婺源一次大暴雨雷达回波特征分析

邱雯婷，马中元，彭维明，张晓芳，曹佳琪

(1.婺源县气象局，上饶 333200；2.江西省气象科学研究所，南昌 330046)

0 引言

汛期的暴雨和大暴雨是气象部门重点监测预警对象，关系到水位上涨、城市内涝、山洪暴发等自然灾害的发生。统计分析表明，江西赣东北区域(上饶市、景德镇市和鹰潭市)是江西暴雨中心之一。婺源地处赣东北地区最东部，赣东北地形对雨带的抬升作用十分明显，对形成婺源大暴雨有重要的影响。

国内外专家学者对大暴雨研究成果颇多，例如：黄文彦[1]等利用江淮气旋资料，统计分析得出6月份江淮气旋造成江苏暴雨的频次最高，约占该月暴雨总次数的1/3。陈健康[2]等指出福建一次冬季暴雨过程类似于锋前暖区暴雨，在低空急流偏强并长时间维持的背景下产生。张萍萍[3]等指出湖北两类突发性中尺度暴雨天气形势背景，一是南北汇合型以天气尺度强迫为主；二是聚集增强型以边界层辐合和地形强迫抬升为主。杨雨轩[4]等指出在弱垂直风切变环境条件下与副热带高压之间切变区的短时大暴雨关系密切。尉英华[5]等指出0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用。田畅[6]等指出地面辐合线发展的线状对流系统是暴雨发生的主要原因。梁钰[7]等指出连续性暴雨按照500 hPa影响系统，分为低槽型、副高边缘型、西北低涡型3类。刘瑞鑫[8]等指出华南区域暖区暴雨事件占筛选的暴雨事件的16.86%，表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程；暖区暴雨主要出现在4-7月，6月份最多，平均持续11.58 h。李瑞萍[9]等指出暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后，层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动。刘帆[10]等指出关中地区突发性暴雨过程雷达回波为低质心结构，最强回波中心(45～55 dBZ)高度在6 km以下，径向速度图上的低层“S”型暖平流、风向辐合辐散和逆风区等特征均有利于短时强降水的发生。

这些研究成果大多从天气形势或单部雷达回波特征方面论述，较少利用多部雷达拼图资料探讨暴雨的特征。文章使用MICAPS常规天气图、FY-4A云图、自动气象站雨量、江西WebGIS雷达拼图、景德镇SA雷达基数据等资料，对2021-06-30婺源大暴雨过程进行分析，总结得出形成婺源大暴雨的短时强降水的天气特征、云图特征和雷达回波等特征，为监测预警由短时强降水引发的大暴雨天气提供判别依据。

1 资料来源与研究区域

1.1 资料来源

天气图、FY-4A云图等资料来源于MICAPS系统；自动气象站雨量资料来源于江西省气象局内网自动气象站资料查询系统平台和婺源气象站观测数据；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图系统平台；单部雷达产品来源于景德镇SA雷达基数据产品反演；雷电资料来源于CIMISS数据库；手机产品组合反射率CR、回波顶ET、垂直液态含水量VIL和风暴跟踪信息STI来自江西短临预报手机平台。文章涉及的地图边界均是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2017)3320号的标准地图制作，MICAPS地图的审图号：GS(2019)3082号。文章使用北京时间。

1.2 研究区域

文章研究区域是江西省赣东北(3市)区域，重点关注婺源县境内大暴雨区域。并采用天气学、卫星学、雷达气象学等分析方法，对所使用资料进行分析描述。婺源县气象局在婺源全境安装了30个自动气象站，当出现1站以上≥100 mm/24 h降水和2站≥50 mm/24 h降水时，记录为婺源大暴雨过程。在大暴雨过程中，江西出现≥30 mm/h降水称为短时强降水。文章插图使用Photoshop图像软件拼制，使每幅彩色图达到至少15 cm宽、300 dpi以上像素点，符合出版印刷对图片的要求。

2 暴雨实况与天气背景

2.1 江西省际大暴雨过程

江西省际是指以江西为中心包含周边6省部分地区的更大范围。2021-06-29T20：00—2021-07-03T20：00，江西省际出现1次连续性大暴雨过程。婺源受到影响，在6月30日、7月1日连续2 d出现大暴雨。在大暴雨过程中，短时强降水是引发大暴雨的关键。从短时强降水强度上看，6月30日大暴雨过程中短时强降水雨强最大，为50.0 mm/h(古坦行政村J2215)，并且连续3 h出现≥30 mm/h短时强降水，3 h雨量达到133.5 mm。根据婺源国家站和29个区域站连续4 d的降水统计可得，观测站雨量分别达到80.4 mm/24 h、88.3 mm/24 h、46.4 mm/24 h和26.5 mm/25 h，4 d平均雨量为241.5 mm。6月30日，古坦行政村最大雨量为213.6 mm/24 h；7月1日，太白镇最大雨量为202.0 mm/24 h。

