河源市持續(xù)性致洪暴雨天氣特征分析

賀發(fā)勝，賴曉玲，甘志捷，陳妙君，鐘東良

（河源市氣象局，廣東河源 517000）

河源市地處粵東北，多山地，暴雨是最主要的災害性天氣之一，尤其是連續(xù)性致洪暴雨，由于持續(xù)時間長、累計雨量大，在山地極其容易造成山體滑坡、山洪、泥石流等災害，嚴重威脅人民生命財產安全。前人對持續(xù)性暴雨的天氣特征和規(guī)律研究做了許多工作［1－6］。鮑名［7］統(tǒng)計分析近50年我國持續(xù)性暴雨的4種主要類型以及它們在大尺度環(huán)流背景方面的共性特征，指出穩(wěn)定的大尺度環(huán)流形勢是暴雨持續(xù)發(fā)生的必要條件；張端禹等［8］按華南附近主要低值系統(tǒng)劃分，將華南前汛期持續(xù)暴雨分為5個類型；林愛蘭等［9］則是依據中高緯環(huán)流特征將廣東前汛期持續(xù)性暴雨分為3種類型。從以往的研究中可以發(fā)現(xiàn)，僅依據中高緯或低緯環(huán)流特征得出的天氣分型差異很大，而中高緯和低緯系統(tǒng)疊加更有利于持續(xù)暴雨的發(fā)生［10］，因此，綜合分析500 hPa中高緯和低緯天氣系統(tǒng)變化特征，對深入研究持續(xù)性致洪暴雨的形成機理和做好預測都有十分重要的意義。本研究利用1980—2019年河源市5個國家氣象站日雨量資料及ERA5再分析資料，深入分析總結河源持續(xù)性致洪暴雨的天氣特征，提升認識、總結經驗，為以后此類暴雨預報提供更為具體的參考。

1 資料與研究方法

1.1 資料

降雨量資料取自中國氣象局國家氣象信息中心提供的1980—2019年河源市5個國家氣象觀測站日雨量資料（08：00—08：00（北京時，下同）或20：00—20：00）。所用的熱帶氣旋資料是中國氣象局上海臺風研究所整編的1949—2014年的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據集。再分析資料采用ECMWF第5代大氣再分析全球氣候數(shù)據（ERA5），空間分辨率為0.25°×0.25°經緯度，時間分辨率為6 h。

1.2 持續(xù)性致洪暴雨的定義

根據《QX／T442－2018 持續(xù)性暴雨事件》［11］，定義河源5個國家氣象站中任意一站日降水量連續(xù)3 d及以上均≥50 mm為一次持續(xù)性暴雨事件。補充定義單站連續(xù)5 d除中間1 d降水量＜50 mm其余4 d均≥50 mm也算一次持續(xù)性暴雨。在持續(xù)性的基礎上，定義單站24 h雨量≥100 mm，或過程雨量≥250 mm為一次持續(xù)性致洪暴雨過程。

2 結果與分析

2.1 時空分布

統(tǒng)計表明，1980—2019年河源市共出現(xiàn)15次持續(xù)性致洪暴雨過程，約每3年出現(xiàn)1次，沒有1年內出現(xiàn)兩次的情況。從出現(xiàn)的月份看，最早出現(xiàn)在3月，最晚9月；6月最多，出現(xiàn)8次；5月次之，為3次；3、4、7、9月均出現(xiàn)1次，8月沒有出現(xiàn)。

統(tǒng)計各站點出現(xiàn)次數(shù)發(fā)現(xiàn)，河源站出現(xiàn)次數(shù)最多，有8次，其次為連平站5次，龍川站1次最少，空間總體呈西南多東北少分布。

2.2 天氣分型

持續(xù)暴雨過程往往中高緯和低緯均有低槽活動［12］，本研究天氣分型是依據中高緯和低緯地區(qū)低槽活動特征，首先作出各個過程期間500 hPa平均的位勢高度場，再分析過程中，中高緯和低緯地區(qū)低值天氣系統(tǒng)變化特征和地理分布特點，歸納出4個類型，即東亞大槽＋南支槽型（Ⅰ型）、中緯多波動＋南支槽型（Ⅱ型）、東亞大槽＋孟灣槽型（Ⅲ型）和熱帶氣旋型（Ⅳ型），各類分型圖1所示。

