2014年5月廣東連續(xù)兩次暴雨過(guò)程對(duì)比分析

麥健華， 于玲玲， 方宇凌， 湯沛

(1.中山市氣象局，廣東中山　528400；2.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州　510275)

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2014年5月廣東連續(xù)兩次暴雨過(guò)程對(duì)比分析

麥健華1， 于玲玲2， 方宇凌1， 湯沛1

(1.中山市氣象局，廣東中山528400；2.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州510275)

摘要：利用Micpas實(shí)況數(shù)據(jù)、NCEP 1°×1°再分析資料以及雷達(dá)資料對(duì)2014年5月8日和11日廣東連續(xù)2次暴雨過(guò)程作了對(duì)比分析，結(jié)果表明：2次暴雨過(guò)程在形勢(shì)上均與南支槽東移和低空急流密切相關(guān)，但高層輻散形成的機(jī)制不同；2次暴雨過(guò)程在水汽輸送和不穩(wěn)定層結(jié)等因素上表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)；在雷達(dá)資料方面，8日過(guò)程珠三角附近“逆風(fēng)區(qū)”的存在使回波增強(qiáng)并維持，風(fēng)向的輻合作用較明顯；而11日的暴雨則表現(xiàn)為西南風(fēng)風(fēng)速的輻合。

關(guān)鍵詞：天氣學(xué)； 暴雨形勢(shì)； 雷達(dá)特征； 廣東

每年的4—6月是廣東省的前汛期。前汛期暴雨一般與冷空氣活動(dòng)以及暖濕氣流的北上密切相關(guān)，其影響系統(tǒng)多，降水強(qiáng)度大、范圍廣，致災(zāi)重，一直是預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。氣象專家通過(guò)分析和歸納，把廣東前汛期暴雨的環(huán)流形勢(shì)劃分為兩脊一槽型、兩槽一脊型、中緯多波型3種[1]。林良勛等[2]對(duì)2008年出現(xiàn)的罕見(jiàn)“龍舟水”過(guò)程進(jìn)行了分析，指出期間每次過(guò)程都與西風(fēng)槽、低空急流的影響密切相關(guān)；伍志方等[3]對(duì)2010年5月連續(xù)2次的暴雨過(guò)程做了對(duì)比分析，得出了該2次暴雨過(guò)程產(chǎn)生的異同點(diǎn);何立富等[4]立足于引發(fā)暴雨過(guò)程的大尺度水汽輸送特征，對(duì)2005年6月華南特大暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，指出南海夏季風(fēng)的活動(dòng)與該次暴雨過(guò)程有密切關(guān)系。經(jīng)過(guò)眾多氣象工作者的努力，對(duì)廣東前汛期暴雨的研究取得了相當(dāng)大的進(jìn)展[5-9]，但每年各氣象臺(tái)站對(duì)前汛期暴雨的空?qǐng)?bào)、漏報(bào)現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，因此對(duì)前汛期暴雨的研究任務(wù)依然任重道遠(yuǎn)。

2014年5月8日和11日，廣東先后出現(xiàn)了2次大范圍的暴雨降水過(guò)程，且2個(gè)過(guò)程的特點(diǎn)各有不同，具有研究?jī)r(jià)值。本研究將從天氣形勢(shì)、物理診斷、雷達(dá)資料分析入手，對(duì)這2次降水過(guò)程進(jìn)行研究，以期為廣東前汛期暴雨的預(yù)報(bào)提供參考。

1過(guò)程概況

根據(jù)廣東省氣象自動(dòng)站網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，5月8日08：00—12日08：00(北京時(shí)，下同)，廣東省普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，該次過(guò)程全省平均雨量111.0 mm，臺(tái)山市端芬鎮(zhèn)錄得最大累積雨量834.2 mm(圖1)。除降水強(qiáng)度較大外，局部還伴有10級(jí)以上的短時(shí)雷雨大風(fēng)天氣。

圖1　2014年5月8日(a)和11日(b)廣東省降水分布(單位：mm)

該次過(guò)程可分為3個(gè)降雨時(shí)段進(jìn)行考慮。5月8日的降水發(fā)生在下午到前半夜，其中傍晚前后雨強(qiáng)最大，落區(qū)主要集中在南部沿海，降雨量級(jí)從沿海向內(nèi)陸遞減，珠江口以西的中山、珠海、江門地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，珠江口以東的沿海地區(qū)出現(xiàn)暴雨局部大暴雨(圖1a)。5月9—10日的降水主要集中在陽(yáng)江到江門的南部一帶，局地性非常強(qiáng)。5月11日降水主要發(fā)生在白天到前半夜，暴雨落區(qū)主要集中在江門到廣東東南部沿海一帶，其中深圳、珠海出現(xiàn)大暴雨局部特大暴雨，另外，惠州、汕尾、揭陽(yáng)和潮州錄得大暴雨量級(jí)降水的站點(diǎn)數(shù)也較多(圖1b)。本研究將針對(duì)8日和11日的大范圍降水過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，揭示前汛期降水的一些特點(diǎn)。

