一次罕見的冬季暴雨過程分析

李厚偉， 周靜， 周義昌， 翁佳烽

(肇慶市氣象局，廣東肇慶　526060)

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一次罕見的冬季暴雨過程分析

李厚偉， 周靜， 周義昌， 翁佳烽

(肇慶市氣象局，廣東肇慶526060)

摘要：采用Micaps資料、美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)1°×1°網(wǎng)格資料，以及1960年1月—2012年12月肇慶市各縣(市)逐日降水資料，統(tǒng)計了1960年1月—2012年12月各縣(市)出現(xiàn)冬季暴雨情況，并對肇慶市有氣象記錄以來，首次12月份區(qū)域性冬季暴雨天氣過程的天氣形勢圖和物理量進行了分析，結(jié)果表明：① 該次冬季暴雨是在強盛的西南氣流、低壓倒槽和冷空氣等多個系統(tǒng)的配合下產(chǎn)生；②來自南海和西太平洋旺盛的暖濕氣流、較強的垂直上升運動、大氣柱云水區(qū)的匯聚以及低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為該次暴雨的形成提供了有利的物理條件。

關(guān)鍵詞：天氣學(xué)； 冬季暴雨； 區(qū)域性天氣； 肇慶市

冬季是廣東降水較少的季節(jié)，冬季暴雨更是小概率事件。長期以來，關(guān)于汛期暴雨已有了大量的研究，而對于冬季暴雨的研究比較缺乏，加強對該類天氣的研究，總結(jié)其發(fā)生的規(guī)律、特征和預(yù)報指標(biāo)[1-2]，對于提高預(yù)報準(zhǔn)確率，提高公眾滿意度具有重要作用。蘇白興等[3]分析了廣東的冬季暴雨，總結(jié)各個層次的天氣形勢，認(rèn)為200 hPa強輻散場和中低層西南氣流的加強是有利廣東冬季暴雨的系統(tǒng)配置；郭亮等[4]研究表明，冬季強降水是在深厚南支槽、低空急流、較強冷空氣和低層強切變線等多個系統(tǒng)的配合下產(chǎn)生的；凌穎等[5]提出產(chǎn)生冬季暴雨的物理條件與充沛的水汽、強烈的對流不穩(wěn)定和輻合上升運動密切相關(guān)；葉海平[6]從地面到高層分析了能夠產(chǎn)生冬季暴雨的天氣形勢；賈子冰[7]研究表明冬季暴雨發(fā)生前0～3 d，中層500 hPa往往有一個由干轉(zhuǎn)濕的過程。本研究試圖對造成冬季暴雨的原因作進一步探討，為以后的冬季暴雨預(yù)報提供參考。

1資料來源及處理

本研究采用Micaps資料、美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)1°×1°網(wǎng)格資料以及1960年1月—2012年12月肇慶市各縣(市)逐日降水資料。

為了便于研究和統(tǒng)計，以天文因子為依據(jù)劃分的季節(jié)12月至次年2月為冬季，因此本研究定義如下：①12月—次年2月某日降水量≥50.0 mm的雨日定義為一個冬季暴雨日；②當(dāng)日降水量≥50.0 mm有3個測站或多于3個測站同時出現(xiàn)暴雨時，定義為區(qū)域性暴雨；③當(dāng)日降水量≥50.0 mm少于3個測站同時達到暴雨，定義為局地性暴雨。

2暴雨過程概況及影響

2013年12月15—16日，受高空槽和冷空氣共同影響，肇慶市出現(xiàn)了大雨到暴雨，局部大暴雨的降水過程。該次降水的主要時段為14日22：00—17日12：00(北京時，下同)，歷時62 h，持續(xù)時間長，降水時間分布比較均勻，小時雨強不大，最大雨強為11.7 mm/h。15日08：00—17日08：00累積雨量大，超過100 mm有62站，平均雨量為109.9 mm，最大過程雨量為德慶悅城182.6 mm，成為歷史同期(12月份)罕見的冬季暴雨。受連續(xù)性降水影響，12月16日凌晨05：00左右，位于國道321線103 km處山體塌方，至當(dāng)日中午12：00，約有1 500 m3的山體蹦塌。該次強降水具有“持續(xù)時間長、累積雨量大、影響范圍廣”的特點。

