辛瑋琦，馬中元，諶 云，羅 燕，黎輝文，洪麗霞

（1.江西省氣象科學(xué)研究所，江西 南昌 330046；2.宜豐縣氣象局，江西宜豐 336300；3.國家氣象中心，北京 100081）

江西是暴雨頻發(fā)省份，尤其是短時強降水，具有明顯的局地性和地域性，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人們的生活和社會活動。因此，開展本地短時強降水研究具有十分重要的意義。

國內(nèi)專家學(xué)者對暴雨中短時強降水進(jìn)行了大量研究。常煜[1]研究內(nèi)蒙古地區(qū)短時強降水過程得出降水持續(xù)最長時間為38 h，其中持續(xù)3 h所占比例最大。楊銀等[2]研究甘肅河?xùn)|強降水主要發(fā)生在汛期（4—9月）。何鈺等[3]分析云南短時強降水集中出現(xiàn)在6—8月，且一天中存在兩個明顯的峰值。毛冬艷等[4]分析西南地區(qū)短時強降水主要集中在4—10月。莊曉翠等[5]研究新疆地區(qū)短時強降水發(fā)生前大多數(shù)環(huán)境參數(shù)閾值小于中國中東部地區(qū)。徐慧燕等[6]研究地形陡峭區(qū)、喇叭口等特殊地形對短時強降水有增幅作用。

白曉平等[7]根據(jù)能量天氣學(xué)理論分類建立了西北地區(qū)東部短時強降水的低渦型、低槽型、兩高切變型和西南氣流型等4類天氣學(xué)中尺度概念模型。黃艷等[8]研究南疆短時強降水事件的天氣型有三種概念模型：中亞低槽型、西伯利亞低槽型和西風(fēng)短波槽型。陳元昭等[9]分析珠三角地區(qū)重大短時強降水天氣流型主要有臺風(fēng)型、西南季風(fēng)型、北部灣低壓型、冷（式）切變線型和熱帶云團(tuán)型等5種。魏曉雯等[10]研究中尺度對流系統(tǒng)主要與非均勻加熱導(dǎo)致的局地垂直環(huán)流及其伴隨的冷空氣卷入相聯(lián)系。周芯玉等[11]研究表明，60%以上的強降水發(fā)生前3 h低空急流便已經(jīng)存在，超過80%的過程強降水出現(xiàn)時有低空急流相配合。張超等[12]通過分析22場短時強降水天氣過程，按照500 hPa影響系統(tǒng)分類，建立了西西伯利亞低槽、中亞低渦和西北氣流3類環(huán)流形勢及概念模型。曾勇等[13]分析中亞低渦背景下新疆連續(xù)短時強降水具有明顯的月變化。張小玲等[14]研究得到與梅雨鋒相伴的短時強降水系統(tǒng)回波演變模態(tài)主要為緯向型、經(jīng)向型、轉(zhuǎn)向型和合并型4類。

任麗等[15]研究暴雨是由MCS活動造成的，每次短時強降水均與TBB低值中心相對應(yīng)。王玨等[16]研究歸納了湖北省6類極端短時強降水MCS模態(tài)，其中包括4類線狀（尾隨層狀云、平行層狀云、后向擴(kuò)建類、鄰近層狀云類）和2類非線狀（渦旋狀類和層狀云環(huán)繞類）MCS模態(tài)。燕亞菲等[17]研究衛(wèi)星估算與地面實測的降水落區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。狄瀟泓等[18]研究甘肅省短時強降水過程相關(guān)的特征云型共有6類：副熱帶高壓邊沿型、逗點云型、冷鋒前部型、冷鋒尾部與南亞高壓東側(cè)疊置型、冷渦后部型、弱冷鋒前部橢圓形MCS型。常煜等[19]研究中尺度對流系統(tǒng)（MCS）是造成內(nèi)蒙古短時強降水的直接影響系統(tǒng)。

趙文等[20]研究1 h降水量與VIL（垂直累積液態(tài)含水量）有一定的滯后相關(guān)（滯后響應(yīng)）。王楠等[21]分析中β尺度對流云團(tuán)對應(yīng)于中γ尺度的超級單體回波，發(fā)展形成列車效應(yīng)。李明等[22]研究短時強降水雷達(dá)反射率因子呈低質(zhì)心結(jié)構(gòu)，具有熱帶降雨型特征。劉國強等[23]分析短時強降水的雷達(dá)回波具有較明顯的強回波低質(zhì)心結(jié)構(gòu)特征。

