一次梅雨鋒大暴雨過程的初步分析

錢宏超，馬中元，何 文，蘇俐敏，鐘思奕，王立志

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.宜春市氣象局，宜春 336000；3.中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029)

0 引言

江西省地處中國長江中下游地區(qū)，每年的6月中旬到7月上旬為江淮梅雨期，梅雨鋒是主要的降水系統(tǒng)，可帶來豐富水資源的同時(shí)也經(jīng)常引發(fā)暴雨災(zāi)害，是江西省汛期的主要防御對象，其特點(diǎn)是尺度大、影響時(shí)間長、降雨量大，非常容易造成洪澇及各類次生衍生災(zāi)害。陶詩言[1，2]等研究表明，梅雨與大氣環(huán)流形勢的突變相聯(lián)系。除了天氣尺度的背景形勢，暴雨的產(chǎn)生更是直接由各種中小尺度系統(tǒng)造成，天氣尺度和中小尺度系統(tǒng)的相互作用是大暴雨產(chǎn)生的根本機(jī)制。尹潔[3]等對2010-06-19梅雨鋒特大暴雨的研究指出，梅雨鋒暴雨是由中α、中β和中γ等多種尺度組合造成。倪允琪[4]等研究給出了梅雨鋒暴雨的多尺度物理模型，提出了梅雨鋒上α中尺度和β中尺度天氣系統(tǒng)的特征和配置關(guān)系。鄭婧[5]等研究表明多尺度系統(tǒng)的協(xié)同作用和穩(wěn)定維持，使西南急流異常強(qiáng)盛，暴雨區(qū)上空強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)、高空強(qiáng)輻散、低空強(qiáng)輻合與中尺度系統(tǒng)的發(fā)展互相耦合，導(dǎo)致梅雨鋒上出現(xiàn)大暴雨。茍阿寧[6]等研究則強(qiáng)調(diào)了列車效應(yīng)在梅雨鋒大暴雨中的重要作用，回波上的帶狀對流對強(qiáng)暴雨的產(chǎn)生十分關(guān)鍵。這些研究表明在梅雨鋒上存在多種尺度組合的暴雨，江淮梅雨期出現(xiàn)的頻繁暴雨過程也一直受到國內(nèi)外氣象學(xué)者的特別關(guān)注[7-13]。

文章將利用常規(guī)觀測資料、Micaps形勢場資料、FY4云圖產(chǎn)品資料和雷達(dá)回波拼圖產(chǎn)品資料對此次大暴雨過程展開初步分析，以期為今后梅雨鋒暴雨的預(yù)報(bào)服務(wù)工作提供參考。

1 實(shí)況及災(zāi)情

從宜春市實(shí)況降雨來看：8日主降雨帶位于宜春北部，9日略有南壓，10日則以東部分散的強(qiáng)降水為特點(diǎn)。3 d累計(jì)宜春降水量均在100 mm以上，東部局部超過350 mm，降雨持續(xù)時(shí)間長，短時(shí)強(qiáng)降水明顯，累積雨量大。

以高安站逐小時(shí)降雨量來看，降雨主要分為3個(gè)階段：一是7日14：00～8日17：00；二是9日05：00～11：00；三是10日07：00～15：00。其中8日夜間和10日中午前后對流性最強(qiáng)，短時(shí)強(qiáng)降水明顯，以20：00為日界，出現(xiàn)連續(xù)3 d大暴雨天氣。逐小時(shí)平均降水量6.19 mm，逐小時(shí)最大降水量為10日13：00—14：00的45.7 mm。

根據(jù)災(zāi)情統(tǒng)計(jì)，宜春市7月6-11日，暴雨洪澇及伴隨強(qiáng)對流天氣共造成585，709人受災(zāi)，因雷擊死亡1人，轉(zhuǎn)移人口14，337人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到6.27億元。其中災(zāi)害最嚴(yán)重的是高安市，受災(zāi)人口265，339人，因雷擊死亡1人，轉(zhuǎn)移安置7375人，直接經(jīng)濟(jì)損失23，919萬元，超過宜春總值的1/3。