2暴雨過(guò)程對(duì)比分析

2.1環(huán)流形勢(shì)

5月8日08：00，200 hPa以西風(fēng)環(huán)流為主，其中貴州到廣西西部為明顯的高空槽區(qū)，表明底層低值系統(tǒng)深厚[10]；高空槽自西向東移動(dòng)，到了8日20：00已經(jīng)移動(dòng)到湖南到廣西的中部并接近廣東省，槽前的正渦度平流使高空輻散得到加強(qiáng)，有利于降水形成。500 hPa上，2個(gè)高壓脊之間是一個(gè)寬廣的槽區(qū)，不斷分裂短波槽南下影響我國(guó)，中高緯屬于兩脊一槽型形勢(shì)。8日08：00，南支波動(dòng)位于廣西西部，到了20：00，該南支波動(dòng)已經(jīng)東移到廣西的中部到廣東的西部，并且在珠江口以西也出現(xiàn)了明顯的風(fēng)向波動(dòng)。850 hPa上，8日08：00廣東省受西南氣流控制；到了20：00，珠江口附近的沿海風(fēng)速增大到16 m/s，但此時(shí)廣東省內(nèi)陸上空風(fēng)速并沒(méi)有明顯增大，因此在珠江口附近形成了明顯的風(fēng)速輻合，同時(shí)在珠江口附近又形成了東南風(fēng)和西南風(fēng)明顯的風(fēng)向輻合。地面上，8日在廣西的西部有一西南低渦生成，廣東省的地面風(fēng)在8日白天以東北風(fēng)為主，但隨著低空急流的加強(qiáng)，沿海附近由東北風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為西南到東南風(fēng)，與內(nèi)陸的東北風(fēng)對(duì)峙形成了地面風(fēng)輻合線。從中分析(圖2a)來(lái)看，廣東省范圍內(nèi)水汽條件均比較充足，整層水汽積分(IQ)值較大；對(duì)流不穩(wěn)定能量(CAPE)的大值區(qū)則主要位于西部到珠江口東岸一帶，與主雨區(qū)的位置對(duì)應(yīng)較好。因此，5月8日的暴雨是在200 hPa高空槽和500 hPa南支波動(dòng)?xùn)|移的影響下，加上低空急流的作用形成的，而且由于低層風(fēng)速、風(fēng)向的輻合主要位于珠江口附近的沿海地區(qū)，所以沿海特別是珠江口附近的降水最為明顯，江門、中山、珠海均出現(xiàn)了大暴雨量級(jí)的降水。

5月11日08：00，200 hPa上中高緯為西風(fēng)環(huán)流，南亞高壓位于中南半島上。廣東省上空為急流區(qū)入口的右側(cè)，表明為明顯的輻散場(chǎng)。500 hPa上為典型的兩脊一槽型，我國(guó)的大部分地區(qū)被寬廣的槽區(qū)所控制，不斷分裂短波槽南下。850 hPa上，10日20：00廣東省上空被強(qiáng)勁的西南到偏南急流所控制，位于湖北、湖南、貴州一帶的切變線逐漸南壓；11日08：00，切變線已經(jīng)南壓到廣西的中部并開(kāi)始影響廣東省的西北部，此時(shí)切變線南部的西南風(fēng)速達(dá)到16～18 m/s，在切變線與西南急流的共同影響下，廣東省出現(xiàn)明顯降水，雨區(qū)位于切變線右側(cè)。地面上，受弱冷空氣的影響，11日廣東省北部的地面風(fēng)由南風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為北風(fēng)，但南部仍以南風(fēng)為主，因此在廣東省的南部形成了地面風(fēng)輻合線。從11日08：00的中分析來(lái)看(圖2b)，廣東省水汽條件充足，但不穩(wěn)定能量區(qū)主要位于南部沿海地區(qū)，因此主降水區(qū)也出現(xiàn)在南部沿海。

