贛西地區(qū)致災(zāi)大暴雨的中尺度對流條件和對流系統(tǒng)的演變特征分析
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
贛西地區(qū)致災(zāi)大暴雨的中尺度對流條件和對流系統(tǒng)的演變特征分析
江西三面環(huán)山，西部地區(qū)山巒起伏，境內(nèi)有幕府山、武功山和羅霄山等諸多山脈分布，地貌復(fù)雜；其中萍鄉(xiāng)市隸屬贛西地區(qū)，而萍鄉(xiāng)市上栗縣地處萍鄉(xiāng)市北部，為萍水和栗水的源頭，這兩條溪流具典型“易漲易退”山溪性洪水特征；山丘洪災(zāi)爆發(fā)迅猛，常歷時短，破壞性極大。每年4-6月，贛西地區(qū)常受冷暖空氣交匯影響，兼受復(fù)雜地形作用，強對流和暴雨天氣頻繁出現(xiàn)，常為江西省的暴雨中心之一，給防汛抗洪帶來了極大壓力。
在預(yù)報副熱帶高壓（以下簡稱副高）控制下暴雨天氣的著眼點方面，陳德林等(1999)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，副高控制下的暴雨天氣發(fā)生的前一天，中低層中尺度條件不穩(wěn)定區(qū)和地面冷鋒或干線的形成，是這類暴雨天氣最重要的前期特征，也是24 h短期預(yù)報的主要著眼點。徐遠(yuǎn)波等(2009)發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生前持續(xù)數(shù)日的高溫高濕狀態(tài)，會造成大氣不穩(wěn)定能量不斷積累，能為中小尺度系統(tǒng)形成創(chuàng)造有利的環(huán)境條件，地面冷鋒和中小尺度地形的抬升則為y中尺度系統(tǒng)的發(fā)展提供了很好的觸發(fā)條件。然而，副高控制下或副高邊緣發(fā)生的局部大暴雨天氣還是常會被漏報。在預(yù)報失誤的原因分析方面，呂校華等(2011)認(rèn)為，預(yù)報員對副高控制下的低層到地面天氣系統(tǒng)及變化的分析不夠，以及對數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品的誤差了解不足，就會導(dǎo)致漏報局地暴雨天氣。在復(fù)雜地形處形成的大暴雨天氣成因分析方面，地形可以作為天氣系統(tǒng)的觸發(fā)機制和組織機制，同時也可以引起天氣系統(tǒng)的增強、減弱以及影響天氣系統(tǒng)的移動等。
如岳甫璐等(2014)分析了“7·21”北京大暴雨過程，發(fā)現(xiàn)暴雨發(fā)生前，中低層強的正渦度中心和負(fù)散度中心配合組織起了一個很好的垂直環(huán)流圈，它加強了迎風(fēng)坡氣流的上升運動，且位渦中心與暴雨落區(qū)具有良好的對應(yīng)關(guān)系。俞小鼎( 2012)認(rèn)為強烈的暖濕低空急流遇到燕山山脈阻擋，低層會出現(xiàn)回流；翻越燕山的氣流會受到山脈地形的拖曳作用產(chǎn)生減速，它們都導(dǎo)致低空急流在北京地區(qū)形成明顯的低層水汽通量輻合，為“7·21”北京大暴雨的產(chǎn)生提供了很充足的水汽源。孫健等(2002)研究了1998年6月8-9日華南暴雨過程的中尺度結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)華南地區(qū)的復(fù)雜地形在這次暴雨過程中主要為動力性作用。朱素行等(2010)發(fā)現(xiàn)中尺度山脈迎風(fēng)、背風(fēng)坡均以層云降水為主，層云降水強度在迎風(fēng)坡強于背風(fēng)坡；對流降水在迎風(fēng)坡主要為淺對流，背風(fēng)坡主要為深對流，對流降水強度在背風(fēng)坡強于迎風(fēng)坡。近年來，隨著地面加密自動站的布設(shè)、新一代天氣雷達網(wǎng)的建設(shè)、遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及數(shù)值模式的發(fā)
展，局地暴雨天氣系統(tǒng)活動的監(jiān)測能力有了較大提高，這對揭示暴雨系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展機理發(fā)揮了較大的作用，同時中尺度暴雨研究也相應(yīng)有了很大發(fā)展。如李津等(2006)利用衛(wèi)星、雷達、風(fēng)廓線、GPS/MET和自動站等資料對暴雨的中小尺度特征進行了分析，揭示了一些暴雨過程的形成機理。王令等(2012)分析了風(fēng)廓線雷達的水平風(fēng)垂直廓線演變特征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)涂占绷骷訌�，或有擾動生成，高空有波動等都預(yù)示著天氣的轉(zhuǎn)變。楊成芳等(2012)用加密
