2016年1月佛山一次冬季暴雨診斷分析

伍淑瑜，張偉強(qiáng)，招偉文

(1.廣東省佛山市順德區(qū)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東 佛山 528300；2.廣東省佛山市順德區(qū)氣象局，廣東 佛山 528300)

2016年1月佛山一次冬季暴雨診斷分析

伍淑瑜1，張偉強(qiáng)2，招偉文1

(1.廣東省佛山市順德區(qū)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東 佛山 528300；2.廣東省佛山市順德區(qū)氣象局，廣東 佛山 528300)

該文利用自動氣象站逐小時雨量資料、常規(guī)氣象觀測資料，以及NCEP1°×1°的6 h再分析資料，從環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、物理量特征等對2016年1月26—28日佛山市出現(xiàn)的罕見冬季暴雨過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明: 持續(xù)的水汽輸送、高空槽長時間維持、冷暖氣流交匯以及副高的東退，是此次冬季暴雨的背景；這次冬季暴雨過程和超強(qiáng)厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應(yīng)有關(guān)，同時低層輻合、高層輻散的強(qiáng)抽吸作用有利于持續(xù)降水發(fā)生；高低空配置有利于持續(xù)降水發(fā)生，但正負(fù)渦度場臨界高度較低，不利于形成強(qiáng)對流天氣；持續(xù)的高能量環(huán)境提供充足熱力條件以維持降水發(fā)生。

冬季；暴雨；診斷物理量；佛山

Abstract：Based on the hourly precipitation data of ground intensive stations,conventional observation data,as well as NECP 1°×1°reanalysis data,the heavy rainfall occurred during 26-28 January 2016 in Foshan city of Guangdong Province was analyzed,the result is shown as follows.Continuous water-vapor transportation,maintain of the upper though,convergence of cold and warm air and the back East of the subtropical high,which are the background of the winter rainstorm.This rainstorm is related to the enough supply of vapor which depends on the background of El Nino,the mean time,strong suction effect which is due to the convergence of lower level and divergence of upper level does favor to sustained precipitation;upper and lower level configuration makes for precipitation,but the height of the positive and negative vorticity field is low,is not conducive to the formation of severe convection weather;high energy environment provides adequate and continuous thermal conditions to maintain precipitation.

Keywords：winter;rainstorm;diagnostic physical characteristics;Foshan

1 引言

佛山地處廣東中部，珠江口西北側(cè)，春夏兩季西南季風(fēng)影響，水汽條件充沛，動力條件充足，暴雨較為常見。但冬季主要受大陸高壓，冬季風(fēng)(偏北)控制，空氣相對干燥，降水量全年最少，暴雨并不多見，僅占當(dāng)?shù)乇┯耆盏?.6%。近年來，氣象學(xué)者開展了許多關(guān)于暴雨方面的研究，并取得一系列重要的研究成果。有的文獻(xiàn)從大尺度環(huán)流背景、能量、單個物理量特征等方面分析探索暴雨過程的特點(diǎn)，如林良勛等[1]指出暴雨是廣東省洪澇的重要原因，影響的天氣系統(tǒng)有冷鋒、靜止鋒、西南低槽、低渦、切變線和低空急流等；張小霞等[2]在分析佛山一場大暴雨的強(qiáng)降水特征中指出，短波槽東移偏東氣流與暖濕西南氣流在廣東交匯，是形成大暴雨天氣過程的前提條件；張東[3]分析了廣州一次“黑色”暴雨的環(huán)流背景及觸發(fā)機(jī)制，指出高層南亞高壓位于華南上空使華南上空具有輻散流場，東路的低層弱冷空氣入侵是該次暴雨過程的動力觸發(fā)機(jī)制；羅聰[4]等分析了2010年廣州一次非典型性秋季冷空氣暴雨特征，并指出冷空氣入侵是觸發(fā)機(jī)制。有少量文獻(xiàn)從冬季暴雨角度開展研究，如賈子冰等[5]通過對1998年廣東一場冬季暴雨的個例分析，指出廣東的冬季暴雨主要由冷空氣和南支槽引起，蘇百興等[6]分析200 hPa的強(qiáng)輻散場和中低層西南氣流的加強(qiáng)有利于冬季暴雨發(fā)生。

本文試圖利用自動氣象站逐小時雨量資料、常規(guī)氣象觀測資料，以及NCEP1°×1°的6 h再分析資料，從環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、物理量特征分析2016年1月26—28日佛山市出現(xiàn)的罕見冬季暴雨過程，以期對今后類似的暴雨的預(yù)報和分析提供參考。

