2018年8月深圳一次連續(xù)暴雨過程初步分析

王蕊，鄭群峰，趙春陽，陳元昭，林良勛，江崟，陳潛

（1.深圳市氣象局，廣東深圳 518040；2.深圳市國家氣候觀象臺，廣東深圳 518040；

3.深圳南方強(qiáng)天氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳 518040；4.廣東省氣象臺，廣東廣州 510641）

季風(fēng)低壓是華南后汛期降水系統(tǒng)之一，是指與西南季風(fēng)有密切聯(lián)系的低壓擾動。梁必騏等［1-3]對南海季風(fēng)低壓的活動特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)生發(fā)展機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，指出南海季風(fēng)低壓垂直伸展范圍可達(dá)400 hPa，中心軸線隨高度近于垂直，強(qiáng)降水區(qū)位于低壓中心附近。在對2005年夏季華南季風(fēng)低壓大暴雨過程的分析中，蔣建瑩等［4]發(fā)現(xiàn)明顯的氣旋性環(huán)流存在于對流層中低層，但在300 hPa以上無反映，低壓中心軸線向東南傾斜，對流云帶主要位于季風(fēng)低壓南側(cè)。在季風(fēng)低壓造成的暴雨過程中，低空急流往往相伴出現(xiàn)，既能提供水汽和能量，還能提供動力、熱力和不穩(wěn)定條件［5-6]。低空急流引起的輻合是季風(fēng)爆發(fā)的暴雨十分重要的抬升條件［7-8]。

6—8月是深圳市降雨量最充沛的時段［9]，但自有氣象記錄以來8月份從未出現(xiàn)過連續(xù)多日的暴雨過程，而在2018年8月28至31日受季風(fēng)低壓影響，深圳連續(xù)出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，季風(fēng)低壓降水落區(qū)、降水時段及量級的預(yù)報(bào)能力仍需提高，對季風(fēng)低壓暴雨過程總結(jié)非常必要。本研究對該次季風(fēng)低壓帶來的連續(xù)暴雨過程進(jìn)行初步分析，以期為此類天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

本研究主要使用時間分辨率為6 h，空間分辨率為1°×1°的NCEP FNL再分析資料、深圳市石巖風(fēng)廓線雷達(dá)和深圳市211個地面自動氣象站數(shù)據(jù)。其中，深圳市石巖風(fēng)廓線雷達(dá)是LAP-3000邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)，由芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)，測量高度范圍3～5 km，垂直高度分辨率為60 m，每30 min輸出一組數(shù)據(jù)，探測精度為1.5 m／s，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 持續(xù)暴雨過程概況

2018年8月27日至9月1日，廣東省出現(xiàn)了持續(xù)性暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，強(qiáng)降水主要集中在粵東和珠江口兩側(cè)。28—31日深圳出現(xiàn)暴雨以上降水（圖1a），最強(qiáng)降水出現(xiàn)在29和30日，連續(xù)2 d記錄到大暴雨局地特大暴雨。最強(qiáng)降水時段在29日14：00（北京時，下同）至30日08：00，全市平均雨量170 mm，其中有164站出現(xiàn)大暴雨，有21個站出現(xiàn)特大暴雨，最大為布吉站315.2 mm。布吉站降雨過程主要表現(xiàn)為單峰型（圖1b），降水從29日午后持續(xù)至30日早晨，01：00的小時雨量最大達(dá)73.8 mm／h。該次降水過程歷時長、短時雨強(qiáng)強(qiáng)、累積雨量大，具有明顯的季風(fēng)降水特征。

圖1 深圳市2018年8月27日20：00—8月31日20：00累積雨量（單位：mm）（a）；8月29日08：00—30日08：00布吉站逐小時降雨量（b）

3 環(huán)流形勢

8月27—30日，200 hPa南亞高壓位于青藏高原上空，廣東處于其東南側(cè)的輻散場中，輻散抽吸作用為對流發(fā)展提供有利條件；500 hPa（圖略）亞歐大陸中高緯呈現(xiàn)“兩槽一脊”，西北太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏北，緩慢向西移動，呈現(xiàn)雙脊型，北側(cè)脊線在30°N附近，并且在30°N—37°N之間的江淮、黃淮地區(qū)形成帶狀高壓壩，南側(cè)高壓脊則向西南方向延伸。沿112°E—115°E的500 hPa等高線和850 hPa垂直速度時間-緯度圖（圖2）表明，位于副高雙脊之間的季風(fēng)低壓長時間維持，直至31日副高顯著加強(qiáng)西伸，季風(fēng)低壓環(huán)流才減弱消失。

圖2 2018年8月25日20：00至9月1日02：00 112°E—115°E經(jīng)向平均的500 hPa等高線（等值線，單位：gpm）和850 hPa垂直速度（填色，單位：Pa／s）的時間-緯度剖面圖

