丰城市短时强降水天气分型分析

程小娟，马中元，陈鲍发，饶云花，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

丰城市短时强降水(≥30 mm/h)是产生丰城暴雨和大暴雨的关键，2012—2020年5—8月，20次丰城短时强降水过程中有13次出现暴雨和大暴雨，可见，短时强降水与暴雨和大暴雨关系密切。抓住本地短时强降水天气的监测预警，是做好本地暴雨和大暴雨过程预报服务的重点，具有实际应用意义。

国内专家学者研究成果和参考文献：江西省汛期短时强降水天气主要集中在5―8月，短时强降水主要分布在山地及河谷附近[1-2]。在高空槽前，地面气流辐合加强，锋生易发生于倒槽中；午后强阵风出流下山后与平原地区偏南气流形成强烈辐合抬升，垂直风切变加强，对流系统增强，对流暴雨发生[3-4]。极端暴雨过程主要出现在500 hPa为“东高西低”型和“两高切变”型环流背景下；东西气压梯度增大有利于西南急流的建立；珠三角地区重大短时强降水天气流型主要有台风型、西南季风型、北部湾低压型、冷(式)切变线型和热带云团型等5种[5-7]。短时强降水发生时，会出现气压上升、温度下降、湿度上升、雨量骤大和前导风加大等显著变化[8]。研究成果对丰城市短时强降水天气的监测预警和预报服务有指导意义。

本文使用丰城自动气象站数据、MICAPS天气图、云图、探空资料、江西WebGIS雷达拼图和南昌SA雷达PUP产品等资料，对丰城市短时强降水过程进行分析，研究结果为丰城短时强降水及暴雨天气的监测预警和预报服务提供分析依据。

1 资料和统计

1.1 资料

天气图、T-lnP图等资料来源于MICAPS平台，丰城市短时强降水地面资料来源于丰城国家观测站，雷达回波分型资料来源于江西WebGIS雷达拼图，其它资料来源于江西省气象局内网自动站数据查询平台。

1.2 统计

2012—2020年(5—8月)丰城市短时强降水过程共出现20次(表1)，有28个短时强降水个例，最多一次过程出现4个短时强降水个例(2019年7月13日08:00—11:00，连续4 h出现短时强降水)。短时强降水最大值为65.6 mm/h(2015年7月22日16:00)。20次丰城短时强降水过程出现在暴雨环境中有13次，其中大暴雨环境7次；有7次过程没有暴雨伴随。

表1 2012—2020年(5—8月)丰城市短时强降水和雷达回波分型统计表

从表1中看出，丰城短时强降水的雷达回波分型主要表现在回波形态和组合反射率CR强度上。28个短时强降水个例回波系统形态有6种：1)絮团状(8个例)40～50 dBZ；2)超级单体(4个例)60～70 dBZ；3)带状(4个例)55 dBZ；4)短带状(4个例)45～55 dBZ；5)絮带状(4个例)50～55 dBZ；6)强单体(4个例)50～55 dBZ。

2 天气系统分型

2.1 天气系统中分析

图1是丰城短时强降水典型的6种天气系统配置中分析图，可以看到短时强降水都与暴雨伴随。2018年7月6日08:00(图1(a))，是一次典型的副高边缘型暴雨过程，也是后汛期暴雨的典型形势之一。低槽移入赣东北，副高东退，在高空低槽与低层西南暖湿气流交汇处产生强降水。可以看到，丰城市上空200 hPa有分流区，500 hPa为西北气流，低层皖东南有一低涡，850 hPa切变线从低涡中心向西南方向伸出并经过丰城市，东南方向有低空西南急流，与500 hPa西北气流相伴，南昌附近有明显干区，干冷的西北气流叠加在暖湿西南气流之上，加上切变线上的辐合抬升作用，丰城市出现强降水。

2012年9月2日20:00(图1(b))，强降水出现在9月初，此时北方冷空气开始活跃，有时会明显南侵，与副热带高压北部暖湿气流交汇，出现强对流天气。可以看到，丰城市处于高空槽前，地面冷锋由西北伸向西南，锋面正位于丰城市附近，850 hPa切变线由湖南中部自西向东伸向赣北南部，丰城市正位于切变线上。500 hPa在湖南东部至南昌有干线侵入，200 hPa分流区从赣东北向东南伸过丰城，低槽东移，地面冷锋南下，切变线东移南压，在地面冷锋、切变线附近，高空干区与低层湿区叠加处出现强降水。

(a)2018-07-06 T08:00；(b)2012-09-02 T20:00；(c)2018-05-06 T08:00；(d)2014-06-21 T08:00；(e)2017-08-11 T20:00；(f)2015-05-28 T08:00