2 天氣形勢演變分析

從7日08：00的中尺度分析場可以看出(圖1a)，湖南西部有淺槽東移，整個(gè)贛北處于中低層切變的南側(cè)，贛東北為急流的出口區(qū)，長江以北有冷空氣南下，此時(shí)贛北處于850 hPa比濕大于15 g/kg的廣闊顯著濕區(qū)中，濕區(qū)的南側(cè)中低層有明顯的西南風(fēng)大風(fēng)速帶，700 hPa為12～16 m/s，850 hPa為12～18 m/s，925 hPa為12～18 m/s，均達(dá)到急流的標(biāo)準(zhǔn)。至7日20：00，贛北依然處于南支槽前的位置，隨著冷鋒進(jìn)一步南下，925 hPa切變南壓至贛中北部，與南壓的850 hPa急流出口區(qū)重疊，所以雨帶隨之南壓至贛北一帶，此時(shí)贛北850 hPa比濕為17 g/kg，500 hPa比濕為7 g/kg，表明整層水汽充沛，非常有利于大暴雨的發(fā)生發(fā)展，南昌對流有效位能CAPE為112.7 J/kg，比08：00減少了600 J/kg以上，說明能量釋放的過程劇烈。

8日08：00(圖1b)，隨著一個(gè)短波槽東移和西南急流加強(qiáng)，南面的雨帶略有東移北抬，在贛東北形成準(zhǔn)靜止鋒，贛北850 hPa比濕為15 g/kg，南昌對流有效位能CAPE為509.6 J/kg，是個(gè)能量積累的過程。至8日20：00整個(gè)贛北一直處于槽后偏西北氣流中，伴隨著冷空氣進(jìn)一步南下，贛北九江處的雨帶逐漸南壓，途經(jīng)宜春直到贛中的吉安，由于贛東北持續(xù)處于急流的出口區(qū)，所以此處雨帶一直維持，江西全境比濕大于14 g/kg，南昌對流有效位能CAPE為586.2 J/kg。

圖1 2020-07-07—2020-07-10T08：00天氣系統(tǒng)配置中尺度分析(a)7日08：00；(b)8日08：00；(c)9日08：00；(d)10日08：00

9日08：00(圖1c)，中低層切變東移南壓至吉安、撫州、上饒一線，高空槽東移，槽線位于九江、吉安、贛州一線，宜春西部位于槽后切變的北側(cè)，宜春東部位于槽前切變線的北側(cè)，所以此時(shí)宜春強(qiáng)降水發(fā)生在東南部，贛北850 hPa比濕為14 g/kg，南昌對流有效位能CAPE為302.2 J/kg。9日20：00槽線位于湖南南部，贛南處于槽前，冷空氣也南壓至贛州，中低層切變略有東移南壓，500 hPa贛北為偏北風(fēng)，雨帶南壓至贛州，江西整體比濕大于15 g/kg，南昌對流有效位能CAPE為393 J/kg。

10日08：00(圖1d)，長沙12 m/s的西南風(fēng)與南昌2 m/s的東北風(fēng)形成對吹，造成了宜春地區(qū)14 m/s的風(fēng)速輻合，此時(shí)宜春東南部為冷暖交匯的準(zhǔn)靜止鋒區(qū)，江西整體比濕大于15 g/kg，在午后又觸發(fā)了強(qiáng)對流降雨的發(fā)生。

3 云圖及MCS特征

從云圖(-32 ℃過濾)演變來看，梅雨鋒云系經(jīng)歷了緩慢南壓的過程。07日08:00在東亞大槽底部切變線附近有3個(gè)MCS系統(tǒng)在急流出口加強(qiáng)合并，南支短波槽前有MCS東移，隨后在12：00形成系統(tǒng)性的梅雨鋒云系，梅雨鋒上有多個(gè)MCC發(fā)展并有向急流匯合區(qū)的主體MCS靠攏的趨勢。同時(shí)在梅雨鋒云系主體南側(cè)，有小塊的中小尺度對流云系開始發(fā)展。由于副高壓東退，短波槽也在東移過程中匯入大槽，因此西側(cè)的MCC均向主體MCS合并，并在17:00左右形成云頂亮溫最低、主體范圍最大的MCS主體云團(tuán)。主體MCS的少動(dòng)造成降雨的持續(xù)，不斷有MCC在主體中移動(dòng)，造成局地發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水并形成列車效應(yīng)，造成8日發(fā)生大暴雨。10日08：00梅雨鋒位置偏南，但隨著西南急流的脈動(dòng)，MCS再度加強(qiáng)北抬，北抬過程較為緩慢，MCS的合并新生加強(qiáng)仍是造成宜春東部短時(shí)大暴雨天氣的關(guān)鍵。

