江苏南部两次暴雨大暴雨过程分析

雷正翠 夏文梅 徐芬 黄文彦 刘梅 刘银峰

(1 江苏省常州市气象局，常州 213022； 2 中国气象局交通气象重点开放实验室，南京 210008； 3 江苏省气象局，南京 210008； 4 浙江省景宁县气象局，景宁323500)

引言

暴雨是江苏省最主要的气象灾害之一，特别是连续暴雨和大暴雨极易造成洪涝灾害，常常给社会经济和人民生命财产带来巨大的损失。以常州为例，2015年6月26日夜里至29日的连续强降水导致常州受灾严重，直接经济损失达18.8亿元；2016年7月1-3日的连续强降雨导致常州直接经济损失达33.29亿元；2017年9月25日的大暴雨和6月10日的大暴雨局部特大暴雨造成了严重的积涝灾害。但是暴雨预报预警一直是气象预报业务的重大难题之一，暴雨包括暖区暴雨、极端暴雨等无论是量级还是落区预报准确率均较低，而且在全球变暖的大背景下，夏季强降水天气的发生频率呈上升趋势(引自政府白皮书《中国应对气候变化的政策与行动》(2008))，因此对暴雨尤其是连续暴雨、大暴雨天气的深入研究具有重要意义。

长期以来，我国气象工作者非常重视暴雨的研究，并在研究进展[1-3]、环流特征[4-6]、中尺度特征[7-11]、水汽输送[12-13]、雷达特征[14-15]及预报业务应用[16]等方面做了大量的研究工作，取得了许多的成果，如陶诗言等[1]指出，我国的暴雨尤其是极端强降水事件主要是由台风、锋面和从青藏高原及其周边地区东移过来的气旋性涡旋引起的。丁一汇[2]概括了暴雨发生条件、强风暴和中尺度对流系统概念模式、探讨了中尺度动力学问题等。钱维宏等[4]划分1998年发生在中国东部地区的41日次区域暴雨为7类扰动场天气系统。陈翔翔等[6]对产生华南暖区暴雨的500 hPa及以下的环流特征进行统计分析，并将影响暖区暴雨的环流系统划分为切变线型、低涡型和偏南风风速切变辐合型。孔凡超等[8]分析了2013年7月1日发生在河北中部的大暴雨天气过程，指出：河北中部的暴雨天气分为暖区暴雨和切变线暴雨两个阶段，暖区暴雨发生过程中，低层水汽通量辐合急剧增强；暖区暴雨在地面中尺度涡旋的影响下，由暖区中β尺度对流云团在初生和发展阶段造成，而切变线对流云团与暖区对流云团合并而成的持续拉长状中尺度对流系统，配合地面辐合线再次引发强降雨。俞小鼎[11]对2012年7月21—22日发生的一次极端降水过程从水汽、中尺度对流系统发生发展、演变及环境场条件、强烈低空急流及台风远距离影响、强降水回波结构等方面对极端性降水的成因进行了详细分析，等等。目前来看，对暴雨的研究主要集中于梅汛期暴雨，对发生于梅汛期前且时间相近的暴雨-大暴雨过程对比分析还不太多，而梅雨期前大强度的致洪暴雨对防汛工作是一个很大的挑战，因此值得进行深入的分析和探讨。

2011年6月10日和2017年6月10日在江苏南部均出现了强降水过程，从发生时间来看，两年的入梅时间分别为6月14日、6月19日，因此两次暴雨均为梅雨期前强降水过程；从影响系统来看，均为副热带高压、西南急流、气旋、切变线、东北冷涡等；从降水性质来看，均以对流性降水为主。虽然两次过程有较多相似之处，但差异却较大，本文以常州为例，从降水特征、环流背景气候态差异、物理量场、雷达产品特征等方面对两次强降水过程进行了分析，得出两次暴雨过程量级及落区明显差异的原因，以便为提高暴雨预报准确率、进一步做好防汛减灾工作提供参考依据。

