昌江流域特大暴雨过程强降水及天气形势特征分析

2023-01-18余俊杰陈鲍发马中元

气象水文海洋仪器 2022年4期

余俊杰，陈鲍发，马中元

(1.景德镇市气象局，景德镇 333000；2.江西省气象科学研究所，南昌 330046)

0 引言

景德镇是江西暴雨中心之一，暴雨、洪涝灾害频发，严重威胁昌江两岸的居民生活。1996年、1998年的流域性大洪水，受灾群众50多万人，直接损失近100亿元。2020年7月上旬，持续大暴雨再度引发特大洪涝，虽经过上游浯溪口水库调洪，但全市仍出现了仅次于1998年的大洪水。洪涝灾害仍然是景德镇市目前影响面最广、灾害最重的自然灾害，但从技术、城市防御能力上，由于不断提升对暴雨强度精准预报的水平，已逐步趋于可控。

气象学者一直致力于暴雨的研究，相关结果表明致洪暴雨在低空形成三高一低阻塞形势，切变线上低涡东移，切变线以南有低空急流，低层辐合、高层辐散，槽后冷空气侵入，明显的“列车效应”与后向传播，地面辐合线及中尺度涡旋、高低空系统耦合[1-11]，“上干下湿”“上冷下暖”，一定强度的对流有效位能和中层“干区”的卷入，在北面有西北偏西气流，南面有强盛西南气流时，地形对暴雨有明显增幅作用。文章将采用景德镇市气象和水文的地面降水观测资料、MICAPS常规资料，分析2008年以来昌江流域10次特大暴雨过程的强降水特征及天气形势特点，以期为景德镇市暴雨的预报和气象服务提供支撑与参考。

1 2008年以来的昌江流域特大暴雨过程

1.1 资料与特大暴雨过程的认定

对2008年以来景德镇市国家气象站、区域气象站和昌江流域水文观测站的降水资料进行统计，如任意24 h有1站出现250 mm以上的特大暴雨且有3站出现200 mm以上的大暴雨即为1次昌江流域特大暴雨过程。

1.2 特大暴雨的强降水特征

表1为2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程小时雨量，可以看到特大暴雨过程并不是逐小时平均分布，而主要是由多个时段的强降水造成，其余时段多为小雨，即有一定的突发性。

强降水持续最长的2个过程分别为2012-08-10T00：00—2012-08-10T11：00，12 h累积雨量377 mm，2018-07-05T20：00—2018-07-06T08：00，13 h累积雨量362 mm。每次特大暴雨过程都有3～6 h的强降水集中时段，个别暴雨过程6 h累积雨量可达200 mm以上，如2020-07-07T09：00—2020-07-07T14：00，累积雨量215.5 mm；2018-07-05T20：00—2018-07-06T00：00，仅4 h累积雨量234 mm。3 h强降水可达100 mm左右或以上，即可发布暴雨红色预警，如2016-06-19T07：00—2016-06-19T09：00，累积雨量170.5 mm。10次特大暴雨过程仅2008年、2013年未达到发布暴雨红色预警标准。短时强降水多为50 mm/h以内的强度，最强可达90 mm/h以上，如2018-07-05T22：00雨量为97.5 mm。平均每次特大暴雨过程出现6.2个时次≥20 mm/h和3.3个时次≥30 mm/h的降水，3～6 h的集中强降水的关注与预报成为特大暴雨预报服务的关键。

表1 2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程小时雨量统计 mm/h

1)时间段起始时是24 h特大暴雨起始时间，后面表格时间先加上起始时后转换为24小时制才是真正雨量统计时间。

2 天气形势特点

图1为2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程分析，可以看到影响昌江流域的特大暴雨主要天气系统有高空低槽、副热带高压、中低层西南急流和超低空西南急流、中低层切变线等。

