陳鮑發(fā) 馬中元 王立志 黃龍飛 李燕玲 盛夢婷 張曉芳

1 江西省景德鎮(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

3 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029

4 江西省樂平市氣象局，樂平 333300

5 江西省婺源縣氣象局，婺源 333200

提 要： 為了研究江西昌江流域特大暴雨過程中短時強(qiáng)降水的回波特征，使用天氣、雷達(dá)回波和昌江流域氣象水文雨量等資料，對2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程，采用天氣學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)和圖像處理學(xué)等方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明：特大暴雨過程的主要取決于對流活動造成的短時強(qiáng)降水，包括短時強(qiáng)降水雨強(qiáng)和強(qiáng)降水范圍。當(dāng)3 h累計雨量≥100 mm 時即可提前發(fā)布特大暴雨紅色預(yù)警，監(jiān)測單站累計時長達(dá)3 h的短時強(qiáng)降水可更早發(fā)布預(yù)警，提升特大暴雨預(yù)報服務(wù)效果。超低空急流、中低層低渦、高空低槽、低層輻合、高層輻散在景德鎮(zhèn)市特大暴雨過程中發(fā)揮了重要作用。強(qiáng)降水由大范圍混合性降水中的強(qiáng)回波單體、強(qiáng)回波短帶或其他回波導(dǎo)致，回波強(qiáng)度達(dá)45～55 dBz。風(fēng)暴跟蹤信息(STI)產(chǎn)品不僅能反映強(qiáng)回波的移動信息，還可以分析出回波的輻合，對于短時臨近預(yù)報有很好的參考價值。在覆蓋江西寬廣東西走向的回波帶上，存有多條南北走向的短帶回波，由西向東移動，形成“列車效應(yīng)”，風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品垂直速度W可大致反映回波移動情況。造成特大暴雨的組合反射率(CR)強(qiáng)度多為45～50 dBz，回波頂高(ET)平均為12～13 km，垂直液態(tài)水含量(VIL)在5～10 kg·m-2，45 dBz 的強(qiáng)回波伸展高度平均為6 km。CR強(qiáng)度在45 dBz以上時：強(qiáng)回波面積達(dá)到3等級時出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的可能性很大，強(qiáng)回波面積在2等級時雨強(qiáng)大多在 20～30 mm·h-1 ；強(qiáng)回波面積在1等級時雨強(qiáng)基本在20 mm·h-1以下。研究結(jié)果為了解和監(jiān)測預(yù)警昌江流域特大暴雨的短時強(qiáng)降水回波特征及預(yù)報提供了參考依據(jù)。

引 言

景德鎮(zhèn)市位于江西東北部,是江西的暴雨中心之一，昌江流域由北向南貫穿景德鎮(zhèn)市。多年來，強(qiáng)降水導(dǎo)致的洪水一直嚴(yán)重危及昌江流域居民的生命與財產(chǎn)安全。例如：1998年昌江流域出現(xiàn)大洪水，轉(zhuǎn)移受災(zāi)群眾20多萬人，直接損失超20億元。在經(jīng)過2000—2009年昌江流域相對平靜時期后，2010年昌江流域又進(jìn)入洪水多發(fā)期，2010年7月15日、2012年8月10日、2016年6月19日、2017年7月23—24日、2018年7月5—6日、2020年7月6—8日均為昌江流域歷史上罕見的大洪水過程?？梢哉f暴雨、大暴雨的研究仍是景德鎮(zhèn)市氣象部門最為迫切研究的課題之一，尤其是特大暴雨天氣的研究和監(jiān)測預(yù)警。2021年7月河南特大暴雨、2021年8月11—12日湖北隨州特大暴雨，都造成大范圍的人員傷亡，使得特大暴雨的研究和監(jiān)測預(yù)警愈發(fā)引起社會公眾和氣象學(xué)者的高度關(guān)注。

