東津水庫“6·30”強降水過程分析及預報服務(wù)思考

袁正國 周雨 汪如良 黃丹萍

摘要 本文利用常規(guī)氣象觀測資料、加密自動站雨量資料及FNL再分析資料，對比分析2020年6月29—7月1日東津水庫持續(xù)暴雨天氣從天氣形勢、水汽輸送、熱動力條件及雷達回波等方面。結(jié)果表明：入庫水位上漲對強降水有較好的響應(yīng)，但存在8～12 h的時間差;中低層輻合區(qū)和切變線的共同作用為強降雨天氣提供了有利抬升條件，低層輻合和高層輻散形成的“抽吸作用”有效促進了低層水汽的上升運動;在強降水天氣出現(xiàn)的過程中，垂直運動和位渦發(fā)展對庫區(qū)暴雨落區(qū)與強度預報有一定的指示意義;雷達回波上，逆風區(qū)長時間出現(xiàn)和“列車效應(yīng)”，對暴雨天氣有良好的預報參考意義。

關(guān)鍵詞 強降水;位渦;列車效應(yīng)

中圖分類號：P458 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0032–05

Analysis of Precipitation Process in Dongjin Rese-rvoir On 6.30

YUAN zheng-guo et al（Jiangxi Meteor-ological Information Center， Nanchang， Jiangxi 330096）

Abstract Based on conventional meteo-rological observation data， rainfall data of encrypted automatic station and FNL reanalysis data， the continuous rainstorm weather of Dongjin Reservoir from June 29 to July 1， 2020 is compared and analyzed from the aspects of weather situation， water vapor transportation， thermal power condition and radar echo. The results show that the rise of water level in storage has a good response to heavy precipitation， but there is a time difference of 8～12 hours. The combined action of middle and low layer convergence zone and shear line provides favorable uplift conditions for heavy rainfall weather. The "suction effect" formed by low layer convergence and high layer divergence effectively promotes the rising movement of water vapor in the lower layer. In the process of heavy precipitation weather， the vertical movement and bit vortex development have some instructive significance for the heavy rainfall fall area and intensity forecast in the reservoir area. On the radar echo， the time of adverse wind area governor and "train effect" ， which have a good reference significance for rainstorm weather.

Key words Heavy Precipitation Vortex; Train Effect

江西省自2019年以來降水偏多，防汛形勢嚴峻，雨季（3—6月）時間長，降水過程集中、局地性強，全省各主要江河發(fā)生暴洪風險等級高。為減少洪澇災害損失，合理利用和保護水資源，科學開展庫區(qū)降水面雨量預報工作非常必要。東津水庫位于江西省西北部修水縣境內(nèi)修河上游（銅鼓、修水境內(nèi)），水庫壩址以上流域面積1 080 km2，多年平均流量30.2 m3/s，為多年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位190 m，設(shè)計洪水位196.5 6 m，屬省內(nèi)中型水庫[1-2]。

修河屬鄱陽湖水系，三面環(huán)山，其中北、西以幕阜山脈和大侈山為主，南面上游部分為九嶺山脈。受亞熱帶濕潤季風氣候影響，流域內(nèi)汛期炎熱多雨，流量極不穩(wěn)定，水位變幅大，較低的地方極易受到暴雨山洪災害的影響。由于地形復雜，近年來東津水庫暴雨頻發(fā)，造成嚴重災害。暴雨過程的突發(fā)性、局地性強，出現(xiàn)時間及強度預報難度較大。王福俠等[3]指出充足的水汽輸送、強的動力條件以及高降水效率是極端降水的重要原因。朱乾根等[4]研究發(fā)現(xiàn)低空急流與高空西風急流的耦合是強暴雨發(fā)生的關(guān)鍵指標。冉仙果等[5]通過分析發(fā)現(xiàn)，垂直速度、渦度和假相當位溫等物理因子和的“列車效應(yīng)”對預報持續(xù)性暴雨有較好的指示意義。每年的4—7月為東津水庫的集中降雨期，也是水庫汛期氣象服務(wù)的關(guān)鍵期。水庫入汛、出汛時間以及汛期總雨量的科學預測，直接關(guān)系到庫區(qū)防洪調(diào)度決策，對保障當?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全具有重要意義，做好汛期庫區(qū)面雨量預報是做好全年水庫氣象服務(wù)的關(guān)鍵[6]。本文利用自動站觀測資料，分析2020年6月30日顯著影響東津水庫水位的暴雨天氣過程，探索出影響東津水庫極端暴雨的發(fā)生發(fā)展機制，研究成果對科學指導庫區(qū)防汛、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活等方面具有重要意義。