1 降水特征

1.1 降水概况

2011年6月10日江苏南部地区普降暴雨局部大暴雨(图1a、表1)，24 h降水量江苏省基本站前3位分别为高淳(99.3 mm)、常熟(82.8 mm)、溧阳(82.4 mm)，加密自动站前3位分别为金坛指前镇(185.7 mm)、溧阳竹箦镇(153.6 mm)、溧阳上兴镇(129.2 mm)。2017年6月10日江苏南部出现了区域性大暴雨局部特大暴雨(图1b、表1)，24 h雨量江苏省基本站前3位分别为金坛(265.3 mm)、句容(259.9 mm)、南京和江宁(均为245.3 mm)；加密自动站前3位分别为常州北港街道(313.7 mm)、金坛城区(265.3 mm)、溧阳竹箦镇(153.7 mm)。

对比2011年6月10日(11·06)和2017年6月10日(17·06)两次降水过程(图1)可知，“11·06”为区域性暴雨局部大暴雨，“17·06”则为区域性大暴雨局部特大暴雨；从落区来看，“11·06”暴雨区主要集中在南通南部、苏州中北部、无锡、常州、高淳一带，“17·06”出现在江淮中南部及以南地区。其中，“17·06”降水量级明显大于“11·06”，暴雨区范围明显比“11·06”大、大降水区位置比“11·06” 明显偏北。

表1 两次过程日降水量对比

1.2 降水雨强

由于两次强降水过程最大雨量中心均位于常州地区境内，因此以常州地区为例来讨论两次过程降水强度的差别(主要讨论金坛和常州的降水，代表站分别为两次过程全省最大雨量站金坛指前镇、常州北港街道)。

2011年6月10日常州地区普降暴雨局部大暴雨，常州、金坛两站24 h雨量平均值为54.9 mm(分别为57.9 mm、51.8 mm)；居全省雨量中心的金坛指前镇降水量为185.7 mm，小时雨强超过20 mm的时间为3 h，最大小时雨强为54.6 mm(09:00—10:00)。2017年6月10日常州地区普降大暴雨局部特大暴雨，全市61个乡镇(街道)中有47个出现大暴雨，6个达到特大暴雨， 常州、金坛两站24 h雨量平均值为249.7 mm(分别为234.1 mm、265.3 mm，日降水量均位列历史第2位)；居全省雨量中心的常州北港街道降水量为313.7 mm，小时雨强超过20 mm的时间长达7 h，最大小时雨强为47.3 mm(08:00—09:00)。

图1 2011年(a)和2017年(b)6月9日20:00至10日20:00降水量分布(均不含自动站,黄色三角为常州站)

从两次过程来看，常州、金坛两个观测站24 h雨量平均值“17·06”是“11·06”的4.5倍，两个过程最大雨量站短时强降水时间“17·06”是“11·06”的2.3倍(表1、图2)。两次暴雨-大暴雨过程均为对流性强降水，但“11·06”呈现出短时雨强大、强降水持续时间短的特点，而“17·06”呈现出降水强度大、强降雨持续时间长的特点，正是由于长时间强降水的维持才导致了2017年6月10日大暴雨甚至特大暴雨的出现。

图2 2017年6月10日常州北港街道、2011年6月10日金坛指前镇逐小时降水量

2 环流背景与气候态差异分析

2.1 天气形势

从天气形势综合图(图3)可知，2011年6月10日08:00 500 hPa西风槽位于河北—湖北中部—湖南西北部；700 hPa和850 hPa的低涡位于山东和苏北附近，切变线为东北西南向，位于苏鲁交界—安徽北部—河南东部—湖南中部—广西北部，经向度较大；700 hPa和850 hPa的西南急流轴分别位于广东中部—江西—安徽南部—江苏中南部、湖南南部—江西北部—安徽南部—江苏南部。2017年6月10日08:00西风槽位于山西—重庆—贵州北部；700 hPa 低涡位于苏鲁豫皖交界附近，切变线位于河南东部—湖北中部—贵州北部，850 hPa切变线为准东西向，位于江苏沿江—湖北中北部—重庆；700 hPa和850 hPa的西南急流轴分别位于广西中北部—湖南南部—安徽南部。由上可见，“11·06”槽线和切变线位置偏东，经向度较大，系统移动速度相对较快；“17·06”槽线、切变线位置偏西，且700 hPa和850 hPa切变线经向度较小,尤其是850 hPa呈准东西向，系统移动速度慢，另外沿江苏南地区处在西南急流出口区，辐合更强，从而导致强降水时间更长。