3歷史同期暴雨統(tǒng)計特征

統(tǒng)計1960年1月—2012年12月各縣(市)出現(xiàn)冬季暴雨情況(表1)，結(jié)果表明：①冬季暴雨是小概率事件，肇慶市各測站發(fā)生冬季暴雨57次，其中最多四會13次，廣寧最少7次。②冬季暴雨發(fā)生在1月的幾率較大，發(fā)生在12月份的幾率比較小，即冬季暴雨易發(fā)生在冬中，而冬初不易發(fā)生，其中德慶測站歷史上12月份從未發(fā)生過冬季暴雨事件。③區(qū)域性冬季暴雨出現(xiàn)的幾率比較小，52年中僅有3次，分別出現(xiàn)在1983年2月5日(四會、德慶、高要共3站同時達到暴雨)、1985年2月18日(懷集、封開、德慶共3站同時達到暴雨)和1992年1月4日(懷集、廣寧、封開、四會、德慶共5站同時達到暴雨)。④近20年未發(fā)生過區(qū)域性冬季暴雨事件，并且有氣象資料以來12月份從未出現(xiàn)區(qū)域性冬季暴雨。2013年12月16日，除懷集外共5站同時達到暴雨量級，懷集也達到大雨量級(49.4 mm)。因此，該次12月份區(qū)域性冬季暴雨實屬罕見，是肇慶市有氣象記錄以來，首次12月份區(qū)域性冬季暴雨。

表1　1960年1月—2012年12月肇慶各縣站出現(xiàn)冬季暴雨的次數(shù)

4暴雨過程天氣形勢分析

4.1500 hPa

2013年12月14日20：00，中高緯度的緯向環(huán)流逐漸轉(zhuǎn)為經(jīng)向環(huán)流，在80°—90°E、50°—60°N附近有高壓脊發(fā)展，東北低壓維持在東北以東的沿海地區(qū)附近，伴隨著中高緯環(huán)流的調(diào)整，不斷有小槽分裂南下東傳，中低緯的經(jīng)向度也逐漸增加，南支槽加深，肇慶市上空的西南風(fēng)分量增大。15日20：00位于東北以東沿海的低壓東移出海，在東北地區(qū)新的低壓系統(tǒng)建立，中高緯貝加爾湖以西有阻塞高壓逐漸形成，繼續(xù)有小槽分裂南下東傳，低緯位于95°E附近的南支槽繼續(xù)加深并開始東移，肇慶市上空的西南氣流繼續(xù)加強，并且濕度明顯增大。16日20：00中高緯度的阻塞高壓崩潰，呈現(xiàn)兩槽一脊型，中緯度的小槽和南支槽合并加深，并東移至105°E附近，肇慶市上空的西南氣流繼續(xù)加強，濕度也略微增大，此時高度場明顯降低。17日20：00中緯度高空槽北段東移至118°E附近，南段東移減弱，肇慶市上空仍處于西南氣流中，強度有所減弱，并且濕度減小，氣壓場高度達到最低。18日20：00中低緯高空槽東移出海，肇慶市上空轉(zhuǎn)為偏西氣流，并且濕度減小，氣壓場升高。

4.2700 hPa

2013年12月14日20：00，中南半島西北部有一低壓環(huán)流形成，北部的低壓倒槽位于30°N附近，受其影響，肇慶市上空的西南氣流加大。15日20：00低壓倒槽從低壓中分離出來，并南壓東移至廣西的西北部，肇慶市處于其槽前的強盛的西南急流中(風(fēng)速達18 m/s)，并且濕度明顯增大。16日08：00肇慶市上空轉(zhuǎn)為偏南氣流，并達到最大(風(fēng)速達28 m/s)，20：00位于中南半島的低壓東北偏東移至貴州東南部，肇慶市上空的西南氣流開始減弱，但濕度仍很大。17日20：00影響肇慶市的低壓槽東移北抬，此時上空轉(zhuǎn)為西北到偏西風(fēng)。18日20：00低壓槽東移至福建，肇慶市上空處于弱的偏西氣流中。

