东津水库“6·30”强降水过程分析及预报服务思考
袁正国 周雨 汪如良 黄丹萍
摘要 本文利用常规气象观测资料、加密自动站雨量资料及FNL再分析资料，对比分析2020年6月29—7月1日东津水库持续暴雨天气从天气形势、水汽输送、热动力条件及雷达回波等方面。结果表明：入库水位上涨对强降水有较好的响应，但存在8～12 h的时间差;中低层辐合区和切变线的共同作用为强降雨天气提供了有利抬升条件，低层辐合和高层辐散形成的“抽吸作用”有效促进了低层水汽的上升运动;在强降水天气出现的过程中，垂直运动和位涡发展对库区暴雨落区与强度预报有一定的指示意义;雷达回波上，逆风区长时间出现和“列车效应”，对暴雨天气有良好的预报参考意义。
关键词 强降水;位涡;列车效应
中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）08–0032–05
Analysis of Precipitation Process in Dongjin Rese-rvoir On 6.30
YUAN zheng-guo et al（Jiangxi Meteor-ological Information Center， Nanchang， Jiangxi 330096）
Abstract Based on conventional meteo-rological observation data， rainfall data of encrypted automatic station and FNL reanalysis data， the continuous rainstorm weather of Dongjin Reservoir from June 29 to July 1， 2020 is compared and analyzed from the aspects of weather situation， water vapor transportation， thermal power condition and radar echo. The results show that the rise of water level in storage has a good response to heavy precipitation， but there is a time difference of 8～12 hours. The combined action of middle and low layer convergence zone and shear line provides favorable uplift conditions for heavy rainfall weather. The "suction effect" formed by low layer convergence and high layer divergence effectively promotes the rising movement of water vapor in the lower layer. In the process of heavy precipitation weather， the vertical movement and bit vortex development have some instructive significance for the heavy rainfall fall area and intensity forecast in the reservoir area. On the radar echo， the time of adverse wind area governor and "train effect" ， which have a good reference significance for rainstorm weather.
Key words Heavy Precipitation Vortex; Train Effect
江西省自2019年以來降水偏多，防汛形势严峻，雨季（3—6月）时间长，降水过程集中、局地性强，全省各主要江河发生暴洪风险等级高。为减少洪涝灾害损失，合理利用和保护水资源，科学开展库区降水面雨量预报工作非常必要。东津水库位于江西省西北部修水县境内修河上游（铜鼓、修水境内），水库坝址以上流域面积1 080 km2，多年平均流量30.2 m3/s，为多年调节水库，正常蓄水位190 m，设计洪水位196.5 6 m，属省内中型水库[1-2]。
修河属鄱阳湖水系，三面环山，其中北、西以幕阜山脉和大侈山为主，南面上游部分为九岭山脉。受亚热带湿润季风气候影响，流域内汛期炎热多雨，流量极不稳定，水位变幅大，较低的地方极易受到暴雨山洪灾害的影响。由于地形复杂，近年来东津水库暴雨频发，造成严重灾害。暴雨过程的突发性、局地性强，出现时间及强度预报难度较大。王福侠等[3]指出充足的水汽输送、强的动力条件以及高降水效率是极端降水的重要原因。朱乾根等[4]研究发现低空急流与高空西风急流的耦合是强暴雨发生的关键指标。冉仙果等[5]通过分析发现，垂直速度、涡度和假相当位温等物理因子和的“列车效应”对预报持续性暴雨有较好的指示意义。每年的4—7月为东津水库的集中降雨期，也是水库汛期气象服务的关键期。水库入汛、出汛时间以及汛期总雨量的科学预测，直接关系到库区防洪调度决策，对保障当地人民生命财产安全具有重要意义，做好汛期库区面雨量预报是做好全年水库气象服务的关键[6]。本文利用自动站观测资料，分析2020年6月30日显著影响东津水库水位的暴雨天气过程，探索出影响东津水库极端暴雨的发生发展机制，研究成果对科学指导库区防汛、农业生产、人民生活等方面具有重要意义。
1 降水概况与库区水情