圖1 Ⅰ型（a）、Ⅱ型（b）、Ⅲ型（c）、Ⅳ型（d）過程500 hPa平均高度場（等值線間隔2 dagpm）

1）東亞大槽＋南支槽型（Ⅰ型）。

東亞大槽＋南支槽型出現(xiàn)的比例最高，為5／15（33.3%），該類型過程平均持續(xù)時間3.8 d，在4種類型中居第2，過程平均日雨量59 mm，降雨大值區(qū)位于河源西南部。從該型5次過程500 hPa平均高度場（圖1a）可以看出，中、高緯為兩槽一脊型，兩低槽分別位于東亞沿海的東亞大槽和巴爾喀什湖附近，貝加爾湖到我國中北部地區(qū)為脊區(qū)，青藏高原南部至華南地區(qū)多南支波動影響。低緯西太平洋副高位于臺灣以東、日本以南洋面上，脊線位于18°N附近。

2）中緯多波動＋南支槽型（Ⅱ型）。

中緯多波動＋南支槽型出現(xiàn)比例居第2，為4／15（26.7%）。該型4次暴雨過程平均持續(xù)時間為3.75 d，在4種類型中排第3，過程平均日雨量53 mm，降雨大值區(qū)位于河源西南部。從4次過程500 hPa平均位勢高度場上（圖1b）可見，中高緯多波動東移，我國中北部主要受西北氣流影響，青藏高原以東等高線氣旋性彎曲最明顯的地方在云貴高原到華南西部，即主要低槽位于35°N以南，110°E經線附近我國南方地區(qū)上空，華南大部受該槽前部西南氣流影響；低緯西太平洋副高位于臺灣以東、日本以南洋面上，脊線位于20°N附近。

3）東亞大槽＋孟灣槽型（Ⅲ型）。

東亞大槽＋孟灣槽型共出現(xiàn)3次過程（占20%）。該型高原南部低槽與Ⅰ型相比位置更加偏南，可延伸到15°N附近的孟加拉灣，稱之為孟加拉灣槽［13］。孟灣槽前西南氣流一直伸展到華南，華南位于孟灣槽前，同時位于東亞大槽槽后，因此稱東亞大槽＋孟灣槽型。該型過程平均持續(xù)時間為5 d，持續(xù)時間最長，過程平均日雨量57 mm，降雨大值區(qū)位于河源西部和西北部。從該型過程500 hPa平均位勢高度場上可見（圖1c），中高緯大致呈兩槽一脊，在92°E附近孟加拉灣上空是一個明顯的低槽，華南地區(qū)處于孟灣槽前、東亞大槽槽后。副熱帶高壓588 dagpm線位于菲律賓及以東洋面上，脊線位于15°N附近，西脊點到達115°E。與其它類型相比，該型西太平洋副高強度最強，高原南部到孟加拉灣上空是一明顯的低槽。

4）熱帶氣旋型（Ⅳ型）。

同東亞大槽＋孟灣槽型，熱帶氣旋型亦出現(xiàn)了3次（占20%）。此型過程的平均持續(xù)時間最短，僅為3.3 d，過程平均日雨量60 mm，降雨大值區(qū)位于河源東南部和西北部。有2個強度達到臺風級、1個強熱帶風暴級，2個熱帶氣旋先是西北方向移動經過臺灣北部后在福建2次登陸，隨后南掉轉向西南方向移動。另一個是一直西北方向移動在陽江附近登陸。從該型3次過程500 hPa平均位勢高度場上可見（圖1d），中高緯呈兩槽一脊形勢，貝加爾湖到青藏高原是高脊，其東、西兩側則是低槽；低緯副高中心位于日本以南洋面，強度在所有類型中最強，脊線位于24°N附近，西脊點在125°E附近，對熱帶氣旋的引導作用很弱，在孟加拉灣北部是一個近于閉合的低中心。

2.3 各型物理量場差異分析

1）925 hPa溫度與溫度平流差異。

分析各型925 hPa溫度和溫度平流平均分布發(fā)現(xiàn)，華南地區(qū)主要受暖平流影響。進一步分析表明，各型925 hPa溫度平流分布存在差異：Ⅰ型（圖2）華南地區(qū)暖平流區(qū)中心強度超過4.0×10－5K·s－1，溫度梯度最大，華南北部冷平流也最為明顯。

