一次粵西沿海地區(qū)強(qiáng)降水成因與GRAPES預(yù)報(bào)表現(xiàn)

黃潮光，馮業(yè)榮，黃青蘭，管勇，李曉欣

（1.廣東省江門市氣象臺(tái)，廣東江門529020；2.廣州中心氣象臺(tái)，廣東廣州510080；3.廣東省鶴山市氣象局，廣東鶴山529700）

一次粵西沿海地區(qū)強(qiáng)降水成因與GRAPES預(yù)報(bào)表現(xiàn)

黃潮光1，馮業(yè)榮2，黃青蘭1，管勇1，李曉欣3

（1.廣東省江門市氣象臺(tái)，廣東江門529020；2.廣州中心氣象臺(tái)，廣東廣州510080；3.廣東省鶴山市氣象局，廣東鶴山529700）

利用NCEP 4次/d的1°×1°FNL再分析資料、自動(dòng)站資料、多普勒天氣雷達(dá)資料、GRAPES_ 36 km模式預(yù)報(bào)資料，從天氣學(xué)的角度分析研究了2010年6月28日強(qiáng)降水的成因。分析結(jié)果表明，此次強(qiáng)降水系由于南海季風(fēng)槽建立造成，實(shí)況形勢分析和物理量場診斷都符合南海季風(fēng)槽的特征。強(qiáng)降水的輻合上升運(yùn)動(dòng)十分之明顯，水汽輻合高值區(qū)與暴雨落區(qū)一致，強(qiáng)降水伴隨南海季風(fēng)槽建立同時(shí)發(fā)生。GRAPES_36 km模式對此次季風(fēng)槽形勢預(yù)報(bào)、物理結(jié)構(gòu)描述得相當(dāng)清晰，暴雨落區(qū)對應(yīng)的高能區(qū)、強(qiáng)烈輻合區(qū)，模式描述相當(dāng)準(zhǔn)確，模式的提前量能夠保證對此次季風(fēng)槽造成的強(qiáng)降水作出提前預(yù)報(bào)。

南海季風(fēng)槽；強(qiáng)降水；GRAPES模式

1 引言

2010年6月27—29日粵西沿海地區(qū)先后出現(xiàn)大范圍大暴雨局部特大暴雨降水過程，在珠江口西側(cè)的粵西沿海地區(qū)形成東西向帶狀的暴雨區(qū)域（見圖1）。暴雨中心一個(gè)在江門新會(huì)區(qū)至臺(tái)山市沿海地區(qū)，另一個(gè)在江門的恩平市、陽江的陽東縣、陽西縣、陽春市一帶，主要降水時(shí)段在28日02—08時(shí)。最大過程降雨量和最大日雨量都出現(xiàn)在新會(huì)區(qū)崖門口附近的沿海地區(qū)，該地的東方紅水庫自動(dòng)站記錄到最大過程雨量為551.8 mm和最大日雨量為384.2 mm。

圖1 雨量圖

南海季風(fēng)槽[1]是南海夏季風(fēng)的重要組成部分，是南海夏季風(fēng)系統(tǒng)中引起降水的重要系統(tǒng)。已有研究認(rèn)為南海季風(fēng)槽主要的特點(diǎn)是低層輻合、高層輻散，槽區(qū)對應(yīng)著明顯的高濕區(qū),南海季風(fēng)槽的建立具有爆發(fā)性和突然性[2]。南海季風(fēng)槽不具備鋒面性質(zhì)，有熱帶輻合帶的鮮明特點(diǎn)，即強(qiáng)輻合、強(qiáng)對流。南海季風(fēng)槽在南海中北部建立,往往造成廣東、廣西兩省區(qū)（特別是沿海地區(qū)）持續(xù)多日的暴雨和大暴雨的強(qiáng)降水[3]。

季風(fēng)槽暴雨的分析研究已有不少的文獻(xiàn)[4-10]，取得了許多進(jìn)展。周慧等[11]利用GRAPES模式對南海季風(fēng)爆發(fā)開展模擬研究，比較成功地模擬出南海夏季風(fēng)的爆發(fā)時(shí)間和爆發(fā)候的高低層風(fēng)場配置以及季風(fēng)與季風(fēng)雨帶的向北推進(jìn)。文獻(xiàn)[12-16]對南海季風(fēng)爆發(fā)、南海季風(fēng)槽的建立及其降水等作了數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)或模擬研究。

