瑞金大暴雨過程分鐘級雨量特征分析

2024-02-27 00:00:00謝萬芬陳穎

農業災害研究 2024年12期

摘要：采用自動站分鐘級雨量資料對江西省瑞金市典型的幾次大暴雨過程進行統計分析，并結合中尺度天氣圖分析方法、大氣對流參數和歐洲細網格0.25°×0.25°再分析資料，研究這幾次大暴雨過程的特征。結果顯示：6月是瑞金全市大暴雨日數最多的月份，云石山鄉出現大暴雨日數最多，日東水庫、沙洲壩鎮、葉坪鄉出現強降水頻次最高；瑞金全市強降水逐

20 min平均雨量峰值（15.9 mm）出現在第21～40 min，逐5 min平均雨量峰值（4.4 mm）出現在第30～35 min，逐分鐘平均雨量峰值（0.9 mm）出現在第31 min；輻合線或地面鋒和西南急流的位置配合決定強降水和大暴雨的主要落區。

關鍵詞：分鐘級雨量；暴雨過程；短時強降水；西南急流；輻合線

中圖分類號：P458.121.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

暴雨是一種影響嚴重的災害性天氣，尤其是大范圍持續性暴雨和集中的特大暴雨，不僅影響工農業生產，還會危害人民的生命，造成嚴重的經濟損失[1]。例如，2019年江西省贛州市瑞金“7.14”大暴雨過程導致11人死亡、1人失蹤，直接經濟損失高達18.3億元。高頻次、高分辨率的監測是做好暴雨短時臨近預報的基礎，當前對于分鐘級雨量的研究和統計工作較少，贛州在這一方面尤其薄弱[2-3]。因此，在初步統計瑞金市歷史暴雨、大暴雨過程后，選擇該地6個典型的大暴雨過程，并采用分鐘級雨量資料對大暴雨過程中的強降水時次進行分析，嘗試從更小的尺度揭示強降水發生時的雨量特點，并結合中尺度天氣圖分析方法、大氣對流參數和歐洲細網格0.25°×0.25°再分析資料，研究瑞金大暴雨過程的特征[4-6]。

1 歷史暴雨、大暴雨過程的統計分析

對1959—2019年瑞金國家站大暴雨和暴雨日數進行分析，發現國家站大暴雨日數共31 d，一年最多為2 d；2013—2018未出現過大暴雨，為大暴雨間隔最長時間段；1959—2019年3—10月均出現過大暴雨，其中有16 d出現在6月；國家站暴雨日數共288 d，峰值出現在1992年（為10 d）；1959—2019年1—12月均出現過暴雨，主要集中在3—9月，其中有67 d出現在6月，可見6月是瑞金國家站出現暴雨最多的月份。

對瑞金全市各站2012—2019年大暴雨日數和2009—2019年暴雨日數進行分析，發現全市大暴雨日數分布在3—9月，峰值出現在6月。瑞金大暴雨日數最多的站點為云石山鄉，其次是日東鄉；暴雨日數最多的站點為瑞金國家站，其次為葉坪鄉。

2 典型大暴雨過程的對比分析

根據瑞金全市出現大暴雨的站次數，選擇2012—2019年6個典型的大暴雨過程進行分析，得出的結論如下：2012年8月3日20：00—4日20：00，瑞金平均雨量為105.6 mm，有8站大暴雨，13站暴雨；2013年7月13日20：00—14日20：00，瑞金平均雨量為77.4 mm，有5站大暴雨，14站暴雨；2018年5月30日20：00—31日20：00，瑞金平均雨量為58.7 mm，有7站大暴雨，5站暴雨；2018年6月9日20：00—10日20：00，瑞金平均雨量為78.3 mm，有6站大暴雨，20站暴雨；2019年6月22日20：00—23日20：00，瑞金平均雨量為66.2 mm，有4站大暴雨，13站暴雨；2019年7月13日20：00—14日20：00，瑞金平均雨量為92.2 mm，有11站大暴雨，2站暴雨。

從6個大暴雨過程統計來看，2012年8月4日，全市降水主要集中在01：00～09：00，其中最強降水時次為06：00（平均值達13.8 mm）。2013年7月14日，全市降水主要集中在04：00～08：00，其中最強降水時次為08：00（平均值達10 mm）。2018年5月31日，全市降水主要集中在14：00～17：00，其中最強降水時次為16：00

（平均值達25.3 mm）。2018年6月10日，全市降水主要集中在05：00之前，其中最強降水時次為03：00（平均值達13.4 mm）。2019年6月22日，全市降水主要集中在20：00—23日00：00，其中最強降水時次為21：00

（平均值達13.1 mm）。2019年7月14日，全市降水主要集中在03：00～09：00，其中最強降水時次為07：00（平均值達18.4 mm）。綜合可知，瑞金大暴雨過程的降水主要集中在午后到夜間。

