粵北暴雨中心的降水氣候特征分析

陳芳麗，李明華，2，姜帥，3，黃潮，3，曾丹丹，陳穎

（1.惠州市氣象局，廣東惠州 516001；2.深圳市氣象局，廣東深圳 518040；3.惠州市突發(fā)事件預警信息發(fā)布中心，廣東惠州 516001）

根據統(tǒng)計分析，受海陸分布，以及南嶺山脈、云霧山和蓮花山等地形影響，形成了廣東省內有粵北、粵西和粵東3大暴雨中心［1-2］。許多學者致力于廣東乃至華南范圍內暴雨的研究，如林愛蘭等［3］研究并建立了廣東6月持續(xù)性暴雨發(fā)生的概念模型；周芯玉等［4］利用風廓線雷達分析了廣東前汛期暴雨中尺度系統(tǒng)，指出超過80%的過程強降水出現時有低空急流相配合；伍紅雨等［5］統(tǒng)計分析了廣東區(qū)域性暴雨過程，指出其次數最多出現在5月，強度最大出現在6月，強和較強等級的廣東區(qū)域性暴雨過程次數呈顯著增加趨勢；王堅紅等［6］指出廣東北部暴雨區(qū)受西風帶系統(tǒng)影響為主，也研究了華南沿海特殊的地形對暖區(qū)輻合線暴雨的至關重要作用；Du等［7］指出南海的邊界層急流（BLJ）與暖區(qū)暴雨關系更加密切。

另外，由于近年來出現多次極端強降水過程，各部門高度重視，如1311號臺風“尤特”環(huán)流引發(fā)的華南大范圍持續(xù)性強降水過程［8-9］、“5·23”粵西特大暴雨［10］、“18·8”粵東極端強降水［11-12］等，該類強降水過程通常具有影響大、持續(xù)時間長、雨強大、極端強降水落區(qū)局地性強、災情重等特點，易造成嚴重的城鄉(xiāng)積澇、山體滑坡、電力和交通中斷、人員傷亡等重大災情?；洷北┯曛行南鄬浳骱突洊|兩個暴雨中心極端暴雨發(fā)生頻次較少，21世紀以來，最嚴重的一次過程是“05·6”持續(xù)性暴雨過程［13］。另外，李明華等［14-15］也對重大災害性暴雨過程的氣象服務進行了反思。

綜上所述，目前的研究成果主要著眼于廣東和華南范圍內的暴雨成因機理、個例分析等，針對廣東暴雨中心降水的整體氣候特征的統(tǒng)計分析成果較少［1-2，6］，尤其是粵北暴雨中心范圍的界定、區(qū)域內降水氣候特征等基礎性統(tǒng)計分析尚欠缺，因此，本研究利用觀測站和自動監(jiān)測站的加密站點降水數據，在現有認知基礎上［1］，重新統(tǒng)計和定義廣東粵北暴雨中心的區(qū)域范圍，同時分析了暴雨中心區(qū)域內降水的年際變化、月變化、日變化等氣候演變特征，為提高其區(qū)域內降水預報預警準確率、降水防御暴雨洪澇災害和應對氣候變化提供參考。

1 資料與方法

廣東境內的連山、連南、連州、英德、清城、佛岡、花都、從化、增城、龍門、新豐、河源共12個國家氣象觀測站1962—2018年逐日20：00—20：00（北京時，下同）日降水量資料，以及廣東省2003—2018年約 2 900個氣象自動監(jiān)測站20：00—20：00降水量數據（剔除了回南天觀測站、浮標站和年平均降水量為0 mm的站點），通過數理統(tǒng)計等方法，利用統(tǒng)計分析軟件SPSS23.0進行氣候統(tǒng)計分析。定義汛期4—9月，其中4—6月為前汛期、7—9月為后汛期。雨日是指日降水量≥0.1 mm的天數，短時強降水是指時降水量≥20.0 mm。

2 粵北暴雨中心空間分布特征

2.1 粵北暴雨中心范圍

《廣東省天氣預報技術手冊》采用國家氣象觀測站年降水量＞2 000 mm定義了以清遠-佛岡-龍門-河源為中心的粵北暴雨中心范圍［1］，該標準只考慮了觀測站的年降水量，為了更科學、合理定義粵北暴雨中心范圍，本研究根據陳芳麗等［2］定義粵東暴雨中心的方法，利用2003—2018年觀測站和自動氣象監(jiān)測站的逐日降水量數據，重新定義粵北暴雨中心范圍。根據各站年平均降水量和年平均強降水日數計算全省平均值和標準差，分別為：全省年平均降水量1 508 mm，標準差379 mm；全省年平均強降水日數6.3 d，標準差2.5 d，因此本研究采用年平均降水量≥1 800 mm，且年平均強降水日≥8.0 d的標準來定義粵北暴雨中心范圍。如圖1所示，粵北暴雨中心主要集中在清遠東南部-廣州東北部-韶關南部-惠州北部一帶區(qū)域，具體包括英德南部-清遠清新區(qū)南部-清城區(qū)、佛岡、從化、新豐南部、龍門、增城北部、博羅西北部，最大年平均降水量和強降水日數均出現在龍門的南昆山為2 488.6 mm和12.3 d，區(qū)域內滿足定義的5個代表觀測站分別為佛岡、清遠、從化、龍門和增城。由于統(tǒng)計時段、監(jiān)測站站點數和暴雨中心定義方法等不同，上述統(tǒng)計結果與《廣東省天氣預報技術手冊》定義的范圍有所差異，區(qū)別在于本研究增加了從化和增城，去除了河源。