對于暴雨的研究，國內(nèi)外多有專家進(jìn)行了研究。張延亭和林鈹?shù)?1994)指出致洪暴雨前期500 hPa東亞中低緯度環(huán)流平直，低空形成三高一低的形勢，切變線上低渦東移。戴澤軍等(2019)，黃文彥等(2019)，張舒陽和閔錦忠(2018)，劉蕾等(2018)，梁鈺等(2019)，藍(lán)俊倩等(2018)，田暢等(2019)發(fā)現(xiàn)低空急流、水汽輸送、低層輻合、高層輻散在暴雨產(chǎn)生中起到重要作用，而槽后冷空氣侵入加劇了中低層大氣的對流性不穩(wěn)定，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放暖區(qū)暴雨帶發(fā)生于西南暖濕氣流加強(qiáng)的環(huán)境下，對流不穩(wěn)定顯著，在暖式中尺度輻合線的觸發(fā)下產(chǎn)生，具有明顯的“列車效應(yīng)”與后向傳播特征，地面輻合線及中尺度渦旋的位置決定了雨帶和特大暴雨中心的位置。鋒面系統(tǒng)暴雨帶由切變線云系形成的多單體回波帶造成的，高低空系統(tǒng)耦合，降水持續(xù)時間長，暴雨區(qū)面積大(王華等，2019)。暴雨的雷達(dá)回波特征各種各樣，尉英華等(2019),鄧虹霞等(2019)研究發(fā)現(xiàn)，回波形狀主要有塊狀、帶狀、混合型等3種，40 dBz 以上回波是強(qiáng)降水雷達(dá)回波的重要系統(tǒng)。辛瑋琦等(2021),洪麗霞等(2021)江西短時強(qiáng)降水研究表明：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10～50 kg·m-2，50 dBz 強(qiáng)回波頂高為5～12 km,這是由于強(qiáng)對流天氣回波和穩(wěn)定性降水回波都有可能出現(xiàn)短時強(qiáng)降水。桂園園等(2020)指出暴雨有對流型降水、混合型降水2種類型，對流性降水的強(qiáng)回波中心強(qiáng)度可達(dá)50～60 dBz；混合型降水回波強(qiáng)度偏弱在45 dBz，但45 dBz強(qiáng)回波頂高不超過6 km，屬于典型“低質(zhì)心”降水?；夭ǖ暮喜⑹桥c回波的“傳播”相聯(lián)系的，回波的傳播方式一方面加快了移動速度，另一方面改變了回波的移動方向。強(qiáng)雷電、雷暴大風(fēng)、冰雹的雷達(dá)回波特征與強(qiáng)降水有明顯區(qū)別，產(chǎn)生強(qiáng)雷電的回波要具備強(qiáng)度>50 dBz、強(qiáng)回波中心密實(shí)、強(qiáng)回波邊緣梯度大等條件；雷暴大風(fēng)主要有短帶回波、強(qiáng)回波單體和超級單體回波結(jié)構(gòu)，CR達(dá)50～60 dBz或以上，VIL在20～40 kg·m-2，強(qiáng)盛時可達(dá)50～60 kg·m-2，反射率因子垂直剖面上50 dBz以上回波高度在5～6 km，強(qiáng)盛時達(dá)6～8 km；徑向速度垂直剖面上具有相鄰的正負(fù)速度對的中氣旋結(jié)構(gòu)(陳鮑發(fā)和馬中元，2019；高建平等，2019；何文等，2018；吳才明等，2019)。陳鮑發(fā)等(2020)為直觀顯示強(qiáng)對流回波的移動信息，將江西多部雷達(dá)的風(fēng)暴跟蹤信息(STI)產(chǎn)品進(jìn)行解碼，并集成在雷達(dá)拼圖CR或反射率因子R的1.5°仰角產(chǎn)品中，形成雷達(dá)拼圖組合STI產(chǎn)品，并提出了密集指向區(qū)的概念，有效地判斷未來1 h回波系統(tǒng)的移動方向和移動速度。這些研究成果為景德鎮(zhèn)地區(qū)特大暴雨研究提供了參考依據(jù)。

1 資料及研究區(qū)域介紹

1.1 資 料

雨量資料來源于景德鎮(zhèn)市區(qū)域氣象站和昌江流域水文觀測站；景德鎮(zhèn)市氣象局自2004年開始在境內(nèi)布設(shè)區(qū)域自動站，目前已有60個自動氣象站(含3個國家觀測站)；水文局雨量觀測點(diǎn)則更多，目前昌江流域有112個水文雨量自動觀測點(diǎn)。天氣資料和探空資料來源于MICAPS平臺，主要使用常規(guī)天氣圖；雷達(dá)拼圖資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺和景德鎮(zhèn)SA天氣雷達(dá)PUP產(chǎn)品；風(fēng)廓線雷達(dá)資料來源于江西風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品平臺的景德鎮(zhèn)(浮梁)TWP3邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品。