2.2 气候态差异分析

梅汛期前就出现大暴雨甚至特大暴雨，在大尺度环流形势上应该具有不同于常年的气候特点，因此本文考察2011、2017年6月上旬与常年500 hPa高度和风的气候态距平场(图4)可知，两次暴雨过程副热带高压(简称副高，下同)和亚洲东北冷涡均偏强，江苏南部地区处于冷暖交汇地带，有利于强对流天气的发生。但两者也存在明显差异，首先“17·06”副高偏北偏西，20 dagpm的距平值已到达浙江福建一带，“11·06”则位于台湾以东；其次副高西南侧的西南气流“17·06”明显强于“11·06”，“17·06”江苏南部地区受强度和范围均更大的异常西南气流影响；其次“17·06”东北冷涡偏强(“17·06”、“11·06”东北冷涡中心距平值分别为-90、-70 dagpm)，且经向度更大，更有利于冷空气南下与副高西南侧的暖湿气流交汇产生强降水；此外“17·06”我国西北部到河套一带有一范围宽广的距平低值带，“11·06”则没有，“17·06”更有利于冷暖气流的长时间交汇，从而导致更强降水的发生。

从气候态距平场来看，“17·06”副热带高压、西南气流明显强于“11·06”，“17·06”东北冷涡更强且经向度更大。

3 物理量对比分析

由于动力、水汽、不稳定能量等条件在两次暴雨过程中起到了重要作用，因此本文利用FNL再分析资料对垂直速度、散度、水汽通量散度、假相当位温等物理量进行分析，此外还利用探空图对不稳定能量和垂直风切变进行对比分析。

3.1 动力条件

由垂直速度图(图略)可知，2011年6月10日02:00常州上空低层为下沉运动区，最大速度为0.4 Pa·s-1；05：00垂直运动逐渐加强，已出现从地面到100 hPa的垂直速度柱，最大速度达-0.5 Pa·s-1；08：00垂直运动达最大，最大速度为-0.6 Pa·s-1，与09：00—10:00 54.6 mm的小时雨强相对应；此后垂直运动速度大小和厚度均逐渐减小，至20:00 700 hPa以下已转为下沉气流，降水逐渐停止。2017年6月10日02:00常州上空850 hPa以下均为下沉运动区，最大速度为0.4 Pa·s-1；05:00垂直运动逐渐加强，最大速度小于-0.5 Pa·s-1；08:00、11:00垂直运动继续增强，最大速度小于-0.7 Pa·s-1、-0.8 Pa·s-1，与强降水时段相对应(08:00—09:00、09:00—10:00雨强分别达47.3 mm、46.9 mm)；14:00垂直运动达最大，最大速度达到了-1.1 Pa·s-1，此时小时雨强为37.5 mm；此后垂直速度缓慢减小，降水逐渐停止。相比较而言，“17·06”最大垂直速度约为“11·06”的1.83倍，且垂直速度大值维持的时间长，从而导致“17·06”降水量远超“11·06”。

由散度图(图略)可知，2011年6月10日02:00—20:00常州上空辐合辐散交替出现，其中02:00—05:00底层辐散、中低层辐合；05:00起底层转为辐合，其中08:00前后底层辐合、高层辐散均为最大，低层最大散度为-3×10-5s-1，与强降水出现的时段一致；14:00以后辐合辐散逐渐减小，雨势明显减小。2017年6月10日02:00常州上空底层和中高层均为辐散区、中低层为弱的辐合区；05:00辐合辐散逐渐加强，低层最大散度为-3×10-5s-1，高层出现辐散大值区；08:00辐合辐散继续增强，低层和高层最大散度分别为-4×10-5s-1、3×10-5s-1；11:00 300～100 hPa的最大散度值已达6×10-5s-1，形成了强的高空辐散；14:00辐合辐散达最强，低层和高层最大散度分别为-6×10-5s-1、8×10-5s-1；此后散度数值渐小，降水逐渐停止；由上可知“17·06”08:00—14:00常州上空一直维持较强的辐合辐散，与该时段持续的强降雨相对应。相比较而言，“17·06”辐合辐散最大散度值约为“11·06”的2倍，高空辐合辐散场的配置优于“11·06”，这也是“17·06”降水量远大于“11·06”的原因之一。