圖2　5月8日20：00(a)和5月11日08：00(b)中分析圖

2.2水汽條件

利用NCEP的FNL 1°×1°再分析資料對(duì)暴雨過(guò)程的水汽條件進(jìn)行分析。5月8日08：00，850 hPa上來(lái)自孟加拉灣的水汽輸送帶經(jīng)中南半島輸送到達(dá)兩廣地區(qū)，水汽通量的大值中心超過(guò)12 g/(cm·hPa·s)，主要位于廣西南部；此時(shí)在廣東省的西部和東部出現(xiàn)了水汽通量的輻合，與之對(duì)應(yīng)，廣東省開(kāi)始出現(xiàn)降水，但降水的強(qiáng)度跟范圍不大，以局地降水為主。隨著南支槽的東移和低空急流的形成，水汽通量以及水汽通量輻合的大值中心逐漸往東擴(kuò)展，表明更加充沛的水汽不斷向廣東省上空輸送，此時(shí)在雷達(dá)拼圖上也可以看到有一條明顯的雨帶在自西往東移動(dòng)。到了5月8日20：00，水汽通量的大值中心往東擴(kuò)展到珠江口以西，量值沒(méi)有明顯變化(圖3a)；但從水汽通量散度來(lái)看，位于南部沿海的低空急流已經(jīng)形成，在珠江口附近形成風(fēng)向和風(fēng)速的明顯輻合，因此在珠江口附近出現(xiàn)了一個(gè)水汽通量的輻合中心(圖3b)，大小達(dá)到2.5×10-5g/(cm2·hPa·s)，引發(fā)了珠江口附近在傍晚前后的強(qiáng)降水，部分站點(diǎn)的降水強(qiáng)度在80 mm/h以上。之后，水汽通量以廣西南部為中心繼續(xù)增大東擴(kuò)，但水汽輻合區(qū)已移到粵東地區(qū)，且大值中心位于東南部沿海，雨帶也隨之移到粵東且強(qiáng)度減弱，此時(shí)粵西降水基本結(jié)束。

11日02：00，925 hPa上水汽通量的大值中心主要位于北部灣到廣東省西南部和珠江口附近，量值在27 g/(cm·hPa·s)以上，水汽通量的大小自南向北遞減，此時(shí)受到低空急流以及切變線南壓的影響，廣東省的西南部和西北部開(kāi)始出現(xiàn)降水。之后隨著南支槽的東移和切變線自西北向東南移動(dòng)，水汽通量的大值中心也出現(xiàn)明顯東移，但大值中心始終位于南部沿海。到了11日14：00，原來(lái)位于西南部的大值中心已經(jīng)東移到珠江口附近并與原來(lái)位于該處的另一個(gè)大值區(qū)合并，強(qiáng)度維持(圖3c)，但水汽通量散度的大值區(qū)位于廣東省中部，量值在5×10-5g/(cm2·hPa·s)以上(圖3d)，對(duì)應(yīng)在雷達(dá)圖上可以看到南北兩條雨帶在廣東省中部附近逐漸合并，并繼續(xù)向東南移動(dòng)，為廣東省的東南部帶來(lái)了暴雨到大暴雨量級(jí)的降水。之后，水汽通量大值區(qū)和輻合中心繼續(xù)東移并逐漸移出廣東省，降水基本結(jié)束。值得一提的是，該次過(guò)程切變線的南壓并沒(méi)有為粵北地區(qū)帶來(lái)大范圍的暴雨，整體上中北部的水汽輻合也比南部要強(qiáng)，但最明顯的降水出現(xiàn)在切變線南部被低空急流所控制的區(qū)域，這可能是由于水汽的輸送主要集中在南部，北部的水汽不足造成的。

圖3　5月8日20：00 850 hPa水汽通量(a)和水汽通量散度(b)；5月11日14：00 925 hPa水汽通量(c)和水汽通量散度(d)

可見(jiàn)，2次暴雨過(guò)程均與低空急流為廣東省帶來(lái)的充沛水汽有關(guān)，但5月11日的降水過(guò)程除了低空急流的作用外，切變線的南壓也為水汽的積聚和輻合創(chuàng)造了良好的條件。另外，從珠三角附近(113°E，22°N)的水汽通量散度時(shí)間-高度剖面圖可得(圖4)，8日過(guò)程水汽輻合中心在低層較弱，但垂直高度較厚，延伸到600 hPa左右；而11日過(guò)程雖然在低層水汽輻合非常強(qiáng)烈，但延伸的高度不夠，850 hPa高度上已經(jīng)以水汽通量的輻散為主。這也可能是2次過(guò)程均以強(qiáng)降水為主，部分地區(qū)雖然出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，但沒(méi)有出現(xiàn)冰雹等更強(qiáng)烈的對(duì)流天氣的原因。

圖4　珠三角附近水汽通量散度的時(shí)間-高度垂直剖面(單位：×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1)