本文從診斷分析和數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品解讀兩方面對此次暴雨過程進(jìn)行分析，試圖說明暴雨過程與南海季風(fēng)槽的密切關(guān)系，為今后提高預(yù)報(bào)員對特大暴雨的分析預(yù)報(bào)能力提供基礎(chǔ)。

2 環(huán)流背景與物理量分析

2.1 環(huán)流背景

2010年6月27日20時(shí)500 hPa副高加強(qiáng)西伸后將南支槽回推，并在粵西上空形成低渦，風(fēng)場輻合明顯（圖略）。850 hPa從中南半島過來的西南季風(fēng)與副高西南側(cè)穿過呂宋島、巴士海峽的東南氣流相遇于南海中北部，在南海的中北部呈現(xiàn)西南風(fēng)與東南風(fēng)擠壓的風(fēng)場輻合，南海季風(fēng)槽在南海中北部建立（見圖2a）。至6月28日08時(shí)輻合區(qū)已北移到25 N°附近（見圖2b）。也就是說，從27日20時(shí)到28日08時(shí)，廣東沿海地區(qū)經(jīng)歷了一次季風(fēng)槽的輻合區(qū)由南向北的過境過程，而28日02時(shí)—08時(shí)是此次粵西沿海地區(qū)強(qiáng)降水的主要時(shí)段。

圖2 2010年6月27—28日850 hPa實(shí)況圖

27日20時(shí)開始925 hPa在南海北部出現(xiàn)風(fēng)速輻合（見圖3a），直趨珠江口西側(cè)，到28日02時(shí)輻合中心進(jìn)一步靠近珠江口西側(cè)，而且風(fēng)速加大、風(fēng)向也出現(xiàn)輻合（見圖3b）。此時(shí)，陽江開始出現(xiàn)強(qiáng)降水（見圖4）。28日08時(shí)輻合中心在珠江口西側(cè)沿海地區(qū)，東南風(fēng)與西南風(fēng)的輻合更為明顯，珠江口以東為一致的東南風(fēng)，雷州半島以西為一致的西南風(fēng)（見圖3c）。

圖3 2010年6月27—28日925 hPa實(shí)況圖

從雷達(dá)圖與自動(dòng)站風(fēng)場觀測比較分析可見，28日02時(shí)是回波生成階段，陽江開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，此時(shí)陽江附近地面風(fēng)場出現(xiàn)強(qiáng)烈的輻合（見圖4a、d），帶狀回波與此配合的地面輻合風(fēng)場，呈現(xiàn)在粵西沿海地區(qū)。28日05時(shí)，回波處于發(fā)展階段，東移的過程中略有北抬。與此同時(shí)江門沿海地區(qū)地面風(fēng)場的輻合變得強(qiáng)烈（見圖4b、e），尤其是崖門口附近出現(xiàn)渦旋狀的輻合，正因?yàn)榇朔N強(qiáng)烈的輻合，崖門口附近的東方紅水庫自動(dòng)站記錄到最大過程雨量為551.8 mm和最大日雨量為384.2 mm。28日08時(shí)是回波最強(qiáng)盛的階段，強(qiáng)降水回波東起珠江口西側(cè)（見圖4c、f），西至陽江，而崖門口附近為強(qiáng)降水中心。對應(yīng)的地面風(fēng)場在粵西沿海地區(qū)出現(xiàn)一條東西向的輻合帶，輻合帶的北側(cè)為東至東北氣流，南側(cè)為南至西南氣流。

圖4 2010年6月28日多普勒天氣雷達(dá)拼圖和粵西沿海地區(qū)自動(dòng)站最大風(fēng)觀測圖

地面、低層（925、850 hPa）的強(qiáng)烈輻合對暖濕氣團(tuán)的抬升提供動(dòng)力的支持，而暖濕氣團(tuán)在抬升過程中潛熱能得到釋放，潛熱能的存在是激發(fā)強(qiáng)降水發(fā)生和維持的必要條件。

2.2 物理量分析

2.2.1 垂直速度剖面分析

28日02時(shí)沿22°N，109°—116°E，1000—200hPa的垂直速度剖面圖上，強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)中心出現(xiàn)在22°N，110°E附近的700 hPa以下的區(qū)域中（見圖5a）。此時(shí)，粵西沿海地區(qū)的陽江一段開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，至28日05時(shí)輻合上升運(yùn)動(dòng)中心東移、抬升至500 hPa的高度，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展至400 hPa（見圖5b），江門沿海地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水。整個(gè)過程來看，輻合上升運(yùn)動(dòng)十分之明顯，動(dòng)力抬升作用對大氣的對流發(fā)展有著積極的作用。