探測資料分析了冷式切變線類大暴雨的動力結(jié)構(gòu)，認(rèn)為風(fēng)廓線對降雨的起止、盛衰有較強信號。盡管如此，國內(nèi)對副高控制下的局地大暴雨天氣成因及中尺度特征分析還很缺乏，對處于副高控制下或位于副高邊緣的復(fù)雜地形處發(fā)生的暴雨過程成因及中尺度特征分析尤其少。
2014年5月24-25日，贛西地區(qū)經(jīng)歷了罕見的強降水過程，此次強降水過程發(fā)生在副高控制下，強度大、持續(xù)時間長，對人民生命安全和國民經(jīng)濟造成嚴(yán)重?fù)p失，尤其是萍鄉(xiāng)市上栗縣遭受大暴雨襲擊，損失慘重。由于此次大暴雨過程發(fā)生在副高控制下、地形條件非常復(fù)雜的贛西山區(qū)，且強降水時段之一發(fā)生在凌晨，氣象災(zāi)害預(yù)警滯后，加之前期的預(yù)報在降水量級和強降水落區(qū)上存在較嚴(yán)重偏差，且對較大區(qū)域上的大暴雨和集中性強降水未能及時更正和跟蹤預(yù)警，致使整體的預(yù)報預(yù)警效果不佳，也讓后期的氣象工作陷入尷尬和被動局面。因此，加強對此次大暴雨過程的研究，有助于掌握贛西致災(zāi)性強降水和大暴雨的發(fā)生特點和發(fā)展規(guī)律，增強此類強天氣的預(yù)報預(yù)警能力，提升防洪抗災(zāi)應(yīng)對水平。
本文利用NCEP/NCAR分析資料、衛(wèi)星、閃電定位儀、多普勒雷達和自動氣象站等資料，對此次暴雨過程進行研究，分析和總結(jié)了有利于中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生的天氣尺度環(huán)流背景、中尺度環(huán)境條件以及對流云團的演變特征，為此類暴雨預(yù)報預(yù)警和減災(zāi)服務(wù)提供一定的參考依據(jù)。
1 降水概況與災(zāi)情
2014年5月24日18時至25日09時，贛西地區(qū)出現(xiàn)了明顯的暴雨甚至大暴雨天氣。萍鄉(xiāng)市上栗縣遭受了大暴雨和特大暴雨襲擊，其中上栗縣城雨量達181.6 mm，上栗縣棗木水庫雨量達239.1 mm，為江西省大暴雨中心。持續(xù)較長時間的降雨，造成該縣10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同程度受災(zāi)，縣城內(nèi)部分街道被淹，鄉(xiāng)村遭遇洪水圍困，低洼處水深超過1 m，受災(zāi)人口達40萬，倒塌房屋2100多間，其中農(nóng)房1 600多間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋500余間，農(nóng)作物受災(zāi)面
積2600余hm2，直接經(jīng)濟損失4億多元。同時，贛江中下游部分支流水位上漲，個別水庫甚至出現(xiàn)險情。
由于贛西地區(qū)的大暴雨天氣過程主要發(fā)生在萍鄉(xiāng)市中北部及宜春和新余兩市西部地區(qū)，本文選取了大暴雨中心上栗縣棗木及其周邊地區(qū)進行分析。從圖1可以看到：強降水過程主要發(fā)生在兩個時段，分別為24日18-21時和25日04 08時。
2 環(huán)流背景和中尺度對流條件分析
2.1 環(huán)流背景特征
研究表明，暴雨是在大尺度環(huán)流背景下，由不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用而形成的，暴雨的強度和出現(xiàn)的時間與中尺度擾動密切相關(guān)（楊學(xué)斌等，2012；張曉美等，2009；方翀等，2012；張玉玲，1999）。高空槽東移和副高邊緣暖濕氣流加強的共同作用，構(gòu)成了有利于贛西地區(qū)形成大暴雨的天氣背景條件。
5月24日08:00（北京時，下同），500 hPa（圖略）中緯度環(huán)流形勢為兩槽一脊型，兩高空槽分別位于新疆東部至西北地區(qū)東部，以及華北、江淮西部到江漢一帶。東段槽的底部伸至湘東到贛中一帶，贛北地區(qū)普遍受低緯槽前西南氣流影響，贛西地區(qū)則位于槽底附近。該高空槽的北段東移迅速，24日20:00（圖2a），北段已移至黃海海上，而南段仍維持在湘贛交界處，且北方冷空氣逐漸南下，贛西地區(qū)的西南風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)成偏西風(fēng)，風(fēng)速也逐漸加大。588dagpm等高線北界一直位于湘北、贛西北到浙南一帶，且穩(wěn)定少動；贛北地區(qū)處副高邊緣，贛西地區(qū)則位于588 dagpm線附近。受槽底東移和副高邊緣暖濕氣流共同影響，贛西和贛西北地區(qū)的降水逐漸增強；江西中南部地區(qū)處副高內(nèi)，降水則不強。25日08:00，湘贛邊界附近的高空槽東移至浙江南部到福建中部，江西轉(zhuǎn)處槽后西北氣流控制，全省降水漸趨東移減弱。24 25日副高588 dagpm等高線穩(wěn)定維持，其北界位于贛西和贛北地區(qū)少動，26日
