廣東省冬季暴雨及其環(huán)流形勢(shì)特征分析

麥健華 于玲玲 紀(jì)忠萍 吳道航 陳柏林

(1 廣東省中山市氣象局，中山 528400；2 廣東省氣象臺(tái)，廣州 510080)

引言

廣東省北靠南嶺，南望南海，每年暴雨頻發(fā)，危害大，致災(zāi)重，影響系統(tǒng)多且復(fù)雜，因此廣東暴雨一直是氣象專家研究的重點(diǎn)。絕大多數(shù)對(duì)暴雨的研究把重點(diǎn)集中于發(fā)生在汛期的鋒面暴雨[1-2]、季風(fēng)暴雨[3-4]和臺(tái)風(fēng)暴雨[5-6]上，近年來(lái)對(duì)汛期暴雨的研究取得了不少成果，業(yè)務(wù)上對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率不斷提高。

每年的10月至次年的3月為廣東的非汛期，暴雨發(fā)生的頻率相比汛期大為減小，而發(fā)生在冬季的暴雨過(guò)程則更為少見(jiàn)。在全球氣候變化的背景下，廣東最近10年冬季暴雨的發(fā)生頻率與過(guò)去30年相比達(dá)到了一個(gè)高峰，一些關(guān)于廣東冬季暴雨方面的研究逐漸出現(xiàn)。例如鄧文劍等人對(duì)2013年12月廣東的冬季連續(xù)暴雨作了分析，指出高層輻散、低層冷暖交匯是這次暴雨過(guò)程的成因，并把這次暴雨過(guò)程跟2008年華南的持續(xù)低溫雨雪冰凍過(guò)程進(jìn)行了比較[7]。楊雨軒等人通過(guò)環(huán)流分析和物理量診斷研究了2015年12月廣東暴雨過(guò)程的機(jī)理，指出鋒生與次級(jí)環(huán)流是暴雨區(qū)上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展的重要機(jī)制[8]，并采用四維集合變分同化方法對(duì)這次暴雨過(guò)程進(jìn)行了模擬，探討了同化不同雷達(dá)觀測(cè)要素對(duì)暴雨模擬的影響[9]。更多對(duì)于廣東冬季暴雨的研究均是集中于對(duì)暴雨個(gè)例的分析和診斷上，這些研究指出，穩(wěn)定的大氣環(huán)流背景、充沛的水汽、有利的動(dòng)力條件和天氣形勢(shì)配合是廣東冬季暴雨出現(xiàn)的重要條件[10-16]。這些研究的出現(xiàn)加深了對(duì)廣東冬季暴雨的認(rèn)識(shí)，但與汛期暴雨相比，對(duì)冬季暴雨研究的深度和廣度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，且冬季暴雨由于發(fā)生概率小，往往更難進(jìn)行預(yù)報(bào)，漏報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)廣東冬季暴雨進(jìn)行更深入的研究很有必要。本文利用降雨觀測(cè)資料、NCEP再分析資料、MICAPS探空資料，對(duì)1981—2019年廣東的冬季暴雨時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，并對(duì)造成冬季暴雨的天氣形勢(shì)和探空指數(shù)特征進(jìn)行了分析和歸納，期望可以為今后廣東冬季暴雨的分析和預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料選取

氣候?qū)W上把每年的12月至次年2月定義為冬季，因此本文把發(fā)生在12月至次年2月，某地區(qū)人工觀測(cè)站日降雨量(北京時(shí)08:00至次日08:00)大于或等于50 mm的降水事件定義為該站點(diǎn)當(dāng)天出現(xiàn)冬季暴雨，記為一個(gè)冬季暴雨站次，而暴雨過(guò)程的定義則依照表1的廣東省氣象臺(tái)預(yù)報(bào)片區(qū)劃分，當(dāng)預(yù)報(bào)片區(qū)內(nèi)額定站數(shù)的人工觀測(cè)站出現(xiàn)暴雨，或者是不連片大于等于5個(gè)觀測(cè)站出現(xiàn)暴雨，則定義為一個(gè)暴雨過(guò)程；當(dāng)暴雨過(guò)程的連續(xù)出現(xiàn)日數(shù)大于1 d時(shí)，稱為連續(xù)暴雨過(guò)程[17]。另外，把某年12月至次年2月的暴雨稱為該年的冬季暴雨，例如1981年12月至1982年2月出現(xiàn)的暴雨稱為1981年的冬季暴雨，如此類推。