王楠等[24]研究風(fēng)廓線雷達(dá)能夠探測到冷鋒系統(tǒng)的精細(xì)化垂直風(fēng)場結(jié)構(gòu)，反映了冷鋒的垂直結(jié)構(gòu)信息。劉帆等[25]分析發(fā)現(xiàn)，在暴雨雷達(dá)圖上表現(xiàn)為低質(zhì)心結(jié)構(gòu)，最強回波中心（45～55 dBZ）高度在6 km以下。蘇俐敏等[26]研究短時強降水是由若干個10 min超短時強降水（≥10 mm/10 min）組成。這些研究成果為宜豐短時強降水天氣的研究提供了理論依據(jù)。

本文使用江西省自動站實時數(shù)據(jù)、MICAPS天氣圖資料、江西WebGIS雷達(dá)拼圖產(chǎn)品和單部雷達(dá)產(chǎn)品等資料，采用統(tǒng)計分析、形態(tài)對比、特征提取等方法，對2017—2019年宜豐4次暴雨和大暴雨過程中的短時強降水天氣的演變與特征進(jìn)行分析，試圖總結(jié)宜豐短時強降水天氣的識別和預(yù)報方法，為做好短時強降水天氣的預(yù)警預(yù)報和開展氣象服務(wù)工作提供理論依據(jù)。

1 資料來源

降水資料來源于江西省自動站實時數(shù)據(jù)服務(wù)平臺（江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)http：//10.116.32.81/，自動站部分）。暴雨統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)：以宜豐國家站08—08時（24 h）為日界，統(tǒng)計24 h內(nèi)≥50 mm的暴雨或大暴雨過程。

天氣和云圖資料來源于MICAPS V4.5系統(tǒng)平臺，按照國家局天氣系統(tǒng)中尺度綜合分析要求進(jìn)行中尺度分析，云圖選擇FY2G衛(wèi)星紅外云圖。

雷電數(shù)據(jù)來源于CIMISS數(shù)據(jù)庫。10 min雷電數(shù)據(jù)與10 min雷達(dá)拼圖、10 min雨量數(shù)據(jù)相配合，在WebGIS雷達(dá)拼圖上可以選擇疊加使用。

雷達(dá)回波資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺。這是由24部S波段多普勒天氣雷達(dá)組成的雷達(dá)綜合圖（江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)http：//10.116.32.81/，2012年開發(fā)），拼圖間隔為10 min，拼圖精度為1 km×1 km。使用雷達(dá)拼圖中組合反射率CR產(chǎn)品。

單部雷達(dá)產(chǎn)品來源于宜春SA天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)反演產(chǎn)品。

2 降水實況

2.1 暴雨和大暴雨

2017—2019年汛期，宜豐出現(xiàn)4次暴雨和大暴雨天氣過程（圖1），24 h最小雨量為58.0 mm，最大雨量為152.7 mm，4次暴雨天氣都出現(xiàn)≥30 mm·h-1的短時強降水天氣（表1），可見，宜豐暴雨或大暴雨過程中常有短時強降水過程。

表1 2017—2019年宜豐4次暴雨和大暴雨與短時強降水統(tǒng)計

這4次暴雨和大暴雨過程，宜豐都在暴雨中心（圖1）。2017年5月11—12日（圖1a），江西有3個暴雨中心，宜豐雨量為58.0 mm，降水維持10 h；2018年4月12—13日（圖1b），江西只有1個暴雨中心，宜豐雨量為63.1 mm，降水維持11 h；2019年5月18—19日（圖1c），江西有2個暴雨中心，宜豐雨量70.7 mm，降水維持9 h；2019年6月8—9日（圖1d），江西大范圍暴雨和大暴雨，宜豐雨量最大，為152.7 mm，降水維持19 h。

圖1 2017—2019年江西4次暴雨過程雨量分布

小時平均雨量是日雨量與維持時間的均值，小時均值越大，雨強越大。這4次暴雨和大暴雨過程的小時平均雨量分別為：5.80、5.74、7.86、8.04 mm，最后一次大暴雨的小時平均雨量最大。

