江南北部不同阶段暴雨性质及触发条件差异分析

2024-01-01郑丽君肖安朱海燕庞晶李浙华王璇

农业灾害研究 2024年5期

关键词：锋面

摘要：利用国家站常规观测降水资料、自动站观测资料、NCEP再分析资料、江西景德镇、上饶TWP系列风廓线雷达产品等对2022年4月25—26日江南北部一次暴雨过程的2个暴雨阶段性质和触发机制差异进行分析，研究表明：（1）700～

925 hPa在暖区暴雨阶段江南北部处于温度暖脊中、南侧低空气流及超低空急流中心均达20 m/s以上、该地区有强风速辐合、对流层中低层有持续的暖平流，近地面有辐合线以及偏南大风，以上均是暖区暴雨的重要的热力和动力触发条件；强不稳定层结和较大的垂直风切变更有利于暖区对流性暴雨的产生。（2）锋面暴雨阶段急流明显减弱，暴雨触发条件一是近地面有浅薄的冷空气渗透在地表，低空为暖湿空气，从而强迫抬升触发强降水；二是锋面和切变线移近，有正涡度平流，利于该地区强降水的产生。（3）暖区暴雨前在风廓线雷达产品中有动量下传的特征；锋面移入的动态特征在风廓线雷达产品中表现为偏北风的转变高度自下而上呈阶梯状上升。

关键词：暖区暴雨；动量下传；超低空急流；锋面

中图分类号：P456.7 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

江西地处中国东南部，位于长江中下游南岸，东邻浙江、福建，南连广东，西靠湖南，北毗湖北、安徽且共同连接长江。在春、夏交替时期大气环流调整，中高纬500 hPa环流从东北路或西路引导冷空气南下，冷暖空气在长江中下游地区交汇易形成冷锋系统，易出现锋前暖区暴雨及锋面暴雨。

暖区暴雨的定义是指发生在距地面锋面200～300 km的暖区一侧的暴雨，或者是发生在西南风和东南风汇合气流中，甚至无切变的西南气流里的暴雨过程[1]。

近几年的研究发现：不仅华南地区有暖区暴雨，而且我国的江南和江淮地区、华北地区也有暖区暴雨发生[2-5]。

此类暴雨发生时间短，降水效率高，容易引发洪涝灾害，这是目前业务预报中的难点。目前，我国学者对于华南前汛期暖区暴雨研究较多。陈翔翔等[6-7]分析了华南暖区暴雨的成因并且划分了暖区暴雨的类型；魏启梅等[8]对暖区暴雨的落区进行了研究。

近年来，众多学者对比分析了暖区暴雨与锋面暴雨。以往的研究对于江南地区的暖区暴雨向锋面暴雨转变的暴雨过程研究较少。对2022年4月25—26日08：00出现在江南北部的一次不同阶段暴雨性质差异及触发条件进行分析研究，探讨强降水天气过程中同一地区暖区暴雨和锋面暴雨的触发条件异同，为江南北部的此类暴雨预报预警提供参考。

1 资料来源

（1）2022年4月25—26日NCEP在分析资料（水平分辨率为1°×1°）和同期MICAPS的观测资料。

（2）天气雷达数据来源于江西WebGIS雷达拼图组合反射率CR产品，风廓线雷达数据来源于江西景德镇、上饶TWP系列风廓线雷达产品，地面要素数据来源于江西自动站要素检索平台。

（3）文中涉及的地图边界均是基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS（2017）3320号的标准地图制作。

2 天气概况和环流形势

2.1 天气实况

2022年4月25日08：00—26日08：00长江中下游流

域出现大到暴雨天气，其中江西北部到中部有大暴雨。最大小时降雨量为30～70 mm。同时在上海西南部、浙江、江西等地出现大范围系统性大风以及雷暴大风。上饶市全市超过7级大风的气象监测站87个，其中以鄱阳县珠湖联圩的风速（30 m/s）最大，余干县东塘的风速（28 m/s）次之。

