韶關(guān)地區(qū)一次致澇暴雨過程的診斷分析

汪海恒，張曙，謝文杰

（韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512028）

一直以來韶關(guān)市防汛的重點(diǎn)都是山區(qū)的山洪地質(zhì)災(zāi)害、中小河流洪水等災(zāi)害，對(duì)山區(qū)暴雨的研究較為充分，而對(duì)造成韶關(guān)內(nèi)澇的暴雨研究較少。近10年來，韶關(guān)市區(qū)有3處平均每年至少受內(nèi)澇淹浸1次，每3年受淹1次的區(qū)域達(dá)14處，最大淹浸水深1.0 m以上達(dá)11次，影響嚴(yán)重。因此，開展韶關(guān)本地致澇暴雨的研究有重要的意義。解以揚(yáng)等［1］通過介紹暴雨城市內(nèi)澇災(zāi)害的分布特征及演變規(guī)律，對(duì)強(qiáng)降水引起的內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估，給出了內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的量化結(jié)果；伍志方等［2］和劉桂華等［3］通過對(duì)比分析兩次暴雨過程，認(rèn)為降水強(qiáng)度不但受大氣不穩(wěn)定度影響，動(dòng)力觸發(fā)更可能是引發(fā)強(qiáng)降水的關(guān)鍵因素；葉萌等［4］總結(jié)了廣東致洪暴雨過程的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)；黃青蘭等［5］和徐碧裕等［6］通過分析連續(xù)性特大暴雨的特征及成因，指出強(qiáng)盛的西南暖濕氣流對(duì)暴雨形成的重要性；韋翠等［7］和陳艷真等［8］，通過對(duì)本地暖區(qū)暴雨過程的分析，得出低空急流及其對(duì)應(yīng)的正渦度中心可觸發(fā)暖區(qū)暴雨的發(fā)生；郭媚媚等［9］和黃元森等［10］，通過分析多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征，研究中小尺度系統(tǒng)的生消與發(fā)展，得出了暴雨過程的強(qiáng)對(duì)流特征。

2017年7月2日08：00—3日08：00（北京時(shí)，下同），韶關(guān)市普降大到暴雨、局部大暴雨，市區(qū)和曲江區(qū)于3日凌晨先后發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，多處出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇，交通近乎癱瘓，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警高，中小學(xué)及幼兒園于3日上午停課。本研究利用常規(guī)地面高空觀測(cè)，中尺度自動(dòng)氣象站、雙偏振雷達(dá)資料以及NCEP的1°×1°再分析資料，對(duì)該次過程進(jìn)行分析，希望能為同類型的暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

1 過程概況

7月2到3日，受高空槽和低空急流的影響，韶關(guān)市普降大到暴雨、局部大暴雨（圖1a），強(qiáng)降雨集中在韶關(guān)市區(qū)（武江區(qū)和湞江區(qū)）和曲江區(qū)南部，其中市區(qū)還出現(xiàn)了全區(qū)性的大暴雨（除1個(gè)氣象站設(shè)備故障，其余均錄得100 mm），平均降雨量達(dá)128.4 mm，武江區(qū)的北江中學(xué)站錄得最大雨量187.3 mm。該次過程降水主要集中在2日白天和3日凌晨。以北江中學(xué)站為例（圖1b），2日14：00—18：00最強(qiáng)1 h雨量36.2 mm（11：00），最強(qiáng)3 h累計(jì)雨量54.0 mm（14：00—17：00）；3日01：00—05：00，最強(qiáng)1 h雨量48.1 mm（04：00），最強(qiáng)3 h累計(jì)雨量111.2 mm（01：00—04：00）。第2時(shí)段比第1時(shí)段降水更強(qiáng)。

圖1 2017年7月2日08：00—3日08：00韶關(guān)市累計(jì)雨量（單位：mm）（a）和武江區(qū)惠民北路北江中學(xué)站逐小時(shí)雨量分布（b）

該次暴雨過程具有累計(jì)雨量大、降水強(qiáng)度大、降水區(qū)域及時(shí)間集中等特點(diǎn)。

2 天氣形勢(shì)及主要影響系統(tǒng)