2.2 短時強降水和超短時強降水

國家氣象中心將短時強降水定義為≥20 mm·h-1的降水；江西降水頻繁，雨量較大，短時強降水被定義為≥30 mm·h-1或≥50 mm/2 h的降水。在宜豐4次暴雨和大暴雨過程中都出現(xiàn)了1 h短時強降水。2017年5月11日15—16時，宜豐降水31.2 mm；2018年4月12日20—21時，宜豐降水31.8 mm；2019年5月18日22—23時，宜豐降水33.7 mm；2019年6月8日09—10時，宜豐降水38.6 mm?？梢姡?0 mm·h-1的短時強降水最容易形成宜豐暴雨或大暴雨過程。

小時雨量比是小時平均雨量與短時強降水的比值，這4次暴雨和大暴雨過程的小時雨量比分別為：0.186、0.181、0.233、0.208，可見，小時雨量比都超過0.18，小時雨量比越大，表明短時強降水的貢獻(xiàn)率越大。

≥30 mm·h-1的短時強降水是由1個或幾個≥10 mm/10 min的超短時強降水[26]組成，連續(xù)幾個超短時強降水必將形成短時強降水（表2）。

表2 宜豐4次短時強降水中的超短時強降水統(tǒng)計

江西汛期宜豐常出現(xiàn)暴雨或大暴雨，并伴隨出現(xiàn)≥30 mm·h-1的短時強降水。在≥30 mm·h-1的短時強降水中，≥10 mm·10 min-1的超短時強降水是形成1 h短時強降水的6個基本時間段。雷達(dá)拼圖與降水資料統(tǒng)一是10 min間隔，根據(jù)10 min雷達(dá)拼圖回波強度和10 min超短時強降水的出現(xiàn)，不必等到整點后才確定短時強降水，可以提前發(fā)布短時強降水的預(yù)警預(yù)報。

3 天氣系統(tǒng)配置與層結(jié)穩(wěn)定度分析

3.1 天氣系統(tǒng)配置

3.1.1 2017年5月11日暴雨過程

2017年5月11日08時，200 hPa贛北處于輻散分流區(qū)中，500 hPa 588 dagpm線穩(wěn)定維持在贛南南部，500 hPa有階梯槽東移，江西受槽前西南氣流影響，干舌控制贛北、贛中，中低層有暖脊存在，贛北處中低層顯著氣流的左側(cè)及前端且溫度垂直遞減率達(dá)到特征值，其中贛東北熱力不穩(wěn)定更明顯（T850=27℃），有利于熱力和動力不穩(wěn)定持續(xù)增長，形成上干下暖濕的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。地面圖上，贛北、贛中及贛南有輻合線生成，贛東北則有輻合區(qū)存在，有利于短時強降水和雷暴大風(fēng)的發(fā)生。

3.1.2 2018年4月12日暴雨過程

2018年4月12日08時，200 hPa贛北贛中處于輻散區(qū)，500 hPa低槽東移，江西大部區(qū)域受干舌控制，贛南北部、贛中、贛北位于700 hPa偏西急流的左側(cè)，贛中及贛北則位于850 hPa西南急流的前端且有暖脊存在，上干下濕特征明顯。地面圖上，湖南東部、江西中部以及贛東北一帶存在明顯輻合區(qū)、輻合線，有利于抬升觸發(fā)形成對流，易出現(xiàn)短時強降水，局地可能出現(xiàn)雷雨大風(fēng)。

3.1.3 2019年5月18日暴雨過程

2019年5月18日08時，500 hPa 588 dagpm線主體位于海上。500 hPa上有低槽東移，江西受干舌控制。低層贛北南部、贛中及贛南地區(qū)存在濕度大值區(qū)，上干下濕特征明顯。925 hPa贛中至贛東北一線存在明顯輻合，動力抬升條件好，700 hPa贛北南部有露點鋒生成，有利于觸發(fā)對流。地面圖上，贛北南部、贛中東部有輻合線生成，有利于地面輻合抬升的加強，產(chǎn)生短時強降水。