850 hPa（圖略）表現(xiàn)為與500 hPa相對應(yīng)的季風(fēng)低壓環(huán)流，其南側(cè)和東側(cè)盛行西南季風(fēng)，在副高雙脊形勢下，西南季風(fēng)被阻擋在30°N以南地區(qū)，持續(xù)向季風(fēng)低壓輸送水汽和能量，利于季風(fēng)低壓發(fā)展加強(qiáng)。而且，隨著副高緩慢西移，季風(fēng)低壓也向偏西方向緩慢移動，在8月27—30日持續(xù)影響華南地區(qū)。29—30日，季風(fēng)低壓中心移至北部灣一帶，穩(wěn)定少動，中心強(qiáng)度達(dá)到過程最強(qiáng)，珠江口及其以東地區(qū)處在低壓東側(cè)的西南-偏南低空急流中，此時海平面等壓線在北部灣一帶出現(xiàn)閉合低壓中心，中心氣壓為1 000 hPa，低壓東側(cè)等壓線呈西南-東北走向，與華南海岸線近乎垂直（圖略），利于西南季風(fēng)向華南沿岸輸送［10]。

4 低空急流在持續(xù)暴雨中的作用

4.1 季風(fēng)低壓位置和強(qiáng)度與低空急流的關(guān)系

研究表明，高低值系統(tǒng)間的氣壓梯度增大對華南及南海北部低空急流的形成起到重要作用［11]，黃士松［12]也指出，華南地區(qū)低空急流的生成和發(fā)展主要分成兩類，其中一類就是由于副高西伸加強(qiáng)以及其西側(cè)低值系統(tǒng)發(fā)展而形成。在該次連續(xù)暴雨過程中，不斷發(fā)展的季風(fēng)低壓，與其東側(cè)緩慢西伸的副高之間氣壓梯度的增大，對低空急流的發(fā)展具有重要作用。

表1列出了8月27—31日季風(fēng)低壓850 hPa等高面的位置和中心位勢高度變化，在27日08：00—29日20：00，季風(fēng)低壓中心由河源附近（24°N，113°E）西偏南移至北部灣附近（20°N，109°E），低壓中心在850 hPa位勢高度由1 440 gpm下降至1 420 gpm，而低空急流也由粵東西移至珠江口，29日夜間深圳開始受低空急流影響（圖3）。

表1 2018年8月27—31日850 hPa季風(fēng)低壓所處位置和低壓中心位勢高度變化

圖3 2018年8月25日20：00至8月31日20：00 21°N—23°N緯向平均的850 hPa風(fēng)矢量場的經(jīng)度-時間剖面圖

29日20：00—30日08：00，低壓中心位勢高度由1 420 gpm迅速降至1 400 gpm，達(dá)過程最低（表1），垂直方向也表現(xiàn)出季風(fēng)低壓強(qiáng)度加強(qiáng)。北部灣一帶700和500 hPa為與低層環(huán)流相對應(yīng)的氣旋性渦旋環(huán)流，低壓所在區(qū)域?yàn)檎郎u度區(qū)，渦度場中心和低壓中心對應(yīng)較好，但300 hPa上已經(jīng)沒有清晰的季風(fēng)低壓環(huán)流，200 hPa為南亞高壓東南側(cè)輻散的東北氣流，100 hPa為熱帶東風(fēng)氣流（圖略）。此時季風(fēng)低壓的活動不僅是在低層大氣，其垂直方向已經(jīng)伸展至對流層中層，垂直伸展范圍約8～9 km，300 hPa以下低壓中心軸線近于垂直略向南傾斜（圖4）。

梁必騏等［1]和Godbole［13]分別對5個孟加拉灣季風(fēng)低壓和10個南海季風(fēng)低壓進(jìn)行合成分析，發(fā)現(xiàn)南海和孟加拉灣季風(fēng)低壓強(qiáng)盛時期垂直伸展高度為地面至400 hPa；2005年8月華南季風(fēng)低壓和2003年7月孟加拉灣季風(fēng)低壓垂直伸展高度均約8～9 km［4]。可見在29日夜間至30日早晨，季風(fēng)低壓強(qiáng)度迅速加強(qiáng)，且發(fā)展深厚。而低空急流風(fēng)速也明顯加大，部分時間達(dá)16 m／s（圖3）?？梢婋S著季風(fēng)低壓西移，強(qiáng)度加強(qiáng)，季風(fēng)低壓與副高氣壓梯度加大，且大值區(qū)西移，低空急流區(qū)也向西擴(kuò)展，西南風(fēng)速加大。此后季風(fēng)低壓減弱，低空急流也減弱。

圖4 2018年8月30日08：00沿108°E風(fēng)場經(jīng)向剖面（單位：m／s）

4.2 低空急流變化及其與暴雨的關(guān)系

該次深圳持續(xù)暴雨過程與低空急流變化密切相關(guān)，在最大降水時段（29日夜間至30日早晨），低空急流達(dá)到過程最強(qiáng)，而30日白天隨著低空急流減弱，深圳降水也明顯減弱。

