一次辐合线触发产生短时强降水的特征分析

李燕玲，马中元，陈鲍发，黄龙飞，盛梦婷

(1.江西省气象科学研究所，南昌 334000；2.景德镇市气象局，景德镇 333000；3.乐平市气象局，乐平 333300)

0 引言

强对流天气包括冰雹、雷暴大风和短时强降水等天气现象。短时强降水具有突发性、强度大、局地性强等特点，极易导致泥石流、山体崩塌滑坡和城市内涝等次生地质灾害。地面辐合线是产生强对流天气的一种触发机制。江西午后增温环境下，地面辐合线的抬升使雷暴回波带快速沿辐合线排列成形。在辐合线回波带上的强回波单体，其组合反射率CR回波强度达到55 dBz以上，常常产生短时强降水。因此，研究辐合线形成雷暴回波带的过程与特征，对短时强降水的预警预报有十分重要的意义。

国内许多气象工作者对短时强降水进行了研究。郝莹[1]分析出典型短时强降水过程的环境背景场特征，建立了短时强降水的3种概念模型，总结出有利于其发生的大尺度影响系统；史珺[2]从风廓线产品出发，指出4 m/s的垂直速度出现和消失时刻，对应降水的开始和结束时刻，降水期间，4 km高度以下的垂直速度越大降水越强；喻谦花[3]等发现地面热力不均匀导致局地升温是1次地面中尺度辐合系统生成的主要原因，而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展，从而导致大暴雨；吴进[4]等应用铁塔气象要素及衍生物理量，将短时强降水个例分为地面辐合线型和无地面辐合线型。指出地面辐合线型在强降水发生前l h，温度和位温开始明显减小，温度变率显著增大；陈鲍发[5]指出地面有冷锋过境或存在辐合线，是强天气加强的重要天气系统，经常会增加短时强降水与冰雹发生的概率；张京英[6]、曹晓岗[7]、沈伟[8]指出在有利的大尺度环境背景形势下，中小尺度系统的生成是短时强降水产生的主要原因；此外，还有关于短时强降水其他方面的研究[9，10]及针对各地区的研究[11，12]。这些研究成果对文章有指导作用。

2019-07-04下午，景德镇中南部出现的短时强降水过程具有历时短、小时雨强大、局地性强的特点。多家数值模式预报降水落区均为景德镇北部大南部小，实况却恰好相反。文章在利用常规资料和数值预报资料的基础上，加入中小尺度逐小时地面自动观测资料和雷达拼图资料调整降水落区的方法分析这类天气的特征，为地面辐合线局地短时强降水天气的分析预报提供参考依据。

1 资料来源和降水实况

1.1 资料来源

雨量资料来源于江西省降水量查询系统平台国家站和区域站雨量数据；天气图资料来源于MICAPS系统平台；探空资料T-lnP 图来源于MICAPS系统平台；云图资料来源于NCEP/NCAR再分析资料；雷达资料来源于江西WebGIS雷达拼图和景德镇SA雷达产品；风廓线资料来源于景德镇TWP3边界层风廓线雷达。

1.2 降水实况

2019-07-04，12：00—20：00景德镇中南部地区受地面辐合线影响，出现局地性短时强降水暴雨过程，暴雨中心分布在乐平、波阳、婺源、浮梁及周边，乐平国家站记录最大雨量为98.9 mm。

7月4日12：00—20：00，8 h累积雨量最大为178.1 mm，出现在乐平市塔前镇。有5个区域站累积雨量达到100 mm/8 h，16个区域站1 h降雨量超过30 mm，18个区域站3 h降雨量超过50 mm。最强降水时段出现在14：00—17：00，其中14：00—15：00，双田镇、涌山乡出现64 mm/h短时强降水；14：00—16：00，乐平涌山乡、塔前镇、双田镇2 h累积降水量超过100 mm，导致乐平市塔前镇等地区出现山洪地质灾害。

可见，辐合线造成的短时强降水可以形成大暴雨过程，局地性明显，降水时间短，雨强大，容易产生山洪等地质灾害。

2 大尺度环流背景及环境条件分析

2.1 大尺度环流背景

2019-07-04，随着南海热带系统向西移动，588 dagpm线北侧从28°N南落至26°N附近，从西安低涡伸出的横槽向东移动的过程中，在江南北部引起短波槽的波动，江西北部处在槽前正涡度平流区。200 hPa皖南至日本一带出现强盛偏西风高空急流，赣北处在高空急流入口区右后侧，并在此形成明显的分流区。中低层位于赣北北部东西向的暖式切变线南端有1支风速大于12 m/s的西南急流，景德镇等地处于急流出口区左侧、切变线南侧。这种高低空急流耦合作用，有利于触发景德镇等地不稳定能量的释放及上升运动的维持。

