2019年12月汕尾市一次冬季大暴雨的成因分析

李泳澤，程正泉，郭春迓，張毅

（1.汕尾市氣象局，廣東汕尾 516600；2.廣東省氣象臺，廣東廣州 510640）

廣東省的暴雨具有明顯的季節(jié)性［1］，其中冬季暴雨比較少見。但近年來，在12和1月等少雨的月份也出現(xiàn)了幾次冬季暴雨，并已有學者對其開展相關研究，如鄧文劍等［2］分析指出，2013年冬季廣東罕見持續(xù)暴雨過程是青藏高原附近“北脊南槽”環(huán)流形勢下北方冷空氣和來自南海、孟加拉灣沿南支槽前向東向北推進的暖濕氣流持續(xù)交綏，并在局地形成異常經(jīng)向垂直環(huán)流而形成；其他一些學者分別從氣候［3］、天氣［4－8］等方向?qū)V東的部分冬季暴雨個例進行研究。由于冬季暴雨較汛期暴雨預報具有一定難度，因此對其個例分析并總結是有一定意義的。本研究對2019年12月29—30日汕尾市的一次與熱帶氣旋相關的冬季大暴雨進行分析，以研究其成因。

1 天氣實況

1.1 臺風概況

1929號臺風“巴蓬”2019年12月22日08：00（北京時，下同）生成于西太平洋，25日17：00移入南海；27日在南海中部西移并逐漸減弱，28日14：00中央氣象臺對其停止編號。28—29日，“巴蓬”雖然減弱，但根據(jù)可見光云圖仍可對其殘存系統(tǒng)中心進行定位，其中心28日14：00位于14.5°N，113.9°E；29日08：00位于14.7°N，111.4°E［9］，隨后才填塞無法辨識?！鞍团睢痹谏分信c汕尾市的距離始終在800 km以上。

1.2 汕尾雨量實況

2019年12月29—30日，受臺風“巴蓬”殘存系統(tǒng)和冷空氣共同作用的海上倒槽雨帶影響，汕尾市出現(xiàn)建市以來最晚的一次強降雨過程，其中陸豐市普降暴雨到大暴雨，最大點雨量為陸豐甲東（29日08：00—30日08：00的日雨量為144.6 mm的大暴雨）。粵東到閩南沿海臺站普遍錄得大雨到暴雨，內(nèi)陸雨量迅速收斂（圖1）。

圖1 2019年12月29—30日雨量（單位：mm）時空分布

該次冬季大暴雨的特點為雨勢較平緩、累積雨量大、東向西遞減，與汕尾市汛期常見的暴雨在時空分布上有較大不同。

根據(jù)全市所有自動站的逐小時雨量觀測，只有最大雨量點陸豐甲東鎮(zhèn)附近在29日10：00—16：00的雨強＞10 mm／h，其余站點幾乎沒有，或僅有極少時次出現(xiàn)10mm以上時雨量，總體雨勢平緩。而29日08：00，“巴蓬”的殘存低壓中心距離陸豐甲東約1 050 km。另外，該次大暴雨過程中未有明顯的雷暴相伴。

2 環(huán)流形勢簡析

2019年12月29日08：00（圖2a），500 hPa我國為兩脊一槽形勢，云南一帶有南支短波槽東移，南海北部處在副高邊緣；850 hPa南海為16℃以上暖區(qū)，自東海有冷舌指向閩粵交界沿海一帶；925 hPa自西沙群島向廣東沿海存在一個熱帶低壓（臺風）倒槽，海平面氣壓場與925 hPa相似。天氣圖分析顯示盡管是在冬季，但粵東沿海一帶處在臺風倒槽和冷空氣共同作用下的不穩(wěn)定環(huán)境之中。

根據(jù)NCEP／FNL的1°×1°再分析資料可知，29日02：00和08：00（圖2b）自巴士海峽到南海東北部一帶850和925 hPa均存在風速＞16 m／s的偏東風急流，并在粵東近海減速輻合。這支邊界層急流的存在，與“巴蓬”殘存系統(tǒng)與變性冷高之間的氣壓梯度有關，與500 hPa副高疊加海上變性冷高壓的湍流下傳有關，而臺灣島和呂宋島之間的巴士海峽形成的狹管效應也有利于其維持。隨時間的演變，“巴蓬”徹底減弱消失和短波槽東移，該急流減弱并東退。

圖2 2019年12月29日08：00天氣形勢中分析（a）和NCEP／FNL再分析資料

3 物理量診斷

關于臺風倒槽或臺風相關的遠距離暴雨，國內(nèi)已有很多學者［10－14］開展過系統(tǒng)的或者具體個例的相關研究。

該次汕尾市冬季大暴雨過程的持續(xù)時間不長，且從暴雨區(qū)到中雨區(qū)的過渡范圍大致只有50 km（陸豐南部到汕尾城區(qū)），鑒于時空分辨率問題，采用NCEP／FNL和ERA5再分析資料進行探討。該次過程發(fā)生于冬季，其暴雨帶限于粵東沿海一帶，且在蓮花山以東就完成過渡，與夏季臺風外圍環(huán)流或秋季臺風倒槽形勢不盡相同。

