昌江流域特大暴雨過程強降水及天氣形勢特征分析

余俊杰，陳鮑發(fā)，馬中元

(1.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000；2.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046)

0 引言

景德鎮(zhèn)是江西暴雨中心之一，暴雨、洪澇災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅昌江兩岸的居民生活。1996年、1998年的流域性大洪水，受災(zāi)群眾50多萬人，直接損失近100億元。2020年7月上旬，持續(xù)大暴雨再度引發(fā)特大洪澇，雖經(jīng)過上游浯溪口水庫調(diào)洪，但全市仍出現(xiàn)了僅次于1998年的大洪水。洪澇災(zāi)害仍然是景德鎮(zhèn)市目前影響面最廣、災(zāi)害最重的自然災(zāi)害，但從技術(shù)、城市防御能力上，由于不斷提升對暴雨強度精準(zhǔn)預(yù)報的水平，已逐步趨于可控。

氣象學(xué)者一直致力于暴雨的研究，相關(guān)結(jié)果表明致洪暴雨在低空形成三高一低阻塞形勢，切變線上低渦東移，切變線以南有低空急流，低層輻合、高層輻散，槽后冷空氣侵入，明顯的“列車效應(yīng)”與后向傳播，地面輻合線及中尺度渦旋、高低空系統(tǒng)耦合[1-11]，“上干下濕”“上冷下暖”，一定強度的對流有效位能和中層“干區(qū)”的卷入，在北面有西北偏西氣流，南面有強盛西南氣流時，地形對暴雨有明顯增幅作用。文章將采用景德鎮(zhèn)市氣象和水文的地面降水觀測資料、MICAPS常規(guī)資料，分析2008年以來昌江流域10次特大暴雨過程的強降水特征及天氣形勢特點，以期為景德鎮(zhèn)市暴雨的預(yù)報和氣象服務(wù)提供支撐與參考。

1 2008年以來的昌江流域特大暴雨過程

1.1 資料與特大暴雨過程的認定

對2008年以來景德鎮(zhèn)市國家氣象站、區(qū)域氣象站和昌江流域水文觀測站的降水資料進行統(tǒng)計，如任意24 h有1站出現(xiàn)250 mm以上的特大暴雨且有3站出現(xiàn)200 mm以上的大暴雨即為1次昌江流域特大暴雨過程。

1.2 特大暴雨的強降水特征

表1為2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程小時雨量，可以看到特大暴雨過程并不是逐小時平均分布，而主要是由多個時段的強降水造成，其余時段多為小雨，即有一定的突發(fā)性。

強降水持續(xù)最長的2個過程分別為2012-08-10T00：00—2012-08-10T11：00，12 h累積雨量377 mm，2018-07-05T20：00—2018-07-06T08：00，13 h累積雨量362 mm。每次特大暴雨過程都有3～6 h的強降水集中時段，個別暴雨過程6 h累積雨量可達200 mm以上，如2020-07-07T09：00—2020-07-07T14：00，累積雨量215.5 mm；2018-07-05T20：00—2018-07-06T00：00，僅4 h累積雨量234 mm。3 h強降水可達100 mm左右或以上，即可發(fā)布暴雨紅色預(yù)警，如2016-06-19T07：00—2016-06-19T09：00，累積雨量170.5 mm。10次特大暴雨過程僅2008年、2013年未達到發(fā)布暴雨紅色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。短時強降水多為50 mm/h以內(nèi)的強度，最強可達90 mm/h以上，如2018-07-05T22：00雨量為97.5 mm。平均每次特大暴雨過程出現(xiàn)6.2個時次≥20 mm/h和3.3個時次≥30 mm/h的降水，3～6 h的集中強降水的關(guān)注與預(yù)報成為特大暴雨預(yù)報服務(wù)的關(guān)鍵。

表1 2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程小時雨量統(tǒng)計 mm/h

1)時間段起始時是24 h特大暴雨起始時間，后面表格時間先加上起始時后轉(zhuǎn)換為24小時制才是真正雨量統(tǒng)計時間。

2 天氣形勢特點

圖1為2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程分析，可以看到影響昌江流域的特大暴雨主要天氣系統(tǒng)有高空低槽、副熱帶高壓、中低層西南急流和超低空西南急流、中低層切變線等。

圖1 2000—2020年昌江流域特大暴雨過程(a)2008年；(b)2010年；(c)2012年；(d)2013年；(e)2016年；(f)2017年；(g)2018年；(h)2019年；(i)2020-07-07；(j)2020-07-08

10次景德鎮(zhèn)市特大暴雨過程大部分伴有超低空西南急流。最強為2013-06-07，達19 m/s，即存在明顯的超地轉(zhuǎn)現(xiàn)象。多數(shù)特大暴雨中低層伴有低渦活動。低渦環(huán)流多位于景德鎮(zhèn)東北部的皖南至皖東南，影響景德鎮(zhèn)特大暴雨的低渦分為移動型和相對固定型兩種，固定型主要位于皖東南，景德鎮(zhèn)位于低渦的西南方，低渦西部的偏北氣流不斷帶來冷空氣，與贛東北的西南暖濕氣流交匯。而移動型則多為低渦沿850 hPa切變線東移，每1次東移過程，均伴有1輪強降水發(fā)生。所有特大暴雨過程均伴有明顯的高空低槽，前傾槽后部西北氣流疊加在低層西南暖濕急流上，熱力不穩(wěn)定發(fā)展，在中層干冷氣流的觸發(fā)下，強降水劇烈發(fā)展。分流區(qū)多表現(xiàn)為北風(fēng)與西北風(fēng)之間的輻散，高空輻散帶來明顯的抽吸作用。低層輻合伴有明顯的低壓活動，有的形成小尺度氣旋式旋轉(zhuǎn)與輻合，有的形成區(qū)域性輻合中心，地面氣旋式旋轉(zhuǎn)與劇烈的輻合形成明顯的上升運動。

