副高控制下一次局地致災(zāi)強(qiáng)降水天氣分析

吳文心，蘇海報(bào)，韓星竹，鄭麗君

上饒市氣象局，江西上饒 334000

在常規(guī)的天氣觀測及預(yù)報(bào)中，副熱帶高壓控制的區(qū)域通常為下沉氣流，對應(yīng)為晴好天氣，極少出現(xiàn)副高控制下的強(qiáng)對流天氣。此類強(qiáng)對流天氣是預(yù)報(bào)工作中的難點(diǎn)，極易出現(xiàn)漏報(bào)和錯(cuò)報(bào)。傅云飛等[1]分析研究了副高控制下發(fā)生的熱對流降水結(jié)構(gòu)特征、云和降水云之間的關(guān)系。張樹民等[2]統(tǒng)計(jì)分析了蘇南地區(qū)56例副高型強(qiáng)對流天氣個(gè)例，認(rèn)為該類型天氣主要會發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，不同的強(qiáng)對流類型，其環(huán)境參數(shù)區(qū)別明顯。張曉芳等[3]分析了江西副高邊緣熱雷雨天氣特征，認(rèn)為該類天氣有極明顯的日變化規(guī)律。趙強(qiáng)等[4]分析了4次副高影響下強(qiáng)對流天氣的環(huán)境場特征和觸發(fā)機(jī)制。通過對此類副高控制下的強(qiáng)降水過程形成機(jī)制的研究，有利于提高對副高控制下天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。利用地面、高空常規(guī)觀測資料和雙偏振雷達(dá)探測數(shù)據(jù)等，分析了2021年6月11日強(qiáng)降水天氣過程，并結(jié)合雷達(dá)的回波特征、雙偏振特征量及粒子相態(tài)識別算法剖析了對流風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展過程、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)及云物理機(jī)制，為今后副高控制下的強(qiáng)對流風(fēng)暴監(jiān)測提供一定的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

1 天氣實(shí)況概述

2021年6月11日18:00～24:00，江西省上饒市出現(xiàn)了大到暴雨的強(qiáng)降水天氣過程，降水主要集中在上饒市的東南部，降水時(shí)間集中、短時(shí)雨強(qiáng)大。6 h總雨量為30～102 mm，以廣豐區(qū)泉波鎮(zhèn)101.8 mm最大；最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在信州區(qū)茅家?guī)X為60.1 mm/h。此次降水的短歷時(shí)雨強(qiáng)較大，雨強(qiáng)較大的站點(diǎn)如表1所示。上饒市信州區(qū)茅家?guī)X區(qū)域站點(diǎn)18:40～18:50的降水量達(dá)到24 mm，18:50～19:00的降水量達(dá)20 mm；上饒市信州區(qū)張家村區(qū)域站點(diǎn)18:50～19:00降水量達(dá)23 mm。18:00～19:00小時(shí)雨強(qiáng)較大的有4個(gè)站，以茅家?guī)X和張家村最大，分別為60.1和60 mm/h，廣信區(qū)國家站和信州區(qū)國家站分別為39.5和32.8 mm/h。局地強(qiáng)降水天氣過程導(dǎo)致了城市內(nèi)澇、農(nóng)田被淹、房屋毀損等嚴(yán)重災(zāi)害損失。

表1 2021年6月11日短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)站點(diǎn)

2 天氣形勢分析

2.1 環(huán)流背景分析

副高控制型熱雷雨指的是在副熱帶高壓控制的范圍內(nèi)，受午后熱對流與低層（或底層）輻合線影響，在地面輻合線附近出現(xiàn)強(qiáng)降水或強(qiáng)雷電。2021年6月11日的致災(zāi)性強(qiáng)降水過程具有明顯的副高型熱雷雨的特征。11日08:00 500 hPa副高588線位于福建省西部，然后逐漸西伸北進(jìn)控制江西省大部分地區(qū)，20:00已經(jīng)控制上饒市廣信區(qū)和廣豐區(qū)，與此同時(shí)，700 hPa上饒市上空為弱的西南氣流，850 hPa和925 hPa為弱的偏東氣流，地面圖上也有輻合線生成，本次強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在輻合線附近。