表1 廣東省氣象觀測(cè)站點(diǎn)片區(qū)劃分及暴雨過(guò)程額定站數(shù)

本文選取廣東省氣象局提供的廣東21地市86個(gè)人工觀測(cè)站1981—2019年冬季每天的日降水量數(shù)據(jù)和同期NCEP再分析資料(分辨率2.5°×2.5°)的500 hPa高度場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)以及海平面氣壓場(chǎng)，以及中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心提供的2005—2020年廣東站點(diǎn)的MICAPS探空數(shù)據(jù)，對(duì)廣東近40年的冬季暴雨作時(shí)空分布、天氣形勢(shì)和探空指數(shù)特征的分析。

2 廣東冬季暴雨時(shí)空分布特征分析

2.1 空間分布特征

圖1為廣東省內(nèi)21個(gè)地市從1981年到2019年共39年間冬季暴雨出現(xiàn)的總站次數(shù)，若地市內(nèi)人工觀測(cè)站大于一個(gè)，則取地市內(nèi)各個(gè)觀測(cè)站冬季暴雨出現(xiàn)站次數(shù)的平均?？梢钥闯鰪V東省不同地區(qū)冬季暴雨的出現(xiàn)頻次存在很大的地域差異，出現(xiàn)最多的是陽(yáng)江市15.5站次，最少的是湛江市6.0站次，39年間全省各站點(diǎn)平均出現(xiàn)冬季暴雨9.9站次，即各站平均每年出現(xiàn)冬季暴雨0.25站次?？傮w上冬季暴雨的出現(xiàn)站次數(shù)東部比西部多，北部比南部多。相鄰地市冬季暴雨出現(xiàn)的站次數(shù)也能差別很大，例如陽(yáng)江、茂名和江門同樣位于廣東西部沿海，但江門和茂名冬季暴雨出現(xiàn)的站次數(shù)分別為8.3和9.2站次，與陽(yáng)江相比明顯偏少。

圖1 廣東21個(gè)地市人工觀測(cè)站1981—2019年39年間冬季暴雨出現(xiàn)總站次數(shù)

2.2 時(shí)間分布特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從1981—2019年廣東省86個(gè)人工觀測(cè)站累計(jì)出現(xiàn)冬季暴雨848站次和64次冬季暴雨過(guò)程。圖2是1981—2019年間廣東冬季暴雨站次數(shù)和暴雨過(guò)程數(shù)的年際變化，可以看出廣東在不同年代冬季暴雨及暴雨過(guò)程出現(xiàn)的次數(shù)差別很大，1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2019年的年均暴雨站次數(shù)分別為24.6、17.2、7.5和39.4個(gè)，年均暴雨過(guò)程數(shù)分別為2.1、1.5、0.9和2.1次，暴雨站次數(shù)和暴雨過(guò)程數(shù)均體現(xiàn)出兩邊高、中間低的分布趨勢(shì)，即20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)10年代冬季暴雨多，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代冬季暴雨出現(xiàn)少，且2010年后冬季暴雨站點(diǎn)的出現(xiàn)頻次達(dá)到了最高峰。在這39年中出現(xiàn)冬季暴雨最多的年份是2015年的159站次，其次是1982年的99站次和1997年的61站次，1983、1986、1987、1990、1993、1998、2008和2010年沒(méi)有站點(diǎn)出現(xiàn)冬季暴雨；大暴雨出現(xiàn)最多的年份為2015年的39站次，其次是2013年的4站次，絕大部分年份沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)冬季大暴雨，說(shuō)明廣東省冬季出現(xiàn)大暴雨的概率較低。在暴雨過(guò)程方面，1982年出現(xiàn)了8次暴雨過(guò)程，為39年最多的年份，排名第2的是2015年的6次；有14個(gè)年份沒(méi)有出現(xiàn)暴雨過(guò)程，占總年數(shù)的36%。連續(xù)暴雨過(guò)程出現(xiàn)最多的年份是1982和2015年，這兩年都出現(xiàn)了4次，其次是1984年的3次，39年中僅有12個(gè)年份出現(xiàn)過(guò)連續(xù)冬季暴雨過(guò)程。連續(xù)暴雨持續(xù)最多的天數(shù)為3天，出現(xiàn)在1985年2月6—8日。暴雨站次數(shù)和暴雨過(guò)程數(shù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.83，說(shuō)明兩者的變化趨勢(shì)較為一致。