2 降水實(shí)況和環(huán)流形勢分析

2.1 降水實(shí)況

2016年1月24日超強(qiáng)寒潮影響廣東后，在環(huán)境氣溫仍較低的背景下，27—28日廣東中南部沿海同時出現(xiàn)大霧、暴雨等幾種天氣現(xiàn)象。佛山市從26日夜間到29日早上出現(xiàn)持續(xù)性降水，195個自動站錄得累計雨量均在100 mm以上，其中52個站達(dá)到200 mm以上(圖1)，降水中心在佛山市中南部地區(qū)。選取佛山市順德區(qū)地面氣象觀測資料分析逐時雨量(圖2)，這次降水過程小時雨強(qiáng)不大，均小于20 mm/h，但降水持續(xù)時間長，持續(xù)時間長達(dá)61 h，最長連續(xù)降雨時間長達(dá)32 h。

圖1 佛山市2016年1月26日20時—29日08時降水分布圖(單位：mm)Fig.1 The accumulated precipitation during 20 o’clock 26th to 8 o’clock 29th Jan 2016 in Foshan(unit: mm)

圖2 順德地面氣象觀測站(59480)2016年1月26—29日小時降水量(單位：mm)Fig.2 Hourly precipitation of Shunde meteorological observation station from 26th to 29th Jan 2016(unit: mm)

2.2 環(huán)流形勢分析

1月24日超強(qiáng)寒潮影響廣東并帶來歷史罕見降雪，25日500 hPa東亞大槽東移北收，南支槽發(fā)展，26—27日西南氣流加強(qiáng)，副熱帶高壓較為強(qiáng)盛，中心呈塊狀控制南海中部到西北太平洋，中心強(qiáng)度達(dá)592 dagpm。588線穩(wěn)定維持在南海北部，廣東處于槽前西南暖濕氣流控制，為持續(xù)降水提供條件[7]。28日高空槽東移至中南半島，28日夜間副熱帶高壓主體東退至關(guān)島附近，南支槽加深東移，廣東處于西南急流區(qū)，有利充足水汽輸送(圖3)。

圖3 2016年1月28日08時—29日14時500 hPa高度場平均Fig.3 The average circulation situation on 500 hPa level from 8 o’clock 28th to 14 o’clock 29th Jan 2016

從850 hPa圖(略)可見，25日佛山受東北氣流控制，26日轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，暖平流輸送明顯，一直到27日08時佛山處于西南風(fēng)和偏南風(fēng)的輻合區(qū)。27日白天到28日08時，輻合消失，對應(yīng)降水減弱期。28日08時后高壓西南側(cè)東南風(fēng)和西南風(fēng)的輻合區(qū)從廣西東部東移，28日夜間輻合區(qū)移到廣東中部，佛山處于輻合區(qū)中心。從平均風(fēng)場看出(圖略)，偏南氣流和西南氣流在廣東中部匯合。

地面海平面氣壓(圖略)看到25—26日佛山基本處冷高壓控制下，27日冷高壓變性，佛山處于東高西低的形勢場中，28日轉(zhuǎn)處鋒面低槽，29日鋒面過境，冷空氣影響。從海平面氣壓平均來看，廣東基本處于高壓區(qū)。

綜合地面到500 hPa環(huán)流形勢，持續(xù)的水汽輸送為暴雨的產(chǎn)生提供了水汽條件，高空槽長時間穩(wěn)定維持提供動力條件，冷暖氣流交匯以及副高的東退，成為此次冬季暴雨的觸發(fā)條件。

3 物理量分析

3.1 水汽條件

與春季、夏季不同，冬季華南地區(qū)盛行東北季風(fēng)，水汽條件不足，平均降水量處于全年低值區(qū)，一般較難提供持續(xù)強(qiáng)降水所需水汽，因此冬季暴雨不多見。然而，2015年受超強(qiáng)厄爾尼諾事件影響，夏季到秋冬轉(zhuǎn)換季，華南降水偏多，11—12月整層大氣水汽通量距平圖上反映出異常強(qiáng)的偏南風(fēng)水汽輸送[8]。這次冬季強(qiáng)降水過程之所以能發(fā)生和超強(qiáng)厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應(yīng)有關(guān)。

暴雨天氣通常伴有較強(qiáng)的水汽輸送，500 hPa高空圖顯示(圖略)26日08時T-Td<4 ℃的高濕區(qū)從東南半島東移至廣東，并一直維持到29日08時，即高層水汽充足。