1 降水概況與庫區(qū)水情

2020年6月29日08：00～7月2日08：00，江西北部和中部地區(qū)先后出現(xiàn)較大范圍的暴雨到大暴雨天氣（圖1），有875站次（含水文站）出現(xiàn)暴雨，331個站次出現(xiàn)大暴雨，9個站次出現(xiàn)大暴雨，最大為上饒市廣信區(qū)鄭坊站357 mm。此次過程東津水庫（圖中方框區(qū)域）受強降水影響明顯，降水過程造成庫區(qū)水位在3 d內(nèi)由187.5 m上升至192.0 m，超出汛限2 m，給庫區(qū)防汛工作帶來較大的壓力。

流域測站最大雨強為18 mm，持續(xù)時間為6～10 h左右，在流域測站最大降雨出現(xiàn)后的8～12 h內(nèi)，水庫流量迅速增加，7月1日15：00～18：00出現(xiàn)最大雨強，最大雨強出現(xiàn)前有雨的時間為8～10 h，累計雨量越大，庫區(qū)漲水時間距離最大降雨出現(xiàn)的時間越短。在7月1日00：00庫區(qū)水位開始快速高漲，至7月2日00：00水位由187.5 m上升至192.0 m，超過庫區(qū)汛限2 m（圖2）。說明入庫水位上漲對強降水有較好的響應(yīng)，但存在8～12 h的時間差。

2 強降水過程分析

2.1 天氣形勢及環(huán)流背景

此次暴雨過程發(fā)生在一定的天氣形勢條件下，29日08：00 500 hPa高空形勢圖上（圖3），亞洲中高緯為“一槽一脊”型的環(huán)流形勢，中槽位于內(nèi)蒙古中部，槽底延伸至安徽—湖南一帶，副熱帶高壓588線穿過江西中部，脊線在21°N，西脊點在108°E附近，低渦位于我國東北地區(qū)，低渦后部有冷空氣補充南下。6月29日08：00湖北至湖南副高850 hPa貴州中部—湖南中部—江西北部有顯著西南氣流輸送水汽，最強風速達26 m/s;山東至湖南北部有切變存在;29日20：00，低槽過境，槽底移動至廣西北部;6月30日—7月1日南支槽不斷生成東移，850 hPa西南氣流和切變繼續(xù)維持，庫區(qū)流域修水和銅鼓站處在槽前西南氣流中。850 hPa溫度脊和地面倒槽東移南壓至福建北部、贛南至廣東一帶[7]。受高空冷槽、中低層切變和溫度脊的共同影響，6月29日—7月1日東津水庫出現(xiàn)了暴雨到大暴雨天氣。

2.2 水汽條件

暴雨發(fā)生需要一定的水汽條件，王秀明等[8]通過數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，大氣低層濕度對風暴的組織結(jié)構(gòu)有較大影響，中—高濕度環(huán)境更有利于形成高度組織化的颮線。從水汽通量、水汽通量輻合兩方面分析此次過程的水汽條件，低層均有明顯的水汽輸送（圖4）。暴雨發(fā)生前，6月29日—30日水汽輸送通道分別位于桂東—湘南—贛北一線，最大水汽通量數(shù)值為15～20 g/（g.cm-1.hPa-1.s-1）。庫區(qū)暴雨發(fā)生區(qū)域均有較強的水汽輻合，新余—萍鄉(xiāng)—上饒一帶水汽輻合為-8×10-5/（g.cm-2.hPa-1.s-1）。可見，東津庫區(qū)上游暴雨發(fā)生前有充足的水汽輸送和水汽輻合，從低層到高層整層水汽均較好，低層水汽通量散度場顯示低層有強的水汽輻合、高層水汽輻散，且維持了6～8 h，水汽在中低層大量積聚，低層輻合和高層輻散所形成的“抽吸作用”有效促進了低層水汽的上升運動，更有利于強降水天氣的發(fā)生[9]。圖5給出了庫區(qū)流域（114°E～114.5°E，28°N～29°N）6月29日—7月1日過程區(qū)域平均相對濕度，可以看出6月29—30日整層相對濕度在90%以上，有利于暴雨的發(fā)生。