2018年5月6日08:00(图1(c))，是一次典型的西风带低槽东移造成的强降水过程。低槽东移，地面冷锋南下，冷锋随高度增加向西北方向倾斜，导致自西向东出现500 hPa低槽、700 hPa切变线、850 hPa切变线、地面冷锋，切变线以南有明显的低空西南急流，丰城市位于冷锋附近，850 hPa急流与500 hPa急流之间，500 hPa有明显干舌叠加在低层湿区之上。副热带高压位于东南沿海，其北部的西南气流将东南沿海水汽源源不断输送至赣北上空。从近几年江西的强对流出现频率与强度看，5月份最强，可能是冷暖气流均比较活跃导致。受低槽东移影响，地面冷空气南下与低层暖湿气流剧烈交汇，丰城出现强降水等强对流天气。

2014年6月21日08:00(图1(d))，是一次典型的梅雨期暴雨过程，也是短时强降水出现最多的形势。梅雨期由于梅雨锋的稳定维持，雨带在切变线上稳定维持，容易产生强降水和暴雨天气。在湖南西南部、河套以东至湖北东南部分别有一低槽，称之为南支槽、北支槽。副热带高压位于东南沿海，低空西南急流从广东北部伸向赣北南部，随着低槽东移，带动槽后西北气流南下，与低层西南暖湿气流交汇。丰城正位于高空200 hPa分流区下，850 hPa切变线附近，低空急流的前端辐合区之中，低层剧烈辐合，高层辐散，导致强降水与暴雨的发生、发展。

2017年8月11日20:00(图1(e))，强对流天气出现在盛夏，此时受副热带高压控制，热力条件、水汽条件均极好，在没有明显切变线等辐合条件时，在辐合线附近都易产生热雷雨，而高空有短波槽活动，中低层切变线位于赣北，高层分流区也位于赣北，表明赣北有明显的辐合上升等动力条件，此时丰城附近出现了明显的地面辐合线，在地面辐合线之西南方向有低空西南急流，丰城位于急流轴前端，受低层辐合抬升影响，在副热带高压边缘出现强降水等强对流天气。

2015年5月28日08:00(图1(f))，强对流天气容易出现在高层干冷与低层暖湿气流叠加的地带，图上看到500 hPa从赣东北至丰城有一明显的露点锋，低层850 hPa丰城及西南大部均为暖脊控制，丰城位于露点锋南侧，低层暖脊之上，此时500 hPa有短波槽东移正位于丰城上空附近，高空200 hPa有分流区，地面有辐合线，低层辐合、高层辐散，在高层干冷气流与低层暖湿气流交汇处出现强降水等强对流天气。

由此可见，丰城市强降水主要出现在5—9月，5月份暖湿气流与冷空气均活跃，冷暖气团在丰城市附近交汇；6月份，梅雨季节，梅雨锋活跃，在切变线附近出现强降水、暴雨。7—8月受副热带高压控制，在地面辐合线明显且有一定动力条件下，在地面辐合线附近出现强对流；9月初，北方冷空气开始活跃南侵，冷空气与副高边缘的暖湿气流丰城交汇，导致强降水发生。从丰城多个强降水过程看来，大部伴有明显的低层辐合，200 hPa有分流区，同时有“上干下湿”“上冷下暖”的温湿场垂直结构，北方冷空气与南方暖湿气流交汇，低层辐合与高层辐散相配合导致强降水的发生。

2.2 T-lnP图分析

从20次短时强降水过程的T-lnP图中选取6次典型代表过程。可以看到大部分强降水过程湿层深厚，选取的6次强降水过程中有4次水汽饱和区伸展至400 hPa或以上。中层出现明显干区的有2018年7月6日、2015年5月28日。多数伴有一定强度的CAPE值，即有中等强度的不稳定能量，以中层干区明显的2018年7月6日最强。从风场的垂直结构看，多数底层有弱的偏东风，如图2(a)、图2(d)、图2(e)，偏东风与925 hPa、850 hPa的西南风构成暖平流结构，即低层暖平流给强降水提供了水汽、输送了不稳定能量。图2(b)是唯一的低层为冷平流结构，说明此时冷空气已南下侵入至南昌以南。图2(c)随着高度的上升，低层的西南气流迅速增强，925 hPa的西南急流就达16 m/s，表明超低空急流及边界层明显风垂直切变对于强降水的发生有利。多数过程600 hpa或500 hPa以下为偏南气流，以上为偏北气流，如图2(a)～图2(f)，表明中层明显的暖平流有利于强降水的发生、发展。而图2(c)为整层的西南气流，且高层急流强盛，250 hPa的急流强度达36～38 m/s，高空急流带来的辐散抽吸作用有利于强对流天气发生、发展。