圖1 2003—2018年廣東省年平均降水量（單位：mm）（a）和強降水日數（單位：d）（b）的空間分布

另外，粵北暴雨中心最大年平均降水量 和強降水日數均低于粵東和粵西暴雨中心，尤其是年平均強降水日數只占全省的13.3%，范圍明顯小于其余兩個暴雨中心，也就是說，粵北暴雨中心出現極端強降水的概率較小，21世紀以來，影響最大的一次極端強降水過程是2005年6月龍門連續(xù)7 d暴雨過程，其中連續(xù)3 d為特大暴雨，過程雨量1 330.2 mm。

2.2 粵北暴雨中心地理特征

粵東和粵東北山脈大致為西南-東北走勢，粵北暴雨中心位于南嶺山脈南部邊緣的丘陵地帶，其中北回歸線上的南昆山位于青云山脈和九連山脈西南端，與從化、增城和龍門交界，平均海拔約600 m，主峰天堂頂位于從化境內，海拔1 210 m，其東與增城區(qū)派潭鎮(zhèn)毗臨，南與從化區(qū)良口鎮(zhèn)相連，粵北暴雨中心南側為珠江三角洲沖積平原，且珠江三角洲平原為一向南開口的、大范圍的“喇叭口”地形，清遠-佛岡-從化等位于其北端。Du等［7］指出天氣尺度低空急流（SLLJ）與鋒面暴雨相關，而南海的邊界層急流（BLJ）與暖區(qū)暴雨關系更加密切，并結合林良勛等［1］研究結論、個例分析和日常天氣預報經驗可以得出，當弱冷空氣伴隨切變線南壓至清遠-佛岡-龍門一帶時，與前側低空暖濕氣流相遇，形成冷暖氣流交匯，產生輻合上升運動，同時在迎風坡的地形抬升等作用下，降水回波往往出現明顯增強，從而觸發(fā)該地區(qū)強降水的發(fā)生發(fā)展；而在由西南（偏南）季風脈動等天氣系統(tǒng)觸發(fā)的暖區(qū)強降水過程中，暖濕氣流向北輸送遇到南昆山等地形后，受抬升觸發(fā)中尺度強對流發(fā)展或受地形阻擋折向，與不同來向的氣流輻合，產生中尺度輻合線或者中尺度渦旋，特別是伴有風速的輻合時，則在粵北暴雨中心易出強降水過程［1］。因此，特殊的地形分布與粵北暴雨中心的形成密切相關。

3 粵北暴雨中心年降水量時間演變特征

3.1 年際變化

分析1962—2018年5個代表觀測站的平均年降水量的年際變化特征，如圖2所示，線性變化趨勢略呈上升態(tài)勢，年際變化特征不明顯，計算其氣候傾向率為0.068 mm／年，未通過 α＝0.05顯著性檢驗。

圖2 1962—2018年粵北暴雨中心5個代表站的年平均降水量時間序列

從佛岡、清遠、從化、龍門和增城5個代表站年降水量的年際變化來看，氣候傾向率分別為0.033、-0.212、0.232、0.002和 0.274 mm／年，其中從化和增城分別通過α＝0.1和0.05顯著性水平檢驗。也就是說，粵北暴雨中心區(qū)域內年降水量的年際變化存在地域差異，其中從化和增城均呈顯著增多趨勢，佛岡和龍門增加趨勢不明顯，清遠呈不明顯的減少趨勢。

3.2 季節(jié)變化

粵北暴雨中心降水也存在顯著的季節(jié)變化。從各觀測站降水量的統(tǒng)計（圖略）來看，與廣東大部降水量的季節(jié)變化一致，粵北暴雨中心同樣存在明顯的多雨和少雨季節(jié)，即汛期（4—9月）和非汛期（10月—次年3月），汛期降水量約占全年總降水量的70%～80%，而汛期降水則主要集中在前汛期（4—6月），前汛期降水量約占汛期的60% ～70%，約占全年的45% ～50%。因此，對于粵北暴雨中心的降水預報預測主要著眼于前汛期天氣形勢的演變等。

另外，由于大氣環(huán)流和地理位置等因素影響，粵北暴雨中心的降水在前汛期也存在不同階段、不同性質的降水，以季風爆發(fā)后“龍舟水”開始時為界，將前汛期大致分為兩個階段：4月1日—5月 20日，以及 5月 21日—6月 30日（圖3）。