后方才南落，副高的穩(wěn)定維持也有利于其西北側(cè)的西南暖濕氣流向贛西地區(qū)不斷輸送水汽。
700 hPa上（圖略），24日08:00，切變線位于華北南部、黃淮、江淮西部、江漢到湖南西北部地區(qū)，湖南北部存在著明顯的風(fēng)速輻合。20：OO切變移至山東中部、江蘇北部、安徽南部、江西西北部到湖南北部一帶，且湖南北部和江西北部地區(qū)的西南風(fēng)明顯增強，受該切變線和增強的西南風(fēng)影響，江西西北部雨勢明顯。贛西地區(qū)處切變線南側(cè)加強的西南氣流
里，降水呈逐漸增強的趨勢。該切變線移動緩慢，25日08：00仍在贛西北維持，20：00才移至贛東地區(qū)。850 hPa上，24日08：00，切變線位于湖南西北部地區(qū)，贛西地區(qū)受切變東側(cè)12 m·．s-1的西南暖濕急流影響，水汽持久充沛；該切變線東側(cè)的湖南西部和廣西等地風(fēng)速則達14～20 m·s-l，因此西南急流在湖南和江西中部形成風(fēng)速輻合。20：00（圖2b），
切變線北抬，西南風(fēng)速略減小，但仍有10～12m．S-l，贛西北地區(qū)風(fēng)向順轉(zhuǎn)，形成了風(fēng)向和風(fēng)速的輻合。隨著北方冷空氣的南下，這種特征在24日夜間(圖2b)到25日凌晨進一步明顯，切變線隨之南移，冷式切變線在贛西和贛西北地區(qū)維持，切變線南側(cè)的西南急流再度加強，風(fēng)速達14～16 m·S-1，風(fēng)速輻合仍位于贛西地區(qū)，強烈的低空輻合加速了垂直環(huán)流，使大氣暖濕空氣得到抬升，從而造成了贛西地區(qū)強降水的持續(xù)和加強。25日上午切變線逐漸東移減弱。925 hPa上（圖略），24日夜間至25日早晨，西南風(fēng)速持續(xù)增大，25日早晨贛南的風(fēng)速達到了14 m．s-l，同時異常充沛水汽向北輸送，恰好在贛西地區(qū)與冷空氣結(jié)合，增強了形成大暴雨發(fā)生的動力和水汽條件，促進了贛西地區(qū)出現(xiàn)大暴雨天氣。
從24日20：00的中尺度分析結(jié)果（圖3）可以看到，贛西地區(qū)受副高控制，500 hPa上有短波槽，700-- 925 hPa上有切變影響，地面有輻合線存在，為該地區(qū)強對流天氣的形成和加強提供了很好的動力條件。850 hPa有暖脊東伸，為萍鄉(xiāng)、宜春等地的強降水天氣提供了良好的熱力條件；925和850 hPa有強西南急流伸向贛西地區(qū)，920 hPa上比濕≥19 g·kg-1的異常高濕區(qū)就位于湖南中部和江西西部等地，從而為贛西地區(qū)的大暴雨提供了充沛的水汽，得以形成致災(zāi)性強降水。
2.2對流條件分析
暴雨的產(chǎn)生除需要較好的動力條件外，還需要充沛的水汽和不穩(wěn)定層結(jié)條件，因此分析24和25日的探空資料。考慮萍鄉(xiāng)和南昌的直線距離約230 km，離長沙約100 km，且長沙位于萍鄉(xiāng)的上游，選取了長沙站的探空資料進行分析，如圖4a和表1所示。從圖4a可以看到，中低層濕度較大，垂直方向上低層(925～700 hPa)具有中等強度風(fēng)速切變，暖云層(LCL到O°C層高度）厚度較厚，這些條件有利于產(chǎn)生較強降水。另外500 hPa附近存在干空氣層，與低層濕層配合，有利于對流性降水產(chǎn)生。
從表1可以看到：24日白天到夜間，K指數(shù)明顯偏大，SI指數(shù)<o，CAPE值在20：00達到最大，表明對流性條件好，不穩(wěn)定能量高。隨著24日夜間到25日凌晨的降水天氣逐漸影響，贛西地區(qū)的對流性條件逐漸變差。0～6 km風(fēng)垂直切變在11～17m．S-l，與丁一匯等(1978)給出的暴雨環(huán)境風(fēng)垂直切變閾值結(jié)果相近。24日白天到夜間0～6 km風(fēng)垂直切變明顯增大，有利于強迫抬升，對流加強，促進中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展和維持。
24-25日大氣可降水量(PWAT)經(jīng)歷了先增大后減小的過程。24日白天和晚間PWAT均>
55 mm，表明水汽較充沛；25日早晨PWAT降至41mm，相應(yīng)地，降水漸趨減弱。
24日至25日△θse（500-850）均為負(fù)值（圖4b），且24日異常偏小，25日08：00后才變大，表明大暴雨發(fā)生前后贛西地區(qū)均表現(xiàn)為層結(jié)不穩(wěn)定，且暴雨落區(qū)位于該值低值區(qū)的前方或附近，在高空槽、中低層切變線，同時配合不穩(wěn)定能量釋放的作用下，贛西地區(qū)出現(xiàn)了對流性強降水和大暴雨。