圖2 廣東1981—2019年冬季暴雨站次數(shù)和暴雨過(guò)程數(shù)年際變化

廣東省冬季暴雨不僅年際變化大，不同月份暴雨出現(xiàn)的情況差別也很明顯。表2是冬季各個(gè)月份暴雨出現(xiàn)的情況。從出現(xiàn)冬季暴雨的站次數(shù)來(lái)看，1月出現(xiàn)的站次數(shù)最多，其次是2月，12月出現(xiàn)暴雨的站次數(shù)最少；從大暴雨站次數(shù)來(lái)看，1月出現(xiàn)次數(shù)最多，2月出現(xiàn)大暴雨的站次數(shù)最少。從暴雨過(guò)程數(shù)來(lái)看，2月出現(xiàn)的暴雨過(guò)程最多，共29次；其次是1月的21次，12月暴雨過(guò)程最少，僅有14次。在連續(xù)暴雨過(guò)程方面，同樣是2月最多，12月最少。冬季暴雨也會(huì)出現(xiàn)如閃電、雷暴、大風(fēng)等對(duì)流天氣現(xiàn)象，當(dāng)暴雨出現(xiàn)當(dāng)天觀測(cè)站點(diǎn)有記錄到閃電、雷暴、雷雨大風(fēng)、冰雹等對(duì)流天氣現(xiàn)象時(shí)，稱站點(diǎn)出現(xiàn)對(duì)流。2月份由于是從非汛期到汛期的過(guò)渡階段，因此對(duì)流出現(xiàn)的次數(shù)比其他月份明顯要多，有36%的站次在出現(xiàn)暴雨時(shí)同時(shí)伴隨對(duì)流天氣現(xiàn)象；12月的對(duì)流出現(xiàn)次數(shù)最少，僅有4%的站次在暴雨同時(shí)伴有對(duì)流天氣。綜上，1月出現(xiàn)冬季暴雨的站次數(shù)比其他月份明顯要多，2月的暴雨過(guò)程數(shù)比1月多，但暴雨站次數(shù)比1月少，說(shuō)明2月的冬季暴雨局地性較強(qiáng)，且暴雨時(shí)對(duì)流天氣比其他月份明顯要多，12月的冬季暴雨出現(xiàn)最少，對(duì)流最不明顯。

表2 冬季各月份暴雨出現(xiàn)情況

2.3 暴雨過(guò)程區(qū)域性特征

在廣東省1981—2019年出現(xiàn)的64次冬季暴雨過(guò)程中，暴雨過(guò)程站次數(shù)在5個(gè)或以下、6～10個(gè)、11～20個(gè)、20個(gè)以上的分別有22次(34.3%)、20次(31.3%)、13次(20.3%)和9次(14.1%)，可見(jiàn)暴雨站次數(shù)在10個(gè)以下的區(qū)域性暴雨占比最大，達(dá)到了65.6%，大范圍冬季暴雨出現(xiàn)較少。暴雨站次數(shù)在20個(gè)以上的9次冬季暴雨過(guò)程中，出現(xiàn)在1月的有6次，12月3次，即1月出現(xiàn)大范圍冬季暴雨的機(jī)率更大，其中范圍最大的冬季暴雨出現(xiàn)在2016年1月28日，該日廣東全省共有71個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)了暴雨或大暴雨量級(jí)的降水。