2.3 動力條件

從兩次對流性過程的散度場來看（圖6），6月29日08：00地面輻合線位于庫區(qū)上游至上饒一帶，200 hPa有中心值為0.25×10-6s-1輻散區(qū)，925 hPa上輻合為1.0×10-6s-1，850 hPa上為-0.4×10-6s-1的輻合區(qū)，此時在贛北北部地區(qū)有多個對流在輻合帶上生成，呈東西向分布。隨著高空低槽和低層切變東移，30日20：00地面輻合線東移南壓，200 hPa輻散區(qū)為0.3×10-6s-1，700 hPa、850 hPa為-0.2×10-6s-1、-0.4×10-6s-1輻合區(qū)，輻合層高度增加，加強了上升運動，有利于加強降水，對應(yīng)的庫區(qū)下游銅鼓部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局地出現(xiàn)大暴雨[10]。7月1日200 hPa上江西上空為0.5×10-6s-1的輻散區(qū)，850 hPa在庫區(qū)流域為-0.2×10-6s-1的輻合區(qū)，在低層輻合和高層輻散的作用下，銅鼓地區(qū)出現(xiàn)短時強降水。7月2日08：00鋒面南壓至贛中北部地區(qū)，850 hPa上鋒面附近為0.3×10-6s-1的輻散區(qū)，上升運動轉(zhuǎn)為下沉運動，強對流天氣過程結(jié)束。

強上升氣流長時間維持是產(chǎn)生局地暴雨的必要條件[11]。6月29日09：00開始修水站由下沉運動轉(zhuǎn)為上升運動，中心值為0.2×10-1，出現(xiàn)在850 hPa附近，30日08：00 850～700 hPa上升氣流旺盛，中心值為0.8×10-1，強上升運動將低層暖濕氣流抬升至高層，為短時強降水的產(chǎn)生和維持提供了充足的水汽和動力條件（圖7）。

7月1日修水站08：00～20：00整層為上升運動，中心值為-1.4×10-1，出現(xiàn)在800 hPa附近。銅鼓站08：00～20：00上升運動伸展至600 hPa，中心值為-0.6×10-1，出現(xiàn)在700 hPa附近，這種低層輻合、高層輻散的抽吸效應(yīng)利于庫區(qū)建立深厚的垂直上升區(qū)，為強降水提供了有利的動力抬升條件，也是此次暴雨過程強度較高的重要因素[12]。

2.4 熱力條件

江西西北部東津水庫流域上空存在深厚濕層和高濕舌，低層中尺度風場和水汽的輻合抬升以及特殊的地形條件，促成了該地區(qū)強降雨的發(fā)生發(fā)展及維持（圖8a）。暴雨發(fā)生低層有較強的西南風，低層有暖平流，濕層深厚，不穩(wěn)定能量Cape值為871 J/kg，為該地區(qū)暴雨天氣發(fā)生提供了充足的水汽和熱力條件（圖8b）。庫區(qū)流域平均位渦時序圖（圖9），可以看出在強降水發(fā)生前7月29日08：00，對流層高層300 hPa存在一個中心值為0.6 PVU的位渦庫，一直延伸至700 hPa附近。6月30日—7月1日位渦庫向下伸展，正渦柱向下延伸并隨高層位渦向東移動，向下發(fā)展的低渦進一步加強了低層輻合，促進了上升運動的發(fā)展。