3.1.4 2019年6月7日暴雨過程

2019年6月7日20時，200 hPa贛北南部處于輻散分流區(qū)，500 hPa 588 dagpm線位于贛南境內(nèi)，勢力較強，呈東西向水平分布，500 hPa江西受槽后偏北氣流控制，冷平流強盛，湖南東北部邊界存在顯著降溫區(qū)及溫度直減率大值區(qū)，低層贛北南部受顯著濕區(qū)控制，水汽呈“上下干、中間濕”分布，有顯著南風(fēng)吹向北部，低層切變位于贛北并逐漸南壓，溫度對比明顯，水平斜壓不穩(wěn)定增長，熱力和動力不穩(wěn)定度強，江西贛北南部及贛中易產(chǎn)生強降水。

由此可見，200 hPa贛北處于輻散分流區(qū)中，500 hPa 588 dagpm線穩(wěn)定維持在贛南南部，500 hPa有階梯槽東移，中低層有暖脊存在，贛北處于中低層顯著氣流的左側(cè)及前端，有利于熱力和動力不穩(wěn)定因素持續(xù)增長，形成上干下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)；地面輻合線生成有利于暴雨或大暴雨，以及短時強降水的發(fā)生。

3.2 層結(jié)穩(wěn)定度分析

大氣層結(jié)穩(wěn)定度決定了對流天氣是否發(fā)生，只有具備一定的不穩(wěn)定能量，對流天氣才可能發(fā)生發(fā)展。2017—2019年，宜豐出現(xiàn)4次暴雨和大暴雨過程，因為宜豐距離南昌探空站最近，所以選擇南昌探空資料作為分析層結(jié)穩(wěn)定度的數(shù)據(jù)源。

2017年5月11日08時南昌站850～600 hPa濕度較大，其余層較干，CAPE值為22.9 J/kg，CIN達(dá)到480.6 J/kg，K指數(shù)為33℃，表明存在明顯的不穩(wěn)定能量。925 hPa以下存在逆溫層，有利于不穩(wěn)定能量的累積，T850-500達(dá)到28℃，達(dá)到了江西發(fā)生強對流的特征值。

2018年4月12日08時南昌站700 hPa以下濕度較大，700 hPa以上較干，呈“喇叭口”狀，上干下濕有利于強對流出現(xiàn)，CAPE值達(dá)到94.7 J/kg，呈細(xì)長條狀，K指數(shù)為35℃，表明存在明顯的不穩(wěn)定能量，近地面為偏東北風(fēng)，925 hPa以上為偏西風(fēng)，有較強的風(fēng)垂直切變，有利于對流性天氣的出現(xiàn)，同時零度層高度在4.2 km左右，EL高度在-30℃層，有利于對流性天氣的出現(xiàn)。

2019年5月18日08時南昌站700 hPa以下濕度較大，700 hPa以上較干，呈“喇叭口”狀，上干下濕有利于強對流的出現(xiàn)，CAPE值達(dá)到55 J/kg，呈細(xì)長條狀，K指數(shù)為32℃，表明存在明顯的不穩(wěn)定能量，低層偏東風(fēng)，850 hPa轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，且風(fēng)速逐漸加大，有較強的風(fēng)垂直切變，有利于對流性天氣的出現(xiàn)。

2019年5月7日20時南昌站700 hPa以下濕度較大，700 hPa以上較干，上干下濕有利于強對流的出現(xiàn)，CAPE值達(dá)到1 338.6 J/kg，K指數(shù)為30℃，表明存在明顯的不穩(wěn)定能量，低層偏南風(fēng)，往上順轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，且風(fēng)速逐漸加大，有較強的風(fēng)垂直切變，有利于對流性天氣的出現(xiàn)。

這4次暴雨過程的南昌探空物理量數(shù)據(jù)見表3，CAPE對流有效位能為377.8 J/kg、CIN對流抑制有效位能為153.4 J/kg、DCAPE下沉對流有效位能為305.5 J/kg、A指數(shù)為-7℃，K指數(shù)為32.5℃，SI沙氏指數(shù)為-0.37℃，SSI風(fēng)暴強度指數(shù)為253.6℃，SWEAT強天氣威脅指數(shù)為238.5℃，ZH零度層高度為4 719 m，H-20高度為7 349 m，均值對江西對流性天氣有較好的指示意義。

