宜丰县短时强降水云图回波数值产品特征分析

洪丽霞，马中元，罗 燕，黎辉文，辛玮琦，范小军

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.宜丰县气象局，宜丰 336300)

0 引言

短时强降水是指1 h≥20 mm的降水。在江西，由于降水频繁且雨量较大，短时强降水被定义为：1 h≥30 mm或2 h≥50 mm的降水。江西是暴雨频发省份，尤其是短时强降水，具有明显的局地性和地域性，开展当地短时强降水研究具有十分重要的意义。

国内外专家学者对暴雨中短时强降水进行了大量研究。毛冬艳[1]等(2018)分析表明西南地区短时强降水主要集中在4-10月。任丽[2]等研究表明暴雨是由MCS活动造成的，每次短时强降水均与TBB低值中心相对应。王珏[3]等研究归纳了湖北省6类极端短时强降水MCS模态，其中包括4类线状(尾随层状云、平行层状云、后向扩建类、邻近层状云类)和2类非线状(涡旋状类和层状云环绕类)MCS模态。燕亚菲[4]等研究表明卫星估算与地面实测的降水落区有较好的对应关系。苏俐敏[5]等研究指出短时强降水是由若干个10 min超短时强降水(≥10 mm·10 min-1)组成。这些研究成果为开展宜丰县短时强降水天气的研究，提供了可以借鉴的理论依据。但大多数研究在雷达回波分析上，主要使用单部雷达产品资料，较少应用多部雷达拼图资料来研究短时强降水的回波特征。因此，文章中雷达回波分析和数值预报产品，使用组合反射率CR产品资料。实践证明，雷达拼图资料和数值预报产品范围更大，便于短时强降水的分析与预报[6]。

文章使用江西省自动气象站数据、MICAPS系统云图、江西WebGIS雷达拼图和武汉数值预报产品等资料，对2017-2019年宜丰县4次暴雨和大暴雨过程中的短时强降水特征进行分析，试图总结出宜丰县短时强降水的特征，为做好监测预警预报和开展气象服务提供依据。

1 降水实况

1.1 暴雨和大暴雨

2017-2019年汛期，宜丰县出现4次暴雨和大暴雨天气过程，24 h雨量最小为58.0 mm，最大为152.7 mm，4次暴雨天气都出现了≥30 mm/h的短时强降水天气(表1)。可见，在宜丰县暴雨或大暴雨过程中都伴有短时强降水出现。

表1 2017-2019年宜丰县4次暴雨和大暴雨与短时强降水统计

此次暴雨和大暴雨过程，宜丰县都在暴雨的中心位置。2017年，江西省有1个暴雨中心，宜丰县雨量为58.0 mm，降水维持时间10 h；2018-04-12-2018-04-13，江西省只有1个暴雨中心，宜丰县雨量为63.1 mm，降水维持时间11 h；2019-05-18-2019-05-19，江西省有2个暴雨中心，宜丰县雨量为70.7 mm，降水维持时间9 h；2019-06-18-2019-06-09，江西省大范围暴雨和大暴雨，宜丰县雨量最大为152.7 mm，降水维持时间19 h。

小时平均雨量Rp是日雨量R24与维持时间T24的均值，小时均值越大雨强越大。此次暴雨和大暴雨过程的小时平均雨量Rp分别为：5.80 mm、5.74 mm、7.86 mm和8.04 mm，显然，最后一次大暴雨的小时平均雨量Rp最大。

1.2 短时强降水

从全国范围来讲，短时强降水被定义为≥20 mm/h(国家气象中心)；江西降水频繁，雨量较大，短时强降水被定义为≥30 mm/h或≥50 mm/2 h。在宜丰县4次暴雨和大暴雨过程中都出现了1 h≥30 mm的短时强降水。

可见，≥30 mm短时强降水容易形成宜丰县暴雨或大暴雨天气过程。

1.3 超短时强降水

在1 h≥30 mm的短时强降水中，是由1个或几个≥10 mm超短时强降水[15]组成，连续几个超短时强降水必将形成短时强降水(表2)。把握超短时强降水的变化，可以不必等到小时整点即可发布短时强降水的预警，提高了短时强降水的预警时效。

10 min平均雨量R10是1 h中6段10 min平均雨量R10与短时强降水雨量的比值。4次暴雨和大暴雨过程的10 min平均雨量R10分别为：0.186 mm、0.181 mm、0.233 mm和0.208 mm，可见，R10均超过了0.18 mm，R10越大，表明短时强降水的贡献率越大。

