銅仁市2020年6月29日特大暴雨雷達資料分析

吳雪亞，張李娟，吳 明，皮小雯

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400；2.貴州省萬山特區氣象局，貴州 萬山 554200；3.貴州省銅仁市碧江區氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

銅仁市位于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，氣候復雜多變，暴雨洪澇災害頻繁發生，暴雨災害常伴隨山洪、泥石流、城鎮內澇等次生災害，給當地人民生產生活帶來嚴重影響。2020年6月29日傍晚至30日凌晨銅仁市碧江、江口出現入汛以來最強降水，此次強降水天氣過程造成多地山體滑坡、交通中斷、城鎮內澇等災害。大量研究表明，多普勒雷達是指導短時強降水、短時臨近氣象服務的有效工具。方標等[1]運用雷達資料對梵凈山區域特大暴雨的特征分析得出低層輻合、高層輻散風場配置，有利于降水的發生。虎琳春等[2]總結了氣象雷達產品在機場強對流天氣預報中應用及其重要性。趙玉廣[3]在對一次大暴雨天氣過程不同階段的多普勒雷達資料分析中指出，暴雨是由于強降水回波持續較長時間影響所致，強回波頂高和垂直累積液態水含量的變化較明顯。本文利用多普勒雷達資料，從組合反射率因子、回波頂高、徑向速度、VWP 產品等方面對銅仁市2020年6月29日特大暴雨天氣過程進行分析，希望能找出此次特大暴雨過程發生期間雷達變化特征與強降水的關系，為日后暴雨臨近預報、預警提供參考依據。

1 資料來源

本文雷達產品資料來源于銅仁市新一代天氣雷達(CINRAD/CD)，該雷達站位于銅仁市碧江區川硐鎮云盤村楊石坡(109°13′05″E，27°49′20″N)，海拔高度790.6 m，采集數據時采用降水模式進行體掃(VCP21)，6 min完成一個體掃，有效半徑150 km。此次強降水中心主要位于銅仁雷達站西南側，距離雷達站在60 km范圍內，雷達數據可用性較高，降雨量資料來源于銅仁市各區域自動站。

2 降水實況與天氣形勢

2.1 降水實況

受高空槽、中低層切變線影響，2020年6月29—30日銅仁市出現入汛以來最強降水天氣過程，統計29日15時—30日02時降雨量，全市共出現6站特大暴雨(江口縣3站，碧江區3站)；12站大暴雨；40站暴雨；43站大雨；33站中雨；最大累計雨量為江口壩盤277 mm，最大雨強139.8 mm·h-1(江口水泥廠)，小時雨強為江口縣有氣象數據記錄以來歷史排位第一，江口縣壩盤站點連續2 h雨強超過100 mm，強降雨時段主要集中在29日20時—30日01時，強降雨時段比較集中，降水強度持續偏強，導致銅仁市碧江、江口2個區縣受災嚴重，多地出現山體滑坡、交通中斷、城鎮內澇等災情。

圖1 (a)2020年6月29日15時—30日02時銅仁市降水實況，(b)江口縣壩盤站6月29日15時—30日08時逐小時雨量分布(單位：mm)Fig.1 (a)The rainfall distribution on precipitation from 15∶00 on June 29 to 02∶00 on June 30,2020.(b)The hourly rainfall at Bapan station in Jiangkou from 15∶00 on June 29 to 08∶00 on June 30 (unit:mm)

2.2 天氣形勢

從圖2可以看出，過程發生前，受副熱帶高壓外圍西南氣流影響，銅仁市東部處于高溫高濕狀態。發生在副熱帶高壓緩慢西伸過程，位于副高588線外圍西北側，強降水的發生受到熱帶系統直接或間接影響，為長江流域切變線西段暴雨。主要有500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa低渦切變、地面輻合線共同影響，強的低層輻合、高層輻散的高低空配置及梵凈山地形抬升作用，激發了強降水產生，并伴有強雷電、瞬時大風等強對流天氣，加上受副高阻擋，影響系統維持較長時間，造成持續的強降水，強降水中心與地面輻合線位置相對應。

圖2 2020年6月29日08時(a)、20時(b)天氣環流形勢Fig.2 The synoptic circulation situation at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

3 能量條件

銅仁市位于懷化和貴陽2個探空站之間，從2020年6月29日貴陽和懷化08時和20時CAPE、K指數、SI指數及0 ℃、-20 ℃層高度過程對流參數變化(表1)看，2站上空均為K指數>40 ℃，SI指數<0 ℃，貴陽站20時SI指數<-3℃，有利于強雷暴天氣的發生，2站0 ℃層均在5 km以上，-20℃層均在8 km以上，有利于強對流天氣發生。29日20時貴陽和懷化對流有效位能(CAPE)分別達到2 159.3 J·kg-1和1 909.4 J·kg-1，說明對流發展旺盛。從探空曲線(圖3、圖4)來看，過程發生前，露點曲線與溫度曲線在650 hPa以下比較貼近，600 hPa以上2條曲線分開，整體看是下部靠緊、上部分離，中低層濕度較大，表明過程前中低層水汽條件較好，為 “上干下濕”的對流性不穩定層結狀態。從貴陽站上下配置來看，呈“喇叭狀”，從低層到高層的風向演變來看，低層風隨高度順轉，有一定的暖平流向上輸送，進一步增加了大氣溫濕不穩定性。

表1 貴陽和懷化探空站6月29日特大暴雨過程對流參數Tab.1 The convective parameters of the torrential rain on June 29 at Guiyang and Huaihua sounding stations

圖3 2020年6月29日貴陽站08時(a)和20時(b)探空圖Fig.3 The sounding chart of Guiyang station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

