婺源短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)拼圖回波分類(lèi)與特征分析

邱雯婷，馬中元，王漢根，彭維明，張曉芳，陳 強(qiáng)

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.婺源縣氣象局，婺源 333200)

0 引言

短時(shí)強(qiáng)降水是指短時(shí)間內(nèi)降水強(qiáng)度較大，其降雨量達(dá)到或超過(guò)20 mm/h的天氣現(xiàn)象。這一量值的規(guī)定，全國(guó)各地氣象臺(tái)站不盡相同，江西短時(shí)強(qiáng)降水是指小時(shí)雨量≥30 mm或2 h雨量≥50 mm的降水。短時(shí)強(qiáng)降水屬于強(qiáng)對(duì)流天氣的一種，是縣級(jí)基層臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)中的預(yù)報(bào)難點(diǎn)和重點(diǎn)[1-3]。

婺源短時(shí)強(qiáng)降水每年4—11月為高發(fā)期，具有突發(fā)性強(qiáng)、來(lái)勢(shì)猛、降水時(shí)間集中、可預(yù)報(bào)的時(shí)效短等特點(diǎn)。由于降水強(qiáng)度大、時(shí)間集中和短時(shí)強(qiáng)降水常常會(huì)造成城市積澇和山體滑坡等氣象衍生災(zāi)害，嚴(yán)重影響人們生活與生產(chǎn)活動(dòng)[4，5]。因此，通過(guò)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的雷達(dá)拼圖回波特征分析，找出婺源短時(shí)強(qiáng)降水的規(guī)律，對(duì)提高當(dāng)?shù)仡A(yù)報(bào)預(yù)警能力有所幫助。國(guó)內(nèi)已有很多專(zhuān)家學(xué)者從多個(gè)方面對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行了研究并取得了成果，這些研究成果為婺源短時(shí)強(qiáng)降水天氣的研究和預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供了理論依據(jù)[6，7]。

文章中數(shù)據(jù)均來(lái)自于婺源自動(dòng)氣象站分鐘數(shù)據(jù)、氣象月報(bào)表和實(shí)時(shí)地面氣象觀測(cè)資料等原始資料。利用江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)CR產(chǎn)品資料，對(duì)婺源短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析，試圖加強(qiáng)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的認(rèn)知，提高短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)能力。

1 資料來(lái)源及短時(shí)強(qiáng)降水概況

1.1 資料來(lái)源

短時(shí)強(qiáng)降水(≥30.0 mm/h)單站氣象要素資料來(lái)源于婺源國(guó)家一般氣象站，雷達(dá)拼圖資料來(lái)源于江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)(http：//10.116.32.199/)江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)組合反射率CR 產(chǎn)品。

1.2 短時(shí)強(qiáng)降水概況

婺源是短時(shí)強(qiáng)降水天氣頻發(fā)地區(qū)。文章統(tǒng)計(jì)了2005—2020年婺源國(guó)家一般氣象站短時(shí)強(qiáng)降水的情況，16 a中共出現(xiàn)32次短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例，32次短時(shí)強(qiáng)降水分布在16 a的27 d中。

婺源32次短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例中，降水量最大為61.2 mm/h(發(fā)生在2010-07-09T21：00)，最小為30.1 mm/h(發(fā)生在2017-06-24T10：00)。有28次出現(xiàn)24 h(以08：00-08：00或20：00-20：00為日界)暴雨或大暴雨天氣，其中暴雨12次，大暴雨16次；24 h最大雨量為203.6 mm(發(fā)生在2010-07-09)，只有4次24 h雨量在32.1 ～ 48.8 mm。

由于2015年以前沒(méi)有雷達(dá)拼圖資料，婺源2005—2020年(16 a)32次短時(shí)強(qiáng)降水中，前15次缺少雷達(dá)拼圖資料，2015年之后的17次短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例可以查詢(xún)到雷達(dá)拼圖資料。因此，文章根據(jù)2015—2020年雷達(dá)拼圖資料進(jìn)行分析，并將影響婺源的短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)拼圖回波系統(tǒng)分為4種類(lèi)型：絮狀回波帶、回波短帶、單體回波帶和雷暴回波帶(表1)。