2.1 強降水分鐘級雨量特征分析

在6個大暴雨過程中，4個過程出現了短時強降水（1 h雨量≥30 mm，以下簡稱強降水）[7]，2012年8月4日和2013年7月14日未出現強降水。強降水、暴雨、大暴雨的變化總體上較為一致，呈正相關關系，強降水與大暴雨的相關性明顯優于暴雨，相關系數為0.73。強降水出現頻次最高的地點是日東水庫、沙洲壩鎮、葉坪鄉，次為九堡鎮、云石山鄉、堆下壩果園、龍山水庫，容易出現強降水的站點包括大柏地、萬田鄉、坳背崗果園、日東鄉、瑞金，未出現強降水的站點有瑞林鎮、丁陂鄉、謝坊鎮、澤覃鄉、小嶺村、葉坪景區。瑞金強降水出現時間最高峰為08：00和16：00。

在出現4次大暴雨過程中，對各站點強降水逐分鐘雨量進行分析發現，2018年5月31日，瑞金有10個站次出現強降水，全市強降水逐20 min平均雨量峰值出現在前20 min（第1～20 min），全市強降水逐分鐘平均雨量峰值出現在第9 min，為1.4 mm；2018年6月10日，瑞金全市有8個站次出現強降水，全市強降水逐20 min平均雨量峰值出現在中間的20 min（第21～

40 min），全市強降水逐分鐘平均雨量峰值出現在第24、25 min，為0.9 mm；2019年6月23日，瑞金有6個站次出現強降水，全市強降水逐20 min平均雨量峰值出現在中間的20 min（第21～40 min），全市強降水逐分鐘平均雨量峰值出現在第29、30 min，為1.2 mm；2019年7月14日，瑞金全市有10個站點共出現22個時次的強降水，全市強降水逐20 min平均雨量呈遞增趨勢，峰值出現在后20 min（第41～60 min），瑞金全市強降水逐分鐘平均雨量峰值出現在第47分鐘，為0.9 mm。

對4次大暴雨過程的強降水進行統計分析，發現瑞金全市強降水逐20 min平均雨量峰值（15.9 mm）出現在中間的20 min（第21～40 min），逐5 min平均雨量峰值（4.4 mm）出現在第30～35 min，逐分鐘平均雨量峰值（0.9 mm）出現在第31 min，之后基本呈減弱趨勢。瑞金全市強降水頻次最高的時段為前20 min，其次是中間的20 min；5月份瑞金全市強降水逐20 min平均雨量峰值主要出現在前20 min，6月份主要出現在中間的20 min，7月份主要出現在后面的20 min。

2.2 相似個例天氣形勢分析、中尺度分析和物理量分析

出現強降水的4次瑞金大暴雨過程中，2018年6月10日受臺風“艾云尼”外圍環流的影響，其余3次大暴雨過程主要受高空槽、切變線和西南急流的共同影響。進一步對比分析這3次相似大暴雨過程，發現其均存在500 hPa北支槽南壓或南支槽東移，5月30日、6月22日和7月13日在20：00的200 hPa江西省北部均有大風速帶，瑞金全市處在強輻散區中，6月23日和7月14日08：00輻散減弱，5月30日輻散則一直維持到31日08：00，于20：00減弱。

從中尺度分析（表1）來看，3次過程中200 hPa有強輻散氣流；500 hPa贛州市附近存在高空槽，贛州處在副高外圍環流或邊緣；850 hPa贛州市附近有切變線，存在西南急流，急流頂端指向瑞金附近；925 hPa有切變線位于瑞金附近，有地面鋒或者輻合線經過瑞金市[8-11]。輻合線或地面鋒和急流的位置配合決定強降水和大暴雨的主要落區，當輻合線和急流軸頂端偏南時南部容易出大暴雨，偏北則中部以北容易出大暴雨，副高位置越偏南則越容易導致瑞金出現全市性暴雨過程，偏北則容易導致瑞金中部一帶出現暴雨過程[12-13]。

3次大暴雨過程開始前濕層都很深厚。探空圖物理量特征值如表2所示，對流抑制指數CIN在6月22日20：00—23日08：00期間維持在0值左右，而在7月13日20：00維持在最大值并呈遞減趨勢，這說明7月14日夜間的條件更有利于強對流天氣的持續。粗理查森數BRN也表明7月13日夜間極容易出現多單體風暴，風暴強度指數SSI一直保持在高值，表明可能出現強風暴。30日20：00、31日08：00、22日20：00和13日20：00能量螺旋度指數EHI也出現了高值、抬升指數均小于-2.5 ℃，意味著大氣極不穩定，極易發生強對流天氣。結合對流抑制指數CIN來看，31日白天的強對流條件比夜間更好，加上白天的增溫，熱力條件更好，31日白天更易出現強降水。3次過程開始前，K值接近或超過40 ℃，LI小于-2.5 ℃，SI均為負值，CAPE值超過800 J/kg，CIN值小，接近0 J/kg，SSI高達260以上，EHI最高值達到1 000以上，零度層高度在5 km以上，這些特征有利于形成低質心熱帶對流，提高降水效率，從而易導致強降水出現。