2.2.2 高層散度分析

27日20時(shí)的200hPa散度圖中，珠江口西側(cè)出現(xiàn)明顯的輻散區(qū)（見圖5c），低層輻合和高層輻散形成垂直方向的環(huán)流圈，有利于不穩(wěn)定能量在該地區(qū)釋放，也符合有關(guān)文獻(xiàn)[17]指出的季風(fēng)槽垂直結(jié)構(gòu)的特征。

2.2.3 水汽條件

在28日08時(shí)850 hPa水汽通量散度圖（見圖5d）上可以看到兩支對此次強(qiáng)降水起主要支持作用的水汽通道的存在，一支經(jīng)中南半島、一支經(jīng)南海南部的水汽在珠江口附近聚合，副高西南側(cè)還有一支水汽通道流經(jīng)巴士海峽后亦趨向南海北部。水汽能量輻合的高值區(qū)已經(jīng)移至珠江口附近，珠江口西側(cè)的強(qiáng)降水亦開始緩和。

圖5 2010年6月27—28日物理量實(shí)況分析圖

2.2.4 不穩(wěn)定度K指數(shù)

許多研究表明，氣團(tuán)指數(shù)K對暴雨天氣的預(yù)報(bào)有顯著的指示意義，K指數(shù)既表達(dá)了大氣穩(wěn)定度,又可體現(xiàn)低層水汽含量及濕層厚度。K值愈大,表明大氣層結(jié)愈不穩(wěn)定和水汽更充沛。K指數(shù)圖（見圖6）可見,K大于等于40℃的高值區(qū)由26日20時(shí)—27日08時(shí)向東伸展，38℃區(qū)到達(dá)粵西沿海地區(qū)，表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定且高濕區(qū)移入該區(qū)，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生。K指數(shù)增大說明該處處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，K指數(shù)增大比強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間有一定的提前,在暴雨預(yù)報(bào)中有一定的預(yù)示作用。

圖6 2010年6月26日20時(shí)與27日08時(shí)K指數(shù)場

2.3 實(shí)況資料綜合分析

用常規(guī)實(shí)況資料分析，從背景環(huán)流來看，此次強(qiáng)降水過程的成因是副高加強(qiáng)西伸過程中，副高西南端的東南氣流與穿過中南半島的西南季風(fēng)相遇，在南海中北部形成南海季風(fēng)槽而造成的。季風(fēng)槽附近，低層出現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速的輻合，并在850hPa、925 hPa呈現(xiàn)風(fēng)涌狀的風(fēng)場結(jié)構(gòu)，高層的200h Pa出現(xiàn)輻散。季風(fēng)槽建立、低層輻合區(qū)影響粵西的時(shí)段正好是粵西沿海地區(qū)強(qiáng)降水的時(shí)段，也證實(shí)了季風(fēng)槽建立與強(qiáng)降水幾乎同步發(fā)生。

物理量分析證實(shí)從28日02—08時(shí)在粵西沿海地區(qū)存在一低層輻合、高層輻散的區(qū)域，此區(qū)域中同時(shí)又是水汽能量輻合的高值區(qū)，在22°N， 109°—116 E°垂直速度剖面圖對應(yīng)強(qiáng)降水區(qū)域的強(qiáng)烈輻合尤其明顯。物理場診斷的特征分析可以認(rèn)為：不穩(wěn)定能量和充沛的水汽是激發(fā)大暴雨發(fā)生的主要原因。此時(shí)的物理量分布符合南海季風(fēng)槽低層輻合、高層輻散、強(qiáng)輻合、強(qiáng)對流，槽區(qū)對應(yīng)明顯的高濕區(qū)的特征。因此，可以證實(shí)此次強(qiáng)降水系由南海季風(fēng)槽建立造成。

從預(yù)報(bào)的角度分析，能預(yù)報(bào)南海季風(fēng)槽的建立就能報(bào)出強(qiáng)降水的發(fā)生，但南海季風(fēng)槽建立與強(qiáng)降水幾乎同步發(fā)生。預(yù)報(bào)的難點(diǎn)一是如何分析預(yù)報(bào)季風(fēng)槽的建立；二是如何解決海面觀測記錄稀少的問題，解決此類預(yù)報(bào)難題的一種途徑就是參考數(shù)值預(yù)報(bào)提供的資料。

3 GRAPES模式的表現(xiàn)

在中國氣象局廣州熱帶氣象研究所GRAPES_ 36 km模式以2010年6月26日20時(shí)為起始場報(bào)28日02時(shí)的數(shù)值預(yù)告中，形勢、要素都與實(shí)況相當(dāng)?shù)亟咏RAPES_36 km模式對季風(fēng)槽形勢預(yù)報(bào)、物理結(jié)構(gòu)描述得相當(dāng)清晰。