4.3850 hPa

2013年12月14日20：00，低壓位于中南半島西北部，肇慶市上空處于東南到偏東氣流中。15日20：00低壓環(huán)流東移至北部灣，肇慶市受低壓倒槽影響，上空以東南偏東氣流為主，但高度場略有減弱，濕度略有增大。16日08：00低壓環(huán)流東移至粵西上空，肇慶市上空高度場略有減弱，偏西地區(qū)由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。17日08：00肇慶市上空已轉(zhuǎn)為一致的偏北氣流。

4.4地面場

15—16日冷空氣主體位于蒙古西部，并且不斷有冷空氣滲透南下，華南地區(qū)等壓線密集，肇慶市地面吹一致的偏北風(fēng)，氣壓在1 020.0～1 022.5 hPa之間。17日仍受冷高壓脊控制，強度減弱。

綜合以上分析，造成該次罕見的冬季暴雨主要由于肇慶市上空500和700 hPa西南氣流強盛，并且濕度較大，850 hPa受低壓倒槽影響，地面則不斷有冷空氣滲透南下而形成的。

5暴雨過程物理量場診斷分析

通常暴雨的產(chǎn)生與大氣中的水汽、層結(jié)狀態(tài)及垂直運動等有關(guān)，所以分析暴雨發(fā)生前的水汽、動力條件等物理量場的分布特征，為今后預(yù)報冬季暴雨提供參考。

5.1水汽條件

該次暴雨過程的水汽輸送方向主要為東南-西北方向，水汽來源主要為南海、西太平洋及孟加拉灣3支氣流，其中來自南海和西太平洋的暖濕氣流十分旺盛，為該次肇慶暴雨過程提供充沛的水汽。

水汽通量反映了暴雨過程的水汽來源，而暴雨落區(qū)以及雨量的級別則與水汽通量散度更為密切。由圖1水汽通量散度分布可知：15日20：00(圖1a)和16日08：00(圖1b)肇慶市位于水汽輻合區(qū)中，低層850 hPa輻合強度較強，處于暴雨落區(qū)當(dāng)中，高層200 hPa(圖略)處于輻散區(qū)，肇慶上空整層大氣存在抽吸作用，有利于水汽的垂直輸送，且水汽源源不斷地從南海、西太平洋及孟加拉灣輸送到暴雨區(qū)，使得該次冬季暴雨過程能夠持續(xù)較長時間，并且在16日03：00—04：00和11：00—18：00恰好都出現(xiàn)了強降水過程。暴雨區(qū)上空的大氣十分潮濕，850 hPa 15日20：00云浮、茂名等地水汽通量都很大，16日廣佛肇三地水汽通量最大，水汽通量大值中心逐漸東移，隨著水汽的不斷輸送到肇慶，結(jié)合自動站雨量實況可知，16日肇慶降雨量開始增多并達到此次暴雨過程的最大降雨量。500 hPa(圖略)肇慶市上空的水汽輸送主要來自于南海，強烈的西南氣流給中高層提供了充沛的水汽。

圖1　12月15日20：00(a)和16日08:00(b)850 hPa水汽通量散度場(陰影，單位：×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2垂直速度

12月15日08：00開始低層850 hPa上升速度開始增大，16日08:00(圖2)維持，17日開始減弱。

圖2　12月16日08：00 850 hPa垂直速度分布(單位：Pa/s)

700 hPa 14日開始速度轉(zhuǎn)為上升(圖略)，15

日維持，16日速度上升明顯增大，并且上升速度的最大中心靠近肇慶市東部地區(qū)，中心最大上升速度為-0.15 Pa/s；17日上升速度區(qū)的中心位置向東移動，肇慶市上空開始轉(zhuǎn)為下沉氣流。500 hPa 15日上升速度中心位于清遠(yuǎn)(圖略)，肇慶市處于上升速度為-0.05 Pa/s的區(qū)域；16日08:00肇慶市處于上升速度中心帶區(qū)域，中心最大上升速度為-0.2 Pa/s；17日上升速度中心區(qū)向東移動至河源附近。