3 中尺度對流系統(tǒng)特征分析
暴雨和強對流是在一定的大尺度環(huán)流形勢下，由嵌入天氣尺度系統(tǒng)中的中小尺度系統(tǒng)直接造成的（陶詩言，19 80）。為了還原此次贛西地區(qū)致災(zāi)大暴雨過程中的中尺度對流系統(tǒng)演變特征，本文利用衛(wèi)星云圖、地面觀測資料、地閃觀測資料、多普勒雷達資料和NCEP分析資料，對中尺度對流系統(tǒng)的特征進行了分析。
3.1 中尺度系統(tǒng)的演變特點
此次贛西地區(qū)暴雨范圍相對較大，從贛西地區(qū)的氣象要素特征以及衛(wèi)星云圖演變可以看到中尺度系統(tǒng)(mesoscale convective system，MCS)特征比較明顯，具體表現(xiàn)為多個對流云團組成的MCS持續(xù)影響。
3.1.1 紅外云圖特征
從FY2E衛(wèi)星紅外云圖（圖略）可以看到，24日凌晨貴州中部和重慶南部各有對流云團發(fā)展，在東移的過程中，重慶南部的對流云團迅速擴大，而貴州中部的對流云團則逐漸減弱，并與北部的云團合并。合并后的對流云團繼續(xù)東移，但強度逐漸減弱，13：OO到達湖北東部和華南東北部時，其結(jié)構(gòu)已變得松散。對流云團進入贛北后，逐漸分裂成兩個對流云團單體，其中位于萍鄉(xiāng)和宜春等地的對流云團面積較大，強度維持，且位置少動；而位于九江北部的對流云團則面積縮小，且快速東移消失。21：00后，位于萍鄉(xiāng)和宜春附近的對流云團緩慢向東南方向移動，并減弱消散，同時，在湖南中北部又有分散的小塊對流云團迅速發(fā)展，并在東移的過程中合并加強。
25日03:00后對流云團陸續(xù)進入江西境內(nèi)，強度進一步加強，形成了多個結(jié)構(gòu)密實、邊界光滑的MBCS(圖5a)，這導(dǎo)致贛西地區(qū)雨勢的迅速加強并形成暴洪。從MCS的演變趨勢可以看到，造成25日凌晨贛西地區(qū)強降水的中尺度對流云團主要有兩塊，且西部東移迅速的對流云團與東部移動緩慢的對流云團合并，合并后在06：00對流云團強度達最強，強中心就位于萍鄉(xiāng)北部的上栗縣附近（圖5b），且其位置少動，具中尺度對流復(fù)合體( mesoscaleconvectiv complex，MCC)特征，其直到08：00后強度逐漸減弱。
這種夜間到凌晨期間加強的MCS大都降水效率高，常形成暴洪。由于MCSs在贛西地區(qū)的長時間維持，因而導(dǎo)致這些地區(qū)形成了持續(xù)強降水天氣并造成災(zāi)害。
3.1.2 TBB變化特征
從FY2E的TBB資料可以看到，24日14：00開始，湖南境內(nèi)即有TBB≤-52℃的對流云團東移；TBB≤-62℃的冷云云團有三塊，分別位于湖南省中部(A)、東北部(B)和湖北省東南部(C)。在東移過程中A云團強度少變，C云團逐漸減弱，而B云團則強度加強（圖略）。17：00 B云團主體位于江西省萍鄉(xiāng)市北部和宜春市西部地區(qū)，其強度進一步增強至TBB≤-62℃（圖6a），造成此次大暴雨過程中的第一輪強降水天氣，強中心所在的江西省銅鼓縣雨量在17：00-18：00達到最大。18：00后，C云團的強度先加強后減弱，A云團則與B云團合并，強度基本維持，位置略有南移（圖略）。21: 00，TBB≤-62。C的面積約12950 km2左右，其主要影響區(qū)域為萍鄉(xiāng)市中南部、宜春市南部、吉安市北部和新余市等地（圖6b）。該對流云團空間尺度較大，先后影響了贛北的偏西地區(qū)和整個贛中；維持時間長，從中午生成到25日凌晨后逐漸減弱，持續(xù)時間超過10 h，為較典型的MCC。
25日03:00后，B云團方才漸趨減弱消散，同時，湖南中部和東部又有對流云團發(fā)展。將TBB≤-62℃的新生冷云云團分別標(biāo)記為D和E(圖6c)，追蹤其路徑和強度的變化，可以看到，隨著時間的推移，D和E的范圍和強度都呈迅速增大和增強的趨勢，尤其表現(xiàn)為TBB≤-72℃的區(qū)域明顯擴大。由于D云團移動緩慢，而E云團移動較快，兩者逐漸合并，強度進一步增強。06：00，TBB≤-72 9C的中心就位于萍鄉(xiāng)市境內(nèi)，對應(yīng)該處的地面降水也在04：00 07：00最強，冷云中心與地面降水中心的位置非常吻合（圖6d）。
從TBB的變化可以看到，此次大暴雨過程期間，TBB≤-62℃的冷云云團位置和強度的變化對地面降水的變化有很好的指示作用，尤其TBB≤-72。C的中心區(qū)更是與強降水中心完全吻合，因此應(yīng)用TBB資料有助于指導(dǎo)開展此次大暴雨過程的強降水預(yù)報和預(yù)警。