圖3 2003—2018年廣東省前汛期不同時段降水量空間分布（單位：mm）

第1階段降水落區(qū)主要位于粵北暴雨中心區(qū)域內，此時影響廣東的天氣類型多以鋒面低槽為主，系統(tǒng)自北向南推進，并過粵北暴雨中心后呈減弱態(tài)勢，強降水落區(qū)總體偏北；第2階段粵北、粵西和粵東南部沿海地區(qū)均有明顯的降水，出現了廣東典型的3大暴雨中心分布特征，此時隨著西南（偏南）季風的不斷發(fā)展，在季風、特殊地形抬升等大氣環(huán)流配置和地理因素的影響下，以所激發(fā)的暖區(qū)降水為主。

3.3 月變化

分析1962—2018年5個代表觀測站的月平均降水量的變化特征，如圖4所示，粵北暴雨中心降水的逐月變化大體呈單峰型分布，但各地變化特征存在明顯的南北差異，差異最大的月份為6—8月，除清遠外，其余4站月變化峰值均出現在6月，且在8月份時降水較7月變化差異較大，這主要與后汛期由臺風、東風波等熱帶天氣系統(tǒng)影響，結合地形等因素有關；而清遠的峰值出現在5月，5月降水量較6月略多，另外分析清遠北部地區(qū)降水的逐月變化可以發(fā)現，越往北這種特征就越明顯，清遠東南部的佛岡和英德則6月降水量較5月略多。

圖4 1962—2018年粵北暴雨中心5個代表站平均月降水量時間序列

3.4 日變化

取年降水量最大和暴雨日數最多的龍門南昆山監(jiān)測站的時降水量來分析其日變化特征，由于南昆山監(jiān)測站為2005年建站，因此分析2005—2018年龍門南昆山的降水概率和短時強降水概率不同月份的日變化特征（圖5），從圖5可以看出，南昆山降水的日變化大體可分為3個階段：第1階段為季風爆發(fā)前的3—4月，此時以鋒面低槽降水為主，降水大多出現在夜間，凌晨最明顯；第2階段為5—6月季風影響的“龍舟水”期間，降水概率顯著增加，為一年中降水最集中時段，概率大值區(qū)分布在一天的大部分時間里，夜雨和白天降水均明顯，最大值出現在6月14：00的33.3%；第3階段，為7—8月以熱帶系統(tǒng)和熱對流影響為主的時段，降水主要出現午后到傍晚。短時強降水出現概率與降水特征大體一致，其中3—4月出現概率小，凌晨有小概率發(fā)生，主要集中在 5—6月 08：00、15：00和 21：00前后，最大出現在6月21：00，為1.43%。

圖5 2005—2018年龍門南昆山監(jiān)測站降水（a）和短時強降水（b）概率（%）逐月的日變化特征

4 結論

1）粵北暴雨中心分布較分散，主要集中在英德南部-清遠清新區(qū)南部-清城區(qū)、佛岡、從化、龍門、增城北部、博羅西北部，中心區(qū)域內最大年平均降水量和強降水日數均出現在龍門南昆山2 488.6 mm和12.3 d。特殊地形分布與粵北暴雨中心成因密切相關。

2）各地降水年際變化趨勢存在差異，其中從化和增城變化最為明顯，均呈增多趨勢，佛岡和龍門增加趨勢不明顯，清遠呈不明顯的減少趨勢；區(qū)域內汛期降水量約占全年總降水量的70%～80%，主要集中在前汛期（4—6月），前汛期降水量約占汛期的60%～70%。前汛期按降水性質不同又可以分為季風爆發(fā)后“龍舟水”開始時為界，分為鋒面低槽型為主降水和暖區(qū)為主降水。

3）降水月份變化大體呈單峰型分布，除清遠峰值出現在5月外，大多數站點月變化峰值出現在6月。

4）降水日變化大體可分為3個階段，與降水性質密切相關，最大降水概率出現在5—6月季風爆發(fā)后的“龍舟水”期間，夜雨和白天降水均明顯，最大值出現在6月14：00的33.3%；短時強降水出現概率主要集中在 5—6月 08：00、15：00和21：00前后，最大出現在6月 21：00，為1.43%。

本研究重新定義了粵北暴雨中心范圍，統(tǒng)計分析了粵北暴雨中心降水的年、季節(jié)、月和日變化特征，并簡述了其地理特征和成因，未能詳細闡明其形成機理，此需進一步深入地研究。另外，由于自動監(jiān)測站建站時間不夠長，以及降水數據質量控制等問題，利用2003—2018年觀測站和自動氣象監(jiān)測站降水量數據來定義的暴雨中心范圍存在一些爭議，今后需繼續(xù)完善數據時長，做好質量控制，使定義暴雨中心范圍更科學合理。