5.3大氣柱云水

14日08：00開始在粵北、桂中北和中南半島北部形成大氣柱云水匯聚帶，肇慶市處于其東南部邊緣區(qū)域。15日有一個1.0 kg/m2中心區(qū)位于肇慶市上空。16日08：00肇慶市處于大氣柱云水匯聚帶上，其值上升至1.6 kg/m2。17日，大氣柱云水匯聚帶明顯東移，肇慶市上空的大氣柱云水值減小，介于0.4～1.2 kg/m2之間，且東南部大于西北部。18日08：00大氣柱云水匯聚帶東移出海，肇慶市上空其值為0(圖3)。

圖3　12月15—17日大氣柱云水分布場(單位：kg/m2)

5.4散度場分析

850 hPa，15日20:00(圖略)強輻合區(qū)位于中南半島和廣西，其次為粵北、粵中和粵中偏西地區(qū)，肇慶市上空的散度介于-1×10-5～-3×10-5s-1之間；16日08:00(圖4)肇慶市處于強輻合區(qū)內(nèi)，并且散度在小于-6×10-5s-1區(qū)域內(nèi)，廣西處于輻散區(qū)；17日肇慶市處于輻散區(qū)。500 hPa(圖略)，15日肇慶市上空處于弱的輻合區(qū)，散度介于0～-3×10-5s-1之間；16日轉(zhuǎn)為明顯的輻散區(qū)，散度大于2×10-5s-1；17日，又轉(zhuǎn)為弱的輻合區(qū)，散度介于0～-4×10-5s-1之間。因此低層輻合、高層輻散有利于降水的發(fā)展和持續(xù)。

圖4　12月16日08:00 散度場(單位：×10-5s-1)

6結(jié)論

本研究采用Micaps資料、NCEP資料和NCAR資料，分析肇慶市歷史同期罕見冬季暴雨過程，結(jié)果表明：

1)肇慶出現(xiàn)區(qū)域性冬季暴雨幾率較小，52年中僅有3次，并且近20年未發(fā)生過區(qū)域性冬季暴雨事件，該次12月份區(qū)域性冬季暴雨是肇慶市有氣象記錄以來，首次12月份區(qū)域性冬季暴雨。

2)該次冬季暴雨是在強盛的西南氣流(500和700 hPa)、低壓倒槽(850 hPa)和冷空氣(地面)等多個系統(tǒng)的配合下產(chǎn)生，并且從高層到低層濕度較大。

3)來自南海和西太平洋旺盛的暖濕氣流，較強的垂直上升運動，大氣柱云水區(qū)的匯聚，以及低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為該次暴雨的形成提供了有利的物理條件。

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收稿日期：2015-08-20

作者簡介：李厚偉(1979年生)，男，工程師，本科，主要從事應(yīng)用氣象和行政服務(wù)審批等工作。E-mail：103380243@qq.com

中圖分類號：P44

文獻標(biāo)識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.02.006

Analysis of a Rare Wintertime Heavy Rain

LIHou-wei,ZHOUJing,ZHOUYi-chang,WENGJia-feng

(Meteorological Bureau of Zhaoqing City, Zhaoqing 526060)

Abstract：Using the data of MICAPS, NCEP/NCAR reanalysis and daily rainfall data of different parts of Zhaoqing City from January 1960 to December 2012, we statistically studied the climatology of wintertime heavy rains for the same period of time. In addition to it, we also statistically studied the synoptic patterns and physical quantities associated with regional heavy rains of every December of the years and analyzed the first December regional heavy rain (in 2013) since the beginning of the local meteorological record. The result is as follows. First, this first December heavy rain was formed under the joint effect of a strong southwesterly airflow, an inverted low-pressure trough and cold air. Second, abundant amount of warm and humid airflow from the South China Sea and West Pacific, intense vertical ascending motion, the meeting of atmospheric columns of cloud-water and the sucking effect of low-level convergence versus upper-level divergence were physically favorable for the generation of this December heavy rain.

Key words：synoptics; wintertime heavy rain; regional weather; Zhaoqing City

李厚偉， 周靜， 周義昌， 等.一次罕見的冬季暴雨過程分析[J].廣東氣象，2016,38(2)：25-28.