3.1 水汽條件

根據(jù)第2章可知，巴士海峽到南海東北部一帶于2019年12月29日02：00—08：00期間盛行一支最大風速達18 m／s的偏東風邊界層（925～850 hPa）急流，并在粵東近海減速輻合。根據(jù)汕尾周邊的香港（45004）、汕頭（59316）和河源（59293）的探空資料分析，沿海的香港和汕頭的濕層高度和比濕值均比之前幾日有明顯改善，但內(nèi)陸的河源則未有改善，顯示這支偏東風急流的水汽輸送未能深入內(nèi)陸。汕頭的邊界層高度風速接近10 m／s，香港則風速較弱。

圖3為華南周邊地區(qū)的水汽通量和散度圖，由圖3可知，與邊界層急流相對應，巴士海峽到南海東北部一帶850和925 hPa上存在＞20 g／（cm2·hPa·s）的水汽通量大值區(qū)，雖然到粵東近岸有明顯減弱，但在29日白天，粵東沿海850 hPa存在＜－50×10－7g／（cm2·hPa·s）的水汽通量散度負值中心，汕尾近海925 hPa也存在－35×10－7g／（cm2·hPa·s）的負值中心，顯示在粵東近海海面和沿岸存在明顯的輻合，相關雨帶在海上形成并上岸影響粵東沿岸。29日夜間，隨著“巴蓬”繼續(xù)減弱，與臺風殘存低壓相關的這支邊界層急流迅速減弱消失，粵東沿海轉為雨強較弱的穩(wěn)定性降水。

圖3 NCEP／FNL 1°×1°格點2019年12月29日08：00再分析資料

3.2 動力和熱力條件

利用ERA5的0.25°×0.25°、逐小時高分辨率再分析資料來反映該次過程的大暴雨點附近的動力和熱力條件（圖略）。由散度場所示，在23°N，116°E（甲東附近），12月29日08：00在850 hPa高度出現(xiàn)強度＜－6×10－5s－1的輻合中心，其上空550 hPa高度有＞6×10－5s－1的輻散中心相對應；17：00在200 hPa高度出現(xiàn)＞10×10－5s－1的強輻散中心，20：00后700～800 hPa高度有＜－10×10－5s－1的強輻合中心。渦度場（圖略）顯示在29日17：00，甲東附近800 hPa高度存在＞10×10－5s－1的強正渦度區(qū)，250 hPa高度有＜－10×10－5s－1的強負渦度區(qū)相對應。這些動力條件在30日凌晨以后明顯減弱，因此甲東＞10 mm／h的較強對流性降水主要在29日出現(xiàn)。

如圖4所示，12月29日沿甲東附近的23°N緯線，邊界層（大致對應925～850 hPa）自119°E—116°E存在一支風速接近12m／s的氣流，并自東向西減速，這與第2章所述的邊界層急流相對應，但因23°N稍北，風速弱于急流中心；假相當位溫＞340 K的高值區(qū)也隨著這股氣流西傳和抬升。29日08：00，119°E—118°E（臺灣海峽）700 hPa附近風場存在波動，形成了一個次級環(huán)流，風速隨高度明顯增加，對應該區(qū)域一個垂直上升氣流；到20：00上升氣流顯著減弱，但從850 hPa以上層面西傳到達115°E（深圳到汕頭）。而陸豐一帶（116°E附近）的暴雨降水，主要介于08：00和20：00兩個時段之間，據(jù)此判斷從南海東北部到汕尾境內(nèi)存在能量鋒區(qū)，熱力條件有利于降雨的維持；相關的垂直方向上的次級環(huán)流可能是強降水維持的一個原因。

圖4 利用ERA5再分析資料繪制的2019年12月29日08：00（a）和20：00（b）沿23°N的112°E—126°E假相當位溫

4 云圖和雷達圖

4.1 云圖

根據(jù)風云2G氣象衛(wèi)星的紅外和可見光衛(wèi)星云圖（圖略）監(jiān)測，12月29日白天，“巴蓬”減弱后殘存的低壓環(huán)流中心仍在南海西部一帶活動，但云頂高度很低；其北側外圍云帶已和鋒面云帶銜接，形成一個類似于臺風倒槽與冷鋒結合的云系形態(tài)，在粵東近海海面和南海東北部一帶對流旺盛，云頂高度較高，云頂溫度低。29日夜間，殘存低壓中心已無法辨識，原臺風殘存系統(tǒng)的云系逐漸和鋒面云帶脫離，影響粵東地區(qū)的鋒面云帶東移，總體對流強度減弱。至30日白天，鋒面云帶主體已從粵東過境，午后汕尾境內(nèi)部分地區(qū)已轉晴。