1.2 研究區(qū)域

昌江由北向南貫穿景德鎮(zhèn)全境，是流經(jīng)安徽、江西兩省的一條河流，發(fā)源于安徽祁門縣大洪嶺深處，向南流經(jīng)景德鎮(zhèn)，注入鄱陽湖，全長為253 km。市境內(nèi)干流長約110 km，50多條支流。上游在祁門境內(nèi)，水流湍急，特別是有強(qiáng)降水影響時，洪水陡漲、陡落，具有較為明顯的山洪特征。本文研究的強(qiáng)降水區(qū)主要位于景德鎮(zhèn)境內(nèi)及安徽祁門南部(圖1a)，10次特大暴雨發(fā)生點(diǎn)由北往南依次為茶寶、渚口(祁門境內(nèi))、荒塢里、內(nèi)高山、南溪、瑤里、龔村塢水庫、竟成、麗陽、上村(圖1b)，后續(xù)短時強(qiáng)降水統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于這些氣象觀測站。

圖1 (a)昌江研究區(qū)域和(b)昌江流域的10個站點(diǎn)位置

2 江西昌江流域特大暴雨過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在景德鎮(zhèn)市區(qū)或浮梁縣的氣象區(qū)域站與水文觀測站中任意24 h滿足：1個站出現(xiàn)250 mm以上的特大暴雨且有3個站出現(xiàn)200 mm以上的大暴雨即為1次昌江流域特大暴雨過程。3個站出現(xiàn)200 mm 以上的大暴雨引發(fā)的昌江流域暴雨過程平均雨量，不亞于1個站的特大暴雨過程。

根據(jù)對2000—2020年氣象與水文雨量資料的普查，昌江流域共出現(xiàn)10場特大暴雨過程(表1)，平均每兩年出現(xiàn)一場特大暴雨。但從特大暴雨出現(xiàn)年份來看，這10場特大暴雨中有9場出現(xiàn)在2010—2020年，表明近10年以來昌江流域進(jìn)入洪水高發(fā)期。

從特大暴雨的24 h雨量上看(表1)，以2012年8月10日昌江區(qū)荷塘鄉(xiāng)上村(463 mm)為最大。特大暴雨站點(diǎn)數(shù)的多少反映強(qiáng)降水的程度，結(jié)合當(dāng)?shù)睾樗膹?qiáng)度與災(zāi)情，對10場特大暴雨的雨強(qiáng)進(jìn)行排名。前三名分別是：2012年8月10日、2020年7月8日、2016年6月19日。對應(yīng)昌江流域(渡峰坑)的洪峰水位分別為32.29、33.94、33.89 m。

表1 2000—2020年昌江流域特大暴雨過程統(tǒng)計

由此可見，特大暴雨的雨強(qiáng)與昌江流域洪峰水位并未完全對應(yīng)，雨強(qiáng)最大的2012年8月10日洪峰水位僅為32.29 m。昌江流域的洪水不僅與降水的強(qiáng)度有關(guān)，同時與降水的時空分布、站點(diǎn)數(shù)等因素關(guān)系密切；同樣的降水強(qiáng)度落區(qū)不同、站點(diǎn)數(shù)多寡，造成的結(jié)果也會明顯不同，災(zāi)情也不同。

對2000—2020年昌江流域10次特大暴雨過程逐小時雨量進(jìn)行統(tǒng)計(表略)，短時強(qiáng)降水由多個時段造成，并非24 h都出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，短時強(qiáng)降水具有一定的突發(fā)性。以雨強(qiáng)≥30 mm·h-1為短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)，10次特大暴雨過程中短時強(qiáng)降水出現(xiàn)小時數(shù)和最大小時雨量比較明顯看出短時強(qiáng)降水的突發(fā)性(表2)。