3 廣東冬季暴雨探空和環(huán)流特征分析

3.1 廣東冬季暴雨探空特征

探空資料對(duì)暴雨的潛勢(shì)預(yù)報(bào)有重要的指示作用，本文利用2005—2019年共26個(gè)廣東冬季暴雨過(guò)程的探空資料，選取與降雨密切相關(guān)的K指數(shù)、對(duì)流有效位能(CAPE)、沙氏指數(shù)(SI)、整層比濕積分(IQ)、850 hPa和500 hPa的垂直溫差(ΔT)進(jìn)行分析，并與2017—2019年25個(gè)冬季中到大雨日(當(dāng)天在表1劃分的片區(qū)內(nèi)額定站點(diǎn)出現(xiàn)10.0～49.9 mm降水)及72個(gè)無(wú)雨日(當(dāng)天86個(gè)人工觀測(cè)站無(wú)出現(xiàn)降雨，或5個(gè)以下觀測(cè)站出現(xiàn)1.0 mm以下降雨)的探空指數(shù)進(jìn)行對(duì)比。若降雨出現(xiàn)站點(diǎn)無(wú)高空觀測(cè)，則取距離該站點(diǎn)最近的探空站點(diǎn)資料代替，而無(wú)雨日的探空指數(shù)則取全省5個(gè)探空站點(diǎn)指數(shù)的平均值。由于探空指數(shù)在降雨出現(xiàn)前、出現(xiàn)中和出現(xiàn)后差異大，因此本文對(duì)探空指數(shù)的選擇為取降雨日或無(wú)雨日08:00和20:00探空指數(shù)的最大值(其中SI取當(dāng)天的最小值)。