圖4 2020年6月29日懷化站08時(a)和20時(b)探空圖Fig.4 The sounding chart of Huaihua station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

4 雷達產品特征分析

4.1 組合反射率演變

從組合反射率因子回波演變來看，自29日15時35分開始，在銅仁市碧江西北部局地生成層積混合降水回波(圖5)，回波最強為50 dBz左右，該回波沿著西南向東北方向緩慢移動，移速約10 km·h-1。后續江口、碧江境內不斷有對流單體生成和發展，面積逐漸發展變寬。19時05分，江口境內生成的回波緩慢東移與碧江境內前期生成的回波發展成片，單體合并，強度增強(圖5b)。20時02分，江口境內再次有回波生成，并與之前的回波發展成片，在江口壩盤和碧江壩黃、和平等地長時間停留，維持少動，回波呈后向傳播，在江口不斷有新回波生成補充，面積不斷擴大，強度中心主要位于碧江，超過50 dBz。21時12分開始，江口境內強回波面積不斷發展，逐漸影響江口中東部，此時在梵凈山東側不斷有對流單體新生發展合并增強，并在江口長時間停留。30日00時01分碧江境內回波減弱，江口境內強回波維持，30日01時48分江口回波減弱，強降水基本結束。

圖5 2020年6月29日15時35分—30日01時48分雷達組合反射率因子圖Fig.5 The composite reflectivity of radar on 15∶35,29th June to 01∶48 ,30th June in 2020

從此次回波組合反射率發展的演變過程來看，此次過程以局地生成回波為主，回波后向傳播，多個對流單體不斷聚集、合并且穩定少動，呈“準靜止狀態”，強回波在銅仁市東部長時間維持，造成了銅仁市江口、碧江區域性特大暴雨天氣過程。

4.2 回波頂高特征

回波頂高反應云層的垂直發展情況，間接地反應出對流發展是否旺盛，可以快速估計強對流回波發展的高度位置。吳明等[4]對銅仁汛期短時強降水雷達特征分析得出本地生成型回波引起的短時強降水時段上易出現在傍晚至第2天凌晨，≥35 dBz 的回波頂高在4 km以上。從圖4可以看出，強降水時段，≥45 dBz的回波主要集中在5 km以下，低于0 ℃層高度，暖云層厚度較厚，低層存在多個強回波核，為低質心高效率暖云降水回波。同時，≥35dBz的回波普遍伸展到8 km以上，說明對流較旺盛(圖6b)。

圖6 6月29日20時02分、21時45分、23時32分銅仁雷達基本反射率因子垂直剖面圖Fig.6 The vertical profile of basic reflectivity factor of Tongren radar at 20∶02,21∶45 and 23∶32 on June 29

4.3 徑向速度

從雷達平均徑向速度圖(仰角1.5°)可以看出(圖7)，強降水時段在雷達站60 km范圍內，風向隨高度順時針旋轉，說明有暖平流輸送。19時05分(圖7a)，碧江西北部區域有明顯的中尺度輻合區(“逆風區”)，最大正速度約為10 m/s，最大負速度約為-10 m/s，正負速度基本相等。20時31分(圖7b)，此輻合區仍然存在，正負速度對范圍擴大，向江口延伸，該輻合區在江口、碧江境內停滯不動，持續時間達3 h以上。方標等[5]在對貴州石阡一次暴雨進行分析時指出“逆風區”的出現通常伴隨著強降水的發生，強降水發生在逆風區的斷裂位置。從零速度線演變趨勢來看，正負速度區相對于雷達站呈現“S”狀分布，說明西南暖濕氣流發展旺盛。從徑向速度圖演變趨勢可以看出，造成此次強降水主要是有逆風區存在且較長時間維持，正負速度區相對雷達站呈“S”狀順時針旋轉。

圖7 2020年6月29日徑向速度圖Fig.7 The radial velocity chart on June 29,2020

4.4 VWP產品

由于垂直風廓線(VWP)產品可以反映雷達站上空半徑50 km范圍內的平均風場情況。觀察垂直風場隨時間的變化，得到了這次過程中垂直方向上風的切變情況[6]。本次強降水中心與雷達站距離在50 km內，VWP資料可以很好地顯示出雷達中心上空的垂直風場情況。由此次過程的VWP變化(圖8)可以看出，中高層(5～10 km)偏北風隨時間推移逐漸加強并向中層傳輸，低層(0～0.6 km)在強降雨前期主要為東南風，過程期間中層(0.6～3.3 km)盛行一支西南氣流，形成一條較為深厚的水汽通道，逐漸影響低層。從風場垂直廓線可以看出，在對流層中下層，風向隨高度順時針旋轉，對應著明顯的暖平流。由ω方程可知，暖平流產生上升運動，冷平流產生下沉運動，暖平流是維持降水的重要原因[7]。

圖8 2020年6月29日18時57分—30日01時36分雷達風廓線圖(單位:m/s)Fig.8 The VWP from on 20∶02 ,29th June to 01∶ 36,30th June in 2020(unit:M/s)

5 小結

①此次特大暴雨主要受低渦切變、地面輻合線共同影響，強的低層輻合、高層輻散的高低空配置，以及梵凈山地形抬升作用激發此次強降水，特點是尺度小，雨強大。

②從雷達回波演變特征反應此次過程以局地生成回波產生降水為主，層積云混合型降水回波在銅仁東部上空聚集、穩定少動，呈“準靜止狀態”，回波呈后向傳播，同時存在多個回波單體相互合并現象。

③從徑向速度圖看，有逆風區存在且較長時間維持，逆風區與強降水持續時間相對應。

④通過雷達發展高度來看，強回波中心主要位于云體中下部，降水時段大于35dBz的回波伸展高度越高，越利于強降水發生，可以作為判斷暴雨天氣的一個特征。