3.2 水汽条件

由水汽通量散度图(图略)可知，2011年6月10日00:00前后常州上空400 hPa以下出现水汽辐合，且辐合呈现加大的趋势；05:00 650 hPa以下均为水汽辐合，最大水汽通量散度值约为-40×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，出现在850 hPa附近；08:00 700 hPa以下均为水汽辐合，此时水汽辐合达最强，最大水汽通量散度为-60×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，中心位于950 hPa附近，700 hPa以上均为水汽辐散，在650 hPa、550 hPa附近出现两个大值中心，均为20×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，此时常州上空出现水汽低层辐合、高层辐散最大值的配合，与最强降水时段相对应。之后水汽通量散度逐渐减小，11:00水汽通量散度减小到-30×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1；14:00只有950 hPa以下和800～600 hPa为水汽辐合，最大水汽通量散度减小为-20×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1；20:00左右常州上空整层已转为水汽辐散，降水逐渐停止。

2017年6月10日01:00左右常州上空400 hPa以下出现水汽辐合，且辐合呈现加大的趋势；05:00常州上空975～600 hPa以下均为水汽辐合，最大水汽通量散度为-50×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1；08:00 960～650 hPa均为水汽辐合，最大水汽通量散度已达-60×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，中心位于750 hPa附近，650 hPa以上为水汽辐散，在600 hPa、450 hPa附近出现两个大值中心，分别为2、10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，此时常州上空出现水汽低层辐合、高层辐散大值的配合，与强降水时段相对应，之后水汽通量散度继续增加；11:00水汽通量散度已小于-60×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1；14:00水汽通量散度达最大，此时700 hPa以下均为水汽辐合，最大值位于850 hPa附近，中心值已达-80×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，此后水汽辐合逐渐减小；20:00左右常州上空最大水汽通量散度已减小到-30×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，降水逐渐减弱。

相比较而言，“17·06”最大水汽通量散度值约为“11·06”的1.33倍；强降水时段水汽辐合的厚度“17·06”大于“11·06”；水汽辐合维持的时间“17·06”长于“11·06”，“11·06”14:00以后水汽辐合已抬升到800 hPa以上，强度减小很快，而“17·06”14:00达最大，20:00前常州上空仍维持较强水汽辐合，因此水汽辐合的强度、厚度及维持时间也导致了两次过程降水量的明显差异。

3.3 不稳定能量条件

由于两次过程的最强降水均发生在08:00之后0～2 h，因此考察08:00的探空图(图5)，从图5可知，“11·06”高空呈现上干下湿的状态，500 hPa以上较干冷，以下层次为暖湿气流；“17·06”则是整层高湿(但小于“11·06”中低层的湿度)，且在500～600 hPa之间具有一定的不稳定能量(“11·06”无)。从高空风场来看，“11·06”和“17·06”中500 hPa偏西风分别为14 m/s、18 m/s，700 hPa风速分别为22 m/s、18 m/s，但是风向分别为WSW、SSW，因此500 hPa与700 hPa之间的垂直风切变“11·06”小于“17·06”。可见，不稳定能量和垂直风切变更大是“17·06”降水量大于“11·06”的原因之一，另外还可以看到，由于“17·06”整层高湿，为多时次短时强降水的出现提供了充足的水汽条件。

由于常州位于南京和杭州之间，因此将各物理量取南京、杭州两站平均值代表常州站来进行分析(表2)，从6月10日08:00各层次温差来看，700 hPa与500 hPa的温差“11·06”、“17·06”分别为13.5 ℃、17 ℃，850 hPa与500 hPa的温差分别为23 ℃、25.5 ℃，925 hPa与500 hPa的温差分别为26.5 ℃、28.5 ℃；另外从500 hPa的温度来看，“11·06”、“17·06”分别为-3 ℃、-6.5 ℃，可见“17·06”大气层结更加不稳定，更有利于强对流天气的出现，从而也导致了强降水的发生。

表2 两次过程不稳定能量条件对比 ℃

由假相当位温随时间变化剖面图(图略)可知，2011年6月10日虽然08:00前后在850 hPa高度存在一个350 K的假相当位温高值区(与强降水时段相对应)，但是除该时段在850 hPa以上出现不稳定层结外，其余时段在900～850 hPa以上中低层基本为弱不稳定层结，以下则为稳定层结；2017年6月9日20:00至10日14:00前后中低层均为较强不稳定层结，14:00之后800 hPa以上仍为不稳定层结，但800 hPa以下已转为稳定层结，此后降水开始明显减弱。