圖3是2005—2019年廣東省冬季暴雨過(guò)程和2017—2019年冬季中到大雨日及無(wú)雨日在K指數(shù)、對(duì)流有效位能CAPE、沙氏指數(shù)SI、整層比濕積分IQ、 850 hPa和500 hPa垂直溫差ΔT5個(gè)指標(biāo)不同區(qū)間下的出現(xiàn)比例，其中橫坐標(biāo)是各個(gè)指數(shù)的取值范圍，縱坐標(biāo)代表在不同取值范圍下冬季暴雨過(guò)程、中到大雨日和無(wú)雨日出現(xiàn)次數(shù)的百分比。從圖3a可知，當(dāng)K指數(shù)在31～35 ℃范圍下冬季暴雨過(guò)程所占比例最大，達(dá)到46.5%；其次是K指數(shù)在26～30 ℃范圍下的20.7%；K指數(shù)在25 ℃以下時(shí)出現(xiàn)的冬季暴雨比例最少，僅為13.8%。在中到大雨日中K指數(shù)在25 ℃以下的天數(shù)占比最大，為40%，其次是31～35 ℃范圍下的32%；而在無(wú)雨日中有71天的K指數(shù)在25 ℃以下，占比98.6%，僅有1天的K指數(shù)達(dá)到26 ℃，與暴雨日對(duì)比明顯。圖3b為CAPE值的分布，86.2%的冬季暴雨出現(xiàn)在CAPE值小于100 J·kg-1的條件下，其中CAPE值為0時(shí)的比例高達(dá)36.2%，僅有1.7%的冬季暴雨出現(xiàn)在CAPE值大于500 J·kg-1的條件下，說(shuō)明以CAPE值的大小對(duì)冬季暴雨進(jìn)行潛勢(shì)預(yù)報(bào)效果可能并不理想。與暴雨日類似，中到大雨日中有88%的天數(shù)出現(xiàn)在CAPE值小于100 J·kg-1的條件下；在無(wú)雨日中，CAPE指數(shù)均在100 J·kg-1以下，其中72.2%的無(wú)雨日CAPE值為0。圖3c為SI指數(shù)的分布，SI小于0 ℃和大于0 ℃下出現(xiàn)的冬季暴雨比例分別為22.4%和77.6%，其中SI指數(shù)在0～3 ℃時(shí)比例最高，達(dá)到55.2%；出現(xiàn)在SI小于-3 ℃下的冬季暴雨僅占總數(shù)的1.7%。在中到大雨日中，SI在0～3 ℃和3 ℃以上的天數(shù)比例分別為32%和52%；而在無(wú)雨日中，所有無(wú)雨日的SI指數(shù)均在3 ℃以上，占比100%。冬季暴雨的出現(xiàn)需要充足的水汽，如圖3d所示，大部分冬季暴雨過(guò)程中IQ值都較大，僅15.5%的冬季暴雨出現(xiàn)在IQ小于3000 g·kg-1的情況下，而無(wú)雨日這一范圍的占比高達(dá)98.6%，中到大雨日占比則為32%，介于暴雨日和無(wú)雨日之間；當(dāng)IQ在4000～5000 g·kg-1范圍下冬季暴雨所占比例最高，達(dá)到46.6%；而中到大雨日則是IQ在3000～4000 g·kg-1范圍下最高，占比52%；僅有1次冬季暴雨出現(xiàn)在IQ大于5000 g·kg-1下，但冬季由于大氣總體較為干燥，出現(xiàn)大于5000 g·kg-1的樣本較少，因此總體上冬季暴雨出現(xiàn)的概率隨著IQ的增大而增大。圖3e為850 hPa和500 hPa垂直溫差的分布，冬季暴雨出現(xiàn)在ΔT為23～25 ℃的占比高達(dá)46.6%，其次為21～22 ℃的27.5%，當(dāng)ΔT過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，冬季暴雨的比例明顯減小。與暴雨日類似，中到大雨日在ΔT為23～25 ℃范圍時(shí)占比最大，達(dá)44%，其次為20 ℃以下的28%；無(wú)雨日中ΔT均在22 ℃或以下，其中溫差在20 ℃以下的天數(shù)占比達(dá)到86.1%，說(shuō)明中低層溫差較小時(shí)不利于形成明顯降雨；而ΔT大于25 ℃時(shí)暴雨比例減小，這可能是由于冬季并不容易形成較大的中低層溫差，導(dǎo)致大溫差下冬季暴雨的占比變小。

圖3 廣東省冬季暴雨過(guò)程、中到大雨日和無(wú)雨日在K(a)、CAPE(b)、SI(c)、IQ(d)、ΔT(e)5個(gè)指標(biāo)不同區(qū)間下的出現(xiàn)比例

綜上，冬季暴雨出現(xiàn)時(shí)的探空層結(jié)條件與中到大雨量級(jí)降雨和無(wú)降雨時(shí)相比有著明顯的不同，而與汛期強(qiáng)天氣的探空特征相比差異也很明顯。在汛期，理論上K指數(shù)和CAPE值越大、SI指數(shù)越小、IQ值越大時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)天氣的機(jī)會(huì)就越大[18-19]，但冬季暴雨大多出現(xiàn)在K指數(shù)適中、CAPE值較小、SI值和IQ值較大的層結(jié)條件下；而在垂直溫差方面，冬季暴雨與汛期強(qiáng)降水相似，適中的垂直溫差最有利于降水，其中850 hPa與500 hPa溫差在23～25 ℃時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最大，當(dāng)垂直溫差過(guò)高或過(guò)低時(shí)降水出現(xiàn)機(jī)會(huì)減少[20]。說(shuō)明與汛期的對(duì)流降水相比，冬季暴雨大多屬于穩(wěn)定性降水，雨強(qiáng)與汛期相比較小，穩(wěn)定的天氣形勢(shì)和大氣層結(jié)使降水能夠長(zhǎng)時(shí)間維持，從而達(dá)到暴雨級(jí)別。

3.2 廣東冬季暴雨影響系統(tǒng)

