江西修河流域大暴雨短时强降水特征分析.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(A类 X D A )、国家自然科学基金项目()、国家自然科学基金项目()和江西省气象科技项目面上项目“袁河流域大暴雨短时强降水特征分析”(J X M )资助作者简介:辛珂钰(),女,大学,助理工程师主要从事县站综合业务和预报服务工作通讯作者:马中元(),男,大学,高级工程师主要从事短临天气预报和预报技术研究工作江西修河流域大暴雨短时强降水特征分析辛珂钰,马中元,陈鲍发,刘懿枢(铜鼓县气象局,铜鼓 ;江西省气象科学研究所,南昌 ;景德镇市气象局,景德镇 ;鹰潭市气象局,鹰潭 )摘要:文章简要介绍了降水资料来源和分析方法,统计了江西修河流域 年大暴雨过程并分析了天气形势特征,最后从典型天气形势、雷达回波特征方面分析了短时强降水特征,所得结论以期为研究流域大暴雨、减轻洪涝灾害提供参考与依据.关键词:修河流域;大暴雨;短时强降水;天气形势;雷达回波中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()A n a l y s i so nc h a r a c t e r i s t i c so f s h o r t t e r mh e a v yr a i n f a l ld u r i n g l a r g e r a i n s t o r mi nX i u h e r i v e rb a s i no f J i a n g x iX i nK e y u,M aZ h o n g y u a n,C h e nB a o f a,L i uY i s h u(T o n g g u M e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,T o n g g u ;J i a n g x iM e t e o r o l o g i c a lS c i e n c eI n s t i t u t e,N a n c h a n g ;J i n g d e z h e nM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,J i n g d e z h e n ;Y i n g t a nM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,Y i n g t a n )A b s t r a c t:T h i sp a p e rb r i e f l y i n t r o d u c e s t h e s o u r c eo f r a i n f a l l d a t aa n dm e t h o d su s e d f o r a n a l y s i s,m a k e ss t a t i s t i c so f t h e l a r g er a i n s t o r mp r o c e s s e so c c u r r e d i nX i u h er i v e rb a s i no f J i a n g x i f r o m t o ,a n a l y z e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e a t h e rs i t u a t i o n sa n df i n a l l ya n a l y z e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so f s h o r t t e r ms t r o n gr a i n f a l l f r o mt h ep e r s p e c t i v e so f t y p i c a lw e a t h e rs i t u a t i o n sa n dt h er a d a re c h oc h a r a c t e r i s t i c s T h ec o n c l u s i o n so b t a i n e da r ee x p e c t