一次贛中區(qū)域性暴雨成因及閃電特征分析

計博嚴(yán)，鄭勁光，聶道洋

(1. 江西省大氣探測技術(shù)中心，330096，南昌；2. 江西省撫州市氣象臺，344000，江西，撫州)

0 引言

暴雨是我國主要災(zāi)害性天氣之一，常造成洪澇和引發(fā)山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，對人們的生產(chǎn)、生活帶來極大的危害，許多氣象工作者對當(dāng)?shù)氐谋┯隁夂蛱卣?、形成機理開展了大量研究[1-4]。楊曉軍等[5]對2018 年 7 月 23 日青藏高原東北側(cè)邊坡的臨夏北部、蘭州西部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨過程中尺度系統(tǒng)特征進行了分析，指出西太平洋副熱帶高壓邊緣高溫高濕的大氣環(huán)境為強對流暴雨的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件，邊界層的中尺度風(fēng)速脈動、地面輻合線及特殊地形是觸發(fā)中尺度對流系統(tǒng) MCS發(fā)生、發(fā)展的主要因子。王曉麗等[6]對2014年7月22—23日發(fā)生在山西省南部的一次局地強暴雨天氣過程進行分析，發(fā)現(xiàn)不同暴雨點的雷達特征不同，分別是由“列車效應(yīng)”和在局地生成強回波并穩(wěn)定維持造成的；多普勒雷達徑向速度圖上徑向風(fēng)向風(fēng)速的變化和各層風(fēng)場的水平及垂直結(jié)構(gòu)變化，對中尺度系統(tǒng)發(fā)展演變及對流降水強度的變化有很好的指示意義。近10年來，隨著閃電定位站網(wǎng)加密部署和閃電探測資料的積累應(yīng)用，已有不少氣象工作者對暴雨過程閃電特征進行了研究。鐘思奕等[7]對2016 年6月19日江西北部地區(qū)出現(xiàn)的大暴雨天氣過程雷達回波與閃電特征進行分析，指出這次暴雨過程負(fù)地閃的頻數(shù)遠(yuǎn)超過了正地閃，占總地閃的95%以上，閃電均發(fā)生在大于50 dBz 的雷達回波內(nèi)，地閃分布與雷達回波強度有很好的對應(yīng)關(guān)系，地閃密集區(qū)隨強回波中心移動，同時地閃密度隨著回波強度增大減小，總體上呈增強(減弱)趨勢。

江西贛中地區(qū)吉安市西部有羅霄山脈，南部有雩山山脈，北部為玉華山，中部為吉泰盆地；贛中撫州市地處武夷山西麓，境內(nèi)東、西、南三面環(huán)山，中部丘陵與河谷盆地相間，贛中地區(qū)是江西省4—7月汛期暴雨頻發(fā)中心。近年來，關(guān)于江淮地區(qū)梅雨鋒暴雨的大尺度環(huán)流、水汽輸送、動力與熱力不穩(wěn)定條件的研究已經(jīng)很多[8-13]，但是對贛中地區(qū)暴雨過程中尺度系統(tǒng)與閃電特征的研究尚不多見。2019年6月8日08:00至9日20:00贛中地區(qū)吉安、撫州2市出現(xiàn)區(qū)域性暴雨、局部特大暴雨天氣過程。本文試圖通過天氣形勢、中尺度系統(tǒng)演變和閃電探測資料，探討這次強降水發(fā)生的環(huán)境場和雷電特征，進一步認(rèn)識這次強降水的成因，以期為今后贛中區(qū)域性暴雨預(yù)報和雷電防護提供思路和參考依據(jù)。

1 暴雨天氣實況

1.1 暴雨過程雨量與雨強特征

2019年汛期6月8—9日江西省贛中地區(qū)(吉安市、撫州市)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨、部分大暴雨，給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防洪設(shè)施、家庭財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。據(jù)江西中尺度區(qū)域天氣監(jiān)測網(wǎng)資料統(tǒng)計分析，這次降水過程共出現(xiàn)5站次特大暴雨、239站大暴雨、225站暴雨，過程雨量以吉安市吉州區(qū)禾埠鄉(xiāng)370.6 mm為最大(圖1(a))。從逐小時雨量實況分析(圖1(b))，主要降水時段集中在8日19:00至9日06:00、9日11:00—14:00，有273站次出現(xiàn)1 h超過20 mm的短歷時強降水，其中撫州市樂安縣羅陂鄉(xiāng)8日19:00—21:00連續(xù)出現(xiàn)小時雨強51.5 mm、49.1 mm短歷時強降水，吉安市吉州區(qū)禾埠鄉(xiāng)8日23:00出現(xiàn)小時雨強77.3 mm強降水。