10次景德镇市特大暴雨过程大部分伴有超低空西南急流。最强为2013-06-07，达19 m/s，即存在明显的超地转现象。多数特大暴雨中低层伴有低涡活动。低涡环流多位于景德镇东北部的皖南至皖东南，影响景德镇特大暴雨的低涡分为移动型和相对固定型两种，固定型主要位于皖东南，景德镇位于低涡的西南方，低涡西部的偏北气流不断带来冷空气，与赣东北的西南暖湿气流交汇。而移动型则多为低涡沿850 hPa切变线东移，每1次东移过程，均伴有1轮强降水发生。所有特大暴雨过程均伴有明显的高空低槽，前倾槽后部西北气流叠加在低层西南暖湿急流上，热力不稳定发展，在中层干冷气流的触发下，强降水剧烈发展。分流区多表现为北风与西北风之间的辐散，高空辐散带来明显的抽吸作用。低层辐合伴有明显的低压活动，有的形成小尺度气旋式旋转与辐合，有的形成区域性辐合中心，地面气旋式旋转与剧烈的辐合形成明显的上升运动。

超低空急流输送边界层暖湿气流，有利于建立位势不稳定，增强不稳定能量，并输送大量水汽，在急流前端的赣东北剧烈辐合，激发强烈的上升运动，导致强降水的发生、发展。景德镇多位于低涡的西南方，低涡西部的偏北气流不断带来冷空气，与赣东北的西南暖湿气流交汇，加剧了上升运动与降水强度。高空低槽不仅是在槽前有明显的正涡度平流，而且低槽移入赣东北后，槽后西北气流叠加在低层西南暖湿急流上，热力不稳定发展，地面气旋式地旋转与剧烈的辐合与高层分流区相配合，导致强降水的不断发生。

3 T-lnP图特征

从2000—2020年昌江流域特大暴雨过程T-lnP(图2)可以看到：对流有效位能强，特别是副高边缘型致洪暴雨，如2010-07-15T08：00，结构为粗状型，与梅雨型的细长结构形成对比；强大的不稳定能量、异常的位势不稳定等对暴雨有明显增强作用；特大暴雨发生时，边界层925 hPa西南风与850 hPa相当，低层弱南风(1～2 m/s)顺转为强西南风急流；明显暖平流特征还表现在中层和高层，有的伴有较为明显的中层干区，如2018-07-06T08：00，500 hPa的T-Td=24 ℃，中层干区叠加在低层水汽饱和区之上，加大了对流不稳定。

4 物理量参数统计

表2为2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程南昌探空物理量参数统计，可以看到：CAPE平均超1000 J/kg，最大2，941.4 J/kg，出现在2010-07-15T08：00；最小509.6 J/kg，出现在2020-07-08T08：00。K 指数平均达39 ℃或以上，最大44 ℃，出现在2018-07-05T20：00；最小36 ℃，出现在2008-06-09T20：00。沙氏指数SI平均在-1 ℃以下，负值最大-3.54 ℃，出现在2016-06-19T08：00；正值最大1.22 ℃，出现在2012-08-09T20：00。风暴强度指数SSI平均接近300，最大333.5 ℃，出现在2010-07-15T08：00；最小271.4，出现在2017-06-24T08：00。1000～500 hPa垂直风切变平均在12 m/s以上，最大20 m/s，出现在2013-06-06T20：00；最小4 m/s，出现在2010-07-15T08：00。0 ℃层高度平均达5100 m以上，最高5386 m，出现在2020-07-06T20：00；最低4800 m，出现在2019-05-26T08：00。-20 ℃层高度平均在8700 m以上，最高9228 m，出现在2018-07-05T20：00；最低8257 m，出现在2019-05-26T08：00。

表2 2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程南昌探空物理量参数统计

由此可见，昌江流域特大暴雨过程层结有明显不稳定，并伴有较强的不稳定能量，其中CAPE平均在1000 J/kg以上、K指数达39 ℃以上、SI平均在-1 ℃以下。副高边缘型致洪暴雨的热力条件适宜，如2010-07-15。2018-07-05，500 hPa风速仅为4～6 m/s，中层弱风场结构导致降水系统移动缓慢，易造成局地的强降水，在暴雨预报服务过程中，要高度警惕500 hPa风速明显偏弱，而低层或边界层又有明显西南急流的风场垂直结构配置。