本次天气过程的特点为：（1）降水过程分为2个阶段：一是25日下午的暖区暴雨，二是25日夜间到26日凌晨的切变线和锋面的系统性降水。

（2）大风天气也分为2个阶段：一是15日14：00前地面气旋以及偏南气流造成的大范围偏南大风（无降水），二是25日午后对流性回波造成的对流性大风。

2.2 不同阶段中低层影响系统异同点分析

2.2.1 不同阶段700、850、925 hPa切变线、西南急流和锋面位置特征

700 hPa暖区暴雨阶段4月25日14：00在33°N附近的江淮流域地区有气旋型切变线，呈现东西走向，中心达到22 m/s，江南北部位于正涡度辐合区。切变线以南，自江南北部到华南均为暖区。锋面暴雨阶段的26日02：00 700 hPa的锋区和切变线在31°N附近，急流轴东移至福建和浙江境内。

在暖区暴雨阶段，850 hPa江淮切变线在33°N附近，锋面也位于该地区。此时江南北部位于温度脊暖脊中。江西中部有西南急流中心达到22 m/s，北侧有强烈的风速辐合，给暖区内强对流天气提供触发条件。T850-500达到26 ℃，有不稳定层结。锋面暴雨阶段26日02：00江淮切变线转为东北-西南走向，南下至30°N，此时冷空气随之南下。江西中南部的西南急流达到18 m/s，江西北部的降水呈现系统性降水，由于南侧的西南急流将充足的水汽输送至沿江南北部地区，为该地区的降水提供了充足的水汽和动力辐合条件。

925 hPa在暖区暴雨阶段江淮气旋位于32°N，东段切变线呈东西走向，西段切变呈东北-西南向，925 hPa近地面锋区位于32°N，江南北部位于温度暖脊处。在江西中部有超低空急流中心达到20 m/s，江西北部有强烈的风速辐合，此时有对流性回波产生并且东移，造成短时强降水和局地的雷雨大风。至锋面暴雨阶段26日02：00切变线位于30°N，与此时的雨带位置对应。南侧超低空急流弱于午后，但超低空急流持续的水汽输送以及锋面的触发也会造成该地区持续的降水。

2.2.2 水汽条件分析

水汽是暴雨形成的重要条件之一[9]，在暖区暴雨阶段4月25日14：00江南北部850 hPa的比湿达到14 g/kg，

随着西南急流的建立，水汽沿着西南急流方向汇入江南北部地区，为该地区形成暴雨提供了充足的水汽条件，至锋面暴雨阶段，江南北部的水汽依然较丰沛，比湿为11～14 g/kg，但弱于暖区暴雨阶段。

2.3 多普勒天气雷达实况产品异同点分析

4月25日11：00江西西北部有单体回波加强发展形成的飑线回波，结构密实，自西向东移动影响鄱阳湖平原。江西的中北部地区没有对流回波影响，近地面也出现了大范围风速≥8级的偏南大风。由于对流层中层以下均有强盛的偏南大风存在动量下传，且近地面气旋结构紧密，外围螺旋大风带完整，其影响出现大范围西南或偏南大风。午后的降水呈现暖区降水的特征：回波分散、中心强度大、有形成飑线；造成影响区域降水分散、局地降水强度大，具有对流性，伴有雷暴大风天气。

至锋面暴雨阶段26日02：00，江西北部受锋面雨带回波影响，对应850 hPa锋面移入江西境内，此时江西北部的降水回波呈现东北-西南走向的长带状分布，影响范围大，逐渐南移，中心强度弱于下午的暖区对流回波，降水范围较大。

3 风廓线雷达产品的特征分析

3.1 暖区暴雨阶段的风廓线雷达特征

3.1.1 景德镇风廓线雷达

景德镇风廓线雷达风场产品显示在4月25日01：00～09：00景德镇站点自下而上到5 km为偏南风转西南风，表明在暖区暴雨阶段，该地区有暖平流为对流性天气的发生提供热力触发条件。对流层中低层形成的12 m/s风速最低高度在1.0 km，≥20 m/s大风速区最低高度位于1.6 km，有动量下传；而20 m/s风速最低高度下降至1.0 km高度附近且维持。强盛的低空急流和超低空急流形成和维持是本次暖区暴雨的有利动力条件之一（图1）。

