雷達(dá)氣候?qū)W分析方法在2020年汛期強(qiáng)降水中的應(yīng)用

楊金紅，郭建俠，王 佳，康家琦，劉 圓，石 城

(中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，北京 100081)

0 引言

每年長(zhǎng)江流域暴雨頻繁，使長(zhǎng)江成為一條雨洪河流，可形成全流域或地區(qū)性大水[1]。研究表明中國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端降水呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)[2，3]。2020年，中國(guó)南方降水極端性強(qiáng)，梅雨季時(shí)間和降雨量打破了1961年以來(lái)的歷史記錄，南方地區(qū)階段性強(qiáng)降水突出[4，5]。張芳華[6]等、陳濤[7]等、王永光[8，9]等、邱輝[10]等均利用自動(dòng)氣象站雨量資料、NCEP資料、探空資料等分析汛期降水的極端特性。目前雷達(dá)氣候?qū)W在降水分析中的文獻(xiàn)較少，管理[11]等從雷達(dá)氣候?qū)W的角度分析了上海地區(qū)暖季午后的特征，王國(guó)榮[12]等將雷達(dá)氣候?qū)W應(yīng)用在雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)控方面。文章主要嘗試?yán)美走_(dá)組網(wǎng)拼圖資料，結(jié)合地面降水資料分析2020年汛期長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水量異常的特征，從雷達(dá)氣候?qū)W的角度分析造成長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水異常的原因。

1 長(zhǎng)江流域地面降水監(jiān)測(cè)分析

文章使用的地面降水資料來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心研發(fā)的綜合氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)質(zhì)控后的全國(guó)地面自動(dòng)考核站降水資料。全國(guó)地面自動(dòng)考核站6月1日-7月13日累積降水400 mm以上的站點(diǎn)主要分布在長(zhǎng)江中下游地區(qū)。長(zhǎng)江中下游7省市(渝贛皖鄂湘蘇浙)有5795個(gè)自動(dòng)氣象站(占7省市總站數(shù)61%)累積降雨量超過(guò)400 mm，643個(gè)自動(dòng)氣象站累積降雨量超過(guò)800 mm，176個(gè)自動(dòng)氣象站累積降雨量超過(guò)1000 mm，多個(gè)站的降水資料超過(guò)歷史極值?？梢?jiàn)強(qiáng)降水的范圍廣，強(qiáng)度大。長(zhǎng)江中下游地區(qū)800 mm以上的降雨量主要分布在3個(gè)區(qū)域：1)湖北東部到安徽西南部大別山區(qū)；2)江西東北部、安徽南部、浙江西部地區(qū)；3)湖北西南部、湖南西北部、重慶的東南部地區(qū)。3個(gè)區(qū)域中區(qū)域2出現(xiàn)超過(guò)1000 mm降雨量的站數(shù)較多，最大累積降雨量為1，515.2 mm，出現(xiàn)在安徽云谷寺，該站43 d中有34 d出現(xiàn)降水，其中7月有4 d的日降水量超過(guò)100 mm，可見(jiàn)強(qiáng)降水的強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

除上述的降水特點(diǎn)外，區(qū)域內(nèi)短時(shí)強(qiáng)降雨強(qiáng)度大、階段性也強(qiáng)。長(zhǎng)江中下游7省市有943個(gè)自動(dòng)氣象站(占比10%)出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)大于50 mm的降水，6月27日有66個(gè)自動(dòng)氣象站出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)大于50 mm的降水，其中湖北最多，有39個(gè)站。除此，43 d內(nèi)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到50 mm以上降水量的站數(shù)多于20個(gè)站的強(qiáng)降水階段過(guò)程有5個(gè)，即6月5日、9—15日、27—28日、6月30日—7月2日、7月6日—10日強(qiáng)降水過(guò)程。

2 雷達(dá)資料監(jiān)測(cè)分析

雷達(dá)回波強(qiáng)度的大小一定程度上可反映降水量的大小，回波移動(dòng)緩慢可導(dǎo)致持續(xù)性降水[13-15]。因此，從雷達(dá)氣候?qū)W的角度分析降水的分布特征是一種新的嘗試方法。文章使用的雷達(dá)資料是經(jīng)中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心研發(fā)的綜合氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)質(zhì)控后6月1日—7月10日的雷達(dá)拼圖資料，資料時(shí)間分辨率是10 min。

