“2020.07.08—10”丰城连续性大暴雨过程分析

饶云花，马中元，陈鲍发，程小娟，孙 芳

(1.江西省气象科学研究所，330046，南昌；2.丰城市气象局，331100，江西，丰城；3.景德镇市气象局，333000，江西，景德镇)

0 引言

2020年7月8—10日，江西出现连续性大暴雨过程，导致江西多个城市发生内涝，丰城市也出现严重城市内涝。在分析这次连续性大暴雨过程中，一是分析产生大暴雨的天气系统配置，得到大暴雨概念模型和云图特征；二是分析大暴雨的雷达回波特征，尤其是雷达拼图回波特征，这是开展监测预警和短临预报服务的重要手段。

国内不少专家学者对大暴雨天气进行了深入研究和讨论，河南“75.8”和“21.7”都是经典例子。肖递祥等研究表明极端暴雨过程主要出现在500 hPa为“东高西低”型和“两高切变”型这2种环流背景形势下[1]。王丛梅等研究指出太行山地形强迫抬升与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴，雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水[2]。陈元昭等研究表明重大短时强降水发生的环境条件的关键点不是强对流预报中常关注的“高空冷空气的侵入”，而是低层暖湿气流的输送[3]。王啸华等研究指出强降水发生前都存在对流层低层辐合快速增强的过程[4]。张娇等研究表明850 hPa西南急流的建立与西太平洋副热带高压的西伸有关；同时，冷空气南下，东西气压梯度增大有利于西南急流的建立[5]。张雪晨等研究指出强降水过程主要由中尺度对流系统造成，在暴雨区上空B中尺度对流系统的新生维持是强降水维持较长时间的重要原因[6]。徐双柱等研究指出中尺度系统的源地与地形有关，在西南气流的背风坡容易形成中尺度系统[7]。周芳等研究指出江西局地短时强降水分为两大类：低槽类50.3%，热带系统类49.7%[8]。

陈明轩等分析指出中尺度对流超级复合体，导致了这次强降水过程[9]。王福侠等研究指出高空急流是大范围暴雨和区域暴雨共有的速度特征；列车效应是造成局地暴雨、大暴雨的关键原因[10]。郑媛媛等研究指出后向传播使得强回波在特定区域保持相对静止，造成特大暴雨[11]。邓虹霞等研究指出短时强降水雷达回波特征主要有3种：块状(强单体、超级单体)、带状(飑线、回波带)、絮状(絮带、絮团)[12]。桂园园等研究表明鹰潭暴雨有2种降水类型：一是对流型降水，二是混合型降水[13]。苏俐敏等通过研究短时强降水个例，提出10 min降水量≥10 mm的“超短时强降水”概念[14-16]。付超等研究表明短时强降水对暴雨贡献率基本在40%以上，暴雨天气过程将近一半是由短时强降水贡献的[17]。上述成果从多方面多角度对大暴雨天气进行了研究，为本文研究提供了参考意见。但研究成果较少涉及雷达拼图回波特征等方面的分析，而雷达拼图资料在大暴雨监测预警和预报服务中越来越受到重视，雷达拼图回波特征已成为预报员开展短临预报的重要依据。

本文使用常规天气图、自动站数据、云图、雷达拼图和单部雷达产品等资料，对2020年7月8—10日江西连续性大暴雨过程进行分析，研究成果为本地开展大暴雨天气的预报服务提供了分析判断依据。

1 资料来源

2020年7月8—10日江西连续性大暴雨过程的雨量资料来源于丰城国家站地面要素资料和江西省自动气象站网络平台；天气背景、探空数据和云图数据等资料来源于MICAPS平台；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图平台(江西内网：http://10.116.32.81/)；单部雷达产品数据来源于南昌SA天气雷达(9791)基数据与PUP软件反演。

2 天气实况与天气系统

2.1 天气实况

2020年7月8—10日，江西连续3 d出现大暴雨天气，给防汛工作带来压力。7月8日20:00(图1(a))，全省出现25站(国家站，下同)大暴雨，11站暴雨，主要集中在赣北、赣中北部和赣东北区域。7月9日20:00(图1(b))，全省出现25站大暴雨，11站暴雨，主要集中在赣中和赣南北部区域。7月10日20:00(图1(c))，全省出现7站大暴雨，15站暴雨，暴雨中心比较零散，分别出现南昌、吉安、萍乡和横峰4个暴雨中心。