3.1 850hPa高度與風(fēng)場預(yù)告

GRAPES_36 km模式28日02時(shí)850 hPa高度與風(fēng)場數(shù)值預(yù)告圖上（見圖7 a），穿過中南半島的西南季風(fēng)與副高西側(cè)的東南風(fēng)在南海的中北部相遇，并出現(xiàn)擠壓性的風(fēng)場輻合（風(fēng)涌狀風(fēng)場），瓶頸出口（反喇叭口）趨向珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)，珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)出現(xiàn)風(fēng)速輻合，符合南海季風(fēng)槽的風(fēng)場特征。對比27日20時(shí)實(shí)況風(fēng)場形勢（見圖2a），基本一致，而且東南風(fēng)與西南風(fēng)在珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)的輻合更加明顯。也就是說模式850 hPa風(fēng)場預(yù)報(bào)報(bào)出了南海季風(fēng)槽在南海北部建立，影響區(qū)域?yàn)榛浳餮睾５亍?/p>

3.2 200hPa散度預(yù)告

GRAPES_36 km模式28日02時(shí)200 hPa散度數(shù)值預(yù)告圖上（見圖7 b），珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)為一明顯的輻散區(qū)，符合南海季風(fēng)槽的低層輻合、高層輻散特點(diǎn)。比較27日20時(shí)200 hPa散度實(shí)況圖（見圖5 c）可以看出，在GRAPES_36 km模式28日02時(shí)200 hPa散度數(shù)值預(yù)告圖上珠江口西側(cè)粵西沿海地區(qū)一帶的輻散更為明顯。

3.3 850hPa水汽通量散度預(yù)告

水汽通量散度表示大氣在該地區(qū)水汽的輻合輻散情況。充沛的水汽供應(yīng)是區(qū)域性暴雨產(chǎn)生的重要條件之一，在強(qiáng)降水過程中需有源源不斷的水汽輸入。GRAPES_36km模式28日02時(shí)850hPa水氣能量散度數(shù)值預(yù)告圖上（見圖7 c），經(jīng)中南半島與經(jīng)南海南部的兩支水汽在珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)聚合，水汽能量輻合的高值區(qū)在珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)。預(yù)告圖上反映出季風(fēng)槽低層強(qiáng)烈輻合區(qū)出現(xiàn)在粵西沿海地區(qū)，同時(shí)該區(qū)的水汽異常充沛，為該區(qū)強(qiáng)降水的爆發(fā)提供動(dòng)力抬升和水汽條件。

3.4 2m高度假相當(dāng)位溫

GRAPES_36 km模式28日02時(shí)2 m高度假相當(dāng)位溫?cái)?shù)值預(yù)告圖上（見圖7 d），珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)為一高能區(qū)。大氣的溫濕條件是產(chǎn)生中尺度對流系統(tǒng)造成暴雨的首要前提，θse反映大氣的溫濕狀況，θse的水平分布代表了大氣中能量的分布[18]，02時(shí)的2 m高度假相當(dāng)位溫?cái)?shù)值預(yù)告圖上報(bào)出了低層已經(jīng)形成對流不穩(wěn)定層結(jié)，高能量區(qū)集結(jié)在粵西沿海地區(qū)。能量形勢對暴雨預(yù)報(bào)有一定的參考作用，對流不穩(wěn)定層結(jié)預(yù)示著對流性暴雨發(fā)生的可能性。能量形勢特征預(yù)報(bào)符合南海季風(fēng)槽對應(yīng)著明顯的高能高濕區(qū)的特點(diǎn)。

圖7 廣州熱帶所GRAPES_36 km模式2010年6月26日20時(shí)起始場報(bào)28日02時(shí)數(shù)值預(yù)告圖

3.5 數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果

從對數(shù)值預(yù)報(bào)GRAPES_36 km模式的解讀中可以認(rèn)為：

（1）以2010年6月26日20時(shí)為起始場的GRAPES_36 km數(shù)值模式報(bào)出28日02時(shí)南海季風(fēng)槽建立，對短期預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)而言，預(yù)報(bào)提前量在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中具有可操作性；

（2）GRAPES_36 km數(shù)值模式28日02時(shí)的預(yù)告對此次季風(fēng)槽形勢預(yù)報(bào)、物理結(jié)構(gòu)描述得相當(dāng)清晰，暴雨落區(qū)對應(yīng)的高能區(qū)、強(qiáng)烈輻合區(qū)，模式描述相當(dāng)準(zhǔn)確，此對暴雨落區(qū)的判斷非常之有幫助；