由此可见，588 dagpm线北侧、槽前正涡度区、200 hPa分流区、暖湿切变线、西南急流等天气系统是不稳定能量释放的天气系统配置。

2.2 层结与环境条件

2019-07-04T08：00，强降水发生前南昌站(58606)CAPE值为430.6 J/kg；近地面层为暖平流，600 hPa以上为弱的冷平流；700 hPa上T-Td≥10 ℃的干舌与地面T-Td≤2 ℃的显著湿区在赣东北部重叠，说明景德镇地区有一定潜在不稳定能量和水汽的聚集。南昌站湿层伸至550 hPa左右，700 hPa以下为风速大于12 m/s的西南急流。

安庆站(58424)CAPE 值虽然不大，呈现的是“双喇叭口”形状。700～600 hPa为干层，700 hPa以下为偏东风气流，阻挡其南昌方向西南暖湿气流向北输送水汽，有利于水汽在景德镇等地聚集，为短时强降水提供充足的水汽。

由此可见，不稳定能量的建立、深厚充沛的水汽条件、低层西南急流与景德镇东部存在的东风气流辐合，是形成江西东北部地面辐合线，构成有利于短时强降水形成大暴雨过程的基本环境条件。

3 短时强降水特征分析

3.1 卫星云图特征

7月4日08：00，在鄱阳湖水域有副高边缘西南急流形成的对流云系生成。

11：00(图1a)，与高空槽相伴随的斜压叶状云系A位于江西北部，南面是西南急流对流云团B，该云团在向东移动中影响景德镇和浙江等地，地面降水量不大，TBB 中心最低在-70～-60 ℃，小时雨强10～20 mm/h。

14：00(图1b)，由于大尺度天气系统的出现，江西东北部受到偏东气流影响，南面是西南急流，两股气流在赣东北形成地面辐合线，并伴随中尺度低压的形成。江西东北部的对流云团B，受到地面辐合线中尺度低压的影响快速发展；江西北部斜压叶状云系A快速发展南压，AB两支云系(团)呈辐合趋势。

16：00(图1c)，北部斜压叶状云系A南段与赣东北地面中尺度辐合线对流云团B尾部合并，使得中尺度对流云团B发展壮大，TBB 中心最低达-80～-70 ℃；15：00—17：00，是景德镇最强降水时段，乐平塔前镇、涌山乡、双田镇2 h累积雨量达100 mm；20：00后，对流云团移出景德镇，降水迅速减弱。

图1 2019-07-04 FY2E TBB(单位：℃)分布：(a)11：00TBB；(b)14：00TBB；(c)16：00TBB

由此可见，景德镇短时强降水受高空槽前的斜压叶状云系A与副高边缘西南急流对流云团B共同影响，造成景德镇短时强降水；斜压叶状云系A与西南急流对流云团B的合并，使得地面中尺度辐合线快速发展，促成景德镇短时强降水的形成。

3.2 雷达拼图回波特征

7月4日11：00—12：00，景德镇上游余干与鄱阳之间存在着偏南风与偏东风弱辐合区，层状云降水在鄱阳附近，并且回波强度有所增加。弱辐合线南侧降水量在10 mm/h以下；弱辐合线北侧降水量增至20～40 mm/h。

13：30(图2a)，随着偏南气流与偏北气流的增强，在景德镇与乐平之间，地面西南风较大，波阳和乐平极大风速均超过8 m/s；景德镇和婺源维持4～6 m/s的东北风，形成地面辐合线。辐合线两侧降水回波CR大于45 dBz，不算很强，此时1 h降水区与辐合线位置有很好的对应。

14：00(图2b)，景德镇站偏南位置生成小尺度低压环流和较低气压值，从低压中心向东西两侧伸展至地面辐合线中，使地面辐合线迅速发展加强。辐合线两侧风场进一步加强，辐合线北侧回波带也进一步加强，CR 回波强度达到50 dBz，沿辐合线走向排列。

14：30(图2c)，辐合线进一步发展加强，回波带上强单体CR回波强度达到55 dBz，回波带沿辐合线发展增长，带宽很窄，东—西走向，带上开始出现雷电，回波带位于乐平北部。

15：00(图2d)，辐合线进一步发展加强，回波带上强单体CR回波强度达到55～60 dBz，回波带沿辐合线发展增长，带宽依然很窄，东—西走向，带上出现大量雷电，雷电的出现表明回波发展到鼎盛时期。辐合线回波带位于乐平北部，其西段与江西北部斜压叶状云系中部快速南下的云系回波进行合并，使得辐合线回波带得以维持，地面短时强降水达到最大值。

15：30(图2e)，辐合线维持少动，回波带合并形成一条更长的波动回波带，带上强单体CR回波强度维持在55～60 dBz，带上仍然有大量雷电，短时强降水仍在继续。

16：00(图2f)，地面辐合线在乐平北部稳定少动，造成乐平北部涌山、塔前、双田镇2 h超过100 mm短时强降水。回波带排列不再紧密，稍有出现减弱迹象，后期降水也相对减小。

