玉山一次特大暴雨短时强降水中尺度结构分析

徐瑾薇,马中元,郑丽君,洪 俊,罗 龙

(1.玉山县气象局,玉山 334700;2.江西省气象科学研究所,南昌 330096;3.上饶市气象局,上饶 333000)

0 引言

玉山县,位于江西省东北部,东接浙江省开化县、常山县、江山市,南接广丰县,西邻信州区,北毗德兴市,隶属于江西省上饶市,面积1,732.45 km2,被称为江西省“东大门”。玉山县地势西北高、东南低,境内主要山脉有怀玉山脉和武夷山脉。玉山县气候终年温和湿润,有亚热带季风气候特征,雨量充沛,年平均降水量1841 mm。

中国专家对大暴雨天气进行了深入研究。俞小鼎等[1]对雷暴与强对流临近预报做了详细讲解。大暴雨过程中降水量大多数空间分布不均匀;大暴雨发生在低层暖湿气流输送,中等强度0～6 km垂直风切变的环境中[2-3]。强降水的雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间较长,导致过程累计降水量较大[4-7]。中低层气旋性切变的维持是强降水形成和维持的重要条件,暴雨过程中的中尺度气旋活跃,强降水雨团与中尺度低层辐合、高层辐散中心基本重合[8-10]。 暴雨维持时间长短不一,最长达15 h,最短只有3 h,平均为10 h[11-12]。低空及地面暖湿气流的增强均有利于MCS的增强,强降水和强回波带落在中尺度辐合线附近区域[13-15]。由对流性短时强降水形成的暴雨,其45 dBZ强回波顶高往往超过6 km,回波中心强度达到 55～60 dBZ,有时在强回波上方出现旁瓣造成的虚假回波;混合型降水回波 45 dBZ强回波顶高不超过 6 km,属于典型“低质心”降水回波形式[16]。雨量≥10 mm·10 min-1的超短时强降水是构成雨量≥30 mm·h-1短时强降水的重要组成部分[17]。 偏北风在喇叭口和地形过渡区辐合抬升、在峡谷地带绕流形成中尺度辐合线或中尺度低压,使得降水加大[18]。这些研究成果对玉山大暴雨天气具有指导意义。

文章使用MICAPS天气资料、自动气象站资料、江西WebGIS雷达拼图资料等,对2022-06-20玉山特大暴雨过程进行分析,为玉山大暴雨天气的监测预警工作提供依据。

1 资料来源

天气形势分析使用MICAPS天气资料,TBB云图资料来源于MICAPS系统平台,雨量数据使用江西自动气象站(玉山国家站)资料,雷达拼图产品使用江西WebGIS雷达拼图资料,单部雷达数据使用上饶SA雷达和景德镇SA雷达基数据等资料。全文使用北京时间。

2 天气实况与天气形势

2.1 天气实况

2022-06-20上饶市玉山县出现特大暴雨天气,主要雨带位于江西北部,江西东北地区有大范围大暴雨区域,玉山县国家观测站24 h累计降水量达到276.8 mm,突破历史纪录。统计玉山国家站2005—2022年雨量≥150 mm/24 h的降水事件,以2022-06-20降水过程的降水量为最大。玉山县特大暴雨发生时间为2022-06-19T20:00/2022-06-20T20:00,该时间段降水几乎未停止,雨量≥5 mm/h降水的小时数达13 h;连续3 h短时强降水出现在13:00—15:00,最大小时雨强达43.2 mm/h,连续3 h短时强降水累计雨量达到121.3 mm。

由此可见,此次降水特点表现为:一是降水强度大、范围集中和降水时间长;二是出现连续3 h的短时强降水。短时强降水是玉山发生特大暴雨的主要原因。

2.2 天气形势

6月20日08:00,100 hPa高度南亚高压东边界位于107°E,玉山县为南亚高压东侧外围的高空出流区,玉山县对流层上空为高层出流辐散区,利于形成抽吸作用而产生强降水。500 hPa东亚地区中高纬度为多波动型,广西境内有南支槽活动,江西省均处于槽前西南气流的影响下。江西北部至浙江有20 m/s的高空急流。850 hPa的切变线呈东北—西南向,位于贵州至长江中下游流域,江西北部地区在切变线南侧。广西至浙江有强盛的低空急流,中心强度达到16 m/s,玉山县位于西南低空急流和切变线之间。925 hPa的辐合线与850 hPa的切变线位置对应,在长江中下游流域附近,南侧有超低空急流,急流中心在沿海地区达到18 m/s。