由表2可見，10次特大暴雨過程中短時強(qiáng)降水都有1～6 h出現(xiàn)雨強(qiáng)≥30 mm·h-1的短時強(qiáng)降水，平均值為3.3 h，因此，當(dāng)3 h累計雨量≥100 mm、且其他條件都滿足時，即可發(fā)布特大暴雨紅色預(yù)警。10次特大暴雨過程中僅2008年6月10日和2013年6月7日的過程未達(dá)到發(fā)布特大暴雨紅色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，其余8次都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)?？梢姡? h短時強(qiáng)降水的監(jiān)測預(yù)警是特大暴雨預(yù)報服務(wù)的關(guān)鍵。

表2 10次特大暴雨過程中短時強(qiáng)降水出現(xiàn)的小時數(shù)、最大值和出現(xiàn)時間

3 天氣系統(tǒng)、層結(jié)條件和物理量

3.1 天氣系統(tǒng)配置

超低空西南急流在特大暴雨中起到了重要作用。10次特大暴雨過程大都伴有超低空西南急流，即存在明顯的超地轉(zhuǎn)現(xiàn)象。南昌附近的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(qiáng)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(qiáng)烈上升運(yùn)動，導(dǎo)致強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展。中低層低渦環(huán)流有重要影響。低渦環(huán)流多位于景德鎮(zhèn)東北部的皖南至皖東南，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，加劇了上升運(yùn)動與降水強(qiáng)度，而中層的冷空氣疊加在低層的暖濕氣流上，又加大了對流的不穩(wěn)定，增強(qiáng)了不穩(wěn)定能量。高空低槽的作用明顯(圖2)。昌江流域特大暴雨的產(chǎn)生均有高空低槽的影響，槽前有明顯的正渦度平流，東移過程中往往造成明顯的上升運(yùn)動，造成降水發(fā)生，而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，在中層干冷氣流的觸發(fā)下，強(qiáng)降水劇烈發(fā)展。200 hPa分流區(qū)有明顯作用。分流區(qū)多表現(xiàn)為北風(fēng)與西北風(fēng)之間的輻散，表明高空存在強(qiáng)烈的輻散，高空輻散帶來的抽吸作用，將低層上升氣流帶來的水汽、熱量向外流出，使得上升氣流不斷維持發(fā)展，對強(qiáng)降水的持續(xù)發(fā)展有明顯促進(jìn)作用。低層輻合、高層輻散導(dǎo)致暴雨的發(fā)生。有明顯的低層輻合和低壓(有閉合低壓等值線)活動，地面氣旋與劇烈的輻合形成明顯的上升運(yùn)動，與高層分流區(qū)形成的高層輻散相配合，導(dǎo)致強(qiáng)降水的不斷發(fā)生。

圖2 昌江流域天氣系統(tǒng)配置分析

3.2 層結(jié)條件和物理量統(tǒng)計

對流有效位能(CAPE)多表現(xiàn)為細(xì)長的正能量結(jié)構(gòu)且具有一定的強(qiáng)度。中低層切變線穩(wěn)定，切變線以南有強(qiáng)盛的西南急流，不斷有低渦沿切變線東移，低層輻合與高層輻散均明顯，為典型的梅雨型致洪暴雨。風(fēng)垂直切變主要集中在低層850 hPa或邊界層925 hPa。東南風(fēng)順轉(zhuǎn)為強(qiáng)西南風(fēng)，暖平流特征明顯。水汽飽和區(qū)伸展高度高。700 hPa以下均為飽和區(qū)，有效保證了水汽的供應(yīng)。

江西昌江流域特大暴雨過程中南昌探空物理量參數(shù)統(tǒng)計(表略)發(fā)現(xiàn)，CAPE平均值為1485 J·kg-1、K 指數(shù)平均值為39.6℃、SI平均值為-1.32℃，風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI 平均值為297、1000～500 hPa垂直風(fēng)切變平均值為12.7 m·s-1、0℃層高度平均值為5164 m、-20℃層高度平均值為8720 m，這些對指導(dǎo)景德鎮(zhèn)大暴雨過程預(yù)報分析有參考價值。