為了反映深圳市降水最強(qiáng)時段低空急流變化，利用時間分辨率更高的石巖風(fēng)廓線雷達(dá)資料，得到8月29日08：00—30日20：00風(fēng)場時間-高度序列（圖5），可以看出29日15：00—20：00在0.5～2.0 km西南風(fēng)略有增強(qiáng)，有間斷的低空急流出現(xiàn)；21：00—23：00，在1～2 km出現(xiàn)南風(fēng)急流，急流軸兩側(cè)風(fēng)速遞減，1 km以下主要為西南風(fēng)，此時石巖基地站小時雨量小于10 mm／h；30日00：00急流強(qiáng)度增加，位于1.5 km高度附近的急流軸風(fēng)速達(dá)17 m／s，急流區(qū)最低高度迅速降低至0.4 km，至05：00一直維持在0.5 km以下，且向上擴(kuò)展至3.5 km，30日01：00石巖基地站出現(xiàn)20 mm／h以上短時強(qiáng)降水。由此可見，短時強(qiáng)降水發(fā)生前3 h低空急流出現(xiàn)，高度在1～2 km，強(qiáng)度變化不大；在短時強(qiáng)降水發(fā)生前0.5～1 h，低空急流強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，并向下傳播，對短時強(qiáng)降水的發(fā)生具有一定的預(yù)示意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東前汛期短時強(qiáng)降水類暴雨發(fā)生前低空急流最低高度在1 km左右［14]，而該次后汛期季風(fēng)低壓暴雨過程低空急流低至0.4 km，可見該次過程強(qiáng)降水時段急流十分深厚。

伴隨著急流的增強(qiáng)和迅速向下擴(kuò)展，850 hPa以下的對流層底層出現(xiàn)水汽通量大值區(qū)，深圳市925 hPa水汽通量迅速升高至18 g·cm-1·hPa-1·s-1，深厚的急流區(qū)提供暴雨所需的充足水汽和能量［11]，邊界層急流也能為大氣提供不穩(wěn)定層結(jié)。

在30日凌晨，850 hPa以下風(fēng)場在廣東沿海存在風(fēng)速輻合，尤其以925 hPa及以下對流層底層更加明顯，且風(fēng)場呈西南-偏南氣旋式彎曲，為強(qiáng)降水提供抬升觸發(fā)條件（圖略）。而且石巖風(fēng)廓線（圖5）顯示，在30日凌晨1 km以下風(fēng)向發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)變，弱西南風(fēng)轉(zhuǎn)為強(qiáng)偏南風(fēng)，由于廣東省海岸線呈東北-西南向，盛行的偏南風(fēng)與海岸線近乎垂直，地形對降水具有增幅作用，在地形抬升作用下加速了上升運(yùn)動。在30日凌晨，近地面層至對流層中層垂直速度均為負(fù)值，出現(xiàn)-0.5 Pa／s的負(fù)值中心（圖略），表明了強(qiáng)烈的上升。在水汽能量充足條件下，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動導(dǎo)致對流劇烈發(fā)展，產(chǎn)生強(qiáng)降水。

圖5 2018年8月29日08：00至30日20：00深圳市石巖風(fēng)廓線（單位：m／s）

5 結(jié)論

1）季風(fēng)低壓暴雨過程期間，南亞高壓穩(wěn)定少動，副高呈雙脊型緩慢西伸，北脊阻擋西南季風(fēng)北上，使得季風(fēng)低壓在雙脊之間緩慢西移并發(fā)展加強(qiáng)，為持續(xù)暴雨發(fā)生提供了必要的大尺度環(huán)流條件。在深圳降水最顯著期間（8月29—30日），季風(fēng)低壓位于北部灣一帶，海平面等壓線與海岸線近于正交，利于西南季風(fēng)向華南沿海輸送。

2）季風(fēng)低壓發(fā)展強(qiáng)盛時期，垂直方向伸展至對流層中層，伸展范圍約8～9 km，低壓中心軸線近乎垂直略向南傾斜。強(qiáng)盛的季風(fēng)低壓與其東側(cè)高值系統(tǒng)之間氣壓梯度加大，是低空急流增強(qiáng)的重要原因。

3）深圳市降水最強(qiáng)階段，低空急流強(qiáng)度顯著加強(qiáng)，并向下傳播。深厚的急流區(qū)為暴雨過程提供了充沛的水汽和能量。短時強(qiáng)降水發(fā)生前0.5～1 h，急流區(qū)最低高度迅速下降至0.4 km，對今后的強(qiáng)降水預(yù)報(bào)具有一定參考意義。

4）925 hPa及其以下的對流層底層風(fēng)場呈氣旋式輻合，是該次深圳強(qiáng)降水重要的抬升觸發(fā)條件。而1 km以下風(fēng)場由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，在地形抬升作用下加速上升運(yùn)動，最大垂直上升速度達(dá)0.5 Pa／s，地形對降雨具有顯著的增幅作用。