副高控制下一次局地致災強降水天氣分析

吳文心，蘇海報，韓星竹，鄭麗君

上饒市氣象局，江西上饒 334000

在常規的天氣觀測及預報中，副熱帶高壓控制的區域通常為下沉氣流，對應為晴好天氣，極少出現副高控制下的強對流天氣。此類強對流天氣是預報工作中的難點，極易出現漏報和錯報。傅云飛等[1]分析研究了副高控制下發生的熱對流降水結構特征、云和降水云之間的關系。張樹民等[2]統計分析了蘇南地區56例副高型強對流天氣個例，認為該類型天氣主要會發生短時強降水、雷暴大風、冰雹雷暴大風等強對流天氣，不同的強對流類型，其環境參數區別明顯。張曉芳等[3]分析了江西副高邊緣熱雷雨天氣特征，認為該類天氣有極明顯的日變化規律。趙強等[4]分析了4次副高影響下強對流天氣的環境場特征和觸發機制。通過對此類副高控制下的強降水過程形成機制的研究，有利于提高對副高控制下天氣的預報預警能力。利用地面、高空常規觀測資料和雙偏振雷達探測數據等，分析了2021年6月11日強降水天氣過程，并結合雷達的回波特征、雙偏振特征量及粒子相態識別算法剖析了對流風暴的發生發展過程、風暴結構及云物理機制，為今后副高控制下的強對流風暴監測提供一定的經驗依據。

1 天氣實況概述

2021年6月11日18:00～24:00，江西省上饒市出現了大到暴雨的強降水天氣過程，降水主要集中在上饒市的東南部，降水時間集中、短時雨強大。6 h總雨量為30～102 mm，以廣豐區泉波鎮101.8 mm最大；最大小時雨強出現在信州區茅家嶺為60.1 mm/h。此次降水的短歷時雨強較大，雨強較大的站點如表1所示。上饒市信州區茅家嶺區域站點18:40～18:50的降水量達到24 mm，18:50～19:00的降水量達20 mm；上饒市信州區張家村區域站點18:50～19:00降水量達23 mm。18:00～19:00小時雨強較大的有4個站，以茅家嶺和張家村最大，分別為60.1和60 mm/h，廣信區國家站和信州區國家站分別為39.5和32.8 mm/h。局地強降水天氣過程導致了城市內澇、農田被淹、房屋毀損等嚴重災害損失。

表1 2021年6月11日短時強降水出現站點

2 天氣形勢分析

2.1 環流背景分析

副高控制型熱雷雨指的是在副熱帶高壓控制的范圍內，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強降水或強雷電。2021年6月11日的致災性強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，然后逐漸西伸北進控制江西省大部分地區，20:00已經控制上饒市廣信區和廣豐區，與此同時，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，本次強降水主要出現在輻合線附近。

2.2 物理量特征分析

從 圖1可 以 看 出，2021年6月11日20:00，上饒市左側南昌站和右側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指數為38.7℃，衢州站對流有效位能為1 670.6 J/kg、K指數為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，風隨高度順時針變化，有暖平流，下暖上冷，大氣不穩定，容易觸發對流。較好的濕度和能量條件，也有利于短時強降水的發生。

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

3 雙偏振雷達特征分析

3.1 雷達反射率因子的演變

從雷達組合反射率因子來看，對上述降水區域影響較大的雷達回波主要分為2個時間段，影響信州區和廣信區的回波云團A在6月11日的17:30初生，形態為塊狀的分散型回波；18:00回波迅速加強，出現2個中心強度大于60 dBz的強回波中心，分別位于信州區和廣信區的中部；18:23，最強的2個塊狀回波合并為一個較大的塊狀回波，邊緣較不規則，最強中心位于塊狀回波的西北部，強度維持并穩定少動，回波形態逐漸演化成“V”字形，19:09開始回波強度逐漸減弱，減弱速度較慢，至20:35大于60 dBz的強回波中心消失，然后回波在東移的過程中減弱。21:03，位于信州區上空逐漸消散的塊狀回波東南側有一新塊狀回波云團B生成，并向偏北方向移動，在21:55出現大于60 dBz的強回波中心，強中心位于廣豐區的中東部，在22:00，對流發展最為旺盛，回波形態呈團狀，結構緊實，強回波中心至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，差分相移率則能較好地反映出扁平大水滴粒子的數量[5-6]。如圖2所示，在回波云團A發展至強盛時期，ZDR均大于2 dBz，在18:57更有大于5 dBz的區域存在對應組合反射率因子大于60 dBz的區域，說明對流云團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。回波云團A的KDP在回波強盛時在0.75～7 deg/km，尤其是組合反射率因子大于60 dBz的區域對應的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展旺盛時期數量密集。回波云團A的雨滴直徑大、濃度高，說明該云團為典型的短時強降水云團。

圖2 回波云團A和回波云團B旺盛時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B在回波發展初期ZDR值分布零亂，強盛期間為1.5～4 dBz的連續性回波，KDP在21:26出現大于1.7deg/km的中心，在22:23強中心達3.1～7 deg/km，對應組合反射率因子回波中心強度大于60 dBz，說明雨滴濃度較高，且雨滴直徑大，云團具備短時強降水的特征。

3.2.2 相關系數CC和粒子分類HCL 相關系數CC主要應用于大氣中粒子非氣象回波、相態的識別、0℃層識別和冰雹的識別等，液態水的CC值通常為0.90～0.99[7-8]。如圖3所示，在回波云團A發展最為強盛的時期，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產品中可以看出對流發展旺盛階段，均識別為大面積的大雨區，有分散性冰雹鑲嵌其中，面積不超過3個單位。在回波云團B發展強盛時期，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產品中，云團被識別為大面積的小雨，在回波強度超過60 dBz的面積對應了小面積的大雨和冰雹。造成2個云團中相關系數及HCL產品不同的原因主要為A云團尺度較大，回波不容易受到干擾，而B云團尺度小，且受雷達波束阻擋影響，因此有較多的雜波干擾。

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

4 結論

（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定能量，當有觸發機制存在時，這種潛在不穩定能量就會得到釋放，形成強烈的對流不穩定天氣，產生局地強降水。上饒市此次強降水過程就產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，抑制對流發展，因而出現的強對流天氣往往具有局地性、突發性的特點，屬于中小尺度系統，因此預報難度較大。

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