e dt ob eu s e da sr e f e r e n c ea n db a s i sf o rt h er e s e a r c ho fl a r g er a i n s t o r mi nt h i s r i v e rb a s i na n dm i t i g a t i o no f f l o o dd i s a s t e r s K e yw o r d s:X i u h er i v e rb a s i n;l a r g er a i n s t o r m;s h o r t t e r ms t r o n gr a i n f a l l;w e a t h e rs i t u a t i o n;r a d a re c h o引言天气雷达是探测降水系统的主要手段,是监测和预警强对流天气(冰雹、大风、龙卷和暴洪)的主要工具之一.雷暴(t h u n d e r s t o r m s)泛指深厚湿对流现象(d e e pm o i s tc o n v e c t i o n,DMC),狭义上指伴有雷电的深厚对流.国内学者对大暴雨天气特征及成因进行了大量研究和分析,如:春季暴雨的天气学物理概念模型大致分为低槽、低涡型和短波槽、切变线型类.大暴雨过程的关键影响系统均是西南涡.在低层湿度平流(偏南水汽输送加强)和温度平流(出现温度直减率大值区和逆温)的共同作用下,北京午后的水汽在逆温层之下的低层积聚.午后北京地区的垂直风切变加强,因此对流系统下山后增强,致洪对流暴雨发生 .气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 江西局地短时强降水分为类:低槽类出现最多,占 ;热带系统类占 ;副热带高压控制类占 ;副热带高压边缘类占 .江西省短时强降水的降水场划分为个区域:赣北南部(I区),抚州市及赣州中部(区),赣北北部(区),赣南南部、北部(区)以及赣中西部(区).短时强降水雷达回波形态主要有种:块状(强单体、超级单体)、带状(飑线、回波带)和絮状(絮带、絮团),出现率最高的是絮状回波.短时强降水产生的暴雨在垂直剖面图上有种表现:对流性降水的强回波单体回波顶(E T)可达 k m以上,d B Z强回波顶高超过k m,回波中心强度(C R)达到 d B Z,有时在强回波上方出现旁瓣造成的虚假回波,垂直积分液态水含量(V I L)k g/m;混合型降水的回波单体回波顶(E T)在 k m左右,但 d B Z强回波顶高不超过k m,属于典型“低质心”降水形式,垂直积分液态水含量(V I L)k g/m .m m/m i n的超短时强降水是构成 m m/h和 m m/h短时强降水的重要组成部分.造成特大暴雨的C R回波强度多为 d B Z,平均回波顶高(E T)为 k m,d B Z的强回波伸展高度平均为k m,平均V I L在 k g/m.相关研究成果为武宁暴雨天气的研究提供了分析依据 .资料与方法 资料来源与方法天气形势分析使用M I C A P S天气资料,雨量数据使用江西自动气象站(修河流域)资料,雷达拼图使用江西W e b G I S雷达拼图资料,单部雷达数据使用上饶S A雷达基数据以及其他资料.文中涉及的地图边界均是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为G S()号的标准地图制作,M I C A P S地图的审图号:G S()号.全文使用北京时间(B T).修河流域地理分布修河发源于金沙河,流经高桥乡、铜鼓县、港口乡,后汇入修水县境内的渣津水,进入修河干流主河道.修河是九江市境内最大的河流,途经的代表站有铜鼓、修水、武宁和永修县,最后在永修县的吴城 镇 流 入 鄱 阳 湖,全 长 k m,流 域 总 面 积,k m.修河以东西向分布为主,主要位于赣西北,河道两岸多山,主要是九岭山脉与幕阜山脉,从铜鼓的西北部山区由西向东流动,中部进入全国最大的水库 柘林水库.选取流域上铜鼓、修水、武宁和永修个国家气象站及高桥、港口个区域站,如有站以上出现 h(:次日:或:次日:)雨量 m m,则算次流域大暴雨.大暴雨日统计时间为:年(a).每个大暴雨日均分别统计:次日:,:次日:两个时段,当两个时段同时满足雨量 m m/h时,选取最大值的时段.