3.1.2 上饶风廓线雷达

上饶风廓线雷达产品显示：上饶站在25日09：00 1.6～2.0 km高度有20 m/s低空急流，且持续维持，高层的20 m/s大风速最低高度在5.0 km，有大风速区的下降，伴有自低向高偏南风转西南风的风随高度顺转暖平流，20 m/s最低高度维持在2.0 km。3.0 km的西南急流一直维持在20 m/s以上，近地面风速约为4 m/s，说明0～3 km有强的垂直风切变，利于该地区的对流天气的产生（图1）。

3.2 锋面暴雨阶段的风廓线雷达特征

3.2.1 景德镇风廓线雷达

4月25日17：00～19：00 1.0 km以上的西南风转为西北风，表示有系统过境，1.0 km以上的冷锋正在景德镇站上空过境。20：00 1.0 km以下的风速突然增大，为锋面附近的降水回波影响站点造成。当影响系统过境后，4.0 km以下风场减弱至10 m/s以下（图1a）。

3.2.2 上饶风廓线雷达

在4月25日20：00开始近地面（0.8 km以下）有浅薄的冷空气侵入，为该地区的强降水提供了重要的触发条件，因此降水在该地区持续发展。至26日01：00，1.0 km以上风速由西南风转为西北风，此时锋面主体进入上饶境内。冷空气在上饶站过境的特征为自低层向高层伸展，首先于25日20：00～23：00在近地面层有浅薄的冷空气侵入，再由26日01：00的1.4 km向上至4.0 km锋面主体进入上饶境内，随着时间推移，各层转为偏北风的高度是自下而上呈现阶梯状（图1b）。风廓线雷达产品时间具有高分辨率的优势，可以详细、精确地判断系统的影响时间和方式。

4 结论

（1）暖区对流性暴雨阶段，700～925 hPa在暖区暴雨阶段江南北部处于温度暖脊中，各层低空急流中心均达20 m/s以上，且有明显的风速辐合；强不稳定层结和较大的垂直风切变更有利于暖区对流性暴雨的产生，锋面暴雨阶段，低空急流明显减弱；暖区暴雨的位置在强风速辐合区，锋面暴雨的落区在锋面和切变线附近，可作为订正预报的重要指标之一。

（2）暖区暴雨阶段的触发条件：近地面辐合线和低空急流强风速辐合；持续的暖平流和暖湿区。锋面暴雨阶段的触发条件：一是近地面有浅薄的冷空气渗透在地表，低空是暖湿空气从而强迫抬升触发强降水；二是锋面和切变线移近，有正涡度平流，利于强降水的产生。

（3）暖区暴雨前在风廓线雷达产品中有动量下传的特征；锋面移入的动态特征在风廓线雷达产品中表现为偏北风的转变高度自下而上呈阶梯状上升。

参考文献

[1] 张兰，陈炳洪，张东，等.华南前汛期一次锋前暖区暴雨成因及中尺度对流系统分析[J].热带气象学报，2023，39（5）：697-710.

[2] 孙密娜，王秀明，胡玲，等.华北一次暖区暴雨雷暴触发及传播机制研究[J].气象，2018，44（10）：1255-1266.

[3] 肖红茹，王佳津，肖递祥，等.四川盆地暖区暴雨特征分析[J].气象，2021，47（3）：303-316.

[4] 汪玲瑶，谌芸，肖天贵，等.夏季江南地区暖区暴雨的统计分析[J].气象，2018，44（6）：771-780.

[5] 付炜，唐明晖，叶成志.强西南急流背景下湘桂边界两次预报失败的暖区暴雨个例分析[J].气象，2020，46（8）：1001-1014.

[6] 陈翔翔，丁治英，刘彩虹，等.2000—2009年5、6月华南暖区暴雨形成系统统计分析[J].热带气象学报，2012，28（5）：707-718.

[7] 刘瑞鑫，孙建华，陈鲍发.华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究[J].大气科学，2019，43（1）：119-130.

[8] 魏启梅，韦有暹.锋前暖区暴雨的落区问题[J].广东气象， 1997（2）：17-18.

[9] 陈玥，谌芸，陈涛，等.长江中下游地区暖区暴雨特征分析[J].气象，2016，42（6）：724-731.