表3 4次暴雨過程南昌探空物理量統(tǒng)計

4 短時強降水回波演變

江西WebGIS雷達(dá)拼圖是由24部多普勒天氣雷達(dá)圖的疊加顯示，雷達(dá)探測覆蓋面積遠(yuǎn)大于單部雷達(dá)，彌補了單部雷達(dá)擋角盲區(qū)和遠(yuǎn)距離電磁波衰減等缺陷，適宜針對中小尺度雷暴系統(tǒng)的觀測與跟蹤。同時，雷達(dá)拼圖保留了單部雷達(dá)1 km×1 km的分辨率精度。

4.1 2017年5月11日暴雨過程回波演變

2017年5月11—12日，宜豐雨量為58.0 mm，降水維持時間10 h（圖1a，表1）。15—16時，宜豐出現(xiàn)31.2 mm的短時強降水，占日雨量的54%。圖2給出了宜豐短時強降水前后4 h的江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品回波演變。

13時（圖2a），影響宜豐的回波系統(tǒng)是西南移動過來的雷暴回波群，回波群北起萍鄉(xiāng)上栗北部，南至萬安遂川南部，呈不連續(xù)南北向回波群。雷暴回波群由若干個雷暴單體回波組成，單體處在各自不同發(fā)展階段，回波強度為55～60 dBZ，整體處在不斷發(fā)展期間。14時（圖2b），雷暴回波群體移近宜豐，群內(nèi)單體回波進(jìn)一步發(fā)展，位于宜豐南面的超級單體回波強度達(dá)到60～65 dBZ。15時（圖2c），雷暴回波群中超級單體回波開始影響宜豐，回波強度為60～65 dBZ（紫色回波），在紫色回波上伴隨較多雷電。15—16時，宜豐出現(xiàn)31.2 mm短時強降水。16時（圖2d），超級單體移出宜豐，強度有所減弱，繼續(xù)影響下游地區(qū)。

圖2 2017年5月11日 江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品回波演變

這次過程受500 hPa低槽東移，700～850 hPa有低渦切變和西南急流，地面處于高壓后部，有弱冷空氣影響，江西出現(xiàn)強對流天氣。雷達(dá)拼圖回波出現(xiàn)超級單體、回波群、颮線帶狀、弓狀回波等結(jié)構(gòu)。全省出現(xiàn)4站冰雹、11站大風(fēng)（國家站）和76站大風(fēng)（區(qū)域站），最大風(fēng)速達(dá)37.1 m·s-1。這次超級單體回波影響宜豐只出現(xiàn)短時強降水和6～8級大風(fēng)，沒有出現(xiàn)冰雹。

4.2 2018年4月12日暴雨過程回波演變

2018年4月12—13日，宜豐雨量為63.1 mm，降水維持時間11 h（圖1b，表1）。20—21時，宜豐出現(xiàn)31.8 mm短時強降水，占日雨量的50%。

18時，影響宜豐的回波系統(tǒng)是一條狹窄東—西走向的短帶回波，在較長輻合線上生成一條西北—東南走向的回波帶，帶上存有幾條較小尺度的短帶回波。這條短帶回波整體緩慢北抬，單體沿高空風(fēng)向東移動，回波強度為50～55 dBZ，宜豐處在輻合線較寬廣的回波之中。19時，短帶回波發(fā)展并向宜豐逼近，回波強度為55～60 dBZ。20時，短帶回波強中心開始影響宜豐，回波強度為55～60 dBZ，造成宜豐20—21時出現(xiàn)31.8 mm的短時強降水。21時，短帶回波慢慢移過宜豐，回波強度為55～60 dBZ，但降水依然維持。由于短帶回波北抬速度較慢，帶上強單體回波不斷向東移動，路經(jīng)宜豐，造成宜豐63.1 mm的暴雨。

4.3 2019年5月18日暴雨過程回波演變

2019年5月18—19日，宜豐雨量70.7 mm，降水維持時間9 h（圖1c，表1）。22—23時，宜豐出現(xiàn)33.7 mm短時強降水，占日雨量的48%。圖5給出了宜豐短時強降水前后4 h的江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品回波演變圖。