图2 景德镇强降水时段雷达拼图与1 h极大风速图(实线为辐合线)(a)13：30；(b)14:00；(c)14:30；(d)15：00；(e)15：30；(f)16:00

16：00—18：00，地面辐合线随着中低层冷式切变线的南压，快速南移至乐平南面，回波带减弱解散。影响乐平的降水回波转为层状云和积云混合型降水回波，小时雨强小于10 mm/h。

由此可见，1 h地面风场、气压场和雨量图的演变表明，小尺度低压和地面辐合线活动是触发产生狭窄回波带的主要机制，回波带走向与降水位置对应较好；回波带上强单体回波强度CR达到55～60 dBz，带上伴有强雷电，短时强降水落区位于地面辐合线偏北一侧强回波带上。

3.3 景德镇SA雷达产品特征

此次辐合线狭窄回波带造成景德镇乐平北部局地短时强降水，一些乡镇累积雨量达到大暴雨量级。短时强降水主要集中在15：00—16：00(约1.5 h)，为了说明其水平结构和垂直结构，文章使用景德镇SA多普勒雷达15：24的基数据，反演制作组合反射率CR、回波顶高ET、垂直积分液态水含量VIL、风暴追踪信息STI、垂直反射率RHI(z)和垂直速度场RHIv等产品图进行分析。

2019-07-04T15：24，组合反射率CR产品图，在大片混合型降水区域中，靠近南侧有1条较强狭窄回波带，最大回波强度达到55 dBz，呈东—西走向；回波顶高ET产品图，发展至15 km；垂直积分液态水含量VIL产品图，强度只有20 kg/m2；风暴相对平均径向速度SRM产品图，狭窄回波带位置表现为北侧偏东风，南侧偏南风，形成1条速度切变线，强度在-5～5 m/s，速度场上存在切变，为辐合线狭窄回波带提供动力抬升条件，有利于水汽的聚集；1 h累积降水OHP产品图，显示有30～44 mm/h降水存在。

基本反射率因子垂直剖面RHIz产品图，位于40 km附近≥45 dBz的强降水回波，从地面一直伸展到5 km高度，为典型的暖云低质心降水回波结构，且回波从下往上略有倾斜，在强回波上方可以看到强回波造成的旁瓣回波；径向速度垂直剖面RHIv产品图，位于40 km附近≥45 dBz的强降水回波，为大片负速度笼罩，其6 km上方负速度值达到-13 m/s，最高顶有少量10 m/s正速度区，表明低层有流入，高层有辐散，有利于风暴的发展和维持。

风暴追踪信息STI产品图，显示辐合线回波带上不断有STI有序地自西向东移动，结合景德镇独特地形，塔前、双田、涌山一带恰好处于向西张口的“簸箕”地形中，加强了地形抬升作用。15：00—16：00，在辐合线回波带维持期间，塔前、双田、涌山3个区域站降水量分别为：50.9 mm/h、45.7 mm/h、44.4 mm/h。

风廓线VWP产品图，15：00—15：59，景德镇SA雷达反演的风廓线数据显示，1.2 km以下为东北风，风速6～12 m/s；1.5 km以上为西北风，风速6～20 m/s；在1.2～1.5 km存在风切变，这种风场结构有利于辐合线回波带的发展与加强。从景德镇TWP3边界层风廓线雷达风场上也可以看到这种风切变结构。

冰雹指数HI产品图，由于回波带上单体较强，通过88D算法计算出两点冰雹，实况没有出现。

由此可见，在单部雷达产品上，辐合线回波带组合反射率CR最大回波强度达到55 dBz，回波顶高ET 发展至15 km，垂直积分液态水含量VIL只有20 kg/m2，风暴相对平均径向速度SRM形成1条速度切变线，强度在-5～5 m/s，1 h累积降水OHP 显示有30～44 mm/h降水。基本反射率因子垂直剖面RHIz≥45 dBz的强降水回波从地面一直伸展到5 km高度，径向速度垂直剖面RHIv≥45 dBz的强降水回波被大片负速度笼罩，风暴追踪信息STI显示辐合线回波带上不断有STI有序地自西向东移动，受景德镇地形影响，短时强降水得到增强。风廓线VWP显示，1.2km以下为东北风，1.5 km以上为西北风，存在风切变，冰雹指数HI计算出两点冰雹但实况没有出现。

4 结束语

为了分析地面辐合线对短时强降水的影响，文章利用MICAPS常规天气资料、逐小时地面自动站观测资料、FY-2E卫星TBB资料、江西WebGIS雷达拼图资料、景德镇多普勒雷达和风廓线雷达等资料，对2019-07-04景德镇局地短时强降水过程进行了分析，通过分析得到了辐合线回波带的基本特征。今后重点研究方向有两方面：一方面需要多个例子分析证实；另一方面寻求对实况风场的智能分析，利用计算机找出辐合线的位置。