然而，在實際業(yè)務(wù)中，云圖資料常會延遲30～60min左右，因而會在一定程度上影響對流云的強度或位置等信息的及時獲得。盡管如此，仍可借助分析云型及云圖的前期變化特征，并結(jié)合分析天氣尺度系統(tǒng)的演變過程，預(yù)測對流云團的移動、變化趨勢及強對流天氣落區(qū)和主要表現(xiàn)形式，從而指導(dǎo)提前開展臨近強降水等強天氣的預(yù)警準(zhǔn)備。
3.2地面中尺度系統(tǒng)特征
為弄清地面風(fēng)場對此次大暴雨過程的作用，利用逐小時加密自動站觀測資料和NCEP分析資料，對地面風(fēng)場、溫度和雨量對比分析，以揭示中尺度天專系統(tǒng)的活動特征。
從5月24日地面天氣圖可以看到（圖略），08：00鋒后冷高壓已東移至海上，江西省處高壓后部：受偏南氣流影響，江西省水汽條件較好。24日白天，江南華南等地均受偏南氣流影響，氣溫上升明顯，其中高于26℃的區(qū)域位于湖南中部到江西西部地區(qū)，這種高溫高濕的環(huán)境有利于午后對流天氣的生成和發(fā)展。
從風(fēng)場和溫度場分布可以看到，20：oo前后北方有冷空氣逐漸滲透南下，與西南暖濕氣流交匯于贛西地區(qū)，由于冷空氣受強偏南氣流的阻擋發(fā)生了氣旋性彎曲，因而在九江西部的修水縣附近形成輻合中心（圖7a）。鋒面引起的垂直環(huán)流必然伴隨低層輻合。在輻合中心修水附近的地面溫度約為22℃，其南側(cè)為高于24℃的相對較暖的區(qū)域，于是在此較暖區(qū)域中地面形成了東北 西南向的輻合線，強降水即出現(xiàn)于此處附近。同時，由于湖南東部地區(qū)溫度相對更高，且受西南暖濕氣流影響，因此在贛西地區(qū)的暖濕環(huán)境里又形成了較明顯的溫度梯度鋒區(qū)，加強了地面輻合運動的形成，從而為對流天氣的發(fā)生提供了一種觸發(fā)機制（馬中元等，2014），因此溫度鋒區(qū)的出現(xiàn)為其后移入該地區(qū)的對流回波強度的加強提供了很好的環(huán)境條件。
24日23：00后，西北地區(qū)的冷高壓逐漸南移至華中地區(qū)，贛西地區(qū)北部逐漸轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，南部為東南風(fēng)，即有風(fēng)向輻合形成，贛西地區(qū)的降水再度加強。由于偏南暖濕氣流強盛，因此北方冷空氣南下的速度不快（圖略）。從25日02：00的地面流場分布（圖7b）可以看到，地面冷空氣前部到達贛西北地區(qū)，冷暖空氣剛好交匯于贛西地區(qū)，地面風(fēng)場形成了東北 西南向的中尺度輻合線，且溫度梯度較大的區(qū)域也恰好位于贛西地區(qū)，這促進形成了有利于贛西地區(qū)降水增強的潛在條件。實況證實，在這中尺度地面輻合線的南側(cè)有MβCS逐漸發(fā)展，同時，湖南東部的MβCS在東移過程中迅速得以加強，并于25日03：00后影響贛西地區(qū)，造成了連續(xù)強降水和大暴雨�？梢姡谟欣拇蟪叨拳h(huán)境條件下，地面的中尺度輻合是MβCS發(fā)生、發(fā)展與加強的重要因子，在對流系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)展過程中有重要作用。從時間上來看，贛西地區(qū)的地面中尺度輻合線和溫度鋒區(qū)在25日02：00后形成，湖南東部的MβCS在東移加強，并于25日03：00后影響該地區(qū)，表明地面中尺度輻合線和溫度鋒區(qū)的形成先于地面降水加強，另一方面也證實，地面中尺度輻合線和溫度鋒區(qū)的形成易導(dǎo)致溫度向不連續(xù)方向崩潰，從而有利于鋒生（熊秋芬等，2012），為其后降水的加強提供了很好的環(huán)境條件。
3.3地閃變化特征
大量研究表明，MCS的發(fā)生發(fā)展與地閃活動特征有很好的對應(yīng)關(guān)系，而且MCS的不同發(fā)展階段對應(yīng)的閃電活動特征也不相同（慕建利等，2012；李建華等，2006）。關(guān)于地閃與強降水的關(guān)系，國內(nèi)外已開展諸多相關(guān)研究，如Piepgrass等(1982)發(fā)現(xiàn)每分鐘的閃電數(shù)與降水密切相關(guān)，降水率峰值落后地閃峰值約10 min；Goodman等(1986)的研究表明總雨量與風(fēng)暴的閃電密度之間重合程度很高。周筠君等(1999)發(fā)現(xiàn)地閃與對流性天氣中的降水有較好
的相關(guān)性，這種相關(guān)性用來對一般性對流天氣中降水進行估測是可行的。因此，借助地閃資料的分析，有助于提高降水預(yù)報的準(zhǔn)確率和預(yù)警及時性。
以此次大暴雨過程的最大處——萍鄉(xiāng)市上栗縣棗木為中心，統(tǒng)計其周邊1°×1°經(jīng)緯度范圍內(nèi)的地閃數(shù)，并與逐Smin雨量對比（圖略）。可以看到，5 min雨量分布與地閃數(shù)的分布較重合。04：0007：00間共有約3次明顯的地閃數(shù)和地面雨量躍增的階段，其中地閃數(shù)明顯躍增的時段分別是04：1504：20、05：10-05：25和06:00-06：05，而上栗縣棗木處的5 min雨量明顯增大的時段分別為04：3004：35、05：20-05：35和06：10-06：20，顯示出這3次階段中，地閃躍增時刻在地面降水增大前出現(xiàn)，提前時間約10 min左右。