從物理量場分布來看（圖略），3次大暴雨過程強降水開始前垂直上升運動強烈，假相當位溫850 hPa高達340 K及以上，其分布特征與降水落區對應較好。3次大暴雨過程開始前CAPE值和K指數高值區跟強降水大值區保持一致；強降水開始前，700、850 hPa為正渦度、負散度、負水汽通量散度，500 hPa為負渦度、正散度、正水汽通量散度，中低層輻合上升，高層輻散，500 hPa及以下的最大垂直速度達到-16×10-2 Pa/s。瑞金為高度濕區，850 hPa或700 hPa≥12 g/kg，500 hPa

≥4 g/kg，有利于出現強降水和大暴雨。

3 結論

（1）瑞金全市大暴雨日數分布在3—9月，峰值出現在6月。大暴雨日數最多的站點為云石山鄉，其次為日東鄉。暴雨日數最多的站點為瑞金國家站，其次為葉坪鄉。

（2）瑞金大暴雨過程的降水主要集中在午后到夜間，瑞金強降水出現時間最高峰為08：00和16：00。強降水出現頻次最高的是日東水庫、沙洲壩鎮、葉坪鄉，強降水與大暴雨的相關性明顯優于暴雨，相關系數為0.73。

（3）瑞金全市強降水逐20 min平均雨量峰值（15.9 mm）

出現在第21～40 min，5月主要出現在第1～20 min，6月主要在第21～40 min，7月主要出現在第41～60 min。逐5 min平均雨量峰值（4.4 mm）出現在第30～35 min，逐分鐘平均雨量峰值（0.9 mm）出現在第31 min，之后基本呈減弱趨勢。全市出現強降水頻次最高的時段為第1～20 min。

（4）200 hPa有強輻散氣流，500 hPa贛州市附近存在高空槽，贛州處在副高外圍環流或邊緣；850 hPa贛州市附近有切變線，存在西南急流，急流頂端指向瑞金附近；925 hPa有切變線位于瑞金附近，有地面鋒或者輻合線經過瑞金市。瑞金全市3次大暴雨過程強降水開始前垂直上升運動強烈，500 hPa及以下的最大垂直速度達到-16×10-2 Pa/s。強降水開始前700、850 hPa為正渦度、負散度、負水汽通量散度，500 hPa為負渦度、正散度、正水汽通量散度，中低層輻合上升，高層輻散，假相當位溫850 hPa達到340 K及以上，其分布特征與降水落區對應較好。瑞金為高濕區，850 hPa或700 hPa≥12 g/kg，500 hPa≥4 g/kg，導致瑞金易出現強降水和大暴雨。輻合線或地面鋒和急流軸的位置配合決定瑞金強降水和大暴雨的主要落區，當輻合線和急流軸頂端偏南時瑞金南部容易出現大暴雨，偏北時瑞金中部以北容易出現大暴雨。

（5）中尺度分析在強降水和暴雨預報中可用性較好，提高了落區預報的準確性。

參考文獻

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980.

[2] 馮漢中，徐琳娜，楊康權，等.基于小時雨量的泥石流滑坡降雨特征分析[J].高原山地氣象研究，2011，31（4）：18-23.

[3] 列杰班宗，羅布，王偉.西藏地區氣象自動站夏季逐時降水資料特征分析[J].高原山地氣象研究，2012，32（2）：77-80.

[4] 孫繼松，何娜，王國榮，等.“7·21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探[J].暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

[5] 康嵐，馮漢中，屠妮妮，等.一次川渝大暴雨的中尺度分析[J].氣象，2008（10）：40-49.

[6] 俞小鼎.2012 年7月21日北京特大暴雨成因分析[J].氣象，2012，38（11）：1313-1329.

[7] 張小雯，盛杰，孫軍，等．三種不同強降水過程中分鐘級雨量特征的對比分析［J］．天氣預報，2012，4（2）：43-48.

[8] 盛杰，張小雯，孫軍，等.三種不同天氣系統強降水過程中分鐘雨量的對比分析[J].氣象，2012，38（10）：1161-1169.

[9] 陳朝平，王佳津，羅可生.“7.20”暴雨過程中分鐘級雨量特征分析[J].高原山地氣象研究，2013，33（1）：23-29.

[10] 馮晉勤，劉銘，蔡菁.閩西山區“7.22”極端降水過程中尺度對流特征[J].應用氣象學報，2018，29（6）：748-758.