由此可见，婺源此次连续性大暴雨过程降水主要分布在6月30日和7月1日；7月2—3日虽然一些区域站还有暴雨发生，但未达到大暴雨量级。

2.2 婺源大暴雨过程

2021-06-30，婺源大暴雨过程在此次连续性大暴雨过程中最强，短时强降水和持续性降水叠加在一起，累积雨量较大，30个观测站平均雨量达到80.4 mm/24 h。对应的雷达拼图显示为大片絮状回波团中存有多条45～50 dBZ回波短带和回波单体，这些较强回波短带和回波单体是产生短时强降水的回波系统，婺源30个雨量观测站的最大降水，就是由这些回波短带和回波单体所产生，并且短时强降水可以连续出现几小时，例如：3 h降水达到大暴雨量级。统计表明：6月30日，婺源有33站次出现≥20 mm/h短时强降水，其中12站次出现≥30 mm/h短时强降水。

由此可见，在6月30日—7月3日江西连续性大暴雨过程中，婺源出现连续性大暴雨和暴雨天气，以6月30日大暴雨过程最典型。大暴雨过程的形成是由絮状回波团中的45～50 dBZ回波短带和回波单体所致，跟踪这些回波系统的演变，提早识别和判断短时强降水的发生，对大暴雨天气的监测预警有重要意义。

2.3 副高边缘天气背景

2021-06-27T20：00，100 hPa受大陆高压控制(西北风)和副高边缘(东北风)控制；500 hPa副高处在沿海一线，588 dagpm线穿越海岸线，江西处在588 dagpm与584 dagpm之间，即副高边缘；850 hPa存在西南低空急流，长江以北为东北风气流，江西北部处在850 hPa切变线中，不断有低涡东移；地面江南处在西南倒槽之中，有利于对流性天气的发生，从而易导致对流性暴雨和大暴雨天气的产生。

2.4 中尺度对流系统MCS

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00是婺源短时强降水发生时段。09：00，婺源区域不断有对流单体云系发展；10：00，对流单体云系合并形成中尺度对流系统MCS；11：00—12：00之后，MCS在婺源区域维持，并缓慢向东偏南方向移出。在云图上，MCS云系是产生婺源大暴雨的主要云系。

3 短时强降水形成大暴雨的回波特征

3.1 短时强降水特征

2021-06-30，婺源出现多站次≥20 mm/h的短时强降水，其中≥30 mm/h的短时强降水有12站(江西短时强降水标准)，最大降水强度为52.0 mm/h。婺源古坦行政村、沱川乡10：00—12：00出现连续3 h的短时强降水，雨量分别为145.2 mm和138.6 mm，达到大暴雨量级。可见，短时强降水在某地能够维持2～3 h，某地就能形成短时大暴雨。

江西雨水比较丰沛，短时强降水标准定在≥30 mm/h或50 mm/2 h。通过对短时强降水的研究，≥30 mm/h的短时强降水是由若干个≥10 mm/10 min超短时强降水组成[11]。超短时强降水如果连续出现2个以上时段，就不需要等到整点后判断短时强降水的出现，而是在其间提前估测出短时强降水的出现，因为，在整点1 h中，连续2个以上超短时强降水的出现，形成≥30 mm/h短时强降水的概率高达80%以上。

3.2 雷达拼图回波特征

江西WebGIS雷达拼图是由以江西为中心及周边6省共24部天气雷达组成的雷达拼图，雷达拼图扩大了单部雷达视野，弥补了单部雷达挡角盲区、地球曲率、远距衰减等缺陷，并且网页版显示快捷，不受PUP终端等因素局限，因此受到广大台站预报员的好评。

2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00(图1)是婺源大暴雨过程中出现短时强降水最强的4个时次，婺源古坦行政村区域雨量站显示：09：00—12：00(3 h)分别为47.2 mm/h，52.0 mm/h，34.3 mm/h，累计133.5 mm，3 h雨量已达到大暴雨量级。造成婺源大暴雨的雷达拼图回波特征主要是在大片絮状(混合型降水)回波中，掺杂有较强的(45～50 dBZ)回波短带、回波单体存在，短时强降水是由这些较强回波所致。35～45 dBZ的中等强度回波导致的降水也可能达到≥20 mm/h的量级。由于絮状回波团面积广阔，持续降水时间较长，累积降水量也很可观。