在整個(gè)暴雨過程中，塊狀副熱帶高壓穩(wěn)定維持在西太平洋的洋面上，脊線位于25°N附近，西脊點(diǎn)在120°E—125°E之間擺動(dòng)，由于副高強(qiáng)盛，出現(xiàn)592 dagpm線閉合高壓。在200 hPa等壓面上也出現(xiàn)了閉合高壓中心，高壓環(huán)流影響范圍西邊界到達(dá)118°E附近。200 hPa等壓面顯示南亞高壓位于青藏高原南部，脊線在30°N附近，高壓中心在85°E—90°E之間擺動(dòng)，高壓環(huán)流影響范圍東邊界至110°E附近。韶關(guān)地區(qū)剛好位于東西高壓環(huán)流之間，導(dǎo)致兩高之間的高空槽東移緩慢，槽前引導(dǎo)氣流也會(huì)非常旺盛，高層槽前輻散抽吸作用明顯［11］。2—3日，2017年第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“南瑪都”（熱帶風(fēng)暴級(jí)到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)）在副高西側(cè)活動(dòng)，路徑最西點(diǎn)為124°E，對(duì)廣東省基本無影響。另外，時(shí)值盛夏，副高強(qiáng)盛，2日20：00地面等壓線“東高西低”，陸地受多個(gè)低壓中心控制（圖略），無冷空氣南下影響。

2日08：00，500 hPa等壓面上，北北東－南南西走向的高空槽位于長(zhǎng)江流域到廣西沿海一帶。850 hPa等壓面切變線呈西南－東北走向，位于高空槽前，切變線東南側(cè)也建立起了低空急流，從北部灣途徑粵北，最大風(fēng)速14～16 m／s。925 hPa等壓面上也建立了一支超低空急流，位置與850 hPa上急流基本一致。200 hPa等壓面上也出現(xiàn)了一條北北東－南南西走向的高空槽，槽線從河北南部一直延伸至廣西西北部，槽底深，槽前流線呈扇形分布。此時(shí)500 hPa高空槽距粵北較遠(yuǎn)，中低層的低空急流和超低空急流在粵北上空，暖濕氣流為粵北持續(xù)輸送水汽，此時(shí)850和925 hPa郴州探空站的溫度露點(diǎn)差均在1～2℃之間，強(qiáng)降雨雖未出現(xiàn)，但已為后續(xù)強(qiáng)降雨的發(fā)生提供了充足的水汽。2日14：00，500 hPa高空槽東移位于清遠(yuǎn)三連地區(qū)，韶關(guān)處于高空槽前；850 hPa切變線穩(wěn)定少動(dòng)，東南側(cè)的低空急流維持；200和925 hPa與08：00比，形勢(shì)變化不明顯。此時(shí)第1階段的強(qiáng)降水開始出現(xiàn)，500 hPa高空槽東移是主要原因。20：00—23：00，韶關(guān)地區(qū)850 hPa風(fēng)場(chǎng)持續(xù)減小，降水減弱。3日02：00（圖2），高空槽穩(wěn)定少動(dòng)維持在三連地區(qū)，并且槽前西南氣流增強(qiáng)，此時(shí)副高持續(xù)強(qiáng)盛以及其西南側(cè)的熱帶氣旋“南瑪都”西進(jìn)北抬，可能是導(dǎo)致高空槽穩(wěn)定少動(dòng)的原因［12］；850 hPa風(fēng)速再次加強(qiáng)，風(fēng)速輻合明顯；925 hPa出現(xiàn)了暖式切變和風(fēng)速輻合（上下游風(fēng)速差達(dá)10 m／s）；200 hPa等壓面圖上，南亞高壓東進(jìn)和西太平洋副高西進(jìn)北抬，使高空槽穩(wěn)定少動(dòng)并且加深，槽前高空輻散加強(qiáng)。此時(shí)第2階段強(qiáng)降水加強(qiáng)。

圖2 3日02：00 500 hPa高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）（a）、850 hPa風(fēng)場(chǎng)（矢量箭頭，單位：m／s）（b）、200 hPa流場(chǎng)（流線，單位：m／s）（c）

綜上可知，高層強(qiáng)輻散、高空槽緩慢東移、低層切變線和低空急流，為該次暴雨過程的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)流背景和天氣系統(tǒng)配置。