表1 婺源短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)拼圖回波形態(tài)統(tǒng)計(jì)

17次短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例中，絮狀回波帶產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水次數(shù)最多，為8次；回波短帶和單體各出現(xiàn)4次；雷暴回波帶出現(xiàn)1次。

2 雷達(dá)拼圖回波特征和婺源雨量分析

在江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)上，17次短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例分為4種類(lèi)型：絮狀回波帶、回波短帶、單體回波和雷暴回波帶。在4種短時(shí)強(qiáng)降水回波類(lèi)型中各挑選小時(shí)降水量最大的1次個(gè)例進(jìn)行分析，分別為：2020-07-08絮狀回波帶、2017-06-24回波短帶、2016-08-06單體回波和2019-04-24雷暴回波帶。

2.1 絮狀回波帶

2020-07-08短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中，19：00-20：00，婺源出現(xiàn)37.1 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水天氣；20：00前，小時(shí)降水量維持在8 mm/h以下；20：00后，降水呈逐漸減弱趨勢(shì)，降水量逐漸減少。

2020-07-08T17：50(圖1a)，婺源處于大片的混合型絮狀回波中，CR 回波強(qiáng)度普遍在30～45 dBz左右，表現(xiàn)出層狀云與對(duì)流云相混合狀態(tài)下的回波結(jié)構(gòu)；與此同時(shí)，婺源西北部有一條比較窄的回波帶，回波中心強(qiáng)度達(dá)到50 dBz，朝東北方向移動(dòng)，但移動(dòng)速度比較緩慢，大約在30～40 km/h；19：00(圖1b)，絮狀回波帶在朝東南方向移動(dòng)過(guò)程中，帶上有45～50 dBz較強(qiáng)回波中心移近婺源城區(qū)，開(kāi)始產(chǎn)生較強(qiáng)降水；20：00(圖1c)，婺源回波有所減弱，但19：00-20：00影響婺源城區(qū)45～50 dBz的回波，造成婺源出現(xiàn)降雨量為37.1 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水天氣；21：00(圖1d)，絮狀回波帶整體移出婺源區(qū)域，降水回波逐漸減弱消散。當(dāng)絮狀回波中存在較強(qiáng)回波單體、較強(qiáng)回波帶影響婺源時(shí)，往往產(chǎn)生較強(qiáng)短時(shí)強(qiáng)降水。

圖1 2020-07-08江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR回波演變：(a)17:50；(b)19:00；(c)20:00；(d)21：00

2.2 回波短帶

2017-06-24短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中，婺源自05：00起，降水量呈逐漸增加趨勢(shì)；09：00-10：00、10：00-11：00連續(xù)2 h出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，其中09：00-10：00降水量為30.1 mm/h；10：00-11：00降水量為40.2 mm/h；11：00后，降水量逐漸減小。

2017-06-24T07：00(圖2a)，婺源北部出現(xiàn)近似東—西走向的回波短帶，CR 回波強(qiáng)度在45～50 dBz，回波短帶朝東北方向移動(dòng)，移動(dòng)速度約30～40 km/h；08：00(圖2b)，回波短帶接近婺源城區(qū)，回波強(qiáng)度保持不變；09：00(圖2c)，回波短帶開(kāi)始影響婺源，帶寬縮窄，強(qiáng)度有所增強(qiáng)，CR 回波強(qiáng)度在50～55 dBz，并且出現(xiàn)雷電；10：00(圖2d)，回波短帶強(qiáng)中心影響婺源，CR 回波強(qiáng)度在50～55 dBz，雷電較前1 h有所增加，09：00-10：00，婺源小時(shí)降水量為30.1 mm/h；11：00(圖2e)，回波短帶維持在婺源，CR 回波強(qiáng)度在50～55 dBz，婺源10：00-11：00小時(shí)降水量為40.2 mm/h；12：00(圖2f)，回波短帶緩慢南壓移出婺源，CR 回波強(qiáng)度在45～50 dBz，婺源短時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束。當(dāng)回波短帶走向與移動(dòng)方向平行影響婺源時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生“列車(chē)效應(yīng)”，使得短時(shí)強(qiáng)降水連續(xù)產(chǎn)生。