按照时间排序列表统计,年共出现 次流域大暴雨,其中著名的大暴雨过程有 /(次)、/(次)、/(次)、/(次)和 /(次).大暴雨特征与天气形势特征 大暴雨特征图为江西修河流域大暴雨年变化、月变化和短时强降水日变化及代表站点出现频率.从年变化看,年,修河流域大暴雨日最少的是 年,仅有次,最多的是 年,有 次.和 年为高峰期,年是次高峰,平均每年有个大暴雨日.从月变化看,大暴雨出现在每年的月,高峰期位于和月,这个月的大暴雨日数占全年的,以月最多,而月次年月则无大暴雨.从大暴雨日短时强降水的日变化看,d有个高峰,分别出现在:,:,:和:,可以看到修河流域大暴雨主要出现在凌晨、早晨及午后,出现频率较小的是:,此时段内几乎没有强降水发生.从大暴雨发生地的频率看,永修与铜鼓的发生频率高,平均每年接近次;修水与武宁相对较少,a只有 次.图江西修河流域大暴雨变化趋势第期辛珂钰,等:江西修河流域大暴雨短时强降水特征分析 天气形势特征通过分析江西修河流域大暴雨过程的典型天气形势可知,T :,h P a低槽移至湖南中部,槽前有西南急流从湖南中部伸向赣西北,长沙西南风达 m/s.副热带高压特征线 d a g p m从福建沿海经过赣南南部,在副高北部 与 h P a有低空西南急流与超低空南风急流由湖南南部伸向赣西北,h P a切变线与地面辐合线在鄱阳湖区交汇,h P a分流区位于湖南东北部、湖北东南部、赣西北.低层辐合、高层辐散,水汽充沛,导致永修等地出现强降水.T :,h P a低槽移入赣西北,槽前南昌西南急流达 m/s.d a g p m从浙江沿海经福建北部穿过赣南,在副高西北部有低空西南急流与超低空西南急流由湖南南部伸向赣西北,在湖南东北部、湖北东南部、赣西北省交界处中低层有一个低涡,在低涡东南部有 h P a切变线与 h P a辐合线在赣西北交汇,h P a分流区位于赣北北部至赣东北地区.从低槽与切变的位置看,低槽位于低层切变的东部,为前倾槽结构,而且位置接近,导致位热不稳定发展与强烈的上升运动,赣北、赣东北多地出现强降水与暴雨,局部特大暴雨.T :,副 热 带 高 压 d a g p m特征线从福建沿海穿过赣南至广西中部,h P a低槽东移南压至赣东北南部至吉安等地,槽后有偏北气流从湖北西北部伸向鄱阳湖区,带来的冷空气与位于副高北部的低空西南急流在赣北交汇,中低层在湖南东北部、湖北东南部、赣西北、皖南省交界处有一个低涡,在低涡南部有 h P a切变线与 h P a辐合线在赣西北交汇,h P a分流区位于湖南东部至赣北地区.低槽有明显的前倾槽结构,但槽线与切变线相距较远,槽后的偏北气流叠加在低层西南暖湿急流之上,为强降水的发展提供了位势不稳定结构,低层辐合、高层辐散,且整层水汽充沛,赣北多地出现强降水与暴雨,局部特大暴雨.T :,副热带高压明显东退至东南沿海,h P a低槽东移至湖南东部,在低槽附近的中低层有切变线、辐合线,低槽后部的偏北气流带来的冷空气与低层的西南暖湿气流交汇,h P a有湖南南部的偏西南风与江西境内的东南风在赣西北辐合,h P a分流区位于湖南中东部至赣西.低层辐合、高层辐散,且整层水汽充沛,导致位于赣西的铜鼓出现强降水.短时强降水回波特征对江西修河流域大暴雨短时强降水的雷达回波进行统计、归类、分析,其典型回波形态有絮状回波团孤立单体、回波短带、絮状回波团回波短带等.修河流域大暴雨强降水的雷达回波以絮状回波为主,也存在少量的强回波短带,但很少是超级单体与强单体结构,与其他类型强降水有明显区别.典型的絮状回波团孤立单体出现在赣西北,被大范围的混合型降水回波覆盖,其中有多个 d B Z或以上絮状回波团,在絮状回波中分别有多个 d B Z以上强回波单体,单体结构密实,相对孤立并稳定在一地,T:/T :,絮状回波团中的强单体稳定在永修等地,造成永修等地出现 mm/h的强降水.典型的回波短带结构出现在赣西北修水附近,有条近东西向的回波短带,回波短带的强度多在 d B Z以上,中心强度达 d B Z,由于强回波短带自西向东移动,d B Z的强回波不断经过修水城区,导致 T :/T :修水发生 mm/h的强降水.典型的絮状回波团孤立单体出现在九江中部、东部,被大范围的混合型降水回波覆盖,其中有多个絮状强回波团,在这些回波团中又有多个 d B Z以上强回波单体,T:/T :,位于强回波单体中心的武宁出现 mm/h的强降水.