3 短時(shí)強(qiáng)降水成因分析

該次降水過程具有降水強(qiáng)度大、降水區(qū)域集中、強(qiáng)降水時(shí)間短等強(qiáng)對(duì)流特點(diǎn)，因此，出現(xiàn)內(nèi)澇的地區(qū)是由短時(shí)強(qiáng)降水所致［13］。

3.1 水汽條件

2日08：00，即在強(qiáng)降水出現(xiàn)之前，在500 hPa高空槽影響下，中低層的西南氣流從北部灣進(jìn)入兩廣，并北上影響粵北，致使暖濕氣流已盤踞韶關(guān)上空，梧州站的08：00探空?qǐng)D顯示（圖略），500到925 hPa的溫度露點(diǎn)差均在0～1℃之間，可見上游地區(qū)的水汽條件十分充足。14：00，隨著高空槽逼近以及風(fēng)速持續(xù)，水汽輸送更為明顯，韶關(guān)市區(qū)南部區(qū)域850 hPa已處于水汽通量散度的輻合中心附近，其輻合中心量級(jí)小于－30×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1。20：00，隨著850 hPa風(fēng)速減弱，水汽通量散度也隨之下降，此時(shí)進(jìn)入降雨間歇期，但從清遠(yuǎn)探空站可看出（圖略），從低層到高層層結(jié)溫度線與露點(diǎn)溫度線幾乎重合；到了3日02：00，水汽通量散度再次增大（圖3），700到925 hPa的輻合中心量級(jí)分別小于－25×10－7、－40×10－7、－60×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1，這與第2階段強(qiáng)降水十分符合。

圖3 3日02：00 700 hPa（a）、850 hPa（b）、925 hPa（c）水汽通量散度場(chǎng)（填色，單位：×10－7 g·cm－2·hPa－1·s－1）

3.2 熱力條件

2日08：00，距離強(qiáng)降雨中心最近的清遠(yuǎn)探空站K指數(shù)為28℃，沙氏指數(shù)為3.32℃，Δθse（500－850）為4.55℃，層結(jié)較穩(wěn)定，但CAPE值達(dá)到了1 848.6 J·kg－1；梧州探空站K指數(shù)為40℃，沙 氏 指 數(shù) 為－1.65 ℃，Δθse（500－850）為－6.71℃，CAPE值為1 421.6 J·kg－1。另外，上游的陽(yáng)江站各項(xiàng)指數(shù)也顯示出層結(jié)非常不穩(wěn)定。2日20：00，清遠(yuǎn)站K指數(shù)、沙氏指數(shù)、Δθse（500－850）均 有 不 同 程 度 的 增 加，陽(yáng) 江 站 的CAPE值和Δθse（500－850）分別達(dá)到4 076.5 J·kg－1和－12.06℃，上游地區(qū)不穩(wěn)定能量充足，并不斷往北輸送，為該次降水過程提供持續(xù)有利的熱力條件（表略）。

3.3 動(dòng)力條件

3日02：00，大暴雨區(qū)域在850 hPa處于散度x＜－1.5×10－5s－1，在925 hPa處于x＜－3×10－5s－1的輻合區(qū)內(nèi)，在200 hPa上則處于4×10－5s－1的輻散區(qū)內(nèi)。這種低層輻合、高層輻散有利于上升運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于該時(shí)刻的垂直速度，沿114°E剖面圖來看，24°N附近在850～925 hPa有一個(gè)垂直速度上升大值區(qū)（圖4）；從850和925 hPa垂直速度場(chǎng)（圖略）看，大暴雨區(qū)也正處于這兩層的垂直上升速度區(qū)域內(nèi)。