暴雨的出現(xiàn)是各層天氣系統(tǒng)互相配合的結(jié)果[21-22]。表3是引起廣東冬季暴雨過(guò)程的500 hPa、850 hPa和海平面天氣系統(tǒng)及各個(gè)系統(tǒng)引起的暴雨過(guò)程次數(shù)。

表3 引起廣東冬季暴雨過(guò)程的500 hPa、850 hPa及海平面天氣系統(tǒng)及各系統(tǒng)造成的暴雨次數(shù)

500 hPa上對(duì)冬季暴雨造成影響的天氣形勢(shì)比較簡(jiǎn)單，主要分為南支槽東移、多波動(dòng)偏西風(fēng)和槽前西南風(fēng)3類。在這3類形勢(shì)中，南支槽東移形勢(shì)造成的冬季暴雨占絕大多數(shù)，廣東39年的64場(chǎng)冬季暴雨過(guò)程中，有45次(70.3%)500 hPa上的天氣形勢(shì)為南支槽東移，其次為多波動(dòng)偏西風(fēng)形勢(shì)的14次(21.9%)，槽前西南風(fēng)為5次(7.8%)。沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)在副熱帶高壓主體或高空槽后西北風(fēng)影響下的冬季暴雨過(guò)程。

850 hPa上造成廣東冬季暴雨的天氣形勢(shì)主要有南風(fēng)類、切變線類和偏東氣流類。其中南風(fēng)類又分為西南氣流、偏南氣流和東南氣流，分別出現(xiàn)20次(31.3%)、18次(28.1%)和3次(4.7%)。切變線類中，冷式切變和暖式切變分別出現(xiàn)19次(29.7%)和3次(4.7%)。偏東氣流類僅造成了1次(1.5%)冬季暴雨過(guò)程?？梢?jiàn)，850 hPa上最容易造成冬季暴雨的天氣形勢(shì)為西南氣流、冷式切變和偏南氣流，這3類形勢(shì)引起的冬季暴雨過(guò)程占總數(shù)的89.1%。

廣東冬季暴雨地面形勢(shì)絕大多數(shù)與冷空氣活動(dòng)有關(guān)。在64次冬季暴雨過(guò)程中，由西路冷空氣南下造成的有23次(35.9%)，東路冷空氣南下造成的有20次(31.3%)；冷空氣減弱出海變性后，在變性高壓脊影響下出現(xiàn)的冬季暴雨過(guò)程有12次(18.8%)；三者總和占總數(shù)的86.0%。另外，有9次(14.0%)冬季暴雨過(guò)程由西南低壓的發(fā)展所造成。

3.3 廣東冬季暴雨天氣形勢(shì)類型及暴雨引發(fā)機(jī)制

把引發(fā)暴雨的天氣形勢(shì)進(jìn)行歸納和分型是暴雨研究和預(yù)報(bào)中的有效手段。根據(jù)上文對(duì)850 hPa和海平面影響廣東冬季暴雨的天氣系統(tǒng)及其出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行分型，把引起廣東冬季暴雨過(guò)程最主要的天氣形勢(shì)分為4類(圖4)，表4是這4種天氣形勢(shì)所占冬季暴雨過(guò)程的比例及各項(xiàng)探空指數(shù)的平均值。

表4 廣東冬季暴雨4類天氣形勢(shì)所占比例及探空指數(shù)

圖4 廣東冬季暴雨過(guò)程的4類主要天氣形勢(shì):(a)切變-冷空氣型,(b)南風(fēng)-冷空氣型,(c)南風(fēng)-變性高壓脊型,(d)南風(fēng)-西南低壓型(圖中實(shí)線代表海平面氣壓，風(fēng)桿代表850 hPa風(fēng)向風(fēng)速)