典型的絮状回波团回波短带出现在湖北东南部至赣西北,属于大范围的东北西南向混合型强降水回波,其中混有多个 d B Z或以上絮状强回波短带,在铜鼓附近的强回波短带呈东北西南向分布,且短带的长度较长,d B Z以上的带状强回波不断经过铜鼓,造成 T :/T :铜鼓出现 m m/h的强降水.结束语文章统计了江西修河流域 年大暴雨过程及其短时强降水特征,并对典型天气形势、雷达回波特征进行了分析,主要结论如下:)修河流域每年都会发生大暴雨,少则次,多则 次以上,主要出现在,月.d中强降水主要分布于:,:,:和:,:几乎不发生大暴雨.永修与铜鼓发生大暴雨的频率较高,而修水与武宁较少.气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n )修河流域大暴雨短时强降水在天气形势上具有一定的相似性,主要表现为 h P a在赣西北为辐散分流区,低层为显著湿区,h P a有低槽东移,h P a赣西北有切变线,中低层在湘、鄂、赣、皖等省交界处常伴有低涡,低涡与切变线以南伴有低空急流,h P a有辐合线,低层辐合,高层辐散,槽后偏北气流带来的冷空气与西南暖湿气流交汇,导致强降水的发生和发展.)修河流域大暴雨短时强降水的回波以絮状回波为主,其典型强回波结构有絮状回波团孤立单体、回波短带和絮状回波团回波短带等,中心强度达 d B Z,d B Z以上强回波不断经过一地,导致 mm/h以上的强降水发生.参考文献:俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等多普勒天气雷达原理与业务应用M北京:气象出版社,余小鼎,王秀明,李万莉,等雷暴与强对流临近预报M北京:气象出版社,何跃,李强,刘伯骏,等四川盆地一次西南涡作用下大暴雨过程的短时强降水分析J沙漠与绿洲气象,():鲁坦,徐文明,俞小鼎,等 年河南春季暴雨特征及 影响 系 统分 析J气 象与 环 境科 学,():章丽娜,王秀明,熊秋芬,等“”北京对流暴雨中尺度环境时空演变特征及影响因子分析J暴雨灾害,():周芳,黄龙飞,肖潇江西省汛期局地短时强降水的时空分布特征J气象与减灾研究,():付超,谌芸,朱克云,等 年江西省暖季短时强降水特征分析J气象,():邓虹霞,智海,马中元,等 年江西汛期设区市城区暴雨回波特征分析J气象科学,():桂园园,马中元,齐永胜,等 年鹰潭市城区暴雨天气与回波特征分析J自然灾害学报,():辛玮琦,马中元,谌云,等宜丰短时强降水雷达回波特征分析J沙漠与绿洲气象,():苏俐敏,夏文梅,马中元,等 年江西宜春四类短时强降水特征分析J气象科学,():陈鲍发,马中元,王立志,等江西昌江流域特大暴雨短时强降水回波特征分析J气象,():岳如画,汤剑松,王坤 年月日长江中下游连续大暴雨特征分析J中低纬山地气象,():张祝,茅海祥,杨群 梵净山东侧局地大暴雨的雷达回波特征及地形作用分析J中低纬山地气象,():陈宇聪,刘炳锋,刘嘉劲,等 年汕尾市大暴雨特征及影响天气系统归类研究J中低纬山地气象,():刘胜男,冯典,郭大梅,等秦岭山区东麓一次短时强降水特征及成因分析J中低纬山地气象,():潘岑,罗俊才,苏静文,等贵州夜间降水特征与暴雨预警发布现状分析J中低纬山地气象,():(上接第 页)在露、霜、雾凇、雨凇、结冰、积雪天气现象中,仪器观测结果一致性方面:积雪的一致性较高,达 ,雨淞和霜的一致性较低,其中雨淞一致性为;仪器观测结果命中率方面:积雪、结冰的命中率都较高,分别为 和 ,露、霜命中率都低于 ,其中雨淞命中率为;仪器观测结果空判率方面:露、霜的空判率较高,结冰、积雪、雨淞的空判率较低,其中雨淞空判率为;仪器观测结果漏判率方面:霜和雨淞漏判率也比较高,雨淞的漏判率高达 .对比观测后发现,仪器相较于人工观测还存在一定的差距.自动化观测是必然的趋势,也是气象业务发展的迫切需求,设备厂家应该在凝结现象识别方面进行算法优化和提高智能识别能力.参考文献:中国气象局地面气象观测规范M北京:气象出版社,王敏天气现象视频智能观测仪对比测试研究J内蒙古科技与经济,():,李肖霞,杜波,李翠娜,等天气现象自动化观测仪器评估方法J气象水文海洋仪器,():杜波,张雪芬,胡树贞,等天气现象仪自动化观测资料对比分析J气象科技,():陈冬冬,魏国栓,马启明,等多台国内外先进天气现象仪对比分析J气象水文海洋仪器,():,