铜仁市2020年6月29日特大暴雨雷达资料分析

吴雪亚，张李娟，吴 明，皮小雯

(1.贵州省江口县气象局，贵州 江口 554400；2.贵州省万山特区气象局，贵州 万山 554200；3.贵州省铜仁市碧江区气象局，贵州 铜仁 554300)

0 引言

铜仁市位于云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，气候复杂多变，暴雨洪涝灾害频繁发生，暴雨灾害常伴随山洪、泥石流、城镇内涝等次生灾害，给当地人民生产生活带来严重影响。2020年6月29日傍晚至30日凌晨铜仁市碧江、江口出现入汛以来最强降水，此次强降水天气过程造成多地山体滑坡、交通中断、城镇内涝等灾害。大量研究表明，多普勒雷达是指导短时强降水、短时临近气象服务的有效工具。方标等[1]运用雷达资料对梵净山区域特大暴雨的特征分析得出低层辐合、高层辐散风场配置，有利于降水的发生。虎琳春等[2]总结了气象雷达产品在机场强对流天气预报中应用及其重要性。赵玉广[3]在对一次大暴雨天气过程不同阶段的多普勒雷达资料分析中指出，暴雨是由于强降水回波持续较长时间影响所致，强回波顶高和垂直累积液态水含量的变化较明显。本文利用多普勒雷达资料，从组合反射率因子、回波顶高、径向速度、VWP 产品等方面对铜仁市2020年6月29日特大暴雨天气过程进行分析，希望能找出此次特大暴雨过程发生期间雷达变化特征与强降水的关系，为日后暴雨临近预报、预警提供参考依据。

1 资料来源

本文雷达产品资料来源于铜仁市新一代天气雷达(CINRAD/CD)，该雷达站位于铜仁市碧江区川硐镇云盘村杨石坡(109°13′05″E，27°49′20″N)，海拔高度790.6 m，采集数据时采用降水模式进行体扫(VCP21)，6 min完成一个体扫，有效半径150 km。此次强降水中心主要位于铜仁雷达站西南侧，距离雷达站在60 km范围内，雷达数据可用性较高，降雨量资料来源于铜仁市各区域自动站。

2 降水实况与天气形势

2.1 降水实况

受高空槽、中低层切变线影响，2020年6月29—30日铜仁市出现入汛以来最强降水天气过程，统计29日15时—30日02时降雨量，全市共出现6站特大暴雨(江口县3站，碧江区3站)；12站大暴雨；40站暴雨；43站大雨；33站中雨；最大累计雨量为江口坝盘277 mm，最大雨强139.8 mm·h-1(江口水泥厂)，小时雨强为江口县有气象数据记录以来历史排位第一，江口县坝盘站点连续2 h雨强超过100 mm，强降雨时段主要集中在29日20时—30日01时，强降雨时段比较集中，降水强度持续偏强，导致铜仁市碧江、江口2个区县受灾严重，多地出现山体滑坡、交通中断、城镇内涝等灾情。

图1 (a)2020年6月29日15时—30日02时铜仁市降水实况，(b)江口县坝盘站6月29日15时—30日08时逐小时雨量分布(单位：mm)Fig.1 (a)The rainfall distribution on precipitation from 15∶00 on June 29 to 02∶00 on June 30,2020.(b)The hourly rainfall at Bapan station in Jiangkou from 15∶00 on June 29 to 08∶00 on June 30 (unit:mm)

2.2 天气形势

从图2可以看出，过程发生前，受副热带高压外围西南气流影响，铜仁市东部处于高温高湿状态。发生在副热带高压缓慢西伸过程，位于副高588线外围西北侧，强降水的发生受到热带系统直接或间接影响，为长江流域切变线西段暴雨。主要有500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa低涡切变、地面辐合线共同影响，强的低层辐合、高层辐散的高低空配置及梵净山地形抬升作用，激发了强降水产生，并伴有强雷电、瞬时大风等强对流天气，加上受副高阻挡，影响系统维持较长时间，造成持续的强降水，强降水中心与地面辐合线位置相对应。

图2 2020年6月29日08时(a)、20时(b)天气环流形势Fig.2 The synoptic circulation situation at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

3 能量条件

铜仁市位于怀化和贵阳2个探空站之间，从2020年6月29日贵阳和怀化08时和20时CAPE、K指数、SI指数及0 ℃、-20 ℃层高度过程对流参数变化(表1)看，2站上空均为K指数>40 ℃，SI指数<0 ℃，贵阳站20时SI指数<-3℃，有利于强雷暴天气的发生，2站0 ℃层均在5 km以上，-20℃层均在8 km以上，有利于强对流天气发生。29日20时贵阳和怀化对流有效位能(CAPE)分别达到2 159.3 J·kg-1和1 909.4 J·kg-1，说明对流发展旺盛。从探空曲线(图3、图4)来看，过程发生前，露点曲线与温度曲线在650 hPa以下比较贴近，600 hPa以上2条曲线分开，整体看是下部靠紧、上部分离，中低层湿度较大，表明过程前中低层水汽条件较好，为 “上干下湿”的对流性不稳定层结状态。从贵阳站上下配置来看，呈“喇叭状”，从低层到高层的风向演变来看，低层风随高度顺转，有一定的暖平流向上输送，进一步增加了大气温湿不稳定性。

表1 贵阳和怀化探空站6月29日特大暴雨过程对流参数Tab.1 The convective parameters of the torrential rain on June 29 at Guiyang and Huaihua sounding stations

图3 2020年6月29日贵阳站08时(a)和20时(b)探空图Fig.3 The sounding chart of Guiyang station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