20時（圖3a），由多個強回波單體組成的復(fù)合體回波系統(tǒng)，從宜豐西面偏北方向侵入，在同一大云罩下，復(fù)合體回波面積較大，回波強度為55～60 dBZ，并伴有強雷電。21時（圖3b），復(fù)合體回波逼近宜豐，其中一塊回波發(fā)展成為超級單體結(jié)構(gòu)，回波強度60～65 dBZ，雷電開始增多（紫色×為10 min雷電位置），幾乎覆蓋整個超級單體回波。22時（圖3c），超級單體回波開始影響宜豐南部地區(qū)，回波強度為60～65 dBZ，雷電維持。超級單體回波偏離宜豐南側(cè)，主要影響上高區(qū)域，造成上高22—23時出現(xiàn)35.0 mm的短時強降水；宜豐回波強度為55～60 dBZ，22—23時只出現(xiàn)33.7 mm的短時強降水。從上高強回波垂直結(jié)構(gòu)圖上分析，22：02出現(xiàn)上下結(jié)構(gòu)正負(fù)速度區(qū)，差值達(dá)到32 kg/m2。23時（圖3d），復(fù)合體回波移出宜豐、上高，繼續(xù)對下游地區(qū)產(chǎn)生影響。

2019年5月18日，由復(fù)合體回波中的強單體發(fā)展成為超級單體的回波，強度達(dá)到60～65 dBZ，回波頂高ET為18 km，50 dBZ強回波頂高為12 km，中低空懸掛高度為1～12 km，具備產(chǎn)生冰雹的條件。2019年5月18日21：45，宜豐縣氣象臺發(fā)布了冰雹橙色預(yù)警信息（摘自中國天氣網(wǎng)），但針對這次超級單體過程，宜豐并沒有冰雹和雷暴大風(fēng)的氣象記錄，可能位置偏南或在鄉(xiāng)鎮(zhèn)村出現(xiàn)了冰雹。

4.4 2019年6月8日暴雨過程回波演變

2019年6月8—9日，江西大范圍暴雨和大暴雨，宜豐雨量152.7 mm為最大，降水維持時間19 h（圖1d，表1）。09—10時，宜豐出現(xiàn)38.6 mm短時強降水，占日雨量的25%。

07時，大范圍絮狀回波一直在宜豐北部停留，宜豐西南面不斷有對流回波移入，并有與北面回波混合趨勢。大片絮狀回波的強度比較弱，只有40～45 dBZ。08時，西南回波與絮狀回波合并，較強回波集中在宜豐、上高一帶，回波強度為45～50 dBZ。09時，宜豐開始出現(xiàn)38.6 mm短時強降水，回波強度并不強，回波強度為45～50 dBZ，但降水效率很高，降水強度比較穩(wěn)定，降水時間持續(xù)19 h，造成宜豐出現(xiàn)152.7 mm的大暴雨。10時，大片絮狀回波一直在宜豐停留，降水持續(xù)。大片絮狀回波中，有多個分散較強雷暴帶，分散的雷暴帶逐步合并，在大片絮狀回波的南側(cè)形成東南—西北雷暴帶。

由此可見，雷暴回波群呈不連續(xù)南北走向，雷暴回波群中單體回波強度為60～65 dBZ，伴隨較強雷電，宜豐出現(xiàn)短時強降水。短帶回波強度為50～55 dBZ，由于短帶回波北抬速度較慢，帶上強單體回波不斷向東移動，造成宜豐短時強降水。由多個強回波單體組成的復(fù)合體回波系統(tǒng)，回波面積較大，回波強度為55～60 dBZ，并伴有強雷電，同時造成宜豐、上高兩地出現(xiàn)短時強降水。宜豐西南對流回波與宜豐大片絮狀回波混合趨勢，盡管回波比較弱，回波強度為40～45 dBZ，但降水效率很高，降水強度穩(wěn)定，降水持續(xù)時間長，同樣可以形成宜豐大暴雨。

5 短時強降水雷達(dá)回波產(chǎn)品

短時強降水在單部雷達(dá)產(chǎn)品上具有多種形態(tài)特征，尤其是在CR、ET、VIL水平結(jié)構(gòu)和垂直剖面反射率因子、垂直剖面徑向速度上都具有明顯特征，例如：超級單體回波的中氣旋結(jié)構(gòu)、強回波單體的上下速度層等。

5.1 短時強降水回波水平結(jié)構(gòu)

2017年5月11日14：59（圖4a，4b，4c），從宜豐西南方移來的雷暴回波群中的強回波單體，組合反射率CR為60～65 dBZ，ET為14～15 km，垂直液態(tài)水含量VIL為45～50 kg/m2，宜豐15—16時出現(xiàn)31.2 mm的短時強降水。