圖1 2019年6月8日08:00至9日20:00贛中地區(qū)雨量實況(a)，吉安市禾埠、撫州市羅陂氣象站逐小時雨量(單位：mm)及短歷時強降水(小時雨強≥20 mm )站數(shù)時序圖(b)

1.2 暴雨過程閃電特征

有研究表明，閃電與強降水空間分布有較好的一致性，閃電頻數(shù)和負(fù)閃比例與短時強降水時間變化趨勢存在一致性[14]。為了探討這次暴雨過程閃電特征，對這次贛中地區(qū)(113.5°～117.5°E，26°～28.5°N)暴雨過程總閃電頻數(shù)、云地閃與云閃、正閃與負(fù)閃頻數(shù)及占比進行統(tǒng)計分析。6月8日08:00至9日20:00贛中地區(qū)總閃電頻次達76 281次，其中云地閃頻次達46 713次，占總閃電頻次的61.2%，云閃頻次29 568次，占38.8%；從閃電極性分析，負(fù)閃頻次61 819次，占總閃電頻次的81.1%，正閃頻次14 462次，占18.9%。對降水時段逐小時閃電頻次進行分析(圖2)，閃電主要集中出現(xiàn)在8日17:00至9日06:00及9日11:00—14:00，其中以云地閃和負(fù)閃為主；強降水時段，云地閃明顯多于云閃。與短時強降水時段相比，閃電頻次集中出現(xiàn)開始時間與短時強降水發(fā)生時間并不完全相一致，較短時強降水發(fā)生時間提前近2 h，結(jié)束時間基本一致。

圖2 2019年6月8日08:00至9日20:00贛中地區(qū)逐小時云地閃、云閃頻次及比例分布(a)，負(fù)閃、正閃頻次及比例分布圖(b)

由此可見，本次暴雨過程強度強，出現(xiàn)了5站特大暴雨，過程雨量最強達370.6 mm，最大小時雨強77.3 mm，并伴有明顯雷電。強降水與雷電關(guān)系密切，強降水過程中均伴有明顯強雷電，強雷電較短時強降水發(fā)生時間提前約2 h，有明顯指示意義，但結(jié)束時間基本一致。

2 環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2.1 高低空環(huán)流形勢

6月8日08:00時200 hPa南亞高壓位于中南半島印緬一帶，其東側(cè)一致為西北氣流，江西中北部處在高空西北急流出口右側(cè)輻散分流區(qū)中(圖3(a))，這種高層輻散產(chǎn)生抽吸作用，有利于加強中低層上升運動。500 hPa低緯度地區(qū)，副熱帶高壓偏強，呈東西帶狀分布，副高脊線位于21°N附近(圖3(b))。中高緯度地區(qū)表現(xiàn)為“二槽一脊”型，貝加爾湖為高壓脊區(qū)，巴爾喀什湖為低壓槽區(qū)，我國東北有一冷渦，其低槽尾部南伸到30°N，低緯地區(qū)在重慶-貴陽-百色有南支低槽，槽前西南氣流為水汽輸送帶；同時東北冷渦低槽后西北氣流攜帶干冷空氣疊加在南支槽前暖濕氣流之上，有利于形成了大氣不穩(wěn)定層結(jié)，為此次暴雨的產(chǎn)生提供了熱力不穩(wěn)定條件。

2.2 地面形勢

暴雨發(fā)生之前，6月8日08:00地面圖在貝加爾湖附近有一個1 012.5 hPa冷高壓中心，其脊南伸到我國河套地區(qū)；我國東北地區(qū)有東北低壓活動，在我國河套西部和西南地區(qū)川、黔、滇3省交界處有熱低壓發(fā)展(圖4(a))。8日14:00在贛中地區(qū)撫州市南部至吉安東部有地面輻合線生成，并且在輻合線附近ΔP3達-1.2～-1.5 hPa，3 h負(fù)變壓明顯低于日變化值。對20:00地面風(fēng)場進一步分析，在江西贛中地區(qū)明顯存在地面中尺度輻合線和中尺度低壓(圖4(b))，地面輻合線和中尺度低壓對水汽輻合和上升運動的維持起到重要作用，其生成和維持為暴雨、大暴雨形成提供了有利的強對流觸發(fā)機制和動力抬升條件。