由此可见，“17·06”不稳定层结强度及维持时间均大于“11·06”，这也是“17·06”降水较“11·06”更强的原因之一。

4 雷达回波特征

4.1 雷达回波强度特征

分析雷达回波发现，2011年6月10日不断有对流性回波进入江苏南部地区并逐渐向东北方向移动，回波强度大多数为30～45 dBz，最强回波强度达50～60 dBz，但强回波很分散(图6a)，随着西风槽的东移入海，直到10日夜间回波带才全部移出江苏南部地区。从回波顶高来看(图6b)，6月10日上游地区不时有回波顶高为6～9 km最高达9～12 km、个别站点甚至高达14 km的强回波进入江苏南部，但降水回波较分散，因而虽有强回波不断影响江苏南部，但降水总量不太大。

2017年6月10日01:48强度为45 dBz的较强回波将进入江苏南部，03:54强度加强为45～50 dBz，之后沿南京—常州—镇江一线呈带状分布，此后一直有强度达45～50 dBz甚至55 dBz的回波源源不断进入江苏(图6c)，随着西风槽的移近，14:42又有强度为45～50 dBz的较强回波影响江苏南部地区，直到19:42才有所减弱，22:00减弱后的回波完全移出江苏。从回波顶高来看(图6d)，6月10日上游地区一直有回波顶高为8～9 km最高达10～12 km、个别站点高达14 km的强回波源源不断进入江苏南部地区，从而导致了该地区的强降水。

两次强降水过程，虽然回波都较强，甚至“11·06”最强回波时段略强于“17·06”，但是“11·06”强回波分散且影响同一地区时间较短；“17·06”不仅回波强且强回波由于明显的列车效应，长时间集中影响江苏南部地区，因而“17·06”降水量远远大于“11·06”。

图6 2011年6月10日(a、b)和2017年6月10日(c、d)08:00雷达反射率因子(a、c)和回波顶高(b、d)

从雷达回波与降水关系式，大陆强对流型降水Z=300R1.4，热带海洋型降水Z=230R1.25可知，同样的反射率因子，前者雨强明显低于后者，反射率因子越大，差异越大。由表3可以看出，50 dBz分别对应62 mm/h和130 mm/h，相差一倍。根据热带海洋型降水雨强的Z-R关系，45 dBz对应着50 mm·h-1的雨强，与实况接近，且两次暴雨过程均为低质心降水，因此两次暴雨过程均属于热带海洋型降水，“17·06”热带海洋型强降水特征更加明显。

表3 大陆强对流型和热带海洋型降水效率对比 mm/h

选择降水集中时段，沿着强回波中心做垂直剖面(图7)，经分析可知，“11·06”中雷达回波高度大部分伸展到6～7 km，≥40 dBz的强回波从底层一直向上伸展至4 km，且较强回波中心分散排列，无明显强回波的列车效应；分析南京站探空图(图略)发现0 ℃层高度位于5345 m，说明较强回波均在0 ℃层以下并向下伸展至地面，为暖区低质心降水回波，但由于强回波较分散且强度不太强，不易造成多次高效率的降水，这是此次降水在雷达监测上的特点。“17·06”中雷达回波伸展高度则大部分超过12 km(远高于“11·06”)，此外≥40 dBz强回波绝大部分从底层伸展至5 km高度(高于“11·06”)，且强回波中心依次紧密排列，呈现显著的列车效应。分析南京站探空图(图略)发现0 ℃高度位于5202.5 m(0 ℃高度低于“11·06”)，也属于暖区低质心降水回波，且强回波分布紧密、列车效应非常明显，因此易造成长时间的高效率降水，这是此次强降水的“暖区”特性在雷达监测上的最直观表现。