图4 2020年6月29日怀化站08时(a)和20时(b)探空图Fig.4 The sounding chart of Huaihua station at 08∶00 (a)and 20∶00 (b)on June 29,2020

4 雷达产品特征分析

4.1 组合反射率演变

从组合反射率因子回波演变来看，自29日15时35分开始，在铜仁市碧江西北部局地生成层积混合降水回波(图5)，回波最强为50 dBz左右，该回波沿着西南向东北方向缓慢移动，移速约10 km·h-1。后续江口、碧江境内不断有对流单体生成和发展，面积逐渐发展变宽。19时05分，江口境内生成的回波缓慢东移与碧江境内前期生成的回波发展成片，单体合并，强度增强(图5b)。20时02分，江口境内再次有回波生成，并与之前的回波发展成片，在江口坝盘和碧江坝黄、和平等地长时间停留，维持少动，回波呈后向传播，在江口不断有新回波生成补充，面积不断扩大，强度中心主要位于碧江，超过50 dBz。21时12分开始，江口境内强回波面积不断发展，逐渐影响江口中东部，此时在梵净山东侧不断有对流单体新生发展合并增强，并在江口长时间停留。30日00时01分碧江境内回波减弱，江口境内强回波维持，30日01时48分江口回波减弱，强降水基本结束。

图5 2020年6月29日15时35分—30日01时48分雷达组合反射率因子图Fig.5 The composite reflectivity of radar on 15∶35,29th June to 01∶48 ,30th June in 2020

从此次回波组合反射率发展的演变过程来看，此次过程以局地生成回波为主，回波后向传播，多个对流单体不断聚集、合并且稳定少动，呈“准静止状态”，强回波在铜仁市东部长时间维持，造成了铜仁市江口、碧江区域性特大暴雨天气过程。

4.2 回波顶高特征

回波顶高反应云层的垂直发展情况，间接地反应出对流发展是否旺盛，可以快速估计强对流回波发展的高度位置。吴明等[4]对铜仁汛期短时强降水雷达特征分析得出本地生成型回波引起的短时强降水时段上易出现在傍晚至第2天凌晨，≥35 dBz 的回波顶高在4 km以上。从图4可以看出，强降水时段，≥45 dBz的回波主要集中在5 km以下，低于0 ℃层高度，暖云层厚度较厚，低层存在多个强回波核，为低质心高效率暖云降水回波。同时，≥35dBz的回波普遍伸展到8 km以上，说明对流较旺盛(图6b)。

图6 6月29日20时02分、21时45分、23时32分铜仁雷达基本反射率因子垂直剖面图Fig.6 The vertical profile of basic reflectivity factor of Tongren radar at 20∶02,21∶45 and 23∶32 on June 29

4.3 径向速度

从雷达平均径向速度图(仰角1.5°)可以看出(图7)，强降水时段在雷达站60 km范围内，风向随高度顺时针旋转，说明有暖平流输送。19时05分(图7a)，碧江西北部区域有明显的中尺度辐合区(“逆风区”)，最大正速度约为10 m/s，最大负速度约为-10 m/s，正负速度基本相等。20时31分(图7b)，此辐合区仍然存在，正负速度对范围扩大，向江口延伸，该辐合区在江口、碧江境内停滞不动，持续时间达3 h以上。方标等[5]在对贵州石阡一次暴雨进行分析时指出“逆风区”的出现通常伴随着强降水的发生，强降水发生在逆风区的断裂位置。从零速度线演变趋势来看，正负速度区相对于雷达站呈现“S”状分布，说明西南暖湿气流发展旺盛。从径向速度图演变趋势可以看出，造成此次强降水主要是有逆风区存在且较长时间维持，正负速度区相对雷达站呈“S”状顺时针旋转。

图7 2020年6月29日径向速度图Fig.7 The radial velocity chart on June 29,2020

4.4 VWP产品

由于垂直风廓线(VWP)产品可以反映雷达站上空半径50 km范围内的平均风场情况。观察垂直风场随时间的变化，得到了这次过程中垂直方向上风的切变情况[6]。本次强降水中心与雷达站距离在50 km内，VWP资料可以很好地显示出雷达中心上空的垂直风场情况。由此次过程的VWP变化(图8)可以看出，中高层(5～10 km)偏北风随时间推移逐渐加强并向中层传输，低层(0～0.6 km)在强降雨前期主要为东南风，过程期间中层(0.6～3.3 km)盛行一支西南气流，形成一条较为深厚的水汽通道，逐渐影响低层。从风场垂直廓线可以看出，在对流层中下层，风向随高度顺时针旋转，对应着明显的暖平流。由ω方程可知，暖平流产生上升运动，冷平流产生下沉运动，暖平流是维持降水的重要原因[7]。

图8 2020年6月29日18时57分—30日01时36分雷达风廓线图(单位:m/s)Fig.8 The VWP from on 20∶02 ,29th June to 01∶ 36,30th June in 2020(unit:M/s)

5 小结

①此次特大暴雨主要受低涡切变、地面辐合线共同影响，强的低层辐合、高层辐散的高低空配置，以及梵净山地形抬升作用激发此次强降水，特点是尺度小，雨强大。

②从雷达回波演变特征反应此次过程以局地生成回波产生降水为主，层积云混合型降水回波在铜仁东部上空聚集、稳定少动，呈“准静止状态”，回波呈后向传播，同时存在多个回波单体相互合并现象。

③从径向速度图看，有逆风区存在且较长时间维持，逆风区与强降水持续时间相对应。

④通过雷达发展高度来看，强回波中心主要位于云体中下部，降水时段大于35dBz的回波伸展高度越高，越利于强降水发生，可以作为判断暴雨天气的一个特征。