景德镇一次罕见连续性大暴雨过程分析

盛梦婷,马中元,黄龙飞,陈鲍发,李燕玲

(1.乐平市气象局,333300,江西,乐平;2.江西省气象科学研究所,330046,南昌;3.景德镇市气象局,333000,江西,景德镇)

0 引言

每年的8月中旬,景德镇往往处在副高脊线南侧,多晴热天气,午后到傍晚常出现阵雨或雷阵雨。此类降水常常点强面弱,局地性强。除雷雨天气外,还受台风减弱后的低压影响,但此类降水除2012年8月10日“海葵”台风外,降水一般都较弱。2021年8月11—14日,赣北出现大范围强降水天气,景德镇为降水中心,使得该地区出现罕见“秋汛”。国内学者对梅雨期长江中下游暴雨天气研究较多,连续性大暴雨过程具有β中尺度特征,造成局地强降水、洪涝等灾害[1-3]。持续性大暴雨过程的水汽特征及多尺度天气系统的叠加影响十分明显,地形对大暴雨的影响也明显[4-5]。有时在弱的引导气流背景下,局地也会出现大暴雨[6]和特大暴雨[7-8]。大暴雨雷达回波的移动十分重要,雷达拼图风暴跟踪信息STI较好地指示暴雨回波的移动,为预测暴雨回波的演变提供了有效手段[9]。上述文献主要研究华北和东北,针对江西出现的连续性大暴雨过程研究文献相对偏少。本文使用常规天气资料等,以2021年8月中旬景德镇地区连续性大暴雨过程为例进行分析,以期为今后景德镇大暴雨天气的预报服务提供参考依据。

1 天气实况

2021年8月11—14日,赣北出现连续降水过程,部分地区出现暴雨、大暴雨(图1)。景德镇为此次过程降水中心。据统计,全市平均雨量169.8 mm,以乐平临港站312 mm为最大。本次过程对流性强,有89站次出现20 mm/h以上强降水,最大小时雨强47.9 mm,出现在8月11日05时。此外,从逐日降水时段来看,降水呈现明显日变化,主要出现在每日08时、20时前后。

图1 2021年8月11—14日赣北累计雨量(a)和乐平国家站逐小时雨量(b)

此轮降水过程造成8月中旬景德镇地区降水异常偏多,达246.6 mm,为常年同期5倍,创景德镇建站以来新高(表1)。

2 环流形势演变

2.1 500 hPa环流演变

从副高形势来看,11—14日过程按不同降水性质可分为2个阶段:1)11—12日,此时景德镇受副高控制,多雷雨天气(图2(a));2)13—14日,副高有所南落,冷暖空气在长江流域交汇,大气斜压性明显加强,降水较前期又有加强(图2(b))。

图2 2021年8月11日08时(a)和13日20时(b)天气系统中分析图

500 hPa环流演变来看,中高纬呈现典型的两脊一槽形势,其中乌拉尔山附近高压脊脊前有明显冷平流,未来将不断加深发展;俄罗斯东部有阻塞高压,稳定少动。两高压之间一支经向度较大低槽从极地伸向中纬地区,在巴湖以北形成切断低压,冷中心达-18 ℃。乌拉尔山脊前强冷平流将冷空气不断向南输送汇入切断低压中,使其不断发展南落,槽线转为东北西南走向。低压槽前的正涡度平流输送随之加强,使得下游阻塞高压趋于减弱。

伴随着巴湖以北切断低压的加强和冷空气的汇集,低压南侧的西北气流引导冷空气逐步向南侵袭,引起温度场波动。北方纬向环流波动加强,逐步向经向环流转换,至13日08时形成温度场落后于高度场形势,经向环流进一步加强,槽后西北气流引导的冷空气与南方暖湿气流在长江流域交汇,造成强降雨天气。

而在中低纬地区,11—12日副高120°处脊线位于25°N附近,588 dagpm线控制整个江南地区。13—14日,随着冷空气南下,副高588 dagpm线有所南落,但仍始终控制东南沿海一带。受稳定的副高影响,其西侧西南和东南气流稳定维持,引导南海和孟加拉湾的暖湿水汽向北输送,为暴雨区提供了充足水汽和不稳定能量来源。