從1 000～700 hPa水汽通量圖(圖4)看低層水汽情況。28日08時廣東沿海1 000～700 hPa有一個大于30g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量大值區(qū)，大量的水汽正通過東南風(fēng)往珠三角輸送，水汽通道已經(jīng)建立。

水汽通量的數(shù)值大小和方向只表示水汽的來源，要產(chǎn)生暴雨除了上空有充足的水汽供應(yīng)外，還必須有水汽的累積。從水汽通量散度圖分析，佛山此時處于水汽輻合區(qū)，水汽通量散度值達(dá)到-80-6g·cm-2·hPa-1·s-1，說明佛山上空水汽正在不斷積累。

圖4 2016年1月28日1 000—700 hPa水汽通量和通量散度，箭頭表示水汽通量，色塊為通量值(單位：g·cm-1 ·hPa-1·s-1)；等值線表示水汽通量散度(單位：-10-6 g·cm-2 ·hPa-1·s-1)Fig.4 The vapor flux(color lump,unit: g· cm-1 ·hPa-1·s-1) and the vapor flux divergence(real line,unit: -10-6g·cm-2·hPa-1·s-1) on 1000-700 hPa of 28th Jan 2016

從沿113°E經(jīng)向剖面的水汽通量散度圖看出，28日白天到夜間佛山(23°N)900～700 hPa的水汽輻合一直維持，而且處于水汽匯中心。白天開始900 hPa以下的水汽源從北向南延擴(kuò)(圖5a)，到夜間(圖5b)，低層水汽輻散減弱，中低層水汽輻合增強(qiáng)，高層水汽輻散增強(qiáng)，這種低層輻合、高層輻散的強(qiáng)抽吸作用有利于持續(xù)降水發(fā)生。

圖5 2016年1月28日14時(a)和20時(b)沿113°E經(jīng)向剖面水汽通量散度(單位：-10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.5 The meridional vapor flux divergence along 113°E(unit: -10-6g·cm-2·hPa-1·s-1)

整層大氣可降水量反映在有利的降水條件下，整層大氣最多可能產(chǎn)生的降水，整層大氣可降水量越大，說明大氣含水量越多，越有利形成暴雨。28日08時—29日08時整層大氣可降水量圖上看出(圖6)，廣東中南部地區(qū)處于可降水量大值區(qū)內(nèi)，達(dá)到40 mm。

圖6 2016年1月28—29日整層大氣可降水量(單位：mm)Fig.6 Precipitation of entire layer during 28th to 29th Jan 2016(unit: mm)

3.2 動力條件

從沿113°E經(jīng)向剖面看(圖7)，佛山存在低層輻合、高層輻散、有利于持續(xù)降水的高低空配置。從佛山的垂直運(yùn)動和散度高度時間演變圖(圖8)看，28日白天中低層渦度大，850 hPa對應(yīng)正渦度區(qū)；850～600 hPa對應(yīng)負(fù)渦度區(qū)，有利于降水的形成[9]。但因?yàn)檎?fù)渦度場臨界高度較低，不利于形成強(qiáng)對流天氣[10]。另外，28日白天到夜間，對應(yīng)持續(xù)降水時段，近地面層下沉運(yùn)動很弱，850～300 hPa有上升運(yùn)動，其中700～500 hPa上升運(yùn)動較明顯。

3.3 熱力條件

從700 hPa風(fēng)場和假相當(dāng)位溫場疊加分析可以看出，28日08時起有一高能舌伸向廣東沿海并維持，28日14時假相當(dāng)位溫值達(dá)342 ℃(圖9a)。這種持續(xù)的高能量環(huán)境反映當(dāng)時熱力、條件充足，加上西南季風(fēng)提供熱力輸送，對降水發(fā)生起較好的維持作用。直到29日08時假相當(dāng)位溫值降低，中心值下降約6 ℃。

圖7 2016年1月28日08時沿113°E經(jīng)向渦度剖面Fig.7 Meridional vorticity at 8 am 28th Jan 2016 along 113°E

圖8 28日08時—29日14時垂直運(yùn)動(陰影)(單位：Pa·s-1)和散度(單位：10-5·s-1)高度—時間演變(沿區(qū)域113°E，23°N平均)Fig.8 The vertical motion(unit: Pa·s-1)and divergence(unit: 10-5·s-1)from 8 o’clock 28th to 14 o’clock 29th