4.2 雷達特征

根據(jù)汕尾雷達的反射率因子監(jiān)測，該次過程降雨回波的移動趨勢是自海上從西南向東北移動，并非臺風西移時其外圍螺旋雨帶隨之逐漸西移的形態(tài)；回波強度普遍較弱，一般介于25～35 dBz，因此，陸豐地區(qū)的大暴雨降水主要是中等強度的雨帶在較長的時間里形成“列車效應”而累積形成。由于臺風殘存系統(tǒng)在進一步西移時減弱消失，整體雨帶并未向西大幅推進，因而形成了汕尾全市降雨量東多西少的特殊空間分布。

相關文獻在臺風暴雨過程中常常側重于對中尺度天氣系統(tǒng)的分析［10－14］。由于該次冬季暴雨的回波強度較弱，并在海上形成后北抬上岸，而海上實際缺乏觀測資料，難以判斷中尺度系統(tǒng)觸發(fā)和生消的機制。根據(jù)汕尾雷達的速度和風廓線產(chǎn)品分析，該次過程汕尾附近900 m以下為東北到東風，顯示有冷空氣活動；從風向隨高度順轉判斷29日白天低空存在暖平流，結合圖2a的分析，900～1 500 m汕尾一帶風向由東轉東南，而閩粵一帶則存在冷舌，為臺風倒槽形勢下的冷暖氣流交匯，有利于降雨的維持。而29日夜間到30日，風已變?yōu)殡S高度逆轉，低空轉為冷平流，此時降水性質(zhì)逐漸轉為完全的鋒面雨帶，雨強亦隨之減弱。由于汕尾地區(qū)無探空資料，雷達風廓線產(chǎn)品可作為探空的有效補充（圖5）。

圖5 2019年12月29日14：00汕尾雷達風廓線產(chǎn)品

5 綜合分析

綜上所述，汕尾市該次冬季大暴雨是由熱帶氣旋“巴蓬”相關的倒槽雨帶及其后續(xù)演變帶來?！鞍团睢睖p弱后其外圍自巴士海峽到南海東北部引入的邊界層急流，在粵東近海減速輻合抬升，形成回波后上岸帶來局部性的對流性短時強降雨，該支邊界層急流為該次大暴雨貢獻了主要水汽。由于其主體位于海上并近岸減弱，沒有形成海岸線的海陸輻合抬升，主雨區(qū)在海上，所以最后暴雨落區(qū)的空間分布僅限于沿海地區(qū)，而不像夏秋臺風外圍或者東風波等系統(tǒng)影響下，急流深入陸地并在蓮花山等“雨窩”地帶形成強輻合抬升進而出現(xiàn)暴雨的分布。

據(jù)此，進一步猜測立冬以后在南?；顒拥呐_風的倒槽影響粵東形成大雨到暴雨的關鍵預測因子即是巴士海峽到南海東北部一帶的邊界層急流。反查相似歷史個例及相關的再分析資料，如1986年臺風“IDA”、1987年臺風“NINA”、1994年臺風“AXEL”、2018年臺風“天兔”等，均有類似的情況，其臺風倒槽帶來粵東的暴雨降水均和粵東近海的邊界層急流相關。其中，“IDA”的個例925 hPa除巴士海峽方向的急流外，還有另一支閩粵沿海的急流與冷空氣相關，為顯著的臺風倒槽形勢，因此降雨很明顯（圖6）。

圖6 1986年11月16日08：00 8622號臺風“IDA”925 hPa風場（單位：m／s）

所以，今后秋冬季節(jié)預報粵東一帶的臺風倒槽或外圍環(huán)流降雨時，需留意巴士海峽到粵東沿岸的邊界層急流是否存在，及持續(xù)的時間和深入陸地的程度。

6 結論

1）由于1929號臺風“巴蓬”罕見地于12月下旬仍在南海中西部活動，其相關的倒槽雨帶及后續(xù)演變的云系給汕尾市帶來一次冬季大暴雨降水過程，該次過程具有“雨勢較平緩、累積雨量大、東向西遞減”的時空分布特征。

2）通過物理量診斷分析，可知該次暴雨的水汽貢獻來自于“巴蓬”引入的自巴士海峽到南海東北部的一支邊界層急流，且動力和熱力條件支持強降雨的維持。其中決定該次降水的最關鍵因子是925～850 hPa的邊界層急流，其主體位于海上并近岸減弱最終導致陸地上的暴雨落區(qū)僅限于粵東沿海地區(qū)。

3）今后汕尾市乃至粵東沿海臺站，在秋冬季節(jié)進行與熱帶氣旋相關的強降水預測時，需要特別留意巴士海峽到粵東沿岸是否存在邊界層急流及其持久和深入程度。