(a)7月8日20:00；(b)7月9日20:00；(c)7月10日20:00

2.2 大暴雨天气系统概念模型

2020年7月7—10日的主要形势及物理量特征，归纳出江西7月上旬连续性大暴雨的概念模型(图略)。

中国东部地区副热带高压强盛，588 dagpm线穿过江西，江西中北部处副高北部边缘。500 hPa有2支显著气流，1支沿副高从西南广西等地经湖南伸向赣东北的西南气流，1支为沿河套以东经河南、江苏南下的西北气流，2支气流在长江中下游附近交汇。中低层有强盛的西南急流，850 hPa低空西南急流与925 hPa超低空西南急流由南向北输送水汽、高能量和极不稳定空气，2支气流在江西中北部交汇。中低层急流北部有位置相近的切变线，不同层次的切变线在垂直方向接近重合的地区，由于剧烈的辐合导致强盛上升运动，增强暴雨的强度。200 hPa江西东北部至江淮下游有分流区，高空分流区带来明显的辐散是导致中小尺度强暴雨云团发展的重要触发机制。中层(700～500 hPa)，在切变线以北有干冷空气侵入。江西中北部地面有静止锋。湖南与江西中北部中低层(400 hPa以下)为深厚显著的湿区。江西中北部有充足的水汽供应与辐合，水汽通量0.020 × g · cm-1· hPa-1· s-1以上。K指数达37 ℃以上，对流有效位能(CAPE)中等，达300 J/kg以上。高层辐散叠加在低层辐合之上，形成高层负涡度、中层正涡度和上升运动旺盛形势，500～200 hPa有明显的上升运动中心。

由此可见，江西大暴雨过程与稳定的副热带高压有关，主要出现在副高西北部多个系统剧烈辐合之中。当处于副热带高压边缘，且有南北两支气流持续交汇时，中低层切变线呈近垂直分布，切变线以南有低空西南急流与超低空西南急流，水汽充足且深厚，层结不稳定发展，在急流的前端与交汇处往往有极端性暴雨天气。

2.3 T-lnP图探空物理量统计

2020年7月8—10日08:00和20:00，南昌探空数据显示(表1)，850 hPa最高气温20.7℃，最低气温18.8 ℃，均值20 ℃。700 hPa最高气温12.8 ℃，最低气温8.2 ℃，均值11℃。500 hPa和1 000 hPa垂直风切变最大差值10 m/s，最小差值2.8 m/s，均值7 m/s。850 hPa相对湿度最大值89%，最小值60%，均值82%。500 hpa相对湿度最大值93%，最小值47%，均值76%。对流有效位能最大值586.2 J/kg，最小值104.3 J/kg，均值407 J/kg。K指数最大值39.3 ℃，最小值34.8 ℃，均值37 ℃。沙氏指数最大值为2.59 ℃，最小值-4.44 ℃，均值0.32 ℃。风暴强度指数最大值307.7，最小值256.2，均值284。0 ℃层高最高值5 791 m，最低值4 123 m，均值5 320 m。-20 ℃层高最高值9 141 m，最低值6 842 m，均值8 536 m。

表1统计值为暴雨天气的物理量分析提供了参考数据。从平均值中可以看出，850 hPa和700 hPa温度在20 ℃和11 ℃；500～1 000 hPa垂直风切变较小，只有7 m/s；850 hPa和500 hPa相对湿度分别达到82%和76%，湿度层较厚；对流有效位能CAPE只有407 J/kg；K指数达到37℃，SI指数0.32 ℃，风暴强度指数SSI为284；暴雨期间的0 ℃层和-20 ℃层高度比较高，分别达到5 320 m和8 536 m。

表1 2020年7月8—10日南昌探空(58606)物理量统计表

3 雷达回波特征

雷达拼图是监测暴雨和大暴雨天气，开展短临预报服务的有效手段。雷达拼图范围广阔，能够较好地监测暴雨和大暴雨的覆盖范围，连续动态图可以看出暴雨和大暴雨天气系统的移动，以及回波系统的形态等特征，有助于了解回波系统的演变规律。暴雨和大暴雨回波系统主要有两类回波形态：絮状回波带和絮状回波团。回波带和回波团的区别在于回波形态的长宽比，回波东西长度没有明显超过回波南北宽度称为回波团；回波带和回波团的降水效率、降水时间等都不同，相同回波强度，回波团系统的降水要大于回波带系统。

