息STI產(chǎn)品圖，顯示輻合線回波帶上不斷有STI有序地自西向東移動，結(jié)合景德鎮(zhèn)獨特地形，塔前、雙田、涌山一帶恰好處于向西張口的“簸箕”地形中，加強了地形抬升作用。15：00—16：00，在輻合線回波帶維持期間，塔前、雙田、涌山3個區(qū)域站降水量分別為：50.9 mm/h、45.7 mm/h、44.4 mm/h。

風(fēng)廓線VWP產(chǎn)品圖，15：00—15：59，景德鎮(zhèn)SA雷達(dá)反演的風(fēng)廓線數(shù)據(jù)顯示，1.2 km以下為東北風(fēng)，風(fēng)速6～12 m/s；1.5 km以上為西北風(fēng)，風(fēng)速6～20 m/s；在1.2～1.5 km存在風(fēng)切變，這種風(fēng)場結(jié)構(gòu)有利于輻合線回波帶的發(fā)展與加強。從景德鎮(zhèn)TWP3邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場上也可以看到這種風(fēng)切變結(jié)構(gòu)。

冰雹指數(shù)HI產(chǎn)品圖，由于回波帶上單體較強，通過88D算法計算出兩點冰雹，實況沒有出現(xiàn)。

由此可見，在單部雷達(dá)產(chǎn)品上，輻合線回波帶組合反射率CR最大回波強度達(dá)到55 dBz，回波頂高ET 發(fā)展至15 km，垂直積分液態(tài)水含量VIL只有20 kg/m2，風(fēng)暴相對平均徑向速度SRM形成1條速度切變線，強度在-5～5 m/s，1 h累積降水OHP 顯示有30～44 mm/h降水?；痉瓷渎室蜃哟怪逼拭鍾HIz≥45 dBz的強降水回波從地面一直伸展到5 km高度，徑向速度垂直剖面RHIv≥45 dBz的強降水回波被大片負(fù)速度籠罩，風(fēng)暴追蹤信息STI顯示輻合線回波帶上不斷有STI有序地自西向東移動，受景德鎮(zhèn)地形影響，短時強降水得到增強。風(fēng)廓線VWP顯示，1.2km以下為東北風(fēng)，1.5 km以上為西北風(fēng)，存在風(fēng)切變，冰雹指數(shù)HI計算出兩點冰雹但實況沒有出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

為了分析地面輻合線對短時強降水的影響，文章利用MICAPS常規(guī)天氣資料、逐小時地面自動站觀測資料、FY-2E衛(wèi)星TBB資料、江西WebGIS雷達(dá)拼圖資料、景德鎮(zhèn)多普勒雷達(dá)和風(fēng)廓線雷達(dá)等資料，對2019-07-04景德鎮(zhèn)局地短時強降水過程進(jìn)行了分析，通過分析得到了輻合線回波帶的基本特征。今后重點研究方向有兩方面：一方面需要多個例子分析證實；另一方面尋求對實況風(fēng)場的智能分析，利用計算機找出輻合線的位置。