2.1 6月5日強(qiáng)降水階段雷達(dá)回波分析

5日03：00，在湖南東部、江西中部有新的強(qiáng)降水回波出現(xiàn)；07：00，40 dBz以上的強(qiáng)降水回波主要分布在江西大部地區(qū)，同時(shí)在安徽的東南部、江蘇南部、上海出現(xiàn)多個(gè)強(qiáng)回波中心；10：00左右(圖1)，強(qiáng)降水回波演變成兩個(gè)回波主體，第1個(gè)主要分布在安徽合肥至上海一帶，第2個(gè)分布在湖南東部、江西中部、浙江南部、福建西北部；至15：00，第1個(gè)回波主體發(fā)展演變成由多個(gè)對(duì)流單體形成的帶狀強(qiáng)回波短帶，最大反射率因子55 dBz，這給安徽的南部、浙江北部一帶帶來(lái)強(qiáng)降水；第2個(gè)回波主體發(fā)展演變成由大量的分布不均的小強(qiáng)對(duì)流單體組成，主要給江西南部、東北部帶來(lái)短時(shí)強(qiáng)降水；至21：00，兩個(gè)回波主體的強(qiáng)度、范圍均減弱，強(qiáng)回波主體移出長(zhǎng)江中下游地區(qū)。

2.2 6月9日—15日強(qiáng)降水階段雷達(dá)回波分析

9日16：00，在湖北、湖南、江西分布著小的對(duì)流單體；至18：00，對(duì)流單體的數(shù)量不斷增多，并逐漸向東移動(dòng)發(fā)展；至23：00，大部分對(duì)流單體主要分布在安徽南部、湖南中部；至10日08：00，對(duì)流單體演變成范圍比較廣且回波強(qiáng)度不大的回波帶，分布在浙江、上海、江蘇南部。同時(shí)在安徽的北部有1塊范圍比較廣且強(qiáng)度在40 dBz左右的回波塊向東南方向移動(dòng)，影響到安徽全省、江蘇大部地區(qū)和浙江北部，給這一帶地區(qū)帶來(lái)強(qiáng)降水。12日，又一輪降水回波在湖北中部、安徽北部、江蘇北部生成，逐漸向東移動(dòng)發(fā)展，13：30，回波演變成1條橫跨安徽、江蘇的東北-西南向且排列緊密的颮線(xiàn)回波，最大回波強(qiáng)度達(dá)到55 dBz，在東移過(guò)程中，颮線(xiàn)結(jié)構(gòu)發(fā)展成由分布不均的排列不緊湊的多個(gè)強(qiáng)回波單體組成，19：00移出陸地，此輪降水回波給這一帶地區(qū)帶來(lái)了持續(xù)性較長(zhǎng)的強(qiáng)降水和極端性降水。同時(shí)位于湖北中東部、河南南部又一輪降水回波生成，逐漸向東移動(dòng)發(fā)展、影響到安徽中南部、江蘇南部上海，至14日09：00，此次過(guò)程基本結(jié)束。15日04：00，安徽大部、江蘇中部又一輪降水回波出現(xiàn)，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，范圍也不斷擴(kuò)大，到11：00，最強(qiáng)的回波達(dá)到55 dBz，范圍也廣，此輪降水回波至15：00夜間才趨于消散。

從上述分析中可以看出，此階段，長(zhǎng)江中下游地區(qū)經(jīng)歷了5次大范圍的降水回波覆蓋過(guò)程，回波的“列車(chē)效應(yīng)”明顯，且回波較強(qiáng)，強(qiáng)回波范圍廣，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3 6月27日—28日強(qiáng)降水階段雷達(dá)回波分析

6月27日02：00，在四川盆地、重慶大部地區(qū)分布著比較強(qiáng)的降水回波，回波強(qiáng)度在40 dBz左右，回波維持少動(dòng)，到14：00，回波向東北方向擴(kuò)散，延伸至湖北、河南等地，且在江漢地區(qū)生成多個(gè)強(qiáng)度在50 dBz左右的對(duì)流單體，對(duì)流單體進(jìn)一步發(fā)展演變，到22：00(圖2)，35 dBz以上的回波范圍集中在湖北、河南、安徽北部、江蘇中部地區(qū)，且回波一直維持在這一帶發(fā)展，直到29日07：00，此輪強(qiáng)降水的回波主體移出上述地區(qū)，可見(jiàn)，此階段主要是由于強(qiáng)降水回波的維持少動(dòng)造成了長(zhǎng)江中下游地區(qū)出現(xiàn)了洪澇災(zāi)害。