3.1 雷达拼图回波系统演变

2020年7月9日02:00—07:00絮状回波带，02:00时(图2(a))，丰城处在东～西走向絮状回波带之中，回波CR强度约45 dBZ，回波结构较松散，丰城雨量12.2 mm/h。03:00时(图2(b))，东～西走向絮状回波带中，不断有45～50 dBZ回波单体、回波团(块)发展，丰城雨量11.8 mm/h。04:00时(图2(c))，絮状回波带有所发展加强，回波结构有所排列紧密，强度45～50 dBZ，丰城雨量17.0 mm/h。05:00时(图2(d))，回波带继续维持和发展，回波强度45 dBZ，丰城处在较强回波之中，雨量达到17.2 mm/h。06:00时(图2(e))，东～西走向絮状回波带维持少动，带上不断有短带回波和单体回波东移，回波强度达到45～50 dBZ，丰城雨量13.1 mm/h。07:00时(图2(f))，絮状回波带一直维持少动，强度有所加强，影响丰城回波强度达到50 dBZ，丰城雨量17.2 mm/h。

由此可见，絮状回波带静止少动，带上不断有回波短带和单体回波发展加强，形成“列车效应”，多次造成丰城出现≥10 mm/h降水，从而形成大暴雨天气。

2020年7月10日07:00—10:00絮状回波团，07:00时(图3(a))，丰城处于絮状回波团之中，回波强度35 dBZ，周边有45 dBZ回波存在，07:00丰城雨量13.8 mm/h，表明在絮状回波团中，35 dBZ回波也能产生≥10 mm/h的降水。08:00时(图3(b))，丰城附近回波增强到45 dBZ，08:00丰城雨量23.6 mm/h短时强降水。09:00时(图3(c))，丰城处在45 dBZ回波之中，出现31.7 mm/h短时强降水，这是7月8―10日丰城连续大暴雨过程中最强小时雨量。10:00时(图3(d))，丰城回波强度降到35 dBZ，还是出现10.6 mm/h降水，表明在絮状回波团中，组合反射率CR≥35 dBZ时，都有可能出现≥10 mm/h的降水，CR≥45 dBZ时，有可能出现≥20～30 mm/h的短时强降水。

(a)02:00；(b)03:00；(c)04:00；(d)05:00；(e)06:00；(f)07:00

(a)07:00；(b)08:00；(c)09:00；(d)10:00

由此可见，絮状回波团静止少动，团里不断有回波短带和单体回波发展加强，CR回波强度35～45 dBZ，存在“列车效应”，多次经过丰城并出现≥10 mm/h降水，累积形成大暴雨天气。同等回波强度时，絮状回波团的降水效率要高于絮状回波带。

3.2 回波强度与雨量对比关系

将逐小时雨量和雷达拼图CR回波强度(dBZ)制表进行曲线相关性分析，雷达回波CR产品选择丰城站5 km半径圆范围内最强回波dBZ值，时间选择整点后0.5 h；雨量直接从雨量平台柱状图中读取。

(a)7月7日21:00—8日20:00；(b)7月8日21:00—9日20:00；(c)7月9日21:00—10日20:00

7月7日21:00—8日20:00(图4(a))，组合反射率CR回波强度在10～35 dBZ之间，雨量在0.1～10.0 mm/h之间，回波与雨量保持正相关，起伏波动较小。7月8日21:00—9日20:00(图4(b))，CR回波强度在10～40 dBZ之间，雨量在0.1～15.0 mm/h之间，回波与雨量正相关。7月9日21:00—10日20:00(图4(c))，CR回波强度在10～40 dBZ之间，雨量在0.1～31.7 mm/h之间，回波与雨量正相关。

由此可见，组合反射率CR回波强度与地面1 h雨量呈正相关，回波越强雨量越大；雨量出现时间落后于CR回波时间，有可能雨量计算是60 min合计，而CR回波时间是整点30 min，一个时刻难以表达小时雨量。

4 结论与讨论

1)江西大暴雨过程的发生与稳定的副热带高压有关，主要出现在副高西北部多个系统剧烈辐合之中。

2)絮状回波带静止少动，带上不断有回波短带和单体回波发展加强，形成“列车效应”，从而出现大暴雨天气。絮状回波团静止少动，团里不断有回波短带和单体回波发展加强，CR回波强度35～45 dBZ，存在“列车效应”，累积形成大暴雨天气。同等回波强度时，絮状回波团的降水效率要高于絮状回波带。

3)丰城市此次大暴雨过程受絮状回波带影响，回波强度35～50 dBZ；RCS上，35～50 dBZ回波顶高在6 km以下；VCS上，7～8 km以下均为负速度，对应强回波位置负速度区中出现-10 m/s大值区。

4)组合反射率CR回波强度与地面1 h雨量呈正相关，回波越强雨量越大；但雨量出现时间落后于CR回波。

近年来，江西大暴雨天气的预报能力有长足进步，但预报到某地某时大暴雨时，预报分析还缺乏理论依据。在做好监测预警的基础上，总结大暴雨天气特点和雷达拼图回波特征，是开展好本地大暴雨预报服务的重点。