4 回波特征及地面中尺度輻合線

從選取的4個(gè)整體回波強(qiáng)度最強(qiáng)的時(shí)刻組合反射率CR產(chǎn)品來看(圖2)，梅雨鋒雨帶回波是典型的絮狀結(jié)構(gòu)，大片的30 dBz以上的強(qiáng)降水區(qū)中有大量點(diǎn)狀、塊狀或帶狀45 dBz以上的強(qiáng)回波中心，表明大片層云降雨云系中中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛。強(qiáng)回波剖面呈現(xiàn)明顯的低質(zhì)心結(jié)構(gòu)，強(qiáng)回波區(qū)或回波帶上有多個(gè)中尺度對流單體密集排列。帶狀回波的方向在7-9日以南壓為主，與移動(dòng)方向有一定夾角，其短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度中等，而10日14:00雖然帶狀回波規(guī)模較小，但與北抬移動(dòng)方向一致，列車效應(yīng)更加明顯，造成高安更強(qiáng)的短時(shí)大暴雨。

圖2 2020-07-07—2020-07-10雷達(dá)拼圖組合反射率與垂直剖面特征

從對應(yīng)圖2時(shí)次地面瞬時(shí)風(fēng)場分析(圖3)，中尺度輻合線與強(qiáng)回波區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，且在梅雨鋒影響的時(shí)間里，江西中北部地區(qū)一直有地面中尺度輻合線存在。中尺度輻合線的維持是中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵觸發(fā)條件，配合低空急流的脈動(dòng)發(fā)展，江淮切變線的南北擺動(dòng)，高空南支低槽的東移等系統(tǒng)進(jìn)行多尺度系統(tǒng)耦合作用，形成了此次連續(xù)大暴雨過程。

圖3 2020-07-07—2020-07-10江西地面風(fēng)場及中尺度輻合線特征

5 結(jié)束語

文章利用常規(guī)觀測資料、Micaps形勢場資料、FY4云圖產(chǎn)品資料和雷達(dá)回波拼圖產(chǎn)品資料等，對2020-07-08—2020-07-10日江西持續(xù)大暴雨過程進(jìn)行了初步分析，主要結(jié)論如下：

1)此次大暴雨過程降雨持續(xù)時(shí)間長，累積雨量大，造成的災(zāi)害明顯，是一次典型的梅雨鋒暴雨天氣過程。強(qiáng)降水存在明顯的日變化，上午前后開始加強(qiáng)，并持續(xù)到下午，傍晚到第2日早上降水相對減弱；降水日變化與中低層西南急流白天加強(qiáng)、晚上減弱的日變化關(guān)系密切，中低層西南急流對大暴雨的發(fā)生發(fā)展起到非常重要的作用。

2)在天氣形勢上表現(xiàn)為地面梅雨鋒和低層江淮切變線穩(wěn)定，低空西南急流強(qiáng)盛且伴有一定脈動(dòng)，濕度環(huán)境十分優(yōu)越，多個(gè)南支短波槽東移觸發(fā)槽前梅雨鋒上對流系統(tǒng)發(fā)展造成連續(xù)大暴雨天氣。

3)云圖上表現(xiàn)為快速發(fā)展的MCS，南側(cè)不斷有MCC觸發(fā)合并從而增強(qiáng)MCS，MCS移動(dòng)演變過程中多次經(jīng)過南昌附近，形成列車效應(yīng)，造成連續(xù)大暴雨的發(fā)生。

4)強(qiáng)降水回波表現(xiàn)為大面積的30 dBz以上回波區(qū)域中鑲嵌多個(gè)塊狀或帶狀且強(qiáng)度超過45 dBz強(qiáng)回波的絮狀結(jié)構(gòu)，在剖面上表現(xiàn)為低質(zhì)心的多個(gè)中尺度對流單體密集排列，當(dāng)單體排列方向與回波移動(dòng)方向一致時(shí)，造成了50 mm/h以上的超強(qiáng)短時(shí)強(qiáng)降水。