图7 2011年6月10日08:54(a)和2017年6月10日08:16(b)降水集中时段沿强回波中心垂直剖面

4.2 螺旋度分析

1986年Lilly[17]最早将螺旋度正式引入到强对流风暴研究中，螺旋度是表征对流系统旋转性和上升运动的重要物理量，不仅能表达风场旋转性的强弱, 而且还能反映出对旋转的输送。由于强风暴发生前，涡度的垂直分量一般比风的垂直切变小一个量级以上,且垂直速度本身及其在水平方向上的变化不大，因此通常计算的螺旋度实质上是忽略垂直运动水平分布不均匀的相对风暴水平螺旋度(Storm Relative Helicity，简称SRH)。由于2017年6月10日的雷达资料有些数据层缺失，不能完整反演出SRH，因此本文只计算2011年6月10日的相对风暴水平螺旋度。

实际工作中Davies-jones等[18]将螺旋度公式转换为

(vn+1-Cy)]

(1)

式中,(un,vn) 为各高度层上的水平风,(Cx,Cy)为风暴移动速度。

由于流入风暴的气流来自低层，n在本文中取13层。因为风暴的移动主要受中低层平流运动和自身传播效应的共同影响，故本文以各高度层的平均风风向右移30°、风速的75%来确定风暴的移动速度。

由图8可见，06:00前夕，雷达站上空螺旋度为正值，处于一小值震荡中，说明上空风场一直处于旋转运动中，但并不剧烈。07:00开始，螺旋度数值逐步上升，旋转运动不断加强，说明雷达站上空动力条件有利于经过此处的降水系统维持或发展。之后螺旋度一直在增加且幅度较大，这表明对流体旋转上升运动不断加强，降雨强度也会越来越大。对应降水实况发现在08:30螺旋度出现最大值130.68 m2/s2之后的40 min～1.5 h内，自动站出现了此次过程的最大雨强(09:00—10:00,54.6 mm/h)。但1小时后螺旋度突然减小到37 m2/s2，并且随后以较大幅度快速减小至负值，表明雷达站上空的风场从顺转迅速变为逆转，降水系统趋于减弱或已移出雷达站。由实况可知，观测站降水随后一直处于减弱状态。

由上可知，利用VWP风场产品计算出的SRH不仅时间分辨率较高，而且大面积降水的螺旋度强弱变化趋势与雨强变化趋势较吻合；加密时间后计算螺旋度，结果发现螺旋度的变化一般比降水变化提前，说明具有可预报性，这与文献[19]研究结果一致，因此螺旋度可作为大面积降水过程中短临预报的一个预报因子。

图8 2011年6月10日螺旋度(a)和小时雨量(b)变化

4.3 雷达速度产品特征分析

徐芬[15]等的研究发现垂直风廓线VWP(Vertical Wind Profiles)产品和径向速度图像上的典型特征对暴雨的预报预警有较好的指示作用，因此本文对两次暴雨过程中的VWP产品和雷达径向速度图像特征进行分析研究。

4.3.1 垂直风廓线特征

夏文梅等[20]的研究发现垂直风廓线VWP产品图像上的ND区域可以看作干区，与各高度层风向杆位置的配合可以得出干湿区域、风切变、冷暖平流、急流等信息，VWP产品图像上风速>20 m·s-1的风场定义大风区，中高层大风区的出现及其底高位置的变化，与降水的发生、维持、加强密不可分。下面对2011年6月10日的暴雨过程中的此类信息进行具体分析说明。

由图9可知，07:00—07:48低层均为西南气流，风速随高度增加持续增大，6.7 km以上维持厚度为大约4 km的西风大值区，并且大风速区底高逐渐下移，到07:54大风区底高下降至6.1 km处；随着时间推移，低层风速也逐渐加大， 07:54在4.3 km高度处出现了大风速区，08:00以后4.3～6.1 km一直维持偏西大风区。高空风速也在发生变化，08:18在9.1 km处出现了西北风，08:18—09:00西北大风速区的高度逐渐下压，09:00下压至7.3 km(42 min内下压了1.8 km)，此外在此期间6.7～7.9 km厚度内出现了“ND”，说明有干空气下沉；之后西北风明显增强，09:06—09:18在6.7～10.7 km高度内西北风增强至26～30 m/s。高空干空气的下传和高空西北急流的明显增强，导致垂直风切变和不稳定能量也明显加强，与之相对应，09:10雨势加强，10 min内降水量为7 mm，09:30—10:00的10 min雨量达到了11.1～14.5 mm，小时累积雨量为54.6 mm/h。可见，低层风速的快速增强、中高层偏西风大风速区的稳定维持、高空干空气的下沉、高空西北急流的明显加强和下探是导致2011年6月10日09:00—10:00出现雨强达54.6 mm/h短时强降水的主要原因。还可看出当大风区底高快速升高时，雨势会迅速减弱。由上可知，大风区底高的变化有助于判断雷达站附近降水的变化趋势，可用于降水短临预报中。