由此可见，江西汛期宜丰县常出现暴雨或大暴雨，并伴随出现≥30 mm/h的短时强降水。在≥30 mm/h的短时强降水中，≥10 mm/10 min的超短时强降水是形成1 h短时强降水的6个基本时间段。雷达拼图与降水资料统一为10 min间隔，根据10 min雷达拼图回波强度和10 min超短时强降水的出现，不必等到1 h整点就能确定是否出现短时强降水，则可以提前发布该小时出现短时强降水的预警预报。

2 短时强降水的云图、雨量和回波对比

短时强降水云团在卫星云图上呈现为中尺度对流系统MCS结构，有多种不同形态的云系，有时云图上反演云系较弱，有时反演存在定位误差，与小时降水量不一定吻合。在使用云图分析时，尤其要注意这一点，依据较大探测范围的雷达拼图资料进行核对。在江西1 h雨量图上，具有以宜丰短时强降水为中心的圆形降水区。在江西WebGIS雷达拼图上，表现为：1)多个强单体组成的强雷暴群；2)宽广回波区中的短带强回波；3)混合回波中的强单体或超级单体；4)絮状回波中的强单体。这4种回波形态与1 h降水实况十分吻合。

2.1 2017-05-11短时强降水分析

14：30(图1a，b，c)，在卫星云图上，宜丰县西北面是宽广的锋面云系，南面是由4个孤立且有组织的雷暴单体组成的雷暴群云团，其中最北面的一个雷暴单体影响宜丰县。在江西省1 h雨量图上，宜丰县降水量为31.2 mm，成为短时强降水中心。在江西省WebGIS雷达拼图上，回波的分布和形态基本与云图一致，降水回波反映更加细致。从图中可以看到，宜丰县和新余县受雷暴回波群里两个强回波单体影响，回波强度为60～65 dBz。

图1 宜丰县4次暴雨和大暴雨过程中短时强降水云图、雨量、回波对比

2.2 2018-04-12短时强降水分析

20：30(图1d，e，f)，在卫星云图上，宜丰县东北面有1条东-西走向的较弱云系，该云系(对应雷达拼图上是短带回波)造成宜丰县出现短时强降水。江西1 h雨量图上，宜丰县降水量为31.8 mm，成为短时强降水中心。江西WebGIS雷达拼图上，回波的分布和形态与云图不一致，表现为东至西走向的短带回波，回波强度为50～55 dBz。

2.3 2019-05-18短时强降水分析

22：00(图1g，h，i)，在卫星云图上，宜丰县上空基本无云系，江西1 h雨量图上，宜丰县降水量为33.7 mm，上高县降水量为35.0 mm，分别成为短时强降水中心。江西WebGIS雷达拼图上，回波呈现多个雷暴单体组成的复合体回波结构，强回波位于宜丰、上高，回波强度为60～65 dBz。经分析，宜丰回波强度弱于上高，只有45～50 dBz，但造成的短时强降水与上高县相比仅差1.3 mm。从影响宜丰和上高的回波垂直结构上看，宜丰属于低质心强降水，50 dBz强回波在6 km以下；上高属于强对流性强降水，50 dBz强回波伸展到12 km。可见，低质心降水效率不容忽视。

2.4 2019-06-08短时强降水分析

09：00(图1j，k，l)，在卫星云图上，宜丰县处在东-西走向的较弱云系带中，该弱云系对应雷达拼图上的絮状回波带。09：00-10：00，带上较强单体造成宜丰出现38.6 mm短时强降水。江西1 h雨量图上，宜丰成为短时强降水中心。江西WebGIS雷达拼图上，回波的形态表现为大范围的絮状回波结构，回波强度为40～45 dBz。

由此可见，由雷暴单体组成的雷暴群云团和东-西走向的较弱云系带，是影响宜丰的重要云图特征。江西WebGIS雷达拼图上，雷暴回波群和复合体回波结构，回波强度为60～65 dBz，并伴有强雷电。短带回波、絮状回波带，回波强度为40～55 dBz，无雷电或雷电很少。有两次云图观测出现定位误差和没有云系的误差，值得进一步探讨其原因。

3 短时强降水数值预报CR产品检验

雷达组合反射率CR预报产品(0～12 h)属于雷达回波外推的一种，预报准确率和预报时效的长短，成为短临预报研究的关键。因为只有预报准确性高，预报时效提前，才能有足够的时间进行防灾减灾工作和做好预报服务。

文章使用中国气象局武汉暴雨研究所数值预报产品显示平台，高分辨力快速循环同化预报系统中提供的组合反射率CR预报产品与江西WebGIS雷达拼图CR实况产品，对宜丰县4次暴雨和大暴雨过程的短时强降水进行两种CR产品初步相似性对比检验。