2.2 物理量特征分析

從 圖1可 以 看 出，2021年6月11日20:00，上饒市左側(cè)南昌站和右側(cè)衢州站的整層能量條件全部較好，南昌站對流有效位能為1 108.8 J/kg、K指數(shù)為38.7℃，衢州站對流有效位能為1 670.6 J/kg、K指數(shù)為37.9℃；整層濕度也全部比較深厚，925 hPa比濕為16 g/kg、850 hPa為14 g/kg、700 hPa為10 g/kg、500 hPa為5 g/kg。從 低 層 到 高層，風(fēng)隨高度順時(shí)針變化，有暖平流，下暖上冷，大氣不穩(wěn)定，容易觸發(fā)對流。較好的濕度和能量條件，也有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖1 2021年 6月11日20:00南昌站（a）與衢州站（b）溫度對數(shù)壓力圖

3 雙偏振雷達(dá)特征分析

3.1 雷達(dá)反射率因子的演變

從雷達(dá)組合反射率因子來看，對上述降水區(qū)域影響較大的雷達(dá)回波主要分為2個(gè)時(shí)間段，影響信州區(qū)和廣信區(qū)的回波云團(tuán)A在6月11日的17:30初生，形態(tài)為塊狀的分散型回波；18:00回波迅速加強(qiáng)，出現(xiàn)2個(gè)中心強(qiáng)度大于60 dBz的強(qiáng)回波中心，分別位于信州區(qū)和廣信區(qū)的中部；18:23，最強(qiáng)的2個(gè)塊狀回波合并為一個(gè)較大的塊狀回波，邊緣較不規(guī)則，最強(qiáng)中心位于塊狀回波的西北部，強(qiáng)度維持并穩(wěn)定少動，回波形態(tài)逐漸演化成“V”字形，19:09開始回波強(qiáng)度逐漸減弱，減弱速度較慢，至20:35大于60 dBz的強(qiáng)回波中心消失，然后回波在東移的過程中減弱。21:03，位于信州區(qū)上空逐漸消散的塊狀回波東南側(cè)有一新塊狀回波云團(tuán)B生成，并向偏北方向移動，在21:55出現(xiàn)大于60 dBz的強(qiáng)回波中心，強(qiáng)中心位于廣豐區(qū)的中東部，在22:00，對流發(fā)展最為旺盛，回波形態(tài)呈團(tuán)狀，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，強(qiáng)回波中心至22:57才消失，然后回波在北移的過程中減弱。

3.2 偏振量特征分析

3.2.1 差分反射率因子ZDR與差分相移率KDP 差分反射率因子ZDR與粒子的大小和圓扁程度密切相關(guān)，差分相移率則能較好地反映出扁平大水滴粒子的數(shù)量[5-6]。如圖2所示，在回波云團(tuán)A發(fā)展至強(qiáng)盛時(shí)期，ZDR均大于2 dBz，在18:57更有大于5 dBz的區(qū)域存在對應(yīng)組合反射率因子大于60 dBz的區(qū)域，說明對流云團(tuán)中的降水粒子主要以大雨滴為主，高ZDR值的回波在21:37才減弱至2 dBz以下，雨滴直徑減小?；夭ㄔ茍F(tuán)A的KDP在回波強(qiáng)盛時(shí)在0.75～7 deg/km，尤其是組合反射率因子大于60 dBz的區(qū)域?qū)?yīng)的KDP均在2.4deg/km以上，在21:32減弱至0.5 deg/km以下，說明大雨滴在對流發(fā)展旺盛時(shí)期數(shù)量密集。回波云團(tuán)A的雨滴直徑大、濃度高，說明該云團(tuán)為典型的短時(shí)強(qiáng)降水云團(tuán)。