4 雷達(dá)回波和TBB云圖特征

4.1 典型雷達(dá)拼圖回波特征

2013年開始有江西WebGis雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù)，因此選取了景德鎮(zhèn)研究區(qū)域2013年之后的6次短時強(qiáng)降水典型雷達(dá)拼圖回波，昌江流域致洪暴雨主要由大范圍混合型回波中的強(qiáng)回波帶或回波塊造成，如：2016年6月19日07時(圖3a)、2017年6月24日06:30(圖3b)、2020年7月7日10時(圖3e)、2020年7月8日16:30(圖3f)，強(qiáng)度達(dá)45～50 dBz，呈準(zhǔn)東西向、東北—西南向和西北—東南向。45 dBz 以上的強(qiáng)回波帶鑲嵌在大范圍30～40 dBz中等強(qiáng)度的降水回波中，強(qiáng)回波帶經(jīng)過的地方出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，與中等強(qiáng)度的降水混合、疊加，造成大范圍的大暴雨與特大暴雨；當(dāng)回波帶與回波移動方向平行時，強(qiáng)降水時間得到延長、強(qiáng)降水量級加大。2019年5月25日21:30(圖3d)，強(qiáng)降水主要由大范圍降水回波中的混合型強(qiáng)回波單體及混合型回波短帶造成，混合型強(qiáng)回波單體或短帶不斷經(jīng)過浮梁北部，造成特大暴雨。2018年7月5日21:30(圖3c)，50 dBz的強(qiáng)回波塊穩(wěn)定維持在景德鎮(zhèn)市區(qū)上空，造成持續(xù)強(qiáng)降水。

圖3 景德鎮(zhèn)研究區(qū)域6次短時強(qiáng)降水典型雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品回波特征

由此可見，江西昌江流域特大暴雨的典型雷達(dá)回波特征有大范圍混合型回波中的強(qiáng)回波帶、大范圍降水回波中的混合型強(qiáng)回波單體及混合型回波短帶、穩(wěn)定的塊狀強(qiáng)回波等，大范圍混合型回波中的強(qiáng)回波帶表現(xiàn)最為明顯。

4.2 風(fēng)暴跟蹤信息(STI)特征和“列車效應(yīng)”

風(fēng)暴跟蹤信息(STI)移動路徑，不僅能夠反映回波系統(tǒng)的強(qiáng)度，還能反映出回波單體的移動速度與移動方向。STI經(jīng)過可信度判別、誤差數(shù)據(jù)過濾等處理，將比較合理的STI信息疊加到雷達(dá)拼圖組合反射率CR和反射率因子R1.5產(chǎn)品上。產(chǎn)品有兩種表現(xiàn)方式：一是WebGIS雷達(dá)拼圖網(wǎng)頁版可以交互(圖4a，4b，4c)；二是簡潔方便的手機(jī)版(圖4d)。暴雨回波STI分布均勻，長度相似，朝向較為一致，均為東北方向，路徑較短，表明降水回波從西南向東北方向穩(wěn)定移動。多個強(qiáng)回波單體上出現(xiàn)密集STI指向，即密集指向區(qū)。密集指向區(qū)表明多部雷達(dá)識別出的STI路徑相似，回波移向、移速等移動信息較為確定。從圖4a～4c中的密集指向區(qū)來看，多個STI指向平行且集中在一起，長度與朝向一致，表明不斷有強(qiáng)回波經(jīng)過并影響。圖4d中手機(jī)版本STI圖左下角的圓圈量化了回波的平均移動信息，該圖顯示平均STI移動方向?yàn)?0°，平均STI移動速度為40 km·h-1?；夭ㄏ到y(tǒng)移動速度慢(≤50 km·h-1)有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。

圖4 雷達(dá)拼圖組合反射率CR產(chǎn)品(填色)與風(fēng)暴跟蹤信息STI產(chǎn)品(實(shí)線箭頭)特征

降水回波的“列車效應(yīng)”是強(qiáng)降水過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種降水形式，其表現(xiàn)為不同的強(qiáng)回波沿相似的移動路徑經(jīng)過同一地點(diǎn)，強(qiáng)回波之間有明顯的間歇，就像一節(jié)節(jié)列車駛過，故稱“列車效應(yīng)”。2020年7月8日，由宜春市移來的4個短帶回波系統(tǒng)A1、A2、A3、A4(圖5a)，宜春風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場、垂直速度(圖5b)圖上也較好地表現(xiàn)出“列車效應(yīng)”的移動。