2018年4月12日20：02（圖4d，4e，4f），從宜豐西面移來的雷暴回波短帶，組合反射率CR為50～55 dBZ，回波頂高ET為8~9 km，垂直液態(tài)水含量VIL為15～20 kg/m2，宜豐20—21時出現(xiàn)31.8 mm短時強降水。短帶回波并不強，但其走向與移動方向一致，表示有“列車效應(yīng)”，造成了宜豐短時強降水天氣。

2019年5月18日22：02（圖4g，4h，4i），從宜豐西北方向移動過來的復(fù)合單體回波，發(fā)展旺盛。復(fù)合體有兩塊單體，影響宜豐的回波并不強，組合反射率CR為45～50 dBZ，回波頂高ET為9～10 km，垂直液態(tài)水含量VIL為10～15 kg/m2，宜豐22—23時出現(xiàn)33.7 mm的短時強降水。影響上高的回波很強，組合反射率CR為60～65 dBZ，回波頂高ET為14~15 km，垂直液態(tài)水含量VIL達(dá)60 kg/m2，上高22—23時出現(xiàn)35.0 mm的短時強降水，并且出現(xiàn)超短時強降水（表4）。上高回波具有超級單體回波結(jié)構(gòu)。

表4 2019年5月18日宜豐、上高短時強降水對比

2019年6月8日09：02（圖4j，4k，4l），宜豐受寬廣的絮帶狀回波影響，帶上單體并不強，組合反射率CR為40～45 dBZ，回波頂高ET為8～9 km，垂直液態(tài)水含量VIL為10～12 kg/m2，但降水效率很高，宜豐09—10時出現(xiàn)38.6 mm短時強降水。絮帶狀回波并不強，但其走向與移動方向一致，在宜豐產(chǎn)生“列車效應(yīng)”，連續(xù)降水19 h，造成宜豐152.7 mm的大暴雨天氣，屬于江西“弱回波暴雨”。

圖4 宜豐短時強降水宜春站雷達(dá)回波PPI產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

5.2 短時強降水回波垂直結(jié)構(gòu)

垂直速度剖面RHI是在平面PPI上沿著雷達(dá)徑向做剖面，即從原點沿方位線向外做剖面。

2017年5月11日14：59（圖5a，5b），從宜豐西南方移來的雷暴回波群中的強回波單體，在垂直剖面反射率因子圖上，反射率因子R為60～65 dBZ，回波頂高ET為17 km，50 dBZ強回波頂高為8 km，中低空懸掛高度為2～8 km。在垂直剖面徑向速度圖上，低層遠(yuǎn)處為負(fù)（綠色），近處為正（黃色），表示低層有風(fēng)向輻合。高層遠(yuǎn)處為大正值（紅色），近處為小正值（黃色），表示高層有風(fēng)速輻散。

2018年4月12日20：02（圖5c，5d），從宜豐西面來的雷暴回波短帶，在垂直剖面反射率因子圖上，反射率因子R為50～55 dBZ，回波頂高ET為12 km，50 dBZ強回波頂高為5 km，中低空懸掛高度為2～5 km，屬于低質(zhì)心強降水。在垂直剖面徑向速度圖上，低層有逆風(fēng)區(qū)，頂高在3 km。

2019年5月18日22：02（圖5e，5f），從宜豐西北方向移動過來的與移動方向一致的復(fù)合單體回波，在宜豐垂直剖面反射率因子圖上，反射率因子R為45～50 dBZ，回波頂高ET為16 km，50 dBZ強回波頂高為6 km，中低空懸掛高度為1～6 km，屬于低質(zhì)心強降水。在上高垂直剖面反射率因子圖上，反射率因子R≥65 dBZ，回波頂高ET為18 km，50 dBZ強回波頂高為12 km，中低空懸掛高度為1～12 km。在宜豐垂直剖面徑向速度圖上，3 km以下為負(fù)速度區(qū)，正速度區(qū)中存在19 kg/m2的速度核。在上高垂直剖面徑向速度圖上，強回波區(qū)具有上下結(jié)構(gòu)正負(fù)速度層，切變差值（-5~27 kg/m2）達(dá)到32 kg/m2。這種上下氣流結(jié)構(gòu)，依據(jù)垂直速度判定法則，當(dāng)降水維持時，低層的風(fēng)與高層的風(fēng)相反，往往低層是東南風(fēng)，高層是西北風(fēng)。