(a)2018-07-06 T08:00；(b)2012-09-02 T20:00；(c)2018-05-06 T08:00 (d)2014-06-21 T08:00；(e)2017-08-11 T20:00；(f)2015-05-28 T08:00

由此可见，强降水过程多伴有深厚的湿层，但中层也会有“干盖”结构，上干下湿导致强对流的发展，触发强降水的发生。有一定的不稳定能量，但多半为中等强度。底层弱的偏东风与低层西南风形成低层或边界层暖平流，输送水汽与不稳定能量，中层暖平流有利于上升运动的发展，低空急流或超低空急流带来的辐合、高空急流的抽吸作用对于上升运动有加强、维持作用，有利于强降水的维持与发展。

2.3 南昌探空物理量分析

表2为2012—2020年(5―8月)丰城市短时强降水南昌探空(58606)物理量统计，850 hPa温度平均19.6 ℃，最大21.7 ℃，出现在2020年7月27日08:00；最小16 ℃，出现在2017年5月22日08:00。700 hPa温度平均11 ℃，最高13 ℃，出现在2014年8月4日08:00；最低9 ℃，出现在2017年5月22日08:00。

表2 2012—2020年(5―8月)丰城市短时强降水南昌探空(58606)物理量统计表

700～500 hPa风垂直切变平均10 m/s，最高22 m/s，出现在2018年5月6日08:00；最低3 m/s，出现在2019年7月3日20:00。850 hPa湿度平均89%，最大100%，出现在2017年5月22日08:00；最小60%，出现在2020年5月7日08:00。500 hPa湿度平均69%，最大92%，出现在2012年9月2日08:00；最小11%，出现在2018年7月6日08:00。

CAPE平均614 J/kg，最大2 122.4 J/kg，出现在2014年8月4日08:00。K指数平均38 ℃，最大43.3 ℃，出现在2020年7月27日08:00；最小25 ℃，出现在2019年7月13日08:00。沙氏指数SI平均-1.11 ℃，负值最大-4.12 ℃，出现在2012年9月2日20:00；正值最大2.5 ℃，出现在2020年5月7日08:00。风暴强度指数SSI平均264，最大292.1，出现在2020年7月4日08:00；最小220.5，出现在2020年5月28日08:00。0 ℃层高度平均5 220 m，最高5 672 m，出现在2020年7月27日08:00；最小4 714 m，出现在2018年5月6日08:00。-20 ℃层高度平均8 734 m，最高9 202 m，出现在2018年7月6日08:00；最小8 103 m，出现在2018年5月6日08:00。

由此可见，丰城市强降水过程中850 hPa气温平均19.6 ℃，700 hPa气温平均11 ℃，500～1 000 hPa风垂直切变平均为10 m/s，700 hPa相对湿度平均为89%，500 hPa相对湿度平均为89%，CAPE平均614 J/kg、K指数平均38 ℃、SI平均-1.11 ℃，风暴强度指数SSI平均264、0 ℃层高度平均5 220 m、-20 ℃层高度平均8 734 m。通过这些参数的特征，可以对强降水的出现进行总体判断。

3 结论与讨论

使用丰城自动气象站数据、MICAPS天气图、云图、探空资料、江西WebGIS雷达拼图等资料，对丰城市20次短时强降水过程进行分析，得到以下结果。

1)丰城市20次短时强降水过程有28个短时强降水回波系统个例，最多一次过程出现4个短时强降水个例，短时强降水最大值为65.6 mm/h。丰城市28个短时强降水个例的雷达回波形态有6种：1)絮团状(8个例)；2)超级单体(4个例)；3)带状(4个例)；4)短带状(4个例)；5)絮带状(4个例)；6)强单体(4个例)。

2)丰城市强降水主要出现在5―9月，大部份个例伴有明显的低层辐合，200 hPa有分流区，同时有“上干下湿”“上冷下暖”的温湿场垂直结构，北方冷空气与南方暖湿气流交汇，低层辐合与高层辐散相配合导致强降水的发生。

3)丰城市强降水过程多伴有深厚的湿层，不稳定能量多半为中等强度。低空急流带来的辐合、高空急流的抽吸作用对于上升运动有加强、维持作用，有利于强降水的维持与发展。

4)丰城市强降水过程中南昌探空数据和统计参数的平均值，通过这些参数的特征，可以对强降水的出现进行总体判断。