圖2 6月27日22:00雷達(dá)基本反射率拼圖

2.4 6月30日—7月2日強(qiáng)降水階段雷達(dá)監(jiān)測(cè)分析

6月30日12：00，強(qiáng)降水回波主要集中在湖南東北、江西中北部、重慶南部地區(qū)，最大回波強(qiáng)度為55 dBz，并且逐漸向南偏東方向移動(dòng)，回波強(qiáng)度變化不大，19：00以后，強(qiáng)度與范圍有所減小。7月1日09：00，重慶大部、湖南、江西中部分布有一條帶狀的強(qiáng)回波，且維持少動(dòng)，至15：00，帶狀回波才開(kāi)始減弱，回波開(kāi)始消散。到7月2日06：00又一輪降水回波開(kāi)始影響湖北西部大部地區(qū)，回波主體逐漸向東南方向移動(dòng)，到10：00，湖北大部、湖南北部有強(qiáng)降水發(fā)生，12：00，強(qiáng)降水的回波面積進(jìn)一步擴(kuò)大，分布在湖北大部、湖南北部大部、安徽大部，19：00，回波主體移出湖北，主要分布浙江大部、安徽南部、江西北部、湖南東北部地區(qū)，至3日凌晨，強(qiáng)回波主體移出上述地區(qū)。此階段的降水回波特點(diǎn)是強(qiáng)回波覆蓋范圍廣、維持時(shí)間長(zhǎng)[16，17]。

2.5 7月6日—10日強(qiáng)降水階段雷達(dá)監(jiān)測(cè)分析

此次強(qiáng)降水過(guò)程時(shí)間較前幾次更長(zhǎng)。5日夜間，長(zhǎng)江中游地區(qū)又一輪新的強(qiáng)降水生成，主要分布在湖北南部、安徽南部、江西北部，到6日03：00，形成一條橫跨東西向的帶狀回波，分布在湖南北部、湖北南部、安徽南部、浙江北部、江蘇南部、上海等地，且回波逐漸向東移動(dòng)，范圍、強(qiáng)度變化不大，到6日15：00，強(qiáng)回波的范圍有所減小，但回波主體向北擴(kuò)展。7日，該地區(qū)又一輪強(qiáng)降水出現(xiàn)，呈現(xiàn)窄帶狀。8日10：00，回波主要分布在江西北部、安徽南部、湖北南部、湖南東北部，且回波主體逐漸向東南方向移動(dòng)發(fā)展變化，8日夜間，回波主體開(kāi)始發(fā)散，強(qiáng)度在減弱。此階段的降水回波特點(diǎn)是強(qiáng)回波橫跨東西向、覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)6月1日—7月15日長(zhǎng)江中下游地區(qū)連續(xù)5個(gè)階段強(qiáng)降水過(guò)程的雷達(dá)資料監(jiān)測(cè)分析，得出以下結(jié)論：

1)利用雷達(dá)氣象學(xué)分析方法分析2020年長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端強(qiáng)降水過(guò)程的降水特征是可行的；

2)從雷達(dá)回波演變看，2020年汛期長(zhǎng)江中下游地區(qū)回波雨帶呈現(xiàn)的特點(diǎn)是回波強(qiáng)度局地性較大、強(qiáng)回波分布范圍廣、回波雨帶移動(dòng)緩慢、回波的“列車(chē)效應(yīng)”明顯，尤其在6月9日—15日，經(jīng)歷了5次強(qiáng)降水過(guò)程，直接導(dǎo)致了地面階段性重復(fù)出現(xiàn)降水；

3)從6月1日—7月10日雷達(dá)回波分析結(jié)果看，降水回波所經(jīng)過(guò)的區(qū)域、影響范圍與地面降水落區(qū)的位置、強(qiáng)度、范圍基本一致。