圖2 Ⅰ型期間925 hPa平均溫度場（等值線，間隔1℃）和溫度平流（填色，單位：K·s－1）

Ⅱ型（圖略）暖平流中心強度也達到4.0×10－5K·s－1，但溫度梯度較小，冷平流較弱。Ⅲ型（圖略）華南暖平流中心強度均超過2.0×10－5K·s－1。Ⅳ型（圖略）華南暖平流中心強度僅1.0×10－5K·s－1，其強度是所有類型中最小的。

2）水汽條件差異。

對比分析各型925和850 hPa平均水汽通量和風場特征發(fā)現(xiàn)，在850 hPa高度上，4種類型河源地區(qū)均處在水汽通量大值區(qū)，并不是在輻合最明顯的區(qū)域中，其中Ⅲ型（圖3a）和Ⅳ型（圖3b）水汽通量超過20 g·cm－1·hPa－1·s－1，風速超過12 m／s；Ⅱ型風速接近12 m／s，水汽通量也達到20 g·cm－1·hPa－1·s－1；Ⅰ型水汽通量較小，在16 g·cm－1·hPa－1·s－1左右，風速為10 m／s。在925 hPa高度上，4個類型河源地區(qū)處在水汽通量大值區(qū)前方，水汽輻合比850 hPa更加明顯，水汽通量中心值的大小分布與850 hPa相同，也是Ⅲ型最大。

圖3 Ⅲ型（a）、Ⅳ型（b）850 hPa平均水汽通量場（填色，單位：g·cm－1·hPa－1·s－1）與風場（風向桿，單位：m／s）

從水汽源地上看，Ⅲ型和Ⅳ型水汽主要來自孟加拉灣的西南水汽通道，經過中南半島、南海后到達河源地區(qū)。尤其是Ⅳ型孟灣附近的水汽通量高達28 g·cm－1·hPa－1·s－1，使熱帶氣旋得以長時間維持［14］，其余2種類型的水汽也主要來自孟加拉灣，同時還有來自副高西側的偏南氣流，經南海往北輸送到河源地區(qū)。

3）200 hPa輻散條件差異。

高空輻散抽吸作用有利于低層輻合抬升，暴雨區(qū)中低層的輻合是對高層輻散的響應，暴雨發(fā)展的促發(fā)因素是高層的輻散［15］，同時強輻散場的出現(xiàn)要早于暴雨的發(fā)生［15］，因此對于200 hPa輻散條件的分析至關重要。分析各類型過程期間200 hPa平均散度和風場發(fā)現(xiàn)，4個類型河源地區(qū)高空均處在強輻散中心，Ⅰ型200 hPa南亞高壓位于中南半島到孟加拉灣一帶，河源處高壓東北側、西風槽前扇形輻散區(qū)；Ⅱ型（圖4a）南亞高壓位于中南半島和孟加拉灣北部，河源處高壓東側輻散區(qū)；西藏高原南部，河源處在高壓東側、西風槽前輻散區(qū)；Ⅳ型（圖4b）南亞高壓中心位于孟加拉灣北部，河源地區(qū)主要受西風槽前輻散影響。

圖4 Ⅱ型（a）和Ⅳ型（b）200 hPa平均散度場（填色，單位：s－1）與風場（風向桿，單位：m／s）

3 結論

1）河源持續(xù)性致洪暴雨主要出現(xiàn)在6月份，河源站出現(xiàn)次數(shù)最多。

2）依據500 hPa中高緯和低緯地區(qū)低值天氣系統(tǒng)變化特征和地理分布特點，河源持續(xù)性致洪暴雨可以歸納為4個類型：東亞大槽＋南支槽型、中緯多波動＋南支槽型、東亞大槽＋孟灣槽型和熱帶氣旋型，其中東亞大槽＋南支槽型次數(shù)最多，東亞大槽＋孟灣槽型持續(xù)時間最長。

3）持續(xù)性致洪暴雨期間華南地區(qū)主要受暖平流影響，東亞大槽＋南支槽型溫度梯度最大。

4）925 hPa水汽幅合比850 hPa更加明顯，水汽主要來自孟加拉灣，尤其是熱帶氣旋型，孟灣暖濕氣流使得熱帶氣旋能夠維持。

5）4個類型河源地區(qū)200 hPa高空均處在強輻散中心，但輻散的風場形勢差異較大。