(1)切變-冷空氣型(圖4a)。這種形勢(shì)占廣東冬季暴雨天氣形勢(shì)的32.8%，占比排名第1。這種形勢(shì)的暴雨多由冷式切變線在南壓過(guò)程中引發(fā)，一般是影響廣東的冷空氣有所減弱，或是冷空氣較為淺薄，850 hPa上吹南風(fēng)，但北方有冷空氣補(bǔ)充南下，北風(fēng)遇南風(fēng)形成冷式切變，冷暖交匯引發(fā)暴雨，當(dāng)冷空氣完全控制廣東省，廣東省上空由北風(fēng)控制，切變線南壓到南海洋面上，降雨結(jié)束。也有少數(shù)的切變線暴雨是由暖式切變所引起的，形勢(shì)是前期控制廣東的冷空氣強(qiáng)度逐漸減弱，850 hPa上南海北部的南風(fēng)逐漸上岸，與原來(lái)控制廣東的北風(fēng)形成對(duì)峙引發(fā)暴雨。切變-冷空氣型暴雨在冬季各個(gè)月份均可出現(xiàn)，暴雨點(diǎn)的位置取決于切變線停留的位置和時(shí)間。若切變線搭配的是東路冷空氣，一般會(huì)影響廣東的北部和東部；由于冷空氣對(duì)廣東西南部的影響較小，因此西南部基本不會(huì)出現(xiàn)這種類型的冬季暴雨。這種暴雨類型的K指數(shù)和ΔT是4種類型中最小的，SI指數(shù)最大，不利于對(duì)流的出現(xiàn)。

(2)南風(fēng)-冷空氣型(圖4b)。這種形勢(shì)所占的比例和切變-冷空氣型同為32.8%，是廣東冬季暴雨最常見(jiàn)的天氣形勢(shì)。廣東省地面被冷空氣所控制，當(dāng)冷空氣較為淺薄時(shí)，850 hPa吹南風(fēng)，南風(fēng)中的水汽被冷空氣抬升引發(fā)降水形成暴雨。這種類型的暴雨多由偏南氣流和西南氣流的增強(qiáng)所引發(fā)，東南氣流引發(fā)的暴雨相對(duì)較少。在廣東范圍內(nèi)有明顯的風(fēng)速輻合，部分個(gè)例南風(fēng)風(fēng)速可達(dá)到急流級(jí)別，當(dāng)南風(fēng)較小時(shí)，如果降水時(shí)間足夠長(zhǎng)，也能形成暴雨。這種類型的暴雨在冬季的各個(gè)月份均有出現(xiàn)，影響地區(qū)取決于冷空氣前鋒和南風(fēng)產(chǎn)生輻合的位置，若南風(fēng)搭配的是東路冷空氣，暴雨多出現(xiàn)在北部，其次是東部和中南部沿海，西南部出現(xiàn)這種暴雨的機(jī)會(huì)相對(duì)較小。探空指數(shù)顯示這種類型的熱力條件比切變-冷空氣型好，不穩(wěn)定層結(jié)條件和水汽條件與切變-冷空氣型相當(dāng)，總體上仍不太有利于對(duì)流的出現(xiàn)。

(3)南風(fēng)-變性高壓脊型(圖4c)。這種天氣類型所占比例為17.2%，在4種天氣類型中排第3。當(dāng)影響廣東的冷空氣出海變性并逐漸減弱后，廣東多受變性高壓脊影響，高壓后部低層轉(zhuǎn)為南風(fēng)，有時(shí)南風(fēng)較弱，有時(shí)南風(fēng)能迅速增強(qiáng)并達(dá)到急流級(jí)別，降水出現(xiàn)引發(fā)暴雨。這類暴雨在冬季各個(gè)月份都有出現(xiàn)；在落點(diǎn)上，西南部出現(xiàn)的次數(shù)較少，但這類暴雨一般以局地性暴雨為主，范圍較小且較為分散，是預(yù)報(bào)上的一大難點(diǎn)。從探空指數(shù)看，這種類型的水汽條件在四種類型中是最差的。