4.3.2 雷达径向速度特征

如何判断降水回波经过时是发展、维持还是减弱，较难从反射率因子图像上发现信号，但是有经验的预报员却可以从径向速度图像特征中获得更多的指示信息，定性判断出各高度层的大气辐合辐散状况，从而准确做出短临预报。“17·06”强回波对应的基本速度图上也有一定的风场辐合辐散变化特征，图10为2017年6月10日09:44 0.5°反射率因子和0.5°、1.5°、2.4°基本速度图。该时段最强回波位于常州东南部，0.5°径向速度 PPI上最强回波区域出现辐合辐散共轭区域，辐合辐散共轭区的南部为强辐合区；1.5°速度图上常州东南部依旧表现为辐合辐散共轭区，同样辐合辐散共轭区的南部为强辐合区；2.4°速度图上常州东南部辐合辐散共轭区消失转为辐散区。从图中可以看出这种低层辐合、高层辐散的高低空风场配置出现的位置与强回波位置相对应，途经此处的水汽不断被卷入、补充，非常有利于强降水的产生。

图9 2011年6月10日降水发展期间VWP图上大风区底高的变化

图10 2017年6月10日09:44 0.5°反射率因子(a)和0.5°(b)、1.5°(c)、2.4°(d)基本速度

5 结论与讨论

本文对2011年6月10日和2017年6月10日发生在江苏南部地区的两次暴雨-大暴雨过程进行了分析。结果表明：两次暴雨过程均发生在入梅前，均由副热带高压、西风槽、西南急流、西南低涡和东北冷涡等天气系统共同影响造成。但两次的降水量存在很大差异，主要原因在于：

(1)异常的高低纬度环流形势配合，为强降水的发生提供了有利的环流背景，从气候态距平场来看，“17·06”副热带高压、西南气流明显强于“11·06”，“17·06”东北冷涡更强且经向度更大。从两次过程副高本身强度来看，无论是范围、西脊点、还是脊线位置，“17·06”明显强于“11·06”；从东北冷涡本身来看，“17·06”的位置较“11·06”明显偏南且经向度偏大，强度偏强，中心气温偏低。

(2)从两次过程代表站的物理量场来看，“17·06”最大垂直速度约为“11·06”的1.83倍，出现最大速度的时间晚于“11·06”且垂直速度大值维持的时间长；“17·06”最大散度值约为“11·06”的2倍，高空辐合辐散场的配置优于“11·06”；最大水汽通量散度值“17·06”约为“11·06”的1.33倍，强降水时段水汽辐合的厚度“17·06”大于“11·06”，水汽辐合维持的时间“17·06”长于“11·06”。

(3)从两次过程代表站的强降水时间来看，小时雨强超过20 mm的时间“11·06”为3 h、“17·06”为7 h，强降水维持的时间“17·06”是“11·06”的2.33倍。

(4)雷达回波分析得出“11·06”最强回波时段略强于“17·06”，但是“11·06”强回波分散且影响同一地区时间较短；“17·06”不仅回波强且强回波由于明显的列车效应，长时间集中影响江苏南部地区，因而“17·06”降水量远远大于“11·06”。从强回波的垂直剖面图也可看出“17·06”是暖区低质心降水回波，且强回波分布紧密、列车效应非常明显，因此易造成长时间的高效率降水。由雷达回波产品可知：螺旋度变化一般提前于降水变化，具有可预报性，可作为短时(临近)预报大面积降水开始—维持—结束的一个预报因子。VWP产品中大风区底高的变化，有助于判断雷达站附近降水的变化趋势。基本速度图上“17·06”在0.5°和1.5°速度图上最强回波区域出现辐合辐散共轭区，辐合辐散共轭区的南部为强辐合区，2.4°速度图上辐合辐散共轭区消失转为辐散区，因此低层辐合和高层辐散有利于强降水的产生。