圖2 2017-06-24江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR回波演變：(a)07:00；(b)08:00；(c)09:00；(d)10:00；(e)11：00；(f)12:00

2.3 單體回波

2016-08-06短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中，婺源10：00-13：00基本無(wú)降水；14：00出現(xiàn)2.7 mm/h降水；14：00-15：00，出現(xiàn)56.1 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水天氣；16：00有微量降水，其他時(shí)次均無(wú)降水。

2016-08-06T13：00(圖3a)，婺源四周有零散的對(duì)流回波，這些單體回波是副高邊緣午后熱雷雨因不同下墊面產(chǎn)生的，單體回波朝南或西南方向移動(dòng)，CR回波強(qiáng)度在45～50 dBz，局部伴有雷電；14：00(圖3b)，單體回波開(kāi)始影響婺源，回波強(qiáng)度增強(qiáng)至50～55 dBz，并伴有雷電；14：00-15：00，婺源出現(xiàn)56.1 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水天氣；15：00(圖3c)，單體回波強(qiáng)度快速減弱；16：00(圖3d)，單體回波基本消散。當(dāng)單體回波強(qiáng)度在50～55 dBz并且影響婺源時(shí)，往往出現(xiàn)較大量級(jí)的短時(shí)強(qiáng)降水。

圖3 2016-08-06江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR回波演變：(a)13：00；(b)14：00；(c)15:00；(d)16:00

2.4 雷暴回波帶

2019-04-24短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中，婺源06：00-09：00無(wú)降水；09：00-10：00開(kāi)始產(chǎn)生較強(qiáng)降水(18.4 mm/h)；10：00-11：00出現(xiàn)34.0 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水天氣；12：00-13：00出現(xiàn)零星降水；14：00之后降水結(jié)束。

2019-04-24T09：00(圖4a)，婺源四周被對(duì)流回波圍繞，但未形成雷暴回波帶；10：00(圖4b)，婺源周邊回波排列成東—西走向的雷暴回波帶，帶寬較窄，單體排列緊密，CR回波強(qiáng)度達(dá)到55 dBz，雷暴回波帶朝東南方向移動(dòng)，移速較慢，大約在30～40 km，10：00-11：00，婺源出現(xiàn)34.0 mm/h短時(shí)強(qiáng)降水天氣；11：00(圖4c)，雷暴回波帶繼續(xù)朝東南方向移動(dòng)，回波帶轉(zhuǎn)為東北—西南走向，表明雷暴回波帶移速將加快；12：00(圖4d)，雷暴回波帶快速移出婺源境內(nèi)。當(dāng)雷暴回波帶CR達(dá)到50～55 dBz強(qiáng)度并影響婺源時(shí)，往往會(huì)帶來(lái)短時(shí)強(qiáng)降水。

圖4 2019-04-24江西WebGIS雷達(dá)拼圖CR回波演變：(a)09:00；(b)10：00；(c)11：00；(d)12：00

3 結(jié)束語(yǔ)

文章利用婺源國(guó)家一般氣象站歷史數(shù)據(jù)資料和江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)數(shù)據(jù)資料，采用要素分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖像對(duì)比等分析方法，對(duì)婺源2015—2020年17次短時(shí)強(qiáng)降水的雷達(dá)回波特征進(jìn)行了分析。

婺源短時(shí)強(qiáng)降水歸根結(jié)底是產(chǎn)生強(qiáng)降水的對(duì)流單體，無(wú)論是什么形態(tài)的回波系統(tǒng)，都是因?qū)α鲉误w影響而產(chǎn)生強(qiáng)降水。因此，密切監(jiān)測(cè)對(duì)流單體回波的發(fā)展趨勢(shì)，是做好短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警的關(guān)鍵。