2019年6月8日09：02（圖5g，5h），宜豐受寬廣的絮狀回波影響，其中單體并不強，在垂直剖面反射率因子圖上，反射率因子R為40～45 dBZ，回波頂高ET為14 km，50 dBZ強回波頂高為5 km，中低空懸掛高度為3～5 km，屬于低質(zhì)心強降水。在垂直剖面徑向速度圖上，8 km以下徑向速度為一致的正速度區(qū)（5～19 kg/m2），8 km以上出現(xiàn)負(fù)速度區(qū)（-1～-5 kg/m2），降水過程比較平穩(wěn)。

圖5 宜豐短時強降水宜春（Z9795）雷達(dá)回波RHI產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

由此可見，西風(fēng)帶系統(tǒng)移過宜豐的雷暴回波群中的強回波單體、雷暴回波短帶、復(fù)合單體回波和絮狀回波，組合反射率CR為40～65 dBZ，回波頂高ET為8～15 km，垂直液態(tài)水含量VIL為10～60 kg/m2?；夭敻逧T為12～18 km，50 dBZ強回波頂高為5～12 km，中低空懸掛高度為1～8 km。6 km以下的低質(zhì)心強降水，降水效率高于50 dBZ強回波伸展到12 km的強對流性強降水。強回波單體往往形成短時強降水，絮狀回波雖然不強，若其走向與移動方向一致，容易產(chǎn)生“列車效應(yīng)”，連續(xù)降水?dāng)?shù)小時，也可形成暴雨和大暴雨天氣。徑向速度以正速度區(qū)為主（10～19 kg/m2），速度區(qū)中有小塊負(fù)速度點。徑向速度伴有較弱的速度對（-1～10 kg/m2），負(fù)速度區(qū)頂高在3 km。3 km以下為負(fù)速度區(qū)，正速度區(qū)中存在19 kg/m2的速度核。強回波區(qū)具有上下結(jié)構(gòu)正負(fù)速度層，切變差值（-5～27 kg/m2）達(dá)到32 kg/m2。8 km以下徑向速度為一致的正速度區(qū)（5～19 kg/m2），8 km以上出現(xiàn)負(fù)速度區(qū)（-1～-5 kg/m2），降水過程比較平穩(wěn)。

6 結(jié)論

使用江西省自動站實時數(shù)據(jù)、MICAPS天氣圖資料、江西WebGIS雷達(dá)拼圖產(chǎn)品和單部雷達(dá)產(chǎn)品等資料，采用統(tǒng)計分析、形態(tài)對比、特征提取等方法，對2017—2019年宜豐4次暴雨和大暴雨過程中的短時強降水天氣的演變與特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

（1）在宜豐暴雨過程中，伴有≥30 mm·h-1的短時強降水出現(xiàn)；在短時強降水中，≥10 mm/10 min超短時強降水是形成1 h短時強降水的基本時段，根據(jù)雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品和≥10 mm/10 min超短時強降水的演變，可以提前發(fā)布1 h短時強降水的預(yù)警預(yù)報。

（2）200 hPa贛北處于輻散分流區(qū)中，500 hPa 588 dagpm線穩(wěn)定維持在贛南南部，500 hPa有階梯槽東移，中低層有暖脊存在，贛北處于中低層顯著氣流的左側(cè)及前端，有利于熱力和動力不穩(wěn)定因素持續(xù)增長，形成上干下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)；地面輻合線生成有利于暴雨、大暴雨及短時強降水的發(fā)生。

（3）雷暴回波群中單體回波強度為60～65 dBZ，伴隨較強雷電。短帶回波強度為50～55 dBZ，短帶回波整體北抬，帶上強單體回波不斷向東移動。復(fù)合體回波面積較大，回波強度為55～60 dBZ，并伴有強雷電。大片絮狀回波強度為40～45 dBZ，但降水效率很高，降水穩(wěn)定，降水時間長，同樣可以形成宜豐大暴雨。

（4）雷暴回波群、回波短帶、復(fù)合單體回波和大片絮狀回波，組合反射率CR為40～65 dBZ，回波頂高ET為8～15 km，垂直液態(tài)水含量VIL為10～60 kg/m2。50 dBZ強回波頂高為5～12 km，中低空懸掛高度為1～8 km。