圖4 3日02：00沿114°E垂直速度剖面圖（單位：hPa／s）

4 雙偏振多普勒雷達(dá)分析

7月2日22：00后，在韶關(guān)市區(qū)東側(cè)有大片回波東北移，而在西南側(cè)有大量小塊狀對(duì)流性回波發(fā)展加強(qiáng)，23：50已發(fā)展為東北－西南走向的窄帶狀回波帶，具有明顯的列車效應(yīng)特征（圖5a）。在多普勒速度圖和相對(duì)徑向速度圖中能明顯看到低層風(fēng)速的脈動(dòng)加大，低層風(fēng)速輻合從本地暴雨發(fā)生前1 h到暴雨強(qiáng)盛期長(zhǎng)時(shí)間維持。從回波的垂直剖面看，回波呈現(xiàn)典型的暖性低質(zhì)心塔狀特征（圖略），40 dBz主體高度基本處于6 km的0℃層附近，這種由西南季風(fēng)引發(fā)的回波一般比較容易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。通過雙偏振雷達(dá)增加的3個(gè)特征量并結(jié)合新一代天氣雷達(dá)的其他產(chǎn)品，可以比較準(zhǔn)確的把握短時(shí)降水的時(shí)空分布。

協(xié)相關(guān)系數(shù)（CC）的各層組合和剖面顯示，從珠江口一帶移入韶關(guān)市區(qū)的回波屬于均一性質(zhì)的降水粒子，CC在40 km近距離因受到地物影響出現(xiàn)雜波，在5～6 km的0℃層附近出現(xiàn)小于0.99的數(shù)值，說明此高度存在明顯的冰水混合態(tài)，但是其值基本處于0.95～0.98之間，說明大冰晶粒子稀少，在此高度下均為0.99以上的單一相態(tài)降水（圖5b方框所示），移入韶關(guān)的回波屬于暖云降水。由差分反射率（Zdr）的分層顯示看出，在1.5～3.0 km附近降水粒子大部分為0.8～1.5 dB，在小時(shí)降水達(dá)到大值時(shí)大部分處于1.0～2.0 dB，說明該次天氣過程大部分降水為中小降水粒子（圖5d紅色橢圓所示）。差分相移率（Kdp）是空中水含量的直接反映（圖5c），通過圖中Kdp與Zdr相同仰角的顯示分析，其大值區(qū)沒有完全重疊（圖5c和圖5d橢圓形所示對(duì)比），在實(shí)際預(yù)警中僅僅依靠單層的Zdr來判斷降水強(qiáng)弱有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很大誤差，必須綜合考慮各類特征量進(jìn)行推斷。

圖5 3日01：54 1.5°仰角Z（單位：dBz）（a）、CC（b）、K dp（單位：（°）／km）（c）、Z dr（d）（單位：dB）合成圖

雙偏振雷達(dá)增加了3個(gè)基本量，其中CC可以排除降雨回波中是否有冰雹粒子，Zdr可以對(duì)未來降水點(diǎn)的降水粒子大小進(jìn)行推測(cè)，Kdp可以對(duì)未來降水點(diǎn)的雨強(qiáng)進(jìn)行預(yù)估，綜合運(yùn)用雙偏振量對(duì)短歷時(shí)暴雨發(fā)生的時(shí)間和位置的判斷較常規(guī)雷達(dá)有了很大的提高。

5 結(jié)論

1）中低層在500 hPa高空槽前引導(dǎo)氣流下西南氣流穩(wěn)定輸送，暖濕氣流提前盤踞粵北，致使韶關(guān)地區(qū)高濕高能，加之處于盛夏季節(jié)，為該次降水過程提供有利的水汽條件和熱力條件。

2）該次過程并沒有冷空氣作用，高空槽和低空急流對(duì)該次過程不穩(wěn)定能量的觸發(fā)起了決定性作用。500 hPa高空槽槽前正渦度和850 hPa低空急流的穩(wěn)定維持提供了持續(xù)的抬升機(jī)制；200 hPa高空槽槽前強(qiáng)輻散區(qū)起到了大氣抽吸作用，加劇了垂直上升運(yùn)動(dòng)。

3）青藏高原南亞高壓和西太平洋的副熱帶高壓勢(shì)力強(qiáng)盛，始終穩(wěn)定維持少動(dòng)，是500 hPa高空槽穩(wěn)定少動(dòng)和200 hPa高空槽東移緩慢、加深的重要原因之一，同時(shí)也使韶關(guān)地區(qū)始終位于高層輻散和低層輻合區(qū)。

4）雙偏振雷達(dá)增加了協(xié)相關(guān)系數(shù)（CC）、差分反射率（Zdr）、差分相移率（Kdp）3個(gè)基本量，對(duì)暴雨發(fā)生時(shí)間和位置的判斷準(zhǔn)確率有了很大的提高。