圖2 回波云團(tuán)A和回波云團(tuán)B旺盛時(shí)期的組合反射率因子（a、d），差分反射率因子ZDR（b、e）與差分相移率KDP（c、f）

回波云團(tuán)B在回波發(fā)展初期ZDR值分布零亂，強(qiáng)盛期間為1.5～4 dBz的連續(xù)性回波，KDP在21:26出現(xiàn)大于1.7deg/km的中心，在22:23強(qiáng)中心達(dá)3.1～7 deg/km，對應(yīng)組合反射率因子回波中心強(qiáng)度大于60 dBz，說明雨滴濃度較高，且雨滴直徑大，云團(tuán)具備短時(shí)強(qiáng)降水的特征。

3.2.2 相關(guān)系數(shù)CC和粒子分類HCL 相關(guān)系數(shù)CC主要應(yīng)用于大氣中粒子非氣象回波、相態(tài)的識別、0℃層識別和冰雹的識別等，液態(tài)水的CC值通常為0.90～0.99[7-8]。如圖3所示，在回波云團(tuán)A發(fā)展最為強(qiáng)盛的時(shí)期，CC的值在0.5°仰角大部分＜0.99，在1.5°和2.4°仰角則大部分高于0.99。在HCL產(chǎn)品中可以看出對流發(fā)展旺盛階段，均識別為大面積的大雨區(qū)，有分散性冰雹鑲嵌其中，面積不超過3個(gè)單位。在回波云團(tuán)B發(fā)展強(qiáng)盛時(shí)期，CC值在0.5°仰角十分亂，在1.5°和2.4°仰角則值多＞0.99；在HCL產(chǎn)品中，云團(tuán)被識別為大面積的小雨，在回波強(qiáng)度超過60 dBz的面積對應(yīng)了小面積的大雨和冰雹。造成2個(gè)云團(tuán)中相關(guān)系數(shù)及HCL產(chǎn)品不同的原因主要為A云團(tuán)尺度較大，回波不容易受到干擾，而B云團(tuán)尺度小，且受雷達(dá)波束阻擋影響，因此有較多的雜波干擾。

圖3 回波云團(tuán)A和回波云團(tuán)B旺盛時(shí)期的組合反射率因子（a、d），相關(guān)系數(shù)CC（b、e）與粒子分類HCL（c、f）

4 結(jié)論

（1）通常情況下，副高控制大氣下沉增溫，天氣晴好。但在特定條件下，由于副熱帶高壓中心附近也會積累不穩(wěn)定能量，當(dāng)有觸發(fā)機(jī)制存在時(shí)，這種潛在不穩(wěn)定能量就會得到釋放，形成強(qiáng)烈的對流不穩(wěn)定天氣，產(chǎn)生局地強(qiáng)降水。上饒市此次強(qiáng)降水過程就產(chǎn)生在該類形勢背景下。在副高控制下，地面存在中尺度的輻合線，加之充沛的水汽和較好的能量條件，從而出現(xiàn)了局地對流性降水天氣過程。由于這一類天氣受副高下沉氣流的控制，抑制對流發(fā)展，因而出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣往往具有局地性、突發(fā)性的特點(diǎn)，屬于中小尺度系統(tǒng)，因此預(yù)報(bào)難度較大。

（2）造成強(qiáng)降水的回波云團(tuán)在發(fā)展強(qiáng)盛時(shí)期，中心反射率因子大于60 dBz以上，且對應(yīng)的差分反射率因子ZDR＞2 dBz，差分相移率KDP最大值可達(dá)7 deg/km，偏振量參數(shù)顯示云團(tuán)主要以高濃度的大雨滴為主。相關(guān)系數(shù)CC在低層反應(yīng)不一，對于對流云團(tuán)A有較好的識別結(jié)果，對流云團(tuán)B由于雷達(dá)波束的阻擋等因素，則雜波較多，對HCL的分類有一定的干擾作用。