2.3大氣層結(jié)穩(wěn)定度

除了充沛的水汽輸送，不穩(wěn)定層結(jié)的存在也是暴雨發(fā)生的重要條件。在8日08：00暴雨過(guò)程開(kāi)始前，陽(yáng)江到香港一帶的不穩(wěn)定能量較小。從8日20：00陽(yáng)江及香港的溫度對(duì)數(shù)壓力圖來(lái)看，濕層相當(dāng)深厚，陽(yáng)江在500 hPa高度以上開(kāi)始出現(xiàn)干區(qū)(圖略)，而香港的濕層一直伸展到200 hPa以上(圖略)。從風(fēng)的垂直分布來(lái)看，兩地在低空均出現(xiàn)了急流，但陽(yáng)江以偏南到西南急流為主，香港則為東南急流，說(shuō)明在珠江口附近有風(fēng)向的輻合。兩地的高空風(fēng)速基本上表現(xiàn)出由低向高減小的分布，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為偏西到西北風(fēng)，風(fēng)的垂直切變不大，所以5月8日過(guò)程以強(qiáng)降水為主，強(qiáng)對(duì)流天氣表現(xiàn)不明顯。從11日08：00的溫度對(duì)數(shù)壓力圖來(lái)看，陽(yáng)江站的不穩(wěn)定能量充足，且上干下濕的形勢(shì)明顯(圖略)，但陽(yáng)江位于水汽輸送的邊緣地區(qū)，降水不明顯；而香港站的不穩(wěn)定能量比陽(yáng)江要小，表現(xiàn)為深厚的濕層(圖略)；汕頭站的不穩(wěn)定能量進(jìn)一步減小，雖然也表現(xiàn)為上干下濕的分布，但不穩(wěn)定能量累積不足，對(duì)流天氣不明顯(圖略)。

2.4雷達(dá)特征對(duì)比

5月8日下午粵西地區(qū)逐漸有對(duì)流單體生成并自西南向東北方向移動(dòng)，但單體的范圍較小，強(qiáng)度較弱，主要造成局地性降水。隨著南支波動(dòng)的東移，更多的對(duì)流單體在陽(yáng)江附近生成并合并東移，形成范圍較大的降水回波，但此時(shí)回波的強(qiáng)度仍然較弱。隨著回波移近珠江口，由于受到低空急流的影響，回波強(qiáng)度迅速增強(qiáng)。在回波接近江門時(shí)，從雷達(dá)速度圖上可以看到江門附近的負(fù)速度區(qū)中有一塊正速度區(qū)的存在，且正速度區(qū)被零線包圍，判斷為“逆風(fēng)區(qū)”[12-13]，回波經(jīng)過(guò)“逆風(fēng)區(qū)”時(shí)受到強(qiáng)烈輻合的影響，強(qiáng)度增加，形成了核心強(qiáng)度為60 dBz的強(qiáng)回波帶，為江門地區(qū)帶來(lái)了強(qiáng)降水?；夭ń咏猩綍r(shí)雖然有所減弱，但從速度圖上仍可明顯看到有低空風(fēng)的輻合，且從速度圖的“S”分布形狀可以看出受低空急流的影響，有暖平流的作用(圖5b)，回波受輻合影響再次加強(qiáng)到55 dBz以上，中山出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水(圖5a)。此時(shí)在珠三角的中北部由于輻合作用不明顯，回波強(qiáng)度維持在35～40 dBz左右。之后回波在繼續(xù)東移的過(guò)程中，部分強(qiáng)回波向洋面上發(fā)展，陸上回波在經(jīng)過(guò)深圳后由于低空風(fēng)輻合減弱，回波強(qiáng)度也明顯減弱，但由于珠江口以東的沿海地區(qū)降水時(shí)間較長(zhǎng)，所以大部分地區(qū)也出現(xiàn)了暴雨量級(jí)的降水。

圖5　雷達(dá)強(qiáng)度(單位：dBz)(a、c)和速度(單位：m/s)(b、d)