超低空急流輸送邊界層暖濕氣流，有利于建立位勢不穩(wěn)定，增強不穩(wěn)定能量，并輸送大量水汽，在急流前端的贛東北劇烈輻合，激發(fā)強烈的上升運動，導(dǎo)致強降水的發(fā)生、發(fā)展。景德鎮(zhèn)多位于低渦的西南方，低渦西部的偏北氣流不斷帶來冷空氣，與贛東北的西南暖濕氣流交匯，加劇了上升運動與降水強度。高空低槽不僅是在槽前有明顯的正渦度平流，而且低槽移入贛東北后，槽后西北氣流疊加在低層西南暖濕急流上，熱力不穩(wěn)定發(fā)展，地面氣旋式地旋轉(zhuǎn)與劇烈的輻合與高層分流區(qū)相配合，導(dǎo)致強降水的不斷發(fā)生。

3 T-lnP圖特征

從2000—2020年昌江流域特大暴雨過程T-lnP(圖2)可以看到：對流有效位能強，特別是副高邊緣型致洪暴雨，如2010-07-15T08：00，結(jié)構(gòu)為粗狀型，與梅雨型的細長結(jié)構(gòu)形成對比；強大的不穩(wěn)定能量、異常的位勢不穩(wěn)定等對暴雨有明顯增強作用；特大暴雨發(fā)生時，邊界層925 hPa西南風(fēng)與850 hPa相當(dāng)，低層弱南風(fēng)(1～2 m/s)順轉(zhuǎn)為強西南風(fēng)急流；明顯暖平流特征還表現(xiàn)在中層和高層，有的伴有較為明顯的中層干區(qū)，如2018-07-06T08：00，500 hPa的T-Td=24 ℃，中層干區(qū)疊加在低層水汽飽和區(qū)之上，加大了對流不穩(wěn)定。

4 物理量參數(shù)統(tǒng)計

表2為2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程南昌探空物理量參數(shù)統(tǒng)計，可以看到：CAPE平均超1000 J/kg，最大2，941.4 J/kg，出現(xiàn)在2010-07-15T08：00；最小509.6 J/kg，出現(xiàn)在2020-07-08T08：00。K 指數(shù)平均達39 ℃或以上，最大44 ℃，出現(xiàn)在2018-07-05T20：00；最小36 ℃，出現(xiàn)在2008-06-09T20：00。沙氏指數(shù)SI平均在-1 ℃以下，負值最大-3.54 ℃，出現(xiàn)在2016-06-19T08：00；正值最大1.22 ℃，出現(xiàn)在2012-08-09T20：00。風(fēng)暴強度指數(shù)SSI平均接近300，最大333.5 ℃，出現(xiàn)在2010-07-15T08：00；最小271.4，出現(xiàn)在2017-06-24T08：00。1000～500 hPa垂直風(fēng)切變平均在12 m/s以上，最大20 m/s，出現(xiàn)在2013-06-06T20：00；最小4 m/s，出現(xiàn)在2010-07-15T08：00。0 ℃層高度平均達5100 m以上，最高5386 m，出現(xiàn)在2020-07-06T20：00；最低4800 m，出現(xiàn)在2019-05-26T08：00。-20 ℃層高度平均在8700 m以上，最高9228 m，出現(xiàn)在2018-07-05T20：00；最低8257 m，出現(xiàn)在2019-05-26T08：00。

圖2 2000—2020年昌江流域特大暴雨過程T-lnP(a)2008年；(b)2010年；(c)2012年；(d)2013年；(e)2016年；(f)2017年；(g)2018年；(h)2019年；(i)2020-07-07；(j)2020-07-08

表2 2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程南昌探空物理量參數(shù)統(tǒng)計

由此可見，昌江流域特大暴雨過程層結(jié)有明顯不穩(wěn)定，并伴有較強的不穩(wěn)定能量，其中CAPE平均在1000 J/kg以上、K指數(shù)達39 ℃以上、SI平均在-1 ℃以下。副高邊緣型致洪暴雨的熱力條件適宜，如2010-07-15。2018-07-05，500 hPa風(fēng)速僅為4～6 m/s，中層弱風(fēng)場結(jié)構(gòu)導(dǎo)致降水系統(tǒng)移動緩慢，易造成局地的強降水，在暴雨預(yù)報服務(wù)過程中，要高度警惕500 hPa風(fēng)速明顯偏弱，而低層或邊界層又有明顯西南急流的風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)配置。

5 結(jié)束語

文章從強降水特征、天氣形勢特點、T-lnP圖、物理量參數(shù)統(tǒng)計等方面分析了2000年以來昌江流域特大暴雨過程，主要結(jié)論如下：

1)降水強度在近10 a進入高峰期，集中強降水預(yù)報是特大暴雨預(yù)報服務(wù)的關(guān)鍵；

2)超低空急流輸送邊界層暖濕氣流，低渦西部的偏北氣流不斷帶來冷空氣與西南暖濕氣流交匯，高空低槽在槽前有明顯的正渦度平流，槽后西北氣流疊加在低層西南暖濕急流，降水強度顯著增大；

3)特大暴雨T-lnP圖對流有效位能強，中層有部分過程伴有明顯干層，有利于對流不穩(wěn)定的建立，從而加大降水強度；

4)特大暴雨過程中層結(jié)不穩(wěn)定，并伴有較強的不穩(wěn)定能量，中層弱風(fēng)場結(jié)構(gòu)與低層強西南急流的風(fēng)場配置易導(dǎo)致極端性強降水發(fā)生。