(4)南風(fēng)-西南低壓型(圖4d)。這種類型占比14.2%，是四種類型中最少的。冬季到春季的過(guò)渡期，冷空氣勢(shì)力逐漸減弱，在我國(guó)的西南部經(jīng)常會(huì)有低壓系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展，廣東范圍內(nèi)等壓線呈南北向，其伴隨的西南氣流或偏南氣流迅速增強(qiáng)并達(dá)到急流級(jí)別，大量的水汽向廣東輸送，在強(qiáng)位勢(shì)不穩(wěn)定下引發(fā)暴雨。西南低壓在冬季的其他月份不容易發(fā)展，因此這種類型的暴雨全部出現(xiàn)在2月，由于低壓的存在時(shí)間較長(zhǎng)，因此容易引發(fā)連續(xù)暴雨過(guò)程。這種暴雨多出現(xiàn)在廣東南部特別是東南部，在廣東北部出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較少。由于出現(xiàn)時(shí)間接近廣東汛期，這種暴雨的K指數(shù)、CAPE、IQ和ΔT均明顯大于其他3種暴雨類型，而SI指數(shù)則是4種類型中唯一的負(fù)值，有利于對(duì)流的發(fā)生，因此這種類型的暴雨往往有對(duì)流性質(zhì)，與前文所述2月的冬季暴雨常伴隨對(duì)流天氣現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)。2020年2月14日在廣東河源市就出現(xiàn)了典型的強(qiáng)對(duì)流冬季暴雨過(guò)程，伴有雷雨大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文利用了1981—2019年冬季(12月至次年2月)廣東省86個(gè)人工氣象觀測(cè)站的降水?dāng)?shù)據(jù)和NCEP再分析資料，2005—2019年MICAPS探空資料，對(duì)廣東省冬季暴雨的時(shí)空分布、天氣形勢(shì)和探空指數(shù)特征進(jìn)行了研究，結(jié)論如下：

(1)廣東冬季暴雨地域分布不均勻，總體上東多西少、北多南少，39年間各個(gè)站點(diǎn)平均每年會(huì)出現(xiàn)冬季暴雨0.25站次，其中冬季暴雨出現(xiàn)最多的是陽(yáng)江15.5站次，最少的是湛江6.0站次。

(2)不同年份冬季暴雨出現(xiàn)的次數(shù)差別很大，其中2011—2019年年均冬季暴雨站次數(shù)39.4站次，1981—1990年、2011—2019年年均暴雨過(guò)程數(shù)2.1次，均為近4個(gè)年代中最大。2月出現(xiàn)的冬季暴雨過(guò)程最多，為29次；12月最少，僅有14次。2月有36%的暴雨過(guò)程伴隨有對(duì)流天氣現(xiàn)象，比其他月份明顯要多。暴雨站點(diǎn)數(shù)在10個(gè)及以下的冬季暴雨過(guò)程占比65.6%，大范圍冬季暴雨出現(xiàn)較少。

(3)冬季暴雨大多出現(xiàn)在K指數(shù)和ΔT適中，CAPE值較小，SI指數(shù)和IQ較大的層結(jié)條件下，以穩(wěn)定性降水為主，其探空指數(shù)特征與冬季中到大雨日、無(wú)雨日和汛期強(qiáng)天氣相比有著明顯的不同。

(4)廣東冬季暴雨最常見(jiàn)的天氣形勢(shì)為500 hPa南支槽東移、850 hPa偏南氣流和冷式切變、地面西路冷空氣和東路冷空氣的補(bǔ)充。按照影響系統(tǒng)的不同，可把冬季暴雨天氣形勢(shì)分為切變-冷空氣型、南風(fēng)-冷空氣型、南風(fēng)-變性高壓脊型和南風(fēng)-西南低壓型4類。切變-冷空氣型、南風(fēng)-冷空氣型和南風(fēng)-變性高壓脊型在冬季各月份均可出現(xiàn)，廣東西南部出現(xiàn)這3種類型的冬季暴雨較少；南風(fēng)-西南低壓型全部出現(xiàn)在2月，其探空指數(shù)特征最有利于對(duì)流天氣的發(fā)生。