2020年6月29日08：00～7月2日08：00，江西北部和中部地区先后出现较大范围的暴雨到大暴雨天气（图1），有875站次（含水文站）出现暴雨，331个站次出现大暴雨，9个站次出现大暴雨，最大为上饶市广信区郑坊站357 mm。此次过程东津水库（图中方框区域）受强降水影响明显，降水过程造成库区水位在3 d内由187.5 m上升至192.0 m，超出汛限2 m，给库区防汛工作带来较大的压力。
流域测站最大雨强为18 mm，持续时间为6～10 h左右，在流域测站最大降雨出现后的8～12 h内，水库流量迅速增加，7月1日15：00～18：00出现最大雨强，最大雨强出现前有雨的时间为8～10 h，累计雨量越大，库区涨水时间距离最大降雨出现的时间越短。在7月1日00：00库区水位开始快速高涨，至7月2日00：00水位由187.5 m上升至192.0 m，超过库区汛限2 m（图2）。说明入库水位上涨对强降水有较好的响应，但存在8～12 h的时间差。
2 强降水过程分析
2.1 天气形势及环流背景
此次暴雨过程发生在一定的天气形势条件下，29日08：00 500 hPa高空形势图上（图3），亚洲中高纬为“一槽一脊”型的环流形势，中槽位于内蒙古中部，槽底延伸至安徽—湖南一带，副热带高压588线穿过江西中部，脊线在21°N，西脊点在108°E附近，低涡位于我国东北地区，低涡后部有冷空气补充南下。6月29日08：00湖北至湖南副高850 hPa贵州中部—湖南中部—江西北部有显著西南气流输送水汽，最强风速达26 m/s;山东至湖南北部有切变存在;29日20：00，低槽过境，槽底移动至广西北部;6月30日—7月1日南支槽不断生成东移，850 hPa西南气流和切变继续维持，库区流域修水和铜鼓站处在槽前西南气流中。850 hPa温度脊和地面倒槽东移南压至福建北部、赣南至广东一带[7]。受高空冷槽、中低层切变和温度脊的共同影响，6月29日—7月1日东津水库出现了暴雨到大暴雨天气。
2.2 水汽条件
暴雨发生需要一定的水汽条件，王秀明等[8]通过数值模拟分析发现，大气低层湿度对风暴的组织结构有较大影响，中—高湿度环境更有利于形成高度组织化的飑线。从水汽通量、水汽通量辐合两方面分析此次过程的水汽条件，低层均有明显的水汽输送（图4）。暴雨发生前，6月29日—30日水汽输送通道分别位于桂东—湘南—赣北一线，最大水汽通量数值为15～20 g/（g.cm-1.hPa-1.s-1）。库区暴雨发生区域均有较强的水汽辐合，新余—萍乡—上饶一带水汽辐合为-8×10-5/（g.cm-2.hPa-1.s-1）。可见，东津库区上游暴雨发生前有充足的水汽输送和水汽辐合，从低层到高层整层水汽均较好，低层水汽通量散度场显示低层有强的水汽辐合、高层水汽辐散，且维持了6～8 h，水汽在中低层大量积聚，低层辐合和高层辐散所形成的“抽吸作用”有效促进了低层水汽的上升运动，更有利于强降水天气的发生[9]。图5给出了库区流域（114°E～114.5°E，28°N～29°N）6月29日—7月1日过程区域平均相对湿度，可以看出6月29—30日整层相对湿度在90%以上，有利于暴雨的发生。
2.3 动力条件
从两次对流性过程的散度场来看（图6），6月29日08：00地面辐合线位于库区上游至上饶一带，200 hPa有中心值为0.25×10-6s-1辐散区，925 hPa上辐合为1.0×10-6s-1，850 hPa上为-0.4×10-6s-1的辐合区，此时在赣北北部地区有多个对流在辐合带上生成，呈东西向分布。随着高空低槽和低层切变东移，30日20：00地面辐合线东移南压，200 hPa辐散区为0.3×10-6s-1，700 hPa、850 hPa为-0.2×10-6s-1、-0.4×10-6s-1辐合区，辐合层高度增加，加强了上升运动，有利于加强降水，对应的库区下游铜鼓部分地区出现暴雨，局地出现大暴雨[10]。7月1日200 hPa上江西上空为0.5×10-6s-1的辐散区，850 hPa在库区流域为-0.2×10-6s-1的辐合區，在低层辐合和高层辐散的作用下，铜鼓地区出现短时强降水。7月2日08：00锋面南压至赣中北部地区，850 hPa上锋面附近为0.3×10-6s-1的辐散区，上升运动转为下沉运动，强对流天气过程结束。
强上升气流长时间维持是产生局地暴雨的必要条件[11]。6月29日09：00开始修水站由下沉运动转为上升运动，中心值为0.2×10-1，出现在850 hPa附近，30日08：00 850～700 hPa上升气流旺盛，中心值为0.8×10-1，强上升运动将低层暖湿气流抬升至高层，为短时强降水的产生和维持提供了充足的水汽和动力条件（图7）。
7月1日修水站08：00～20：00整层为上升运动，中心值为-1.4×10-1，出现在800 hPa附近。铜鼓站08：00～20：00上升运动伸展至600 hPa，中心值为-0.6×10-1，出现在700 hPa附近，这种低层辐合、高层辐散的抽吸效应利于库区建立深厚的垂直上升区，为强降水提供了有利的动力抬升条件，也是此次暴雨过程强度较高的重要因素[12]。
2.4 热力条件
江西西北部东津水库流域上空存在深厚湿层和高湿舌，低层中尺度风场和水汽的辐合抬升以及特殊的地形条件，促成了该地区强降雨的发生发展及维持（图8a）。暴雨发生低层有较强的西南风，低层有暖平流，湿层深厚，不稳定能量Cape值为871 J/kg，为该地区暴雨天气发生提供了充足的水汽和热力条件（图8b）。库区流域平均位涡时序图（图9），可以看出在强降水发生前7月29日08：00，对流层高层300 hPa存在一个中心值为0.6 PVU的位涡库，一直延伸至700 hPa附近。6月30日—7月1日位涡库向下伸展，正涡柱向下延伸并随高层位涡向东移动，向下发展的低涡进一步加强了低层辐合，促进了上升运动的发展。
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