從11日上午的雷達(dá)回波強(qiáng)度圖可見(jiàn)，珠三角南部沿海一帶已出現(xiàn)明顯降水，此時(shí)廣東省西北部地區(qū)受切變線的影響出現(xiàn)降水回波，回波呈帶狀分布，但強(qiáng)度較弱。從速度圖上可以看出從低空到高空均以西南風(fēng)為主，但低空下風(fēng)向負(fù)速度中心(-15～-20 m/s)的范圍比上風(fēng)向正速度中心的范圍要大，說(shuō)明低空已經(jīng)存在風(fēng)速的輻合并長(zhǎng)時(shí)間維持。受低空急流以及風(fēng)速輻合的影響，從中午11：30左右江門附近又有降水回波生成并在東移的過(guò)程中迅速增強(qiáng)到55 dBz以上，為江門、中山和珠海帶來(lái)了暴雨到大暴雨量級(jí)的降水(圖5c)，此時(shí)低空風(fēng)的輻合仍然維持(圖5d)。西北部的回波帶在東移南壓的過(guò)程中單體不斷增強(qiáng)，在11日13：00左右形成一條颮線，并在東移的過(guò)程中與南部的降水回波結(jié)合且繼續(xù)東移，影響廣東省東部地區(qū)，但由于回波移到東部之后風(fēng)速的輻合作用明顯減弱，所以回波強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，此時(shí)在珠江口以西沿海地區(qū)仍有回波生成，影響珠海等地。到了12日清晨，降水回波移到海上，廣東省暴雨基本結(jié)束。

3結(jié)論

1)2次暴雨過(guò)程中層均為兩脊一槽型，且與南支波動(dòng)的東移以及低空急流有密切關(guān)系，但11日暴雨同時(shí)伴有切變線的南壓以及弱冷空氣的滲透。而在高層上，8日降水過(guò)程是由于高空槽東移造成高空輻散，而11日過(guò)程是由于廣東省位于南亞高壓邊緣造成風(fēng)向上的輻散。

2)2次暴雨過(guò)程均與低空急流為廣東省帶來(lái)的充沛水汽有關(guān)，但11日的降水過(guò)程除了低空急流的作用外，切變線的南壓也為水汽的積聚和輻合創(chuàng)造了良好的條件。另外，8日過(guò)程水汽輻合中心在低層較弱，但垂直高度較厚；而11日過(guò)程在低層水汽輻合非常強(qiáng)烈，但延伸的高度較低。

3)8日過(guò)程開(kāi)始前粵西到珠三角附近的CAPE值明顯增大，但上干下濕的形勢(shì)和高空風(fēng)切變表現(xiàn)不明顯；11日過(guò)程由于切變線以及低空急流的共同作用，基本上西部的不穩(wěn)定能量要比東部大，從陽(yáng)江到香港、汕頭的CAPE值逐漸減小，而且西部站點(diǎn)上干下濕的分布比東部要明顯，因此西部的雷雨天氣比東部要強(qiáng)烈。

4)2次暴雨的雷達(dá)回波特征有所不同。雖然2次暴雨的發(fā)生都與低空急流有關(guān)，但11日暴雨過(guò)程還有切變線的作用，表現(xiàn)為由切變線造成的降水在東移南壓的過(guò)程中形成颮線并與南邊降水回波合并。從速度圖上看，5月8日暴雨出現(xiàn)了“逆風(fēng)區(qū)”使回波增強(qiáng)并維持，風(fēng)向的輻合作用較明顯；而11日的暴雨則表現(xiàn)為西南風(fēng)風(fēng)速的輻合。

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收稿日期：2015-08-25

基金項(xiàng)目：中山市氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目《城市化對(duì)中山市高、低溫天氣影響的數(shù)值模擬研究》

作者簡(jiǎn)介：麥健華(1985年生)，男，工程師，研究生，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)。E-mail：maigua@163.com

中圖分類號(hào)：P44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.02.001

Comparing and Analyzing Two Consecutive HeavyRains over Guangdong Province in May 2014

MAIJian-hua1,YULing-ling2,FANGYu-ling1,TANGPai1

(1. Meteorological Bureau of Zhongshan City, Zhongshan 528400; 2. MeteorologicalObservatory of Guangdong Province, Guangzhou 510080)

Abstract：Using Micaps observations, NCEP 1°×1° reanalysis and radar data, we compared and analyzed two heavy rains that happened consecutively in Guangdong province on May 8 and 11, 2014. The result is shown as follows. The two heavy rains were closely related with the eastward movement of a southern branch of the westerlies and low-level jet streams, but with different formation mechanisms for high-level divergence. The two rain processes differ in the factors of water vapor transport and instable stratification: the May 8 rain was with a "headwind" zone over the Pearl River Delta that intensified and maintained the echo, with significant convergence of wind direction, and the May 11 rain was with the convergence of southwesterly wind speed, as reflected in radar data.

Key words：climatology; patterns of heavy rain; radar echo characteristics; Guangdong

麥健華， 于玲玲， 方宇凌， 等.2014年5月廣東連續(xù)兩次暴雨過(guò)程對(duì)比分析[J].廣東氣象，2016,38(2)：1-5.