(藍色線為等高線，單位：dagpm，棕色線為槽線，D表示低渦位置)

(綠色線為等壓線，單位：hPa，D表示低氣壓環(huán)流中心)

3 中尺度系統(tǒng)特征

中尺度對流系統(tǒng)(MCS)的時間尺度≥ 3 h，空間尺度≥100 km。對于多普勒雷達回波而言， MCSs定義為對流區(qū)的組合反射率因子≥40 dBz，回波區(qū)域范圍大于100 km，持續(xù)時間在3 h以上[15]。這次暴雨過程撫州市樂安縣羅陂鄉(xiāng)6月8日19:00—21:00連續(xù)出現(xiàn)小時雨強達51.5 mm、41.9 mm短歷時強降水，為了探討短歷時強降水時段中尺度系統(tǒng)演變特征，對撫州市多普勒雷達回波進行分析。

6月8日18:00在撫州市樂安縣中部到吉安市永豐縣一帶有強度超過45 dBz的對流回波，為多單體風(fēng)暴積層混合回波；18:00—21:00對流回波帶向東南發(fā)展，其后部不斷有回波生成，具備明顯的后向傳播特征，回波帶總體東移南壓，南下移動速度在35 km/h左右，強度維持在45 dBz以上(圖5)。對樂安-永豐一帶對流云回波進行垂直剖面分析(圖6)，回波高度伸展到12 km左右，45 dBz及以上強回波集中在6 km高度以下，對比8日20:00探空資料分析，0 ℃層高度在5 030 m高度，為典型暖云降水，有利于短時強降水的發(fā)生。

圖5 2019年6月8日18:01(a)、19:04(b)、20:02(c)、21:05(d)撫州多普勒雷達組合反射率因子(單位：dbz)

圖6 2019年6月8日19:04撫州多普勒雷達反射率因子剖面圖

對撫州市多普勒雷達徑向速度分析(圖略)，零等速度線呈現(xiàn)“S”型，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，低層有暖平流。在樂安-宜黃一帶出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，低層風(fēng)向與多單體強回波帶移向交角小，回波移動緩慢，長時間影響贛中地區(qū)，形成“列車效應(yīng)”。

4 結(jié)論

本文利用常規(guī)氣象觀測資料、多普勒雷達資料、NCEP 1°×1°再分析資料，從環(huán)流背景、水汽條件、抬升條件、熱力不穩(wěn)定條件及中尺度系統(tǒng)演變等方面對2019年6月8—9日贛中區(qū)域性暴雨成因進行綜合分析，得出以下結(jié)論。

1)本次暴雨過程強度強，出現(xiàn)了5站特大暴雨，過程雨量最強達370.6 mm，最大小時雨強77.3 mm，并伴有明顯雷電，并以云地閃和負(fù)閃為主。強降水與雷電關(guān)系密切，強降水過程中均伴有明顯強雷電，強雷電較短時強降水發(fā)生時間提前約2 h，有明顯指示意義。

2)此次暴雨過程是一次典型暖區(qū)強對流暴雨，500 hPa低槽、中低層低渦、切變線、低空西南急流、地面中尺輻合線、中尺低壓是暴雨主要影響系統(tǒng)。南亞高壓東部脊輻散分流區(qū)疊加中低層切變輻合區(qū)，為暴雨提供了動力抬升條件；東北冷渦低槽后部西北氣流攜帶干冷空氣疊加在南支槽前暖濕氣流之上，加劇大氣不穩(wěn)定層結(jié)，為暴雨提供了熱力不穩(wěn)定條件。

3)短歷時強降水是由多單體強風(fēng)暴造成的，具備后向傳播特征，為典型暖云回波降水，降水效率高。強降水時段低層有暖平流，高層冷平流，低層風(fēng)向與多單體強回波帶移向交角小，形成“列車效應(yīng)”。