2.2 中低层切变演变

10日20时,925 hPa在鄂赣交界有弱西南涡向东移动,11日08时东移至安徽境内,赣北逐渐转处低涡西南侧,此时,南昌为西南风,而安庆、衢州均为正西风,存在风向风速辐合,同时景德镇地区的喇叭口状地形也为辐合上升提供了有力条件。因此,回波在鄱阳湖附近初生发展,在景德镇地区得以加强维持。12日08时,边界层出现风速脉动,南昌925 hPa风速达12 m/s,安庆、衢州仅为4 m/s,形成明显风速辐合,同时暖脊位置也呈东北西南向,位于赣北上空,在暖强迫作用下,触发对流产生。13—14日,长江以北偏北风力加大,表明冷空气势力正在南下,与江南西南气流对峙,925～850 hPa切变线得以加强。切变南侧西南气流普遍从前2日4 m/s左右加强到10 m/s,暖脊强度也进一步增强,南昌925 hPa温度达到25 ℃,为该地区暖中心。暖冷空气对峙增强了大气斜压性,强降水多在此时段内出现。随后低槽移出,但500 hPa仍有短波槽波动,低层也有弱切变维持,降水形势总体维持,但强度已明显减弱。

3 雷达拼图STI产品特征分析

研究表明,组合STI产品弥补了单部雷达缺乏反射率回波图、只显示各自的STI风暴跟踪信息的不足,对于判断未来一小时回波的移动方向、移动速度有明显指示意义[9]。而密集指向区对应于回波未来位置的确定效果更好,在多次强雷电、大风、冰雹的天气过程中得到了验证。在此次过程中,应用组合STI产品可较好研判未来对流单体移动趋势。12日05—06时,回波从鄱阳境内向东北方向移动,形态较为分散,但在移动过程中不断合并发展,同时后部又有新生单体生成,移向与前方单体一致。13日20—21时、14日08—09时,赣北上空为层积混合降水回波,强度达55 dBz以上,从组合STI产品来看,新旧单体移向一致,重复经过景德镇和乐平市区,造成列车效应,最终导致暴雨出现(图3)。

(a)12日05:00;(b)12日06:00;(c)13日20:00;(d)13日21:00;(e)14日08:00;(f)14日09:00

4 8月中旬降水极端性浅析

研究表明,我国雨带的移动与环流的季节变化关系十分密切,一般大雨带位于500 hPa副热带高压脊线北侧8～10纬度(图4)。从多年统计来看,8月副高脊线一般位于28°N附近。从近30年(1990—2010年)多年平均图上可发现,584 dagpm线位于38°N一带,副高盘踞在海上,其脊线位置在30°N附近,与上述结论一致。地面图上,受海陆热力性质影响,盛夏江南多受热低压控制,天气晴热,江西地区平均气压在995～1 000 hPa之间。

图4 500 hPa高度场(a)和地面气压场(b)30年平均

但此次过程11—12日地面图江西处低压倒槽中(图5),与常年平均接近,降水多以热雷雨天气为主。但13—14日随着较强冷空气南下,13日23时湖北出现1 010 hPa高压中心,远高于常年平均,表明冷空气势力偏强。同样的,500 hPa高空13—14日副高在120°E处脊线南落至25°N附近,584 dagpm线更是到达沿江一带,并有明显低槽东移,与梅雨期形势相近。又因暖势力强劲,造成强降水发生。

图5 2021年8月11日8时地面气压场(a)13日23时地面气压场(b)13日20时500 hPa高度场(c)

5 结论

本文利用常规地面、高空观测资料、WebGIS雷达拼图STI产品、ncep日平均再分析资料,对2021年8月中旬景德镇地区罕见暴雨进行了初步分析,结论如下。

1)此次降水过程持续时间长,强度大,同期降水位居历史首位,具有一定极端性。

2)强降水是在有利环境场中产生的,暖强迫下的风速辐合是造成11—12日降水产生的主要原因,13—14日地面冷空气南下,大气斜压性增强,触发对流性强降水。

3)雷达拼图组合STI产品表明新旧单体移向一致,重复经过景德镇和乐平市区,造成列车效应,最终导致暴雨出现。

4)副高较常年同期明显偏南、冷空气活动偏强偏南,导致冷暖空气强烈对峙,是造成景德镇中旬极端降水主要原因。