3.1 2017-05-11数值预报CR产品检验

15：00(图2a，b)，江西WebGIS雷达拼图上，影响宜丰的雷达回波表现为南-北走向的雷暴回波群结构，群体内由不同发展阶段的雷暴单体回波组成，弱的为一般性雷暴回波单体，强的为超级单体或强回波单体。宜丰、新余两地是受两块强回波单体影响，其中新余回波达到超级单体标准。回波强度CR达到60～65 dBz，回波顶高ET达到14～15 km，垂直液态水含量VIL达到45～50 kg/m2。回波群由西南向东北方向移动，移动速度为50～60 km/h。武汉数值预报CR产品图上，北京时间为15：00(TB=Tu+t+8，式中TB为预报产品北京时间；Tu为世界时；t为预报时效；8为8 h时差)，可以看出，预报7 h的CR产品图像与实况基本吻合，但前后多出两矩形回波，回波强度为40～45 dBz，偏弱20 dBz，主观评分为60%(表2)。

表2 江西WebGIS雷达拼图CR产品实况与武汉数值预报CR产品相似性对比

3.2 2018-04-12数值预报CR产品检验

20：00(图2c，d)，江西WebGIS雷达拼图上，影响宜丰的雷达回波表现为东-西走向的短带回波结构，回波强度CR达到50～55 dBz，回波顶高ET达到8～9 km，垂直液态水含量VIL达到15～20 kg/m2。短带回波整体缓慢北抬，单体由西向东方向移动，移动速度为30～40 km/h。武汉数值预报CR产品图上，北京时间为20：00，可以看出，预报5 h的CR产品图像与实况大致吻合，宜丰短带回波预报偏南，落在吉安区域；上饶回波基本一致。回波强度为40～45 dBz，偏弱10 dBz，主观评分为60%。

图2 江西WebGIS雷达拼图CR产品与武汉数值预报CR产品相似性对比

3.3 2019-05-18数值预报CR产品检验

22：00(图2e，f)，江西WebGIS雷达拼图上，影响宜丰的雷达回波表现为复合体回波中一块强回波发展成超级单体结构，回波强度CR达到60～65 dBz，回波顶高ET达到14～15 km，垂直液态水含量VIL达到55～60 kg/m2。影响宜丰的超级单体回波由西偏北方向，向东偏南方移动，移动速度为40～50 km/h，且分别影响宜丰、上高县等地。武汉数值预报CR产品图上，北京时间为22：00，可以看出，预报8 h的CR产品图像与实况不吻合，宜丰、上高的短时强降水漏报，赣南回波预报基本吻合，但回波强度偏弱10 dBz，主观评分为20%。这种突发性的强对流造成的强降水，在云图和数值模式上都很难表现出来。

3.4 2019-06-07数值预报CR产品检验

09：00(图2g，h)，江西WebGIS雷达拼图上，影响宜丰的雷达回波表现为宽广的絮状回波带结构，回波强度CR达到40～45 dBz，回波顶高ET达到8～9 km，垂直液态水含量VIL达到10～12 kg/m2。絮状回波带整体少动，单体不断由西向东移动，移动速度为30～40 km/h。武汉数值预报CR产品图上，北京时间为：17日09：00，可以看出，预报7 h的CR产品图像与实况高度吻合，但回波强度偏弱10 dBz，主观评分为90%。

由此可见，江西WebGIS雷达拼图上，影响宜丰的雷达回波表现为雷暴回波群结构、短带回波结构、复合体回波结构和絮状回波带结构。回波强度CR达到40～65 dBz，回波顶高ET达到8～15 km，垂直液态水含量VIL达到10～60 kg/m2。武汉数值预报CR产品图上，预报5～8 h的CR产品图像与实况相似度分别为：60%、60%、20%和90%；回波位置有所偏差，回波强度偏弱10～20 dBz(强度偏弱属于系统性误差，几乎每次相同)。因此，利用雷达拼图数据，开展校准数值预报产品偏差研究具有重要意义。

4 结束语

文章利用江西省自动气象站实时数据服务平台、MICAPS系统平台、江西WebGIS雷达拼图平台和武汉暴雨研究所数值预报产品显示平台等资料，采用统计分析、形态对比、特征提取和相似性对比等方法，对2017-2019年宜丰县4次暴雨和大暴雨过程中的短时强降水天气的演变与特征进行了分析，研究结果为提高强降水的预警预报能力提供了依据。