图1 2021-06-30T09：00—2021-06-30T12：00 雷达拼图回波和1 h雨量叠加(a)09：00；(b)10：00；(c)11：00；(d)12：00

江西大暴雨形成的降水主要有两种类型：一是由短时强降水形成的短时大暴雨天气；二是由长时间持续性降水形成的大暴雨天气。这两种大暴雨的回波系统都是絮状回波结构，前者在絮状回波中对流比较旺盛，常由回波短带和强回波单体造成短时强降水；后者在絮状回波中对流比较弱，在大片层状云降水中存有弱对流，因长时间持续性降水而形成大暴雨。

3.3 雷达拼图垂直回波结构

2021-06-30T11：00，在雷达拼图上，影响婺源大暴雨的回波特征呈絮状回波团中强回波短带形式，分别沿回波短带走向A(图2a)和回波短带横向B(图2b)作垂直回波剖面。絮状回波团中的回波短带的垂直结构表现为回波单体直上直下分布，40 dBZ回波顶在6～7 km高度，强回波主要分布在6 km高度以下，表明短时强降水质心主要分布在底层。

絮状回波团中的短时强降水发生在回波团中较强回波短带和回波单体上，具有强回波质心偏低特征，回波垂直结构是直上直下，没有冰雹回波的倾斜、高耸、悬挂等结构，回波强度达不到冰雹回波≥60 dBZ的标准。

图2 2021-06-30T11：00雷达拼图垂直剖面(左)和组合反射率(右)(a)A方向垂直剖面；(b)B方向垂直剖面

3.4 手机平台雷达拼图产品特征

2021-06-30T11：00，在江西短临预报手机平台上，雷达回波产品有组合反射率CR、回波顶ET、垂直累积液态水VIL和风暴跟踪信息STI产品，对判断大暴雨回波和外推回波移动具有指示作用，图3中圆圈是婺源大暴雨区范围。

图3 2021-06-30T11：00 江西短临预报手机平台雷达拼图产品(a)组合反射率CR；(b)回波顶ET；(c)垂直累积液态水VIL；(d)风暴跟踪信息STI

组合反射率CR产品雷达拼图(图3a)显示回波系统的范围比单部雷达宽广，在大片絮状回波团中，存在多条较强的(45～50 dBZ)回波短带和回波单体，对了解上游回波系统的分布与演变有利。回波顶ET产品雷达拼图(图3b)可以显示整个拼图范围的回波顶高分布，婺源大暴雨区回波顶高在14～15 km。垂直雷击液态水VIL产品雷达拼图(图3c)可以显示整个拼图范围的垂直累积液态水分布，整个拼图上VIL比较低，为5～10 kg/m2，表明絮状回波团中的短时强降水VIL较低。风暴跟踪信息STI产品雷达拼图(图3d)将单部雷达去除不可信信息外的STI信息显示在拼图上，虽然还有一些不合理的STI路径，但整体STI路径趋势可以用来判断回波系统的移动方向；回波系统的移动速度可以在图3(d)刻度上读取；此时次回波系统朝偏东(85°)方向移动，移动速度为32 km/h。

由此可见，江西短时强降水标准定在≥30 mm/h或50 mm/2 h，如果超短时强降水连续出现2个以上时段，极有可能形成暴雨或大暴雨天气。造成婺源大暴雨的雷达拼图回波特征主要是在大片絮状(混合型降水)回波中，掺杂有较强(45～50 dBZ)回波短带、回波单体存在，短时强降水是由这些较强回波所致。絮状回波团中的较强回波短带和回波单体，具有强回波质心偏低特征，回波垂直结构直上直下，没有冰雹回波的倾斜、高耸、悬挂等结构。絮状回波团中短带回波强度远低于冰雹回波，回波顶高也比较低，垂直累积液态水含量很小，强回波顶分布在底层，速度场表现为正负速度带，不具备冰雹回波的中气旋等特征。在手机平台雷达拼图上，CR，ET，VIL能较好地了解絮状回波团中短带回波和单体回波的强度、顶高、垂直累积液态水分布情况，对了解上游回波系统的演变十分有利。STI路径趋势可以用来判断回波系统的移动方向和移动速度。

4 结束语

文章使用MICAPS常规天气图、自动气象站雨量、江西WebGIS雷达拼图、景德镇SA雷达基数据等资料，对2021-06-30婺源大暴雨过程进行分析。分析总结得出，江西短时强降水引发大暴雨过程的个例较多。如何使用雷达拼图资料，准确识别短时强降水的发生，提前预警预报大暴雨过程，是今后的发展方向和研究课题。