圖5 2020年7月8日短時強(qiáng)降水中“列車效應(yīng)”雷達(dá)拼圖與宜春風(fēng)廓線產(chǎn)品特征

短帶回波系統(tǒng)A1在7月7日23時至8日02時移過宜春地區(qū)，帶來中等強(qiáng)度的降水，宜春附近13個國家站在7日23時、8日00時最大雨量分別為8.1 mm、7.5 mm，風(fēng)廓線上5 km高度附近均為偏西風(fēng)，風(fēng)速約為14 m·s-1，所以A1主要向偏東方向移動。短帶回波系統(tǒng)A2在7月8日06—09時移過宜春地區(qū)，帶來弱降水，宜春附近13個國家站最大雨量均不足1 mm，風(fēng)廓線上5 km高度附近多為西南風(fēng)，風(fēng)速在14～16 m·s-1，所以A2主要向偏東北方向移動。短帶回波系統(tǒng)A3在7月8日12—15時移過宜春地區(qū)，帶來中等強(qiáng)度的降水，宜春附近13個國家站在23時、00時最大雨量分別為8.1 mm、7.5 mm，風(fēng)廓線上5 km高度附近均為20 m·s-1的西風(fēng)急流，中低層(1 km以上)也有16 m·s-1以上的西南偏西急流，即A3主要向東北偏東方向移動。短帶回波系統(tǒng)A4在7月8日18—21時移過宜春地區(qū)，帶來較強(qiáng)降水，宜春附近13個國家站在18時、19時最大雨分別為24.5 mm、9.1 mm。風(fēng)廓線上4～5 km由西風(fēng)轉(zhuǎn)西北風(fēng)，風(fēng)速由20 m·s-1降至14 m·s-1，而5 km以上均為西北風(fēng)，風(fēng)速在14 m·s-1左右。由于有較為明顯的西北風(fēng)分量，位于北部的A4向東移動時有偏南的分量，與位于南部回波短帶合并東移。

由此可見，在覆蓋江西的東西走向的回波帶上，存有多條南北走向的短帶回波，由西向東移動，形成“列車效應(yīng)”。其移動方向、速度受到3～5 km的平均風(fēng)場制約，從相對應(yīng)的風(fēng)廓線雷達(dá)上可大致量化短帶回波的移動信息，同時根據(jù)上游降水實(shí)況，從而判斷該短帶回波對下游產(chǎn)生的具體影響。也正是上游不斷有短帶強(qiáng)回波系統(tǒng)移入景德鎮(zhèn)，造成昌江流域持續(xù)強(qiáng)降水。

4.3 組合反射率、45 dBz強(qiáng)回波面積和逐小時雨量統(tǒng)計

大暴雨過程中，雷達(dá)拼圖監(jiān)測范圍比單部雷達(dá)更大，更能反映大暴雨中中小尺度系統(tǒng)活動。大暴雨的形成尤其是短時強(qiáng)降水的形成與回波系統(tǒng)的強(qiáng)度和強(qiáng)回波面積關(guān)系密切。針對6次特大暴雨過程中的組合反射率CR、45 dBz強(qiáng)回波面積Q45(Q45的大小直接關(guān)系到強(qiáng)降水的大小和影響時間的長短，劃分為0等級：<10 km2；1等級：10～100 km2；2等級：100～300 km2；3等級：≥300 km2)和逐小時降水量R60進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到如下結(jié)果(圖6)。

圖6 景德鎮(zhèn)特大暴雨過程組合反射率CR、45 dBz強(qiáng)回波面積Q45和逐小時雨量R60關(guān)系特征

R60是逐小時整點(diǎn)的累計值，CR和Q45值取自小時整點(diǎn)前30 min，如：10—11時降水選取10:30回波強(qiáng)度和回波面積數(shù)值。

三條曲線疊加在一起可以看出：當(dāng)Q45為0等級時，雨強(qiáng)基本上在10 mm·h-1以下；當(dāng)Q45為 1等級時，雨強(qiáng)在20 mm·h-1以下；當(dāng)Q45為2等級時，雨強(qiáng)≥30 mm·h-1概率較小，大多在 20～30 mm·h-1；當(dāng)組合反射率都在45～50 dBz或以上，45 dBz強(qiáng)回波面積Q45與短時強(qiáng)降水關(guān)系很好，曲線幾乎重疊。也就是說，在45 dBz以上回波情況下：如果強(qiáng)回波面積達(dá)到3等級時，出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的可能性很大。