此外，統(tǒng)計5 min內(nèi)的地閃強度后發(fā)現(xiàn)：正、負(fù)閃平均強度分別為28.2和- 11.1 kA，表明雖然正地閃占總閃數(shù)比例不高，但其強度卻常高于負(fù)地閃，而在強對流天氣中正地閃常相較負(fù)地閃更易致災(zāi)。
3.4 雷達資料特征
由于距離較遠(yuǎn)，南昌雷達對萍鄉(xiāng)等地的探測效果不佳，而長沙雷達則離贛西地區(qū)距離較近，且宜春地處贛西地區(qū)，因此本文采用長沙和宜春多普勒雷達資料進行分析，以探討造成上述地區(qū)強降水和大暴雨的MCS特征。
3.4.1 回波強度的變化特征
從雷達回波的演變過程可以看到（圖略），24日18：00后，回波強度開始呈現(xiàn)出迅速加強的趨勢，回波類型由層狀云降水為主轉(zhuǎn)為混合型，且其對流性特征漸趨明顯。回波在東移的過程中迅速加強，強度>45 dBz的回波范圍也逐漸擴大。24日18：00至25日00：24期間，受多個強回波單體持續(xù)東移影響，有50 dBz以上的強回波不斷經(jīng)過贛西地區(qū)，并在上栗縣附近形成了明顯的“列車效應(yīng)”，致使贛西地區(qū)降水猛烈而持久。25日02：42后，回波再度逐漸加強，“列車效應(yīng)”再次出現(xiàn)在上栗縣附近，該縣北部地區(qū)受持續(xù)強回波影響的特征較南部更明顯，這種現(xiàn)象一直持續(xù)到06：24后方才緩慢消失。
盡管回波強度較強，但垂直累積液態(tài)水含量( VIL)不大，24日白天贛西地區(qū)的VIL值均低于35kg．m-2；盡管20：12 20：36萍鄉(xiāng)東北部出現(xiàn)VIL值大于45 kg．m：-2，局部達60 kg．m_2，但由于東移速度較快，因此大V/L值影響時間較短，且影響位置也偏東，對上栗縣等地造成的影響不大。即使在降水最猛烈的04：00 07：00，萍鄉(xiāng)境內(nèi)的VI/值也不超過35 kg．m-2，表明降水回波的對流程度不劇烈（圖略）。以05：36時刻為例，從長沙雷達的反射率剖面圖也可以看到，上栗縣附近的回波在垂直方向上的伸展高度大都在10 km以下，強度>40dBz的回波高度均在5 km以下，即呈現(xiàn)出明顯的“矮胖”型特征，且強回波均未發(fā)展得很高即已及地，表明此次強回波影響過程以強降水為主，盡管降水效率高，但雷暴不強，且無明顯強風(fēng)伴隨（圖8）。這些分析結(jié)果，有助于較準(zhǔn)確地判識出對流回波的主要表現(xiàn)方式，對地面防災(zāi)減災(zāi)具有較好的指示意義。
3．4.2 回波強度與降水的對應(yīng)關(guān)系
分鐘雨量計正式投入業(yè)務(wù)運行的時間還不長，目前對其的研究和統(tǒng)計工作很少；回波強度與分鐘級降水的關(guān)系方面，國內(nèi)相關(guān)的研究更少。盛杰等(2012)發(fā)現(xiàn)分鐘雨量的擾動與雷達回波的擾動對應(yīng)較好，分鐘雨量的變化能反映y中尺度對流系統(tǒng)的持征。本文參考了盛杰等(2012)和陳朝平等(2013)的做法，采用宜春多普勒雷達資料分析全省大暴雨中心 上栗縣棗木水庫附近的回波強度隨時間的變化特征。另外，選取與雨量值時刻最近的雷達回波強度進行統(tǒng)計分析，時段為降水最強期間，即5月25日03：00-06：30，如圖9所示。
從圖中可以看到，5 min內(nèi)雨量的波動較大，表明降水性質(zhì)以對流性為主；最大回波強度基本都≥45 dBz。此次大暴雨過程中，當(dāng)回波強度≥55 dBz時，5 min內(nèi)的雨量均超過了9 mm;當(dāng)回波強度增大或減小時，地面雨量也基本隨之呈相同的變化特征，因此，最大回波強度的變化對地面5 min雨強的變化趨勢有較好的輔助參考，但預(yù)示性不明顯。如25日06:25后，影響上栗縣北部地區(qū)的回波強度迅速減弱，地面雨強幾乎同時隨之衰減。
3.4.3 徑向速度變化特征