（3）由于強(qiáng)降水伴隨南海季風(fēng)槽建立同時(shí)發(fā)生，所以，只有數(shù)值模式的提前量能夠保證對此類強(qiáng)降水作出提前預(yù)報(bào)。GRAPES_36 km數(shù)值模式預(yù)報(bào)對解決此類預(yù)報(bào)的難點(diǎn)有很好的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

綜合上述分析，此次強(qiáng)降水的主要時(shí)段發(fā)生在28日02時(shí)—08時(shí)，系由于南海季風(fēng)槽建立造成。實(shí)況分析中至27日20時(shí)季風(fēng)槽的形勢才初具雛形，但預(yù)報(bào)的提前量已經(jīng)不足夠，而GRAPES_ 36 km模式26日20時(shí)的起始場報(bào)28日02時(shí)南海季風(fēng)槽在南海北部建立，影響區(qū)域在珠江口及其西側(cè)沿海地區(qū)，數(shù)值模式預(yù)報(bào)的提前量足以保證提前預(yù)報(bào)南海季風(fēng)槽的建立，也就足以保證對強(qiáng)降水能提前作出預(yù)報(bào)。經(jīng)過分析，本文認(rèn)為：GRAPES_36 km數(shù)值模式對此次季風(fēng)槽形勢強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的提前量足夠，影響區(qū)域明確。另外，強(qiáng)降水伴隨南海季風(fēng)槽建立同時(shí)發(fā)生，對此類型預(yù)報(bào)對象，GRAPES_36 km數(shù)值預(yù)報(bào)模式具有很好的參考價(jià)值，符合實(shí)際業(yè)務(wù)使用的要求，能提高預(yù)報(bào)員對特大暴雨的分析預(yù)報(bào)能力。

（1）此次強(qiáng)降水系由于南海季風(fēng)槽建立造成的。實(shí)況形勢分析和物理量場診斷都符合南海季風(fēng)槽的特征；

（2）此次強(qiáng)降水的輻合上升運(yùn)動(dòng)十分之明顯，水汽能量輻合的高值區(qū)與暴雨落區(qū)一致、強(qiáng)降水伴隨南海季風(fēng)槽建立同時(shí)發(fā)生；

（3）GRAPES_36 km數(shù)值模式對此次季風(fēng)槽形勢預(yù)報(bào)、物理結(jié)構(gòu)描述得相當(dāng)清晰。暴雨落區(qū)對應(yīng)的高能區(qū)、強(qiáng)烈輻合區(qū)，模式描述相當(dāng)準(zhǔn)確；

（4）GRAPES_36 km數(shù)值預(yù)報(bào)模式的提前量能夠保證對此次季風(fēng)槽造成強(qiáng)降水作出提前的預(yù)報(bào)。

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Cause analysis of a severe precipitation over western coast of Guangdong and the forecasting performance of GRAPES model

HUANG Chao-guang1，F(xiàn)ENG Ye-rong2，HUANG Qing-lan1，GUAN Yong1，LI Xiao-xin3
(1.Jiangmen Meteorological Bureau,Jiangmen Guangdong 529020;2 Guangzhou center Meteorological observatory.Guangzhou 510080 China；Heshan Meteorological Bureau,Heshan Guangdong 529700 China)

By using the 1o×1oFNL 4-times daily reanalysis data,automatic weather station data,Doppler weather radar data and GRAPES_36km mesoscale numerical prediction model data,a severe precipitation case on June 28,2010 was analyzed.Results showed that the severe precipitation was caused by the South China Sea monsoon trough(SCSMT).Both real-time analysis and diagnostic calculations verified that the heavy rainfall was characteristically related to SCSMT.The GRAPES_36km Model well predicted the severe rainfall process. Heavy rainfall occurred simultaneously with the outbreak of SCS monsoon trough.The numerical prediction provided sufficient lead time for the rainfall forecast.

South China Sea monsoon trough；severe precipitation；GRAPES model

book=70,ebook=70

P457.5

：A

：1003-0239（2012）04-0052-08

2011-08-11

廣東省2011年“防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”項(xiàng)目；“南海季風(fēng)槽造成江門沿海地區(qū)強(qiáng)降水分析與預(yù)報(bào)”

黃潮光（1955-2012），男，工程師，主要從事氣象預(yù)報(bào)工作。E-mail：448474119@qq.com。