5 結(jié)論與討論

本文研究了昌江流域2000—2020年內(nèi)10次特大暴雨過程的短時強(qiáng)降水特征、包括：天氣形勢、層結(jié)條件、物理量、雷達(dá)拼圖回波特征、風(fēng)暴跟蹤信息STI移動特點(diǎn)、“列車效應(yīng)”、雷達(dá)PUP參數(shù)特征和風(fēng)廓線雷達(dá)特征等，主要結(jié)論如下：

(1) 3～6 h的集中強(qiáng)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。每次特大暴雨過程都有3～6 h的強(qiáng)降水集中時段，3 h強(qiáng)降水可達(dá)約100 mm 甚至以上，6 h累計雨量即可達(dá)200 mm以上，多數(shù)達(dá)到暴雨紅色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。最大雨強(qiáng)可達(dá)90 mm·h-1以上，平均每次特大暴雨過程出現(xiàn)6.2次≥20 mm·h-1的強(qiáng)降水。

(2) 超低空急流、中低層低渦、高空低槽、低層輻合、高層輻散在景德鎮(zhèn)市特大暴雨過程中發(fā)揮了重要作用：超低空急流輸送邊界層暖濕氣流，建立位勢不穩(wěn)定，增強(qiáng)不穩(wěn)定能量，輸送大量水汽，在急流前端的贛東北劇烈輻合。皖南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。高空低槽移入贛東北后，槽后西北氣流疊加在低層西南暖濕急流上。地面氣旋與劇烈的輻合形成明顯的上升運(yùn)動，與高層分流區(qū)形成的高層輻散相配合，均有利于強(qiáng)降水的不斷發(fā)生、發(fā)展。

(3) 江西昌江流域特大暴雨中CAPE多表現(xiàn)為細(xì)長的正能量結(jié)構(gòu)，風(fēng)垂直切變主要集中在低層或邊界層，水汽飽和區(qū)伸展高度高，從底層至高層250 hPa 多為整層暖平流，中層有部分過程伴有明顯干層。CAPE平均值為1485 J·kg-1、K指數(shù)平均值為39.6℃、SI平均值為-1.32℃，風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI平均值為297、1000～500 hPa垂直風(fēng)切變平均值為12.7 m·s-1。

(4) 影響江西昌江流域的強(qiáng)降水多由大范圍混合性強(qiáng)降水中的強(qiáng)回波單體、強(qiáng)回波短帶或其演化的窄帶強(qiáng)回波導(dǎo)致，回波強(qiáng)度大于45 dBz，但小于55 dBz。典型雷達(dá)回波特征有大范圍混合型回波中的強(qiáng)回波帶、大范圍降水回波中的混合型強(qiáng)回波單體及混合型回波短帶、穩(wěn)定的塊狀強(qiáng)回波等。組合STI產(chǎn)品顯示，強(qiáng)降水回波移動方向、移速較為一致，并有平行結(jié)構(gòu)的密集指向區(qū)出現(xiàn)。STI不僅能反映強(qiáng)回波的移動信息，還可以分析出回波的輻合等信息，對于短時臨近預(yù)報有很好的參考價值。在覆蓋江西東西走向的回波帶上，存有多條南北走向的短帶回波，由西向東移動，形成“列車效應(yīng)”。從相對應(yīng)的風(fēng)廓線雷達(dá)上可大致量化短帶回波的移動信息。

(5) 在45 dBz以上回波情況下：如果強(qiáng)回波面積達(dá)到3等級時，出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的可能性很大；強(qiáng)回波面積在2等級時，出現(xiàn)≥30 mm·h-1短時強(qiáng)降水概率較小，雨強(qiáng)大多在 20～30 mm·h-1；當(dāng)強(qiáng)回波面積在1等級時，雨強(qiáng)基本在20 mm·h-1以下。

短時強(qiáng)降水是產(chǎn)生大暴雨和特大暴雨的基本條件，幾乎所有大暴雨過程都伴隨短時強(qiáng)降水的出現(xiàn)。短時強(qiáng)降水的發(fā)生有多種情況，如何定量判斷短時強(qiáng)降水的發(fā)生，一直是業(yè)務(wù)工作中的難點(diǎn)，還需要更多深入研究和探討。