從長沙雷達基本速度產(chǎn)品（圖略）可以看到，24日晚間萍鄉(xiāng)市北部不斷有小范圍的徑向風(fēng)輻合區(qū)移過，其正負(fù)徑向速度值均在5m·S-1左右，表明低層有輻合作用存在，有利于中小尺度系統(tǒng)的生成和發(fā)展，為持續(xù)性降水的發(fā)生提供了動力條件；湖南東部則維持著低層風(fēng)速為-15 m·s-l左右的西南風(fēng)。從0.5°仰角的徑向速度圖可以看到（圖略），25日03：18后，在湖南東部出現(xiàn)了一條東北一西南走向的正速度帶，它在東移的過程中逐漸變寬，強度逐漸增強，且其前部逐漸向東凸起，25日00：06時已接近萍鄉(xiāng)市西部邊界地區(qū)，最大強度達到了20 m．S-l，且該正速度帶已演變成寬廣的正速度區(qū)，它與其前部的負(fù)徑向速度存在著風(fēng)向輻合，湖南醴陵北部地區(qū)還出現(xiàn)了正負(fù)徑向速度對，形成了具輻合特征的y中尺度渦旋（圖lOa中的藍色圓圈），其對應(yīng)的最大回波強度達55 dBz以上，且強度在50dBz以上的強回波區(qū)的東西向?qū)挾冗_20～30 km，并朝著萍鄉(xiāng)市方向移動。05：24后，該正徑向速度區(qū)前部的大風(fēng)速核進入萍鄉(xiāng)市境內(nèi)，其在東移的過程中速度持續(xù)不變，負(fù)徑向速度則不斷增大。
從25日05：36的0.5°仰角的基本速度場產(chǎn)品（圖lob）可以看到，醴陵縣城北部的中尺度渦旋向東北方向移動至江西上栗縣（圖中藍色圓圈處），其南部和萍鄉(xiāng)西部處則又新生了中尺度渦旋，該渦旋上的最小負(fù)徑向速度≤-27 m·s-1，最大正徑向速度為20 m·s-1，因而具有較明顯的風(fēng)向和風(fēng)速輻合特征（圖中白色方框內(nèi)）。從同時刻2.4°仰角的速度圖（圖lOc）可以看到，與0.5°仰角上的中尺度渦旋相應(yīng)，該處（圖中白色方框處，位于萍鄉(xiāng)市區(qū)附近）在2.4°仰角上則是風(fēng)向和風(fēng)速的輻散區(qū)；其南側(cè)（醴陵南部）則有范圍較大的徑向風(fēng)的輻合，輻合帶主要位于湖南醴陵附近。它的出現(xiàn)跟氣流運動的變化有關(guān)，它是對流運動水平方向的輻合輻散的強弱分布不均勻和氣旋式垂直運動共同作用的結(jié)果（胡大海，2010），與短歷時強降水等強對流天氣有著密切的聯(lián)系。該徑向風(fēng)輻合特征一直延伸到6．O°仰角高度以上，其負(fù)徑向速度值最小達-15 m．s-l。速度圖上表現(xiàn)出的這種較高處徑向風(fēng)輻合特征是對流回波在垂直方向上強烈發(fā)展所致，它與有組織的上升和下沉兩支氣流形成較完整的中尺度環(huán)流渦管息息相關(guān)（陳鮑發(fā)等，2008），其往往出現(xiàn)在對流回波發(fā)展至成熟階段時。由于湖南醴陵和江西萍鄉(xiāng)附近為高溫高濕區(qū)，且受地面輻合線和中低層切變影響，因此當(dāng)湖南中部有對流回波東移時，湘東和贛西地區(qū)的有利條件促進了其進一步加強和對應(yīng)的中尺度
渦旋的發(fā)展。對流回波的強上升運動，導(dǎo)致徑向風(fēng)輻合在垂直方向上擴展到很高的高度上，因此，這種低空強西南風(fēng)急流上疊加的深厚徑向風(fēng)輻合區(qū)促進了地面強降水的形成。
圖lOc還可以看到，萍鄉(xiāng)北部的中尺度渦旋上方對應(yīng)著較大范圍的正徑向速度區(qū)，負(fù)徑向速度則消失，且正速度呈輻散特征（圖中的藍色圓圈處），其高度約6 km，表明低層輻合、高層輻散，有利于促進和維持上升氣流，從而影響增加地面降水。從同時期的組合反射率產(chǎn)品（圖lOd）也可以看到，受低空急流和徑向風(fēng)輻合的共同影響，湖南東部的強回波在東移過程中強度少變，湖南中北部地區(qū)還不斷有強降水回波加強東移，持續(xù)影響湖南東部和贛西地區(qū)，加之贛西山地地形作用的共同影響，強勁的偏南
風(fēng)急流帶來的充沛水汽在贛西地區(qū)集中，導(dǎo)致這些地區(qū)形成了強降水，局地雨強高達83.2 mm·h-l，從而引發(fā)了洪澇和地質(zhì)災(zāi)害。
3.4.4 雷達風(fēng)廓線產(chǎn)品特征
從宜春雷達風(fēng)廓線產(chǎn)品可以看到，24日白天4.9 km高度以下均為西南風(fēng)，風(fēng)速10～12 m．s-l，4.9 km高度以上則多偏西到西北風(fēng)的波動。18：44后，9.1 km高度以下轉(zhuǎn)受一致西南風(fēng)影響（圖略）；21:08后，6.1 km高度以上的偏西到西北風(fēng)逐漸增強，并呈向下滲透的變化趨勢（圖11a），并在23：33到達0.3 km的近地面高度上，導(dǎo)致25日凌晨江西西部地區(qū)的降水呈逐漸減弱趨勢。冷空氣的侵入還有助于抬升暖濕上升氣流，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，25日01:05后，低層西南風(fēng)又逐漸加強并向上發(fā)展，風(fēng)速也逐漸增大，并在4.9 km高度附近形成了明顯的輻合（圖llb）。在垂直方向上，風(fēng)向呈順時針旋轉(zhuǎn)，即暖平流特征明顯；4.0 km高度以下的西南風(fēng)速達14 m·S-1表明有低空急流的發(fā)展和維持，因此有助于降水的加強。這些特征在25日02：00后即出現(xiàn)，而贛西地區(qū)的強降水天氣自04：00后方才開始，因此雷達風(fēng)廓線產(chǎn)品對地面強降水的發(fā)生有較好的預(yù)報輔助作用，對25日早晨贛西地區(qū)強降水天氣的預(yù)報輔助作用的提前量達2h。