由此可见,高层南亚高压外围的辐散、低层切变线和辐合线形成辐合的环流配置能够产生上升运动的动力,有利于玉山县产生暴雨天气;低空急流和超低空急流的存在能够为该地区输送源源不断的暖湿空气,为强降水天气提供水汽和热力条件。

3 絮状回波团中回波短带特征

3.1 短时强降水雷达拼图回波特征

多普勒雷达拼图回波特征中显示,降水雨带在赣东北呈横“V”字形,开口朝西;玉山县位于横“V”字形北部的主要降水回波带中,回波带中心强度为50 dBZ左右,12:00—15:00降水回波持续维持,总体形态变化较小,结构稳定,玉山县始终位于中尺度对流系统的强回波区中,且持续时间长,因此玉山县在12:00—15:00出现连续的短时强降水。

玉山特大暴雨回波短带走向与系统移动方向趋于一致,为自西北向东南方向移动,造成大于45 dBZ的回波单体中心均从玉山经过,连续不断的强回波中心经过玉山国家站,使得玉山形成了长时间的短时强降水和大暴雨天气。对比组合反射率与雨量发现,组合反射率因子强度和雨量成正比关系,尤其与50 dBZ回波强度相关,即当某地区回波中心强度达到50 dBZ以上时,该地区即出现大于30 mm/h的短时强降水。

3.2 短时强降水雷达回波垂直剖面特征

分析组合反射率拼图13:00和15:00垂直剖面图可以发现,玉山县附近的回波有典型的热带海洋型降水回波特征。表现为回波强中心高度在6 km以下,甚至达到近地面;回波有明显的“列车效应”,连续不断地生成并影响站点;降水回波中没有大冰晶,因此回波中心强度不高,在50 dBZ左右;降水效率高,每小时达到30 mm以上。13:00—15:00的雷达回波垂直剖面形态没有明显的变化,玉山县持续了3 h的短时强降水天气。

在上饶SA雷达产品上也可以看出短时强降水的垂直回波结构,主要的强降水回波强度组合反射率分布在45～55 dBZ,45 dBZ回波顶高在 6 km以下。

3.3 短时强降水风暴跟踪信息、回波顶高、垂直积分液态水含量回波特征

从组合反射率拼图可见,13:00和15:00雷达回波整体向东偏东北方向移动,风暴跟踪信息指向回波带的移动方向和速度。但在玉山境内有回波单体自西北向东南移动,新生回波在玉山县维持并加强,呈现“列车效应”,形成长时间的强降水。玉山县区域回波顶高最高达到14～15 km,说明了回波的伸展高度高,体现了强降水的回波特征。玉山县的垂直积分液态水含量达到了15～20 kg/m2。垂直积分液态水含量与降水强度呈正比,一般降水垂直积分液态水含量≤15 kg/m2,短时强降水垂直积分液态水含量≥15 kg/m2。

4 结束语

文章通过分析2022-06-20玉山县特大暴雨过程得出以下结论:

1)高层南亚高压外围的辐散、低层切变线和辐合线形成辐合的环流配置能够产生上升运动的动力,有利于玉山县地区产生暴雨天气;低空急流和超低空急流的存在能够为该地区输送源源不断的暖湿空气,为强降水天气提供水汽和热力条件。

2)多普勒雷达拼图降水雨带回波在江西北部呈横“V”字形。玉山县附近的回波有典型的短时强降水回波特征,表现为回波强中心高度较低,回波有明显的“列车效应”,连续不断地生成并影响站点;回波中心强度不大,在50 dBZ左右,降水效率高,达30 mm/h以上。回波顶高在玉山县区域最高达到14～15 km,垂直积分液态水含量达到15～20 kg/m2,均体现了短时强降水的回波特征。

3)玉山特大暴雨回波短带走向与系统移动方向趋于一致,当影响回波中心反射率因子强度达到50 dBZ以上时,该地区即出现大于30 mm/h的短时强降水。