圖9 2016年1月28日20時700 hPa風(fēng)場和假相當(dāng)位溫(單位：℃)(a)；假相當(dāng)位溫和相對濕度沿23°N緯向剖面，等值線為假相當(dāng)位溫(單位：℃)，填色為相對濕度(單位：%)(b)Fig.9 Wind fields and pseudo-equivalent temperature on 700 hPa level at 20 o’clock 28th Jan 2016

進(jìn)一步分析θse垂直結(jié)構(gòu)特征，從假相當(dāng)位溫和相對濕度沿23°N的緯向剖面看，28日早上佛山600～350 hPa存在冷干區(qū)，低層和高層暖濕區(qū)(圖略)，28日夜間暖濕氣流從地面延伸至250 hPa(圖9b)，上空存在大范圍上升的偏南氣流，假相當(dāng)位溫升高，濕層厚度大。29日08時冷空氣入侵，850 hPa以下濕區(qū)，以上冷干區(qū)，降水結(jié)束。整個降水中假相當(dāng)位溫隨高度增加，大氣層結(jié)穩(wěn)定[10]，因此整個降雨過程雨勢平緩，小時雨強(qiáng)不大。

4 小結(jié)與討論

①持續(xù)的水汽輸送、高空槽長時間維持、冷暖氣流交匯以及副高的東退，是此次冬季暴雨的背景。

②冬季暴雨的水汽條件尤為重要，這次冬季暴雨過程和超強(qiáng)厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應(yīng)有關(guān)。佛山處于水汽通道上，且上空有水汽匯，低層輻合、高層輻散的抽吸作用有利于持續(xù)降水發(fā)生。

③高低空配置有利于持續(xù)降水發(fā)生，但正負(fù)渦度場臨界高度較低，不利于形成強(qiáng)對流天氣。

④伸向廣東的高能舌配合西南季風(fēng)為此次暴雨提供充足的熱力條件，以維持降水的持續(xù)發(fā)生。

[1] 林良勛，馮業(yè)榮，黃忠，等.廣東天氣預(yù)報技術(shù)手冊[M].北京：氣象出版社，2006.

[2] 張小霞，陳小蕓，楊宇聲，等.佛山一場大暴雨的強(qiáng)降水特征[J].廣東氣象，2006，28(2)：40-42.

[3] 張東，葉萌，肖偉軍，等． 廣州一次黑色暴雨的一流背景及觸發(fā)機(jī)制[J]．廣東氣象，2006，28(1):47-49．

[4] 羅聰，高亭，李懷宇.一次非典型秋季冷空氣暴雨過程分析[J].廣東氣象，2011，33(5):4-7．

[5] 賈子冰，羅秋紅.1998年廣東一場冬季暴雨的啟示[J].廣東氣象，1999，21(4):10-12.

[6] 蘇百興，段朝霞，梁健.廣東省隆冬季節(jié)暴雨及個例分析[J].廣東氣象，2001，23(4):4-6.

[7] 覃麗，黃海洪，溫水榮.廣西冬季一次罕見大范圍連續(xù)性暴雨過程成因分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(16):9888-9891，9973.

[8] 翟盤茂，余榮，郭艷君，等.2015/2016年強(qiáng)厄爾尼諾過程及其對全球和中國氣候的主要影響[J].氣象學(xué)報，74(3):309-321.

[9] 凌穎，黃海洪，何慧，等.廣西冬季暴雨事件的特征及影響天氣系統(tǒng)分析[J].廣西科學(xué)院學(xué)報，2005，21(1):47-55.

[10]李文奕，楊粵紅，李永兵，等.一次冬季持續(xù)性暴雨過程的診斷分析[J].廣東氣象，2013，35(5):14-18.

[11]胡永松，吳古會，張普寧，等.貴州西部2012年5月21-22日暴雨天氣形勢及物理量診斷分析[J].貴州氣象，2012，36(4):30-33.

DiagnosticanalysisofawinterrainstorminFoshanJanuary2016

WU Shuyu1,ZHANG Weiqiang2,ZHAO Weiwen1

(1.Shunde Emergency Early Warning Release Center，Guangdong 528300,China；2.Meteorological Bureau of Shunde District，Guangdong 528300，China)

P458.1+21.1

B

1003-6598(2017)04-0030-05

2016-11-01

伍淑瑜(1979-)，女，工程師，主要從事天氣預(yù)報和氣象服務(wù)工作，E-mail：66966272@qq.com。