4結(jié)論和討論
通過對5月24 25日贛西地區(qū)副高控制下的致災(zāi)大暴雨天氣過程的中尺度特征分析，得到以下主要結(jié)論：
(1)在地面冷空氣南侵、高空槽東移和副高邊緣暖濕氣流加強的天氣環(huán)流背景下，低空強烈的動力輻合加強了垂直環(huán)流．促使暖濕空氣抬升，造成了贛西地區(qū)強降水持續(xù)和加強。
(2)強降水由多個結(jié)構(gòu)密實、邊界光滑且持續(xù)時間長久的MβCS影響造成；此次暴雨過程TBB≤-62℃的冷云云團位置和強度的變化對地面降水的變化有較好的指示作用，尤以TBB≤-72℃的中心區(qū)與強降水中心吻合最好。冷暖空氣交匯于贛西地區(qū)，造成該地區(qū)溫度梯度較大，而地面中尺度輻合線，是促使MβCS發(fā)展及加強的重要因子，在對流系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)展過程中起到重要作用。
(3)此次暴雨過程5 min雨量分布與地閃數(shù)的分布較重合，地閃躍增時刻在地面降水增大前出現(xiàn)，提前時間約10 min左右。
(4)雷達徑向速度圖上的中尺度渦旋是導(dǎo)致強降水的重要特征之一。在贛西地區(qū)存在顯著的徑向風(fēng)向和風(fēng)速輻合特征，且低空強西南風(fēng)急流上疊加深厚徑向風(fēng)輻合區(qū)，有利于降水的加強和維持；另外在動力輻合和山地地形共同作用下，強勁的偏南風(fēng)急流攜帶充沛水汽在贛西地區(qū)匯合，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)性強降水。
(5)最大回波強度的變化對地面分鐘雨強的變化趨勢有輔助參考，但預(yù)示性不明顯；而雷達風(fēng)廓線產(chǎn)品在此次過程中對贛西地區(qū)強降水天氣的預(yù)報“提前量”達2h，因而其對地面強降水的發(fā)生有較好的預(yù)報輔助作用。
由于中尺度對流系統(tǒng)常在夜間到早晨期間加強，此次大暴雨天氣過程也不例外，因此給實時預(yù)警業(yè)務(wù)帶來了不便，導(dǎo)致此次預(yù)警效果較差，氣象防災(zāi)工作未能及時有效地開展起來。今后的工作中尤應(yīng)重視上游地區(qū)的MCS對流云團生消變化和移動狀況，密切關(guān)注副高邊緣積云的發(fā)展對未來降水的影響，同時加強風(fēng)垂直分布及其變化對降水趨勢影響的作用分析，以盡可能地爭取更多預(yù)警時間，在氣象防災(zāi)方面贏得主動．減免損失。
5提 要：
文章利用常規(guī)和自動氣象站觀測資料、衛(wèi)星、閃電定位、雷達資料及NCEP分析資料，對2014年5月24-25日贛西地區(qū)致災(zāi)大暴雨的中尺度對流條件和對流系統(tǒng)的演變特征進行了分析。結(jié)果表明：(1)高空槽東移、副熱帶高壓邊緣暖濕氣流加強，以及冷空氣影響，構(gòu)成了此次大暴雨的天氣背景條件。(2)地面中尺度輻合線是導(dǎo)致MBCS發(fā)展及加強的重要因子；多個結(jié)構(gòu)密實、邊界光滑的MpCS在贛西地區(qū)長時間維持，導(dǎo)致相應(yīng)地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)強降水天氣；此次大暴雨過程中TBB≤- 62 0C的冷云云團位置和強度對地面降水有很好的指示作用，尤以TBB≤72℃的中心區(qū)與強降水中心區(qū)吻合最好。(3)此次暴雨過程5 min雨量分布與地閃數(shù)的分布較重合，地閃躍增時刻在地面降水增大前出現(xiàn)，提前時間約10 min左右。(4)雷達徑向速度圖上的中尺度渦旋是導(dǎo)致此次暴雨發(fā)生的重要因素之一；在贛西地區(qū)存在顯著的徑向風(fēng)輻合特征，且低空強西南風(fēng)急流上疊加深厚徑向風(fēng)輻合區(qū)，有利于降水的加強和維持；另外在動力輻合和山地地形共同作用下，強勁的偏南風(fēng)急流攜帶充沛水汽在贛西地區(qū)匯合，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)性強降水。(5)最大雷達回波強度的變化對地面5 min雨強的變化有輔助參考，但預(yù)示性不明顯；雷達風(fēng)廓線產(chǎn)品對地面強降水的發(fā)生有較好的預(yù)報輔助作用，在此次大暴雨過程中該產(chǎn)品對贛西地區(qū)強降水預(yù)報輔助作用的“提前量”達2h。
