廣東汛期對(duì)流回波的時(shí)空分布特征

王世強(qiáng)，黃照亮，夏冬，黃菲，張金清

（珠海市公共氣象服務(wù)中心，廣東珠海 519000）

對(duì)流天氣往往突發(fā)性強(qiáng)、過程劇烈，而天氣雷達(dá)在氣象探測(cè)方面的探測(cè)速度快、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，使其在對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警中起到至關(guān)重要的作用［1-2］。通過對(duì)高分辨率雷達(dá)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以揭示對(duì)流回波的精細(xì)時(shí)空分布特征，從而為對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)提供參考［3］。在基于雷達(dá)資料的對(duì)流天氣統(tǒng)計(jì)方面，我國(guó)很多地區(qū)已開展了相關(guān)研究工作。Chen等［4］利用雷達(dá)拼圖資料研究了京津冀地區(qū)對(duì)流風(fēng)暴出現(xiàn)頻次的暖季平均日變化特征，以及暖季對(duì)流風(fēng)暴日變化的差異；Lin等［5］利用雷達(dá)探測(cè)資料結(jié)合閃電、探空、地面資料等，研究了臺(tái)灣區(qū)域在弱天氣尺度強(qiáng)迫下對(duì)流風(fēng)暴的氣候特征；陳興超［6］利用廣州雷達(dá)資料統(tǒng)計(jì)了珠三角地區(qū)暖季對(duì)流的空間分布以及時(shí)間變化特征，揭示華南沿岸區(qū)域和內(nèi)陸地形迎風(fēng)坡上存在對(duì)流性降水中心。

廣東地區(qū)地處東亞季風(fēng)區(qū)，地形復(fù)雜，海陸影響顯著，對(duì)流天氣頻發(fā)［7-8］。關(guān)于廣東地區(qū)強(qiáng)降水分布及其日變化特征的研究，已有很多成果［9-12］，但利用精細(xì)化雷達(dá)資料開展對(duì)流回波的研究還很少。本研究利用廣東地區(qū)天氣雷達(dá)的3 km高度反射率因子拼圖資料，研究廣東地區(qū)汛期對(duì)流回波出現(xiàn)頻次的空間分布和日變化特征。

1 資料和方法

多部雷達(dá)拼圖資料的利用，可以更好地監(jiān)測(cè)對(duì)流天氣系統(tǒng)的發(fā)展和移動(dòng)［13-14］，也有利于避免不同雷達(dá)由于探測(cè)差異對(duì)對(duì)流系統(tǒng)識(shí)別造成影響。本研究使用的3 km高度CAPPI拼圖數(shù)據(jù)的空間分辨率為0.01°，時(shí)間分辨率為6 min，定義反射率因子≥40 dBz的回波為對(duì)流回波［15-16］。其中每個(gè)格點(diǎn)的對(duì)流回波平均頻次計(jì)算方法為

雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要受到地形遮擋和雷達(dá)覆蓋率的影響，從對(duì)流回波年平均頻次空間分布（圖1a）上可以看到，部分雷達(dá)站附近出現(xiàn)了以雷達(dá)站為中心的“放射性缺口”，其中在湛江雷達(dá)的北方、汕頭雷達(dá)的東北方和西南方等較為明顯。從廣東省海拔高度（圖1b）可以看到，這些“放射性缺口”主要是由于雷達(dá)電磁波受雷達(dá)站附近的高山所遮擋，缺口區(qū)域的雷達(dá)低空探測(cè)覆蓋率較低［17］，無法計(jì)算出準(zhǔn)確的3 km高度反射率因子，但在其他區(qū)域年平均對(duì)流回波頻次的分布依然顯示出很好的連續(xù)性，說明在大部分區(qū)域數(shù)據(jù)質(zhì)量很好，可以反映對(duì)流活動(dòng)狀況。

2 對(duì)流回波頻次的空間分布特征

從對(duì)流回波年平均頻次分布來看（圖1a），陸地上對(duì)流活躍區(qū)主要在粵西、珠三角（除肇慶外）和汕尾等地區(qū)，上述地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)頻次在0.15×10-2次·h-1以上，對(duì)流活躍地區(qū)主要在山脈南側(cè)的平原地區(qū)，海拔高度基本在200 m以下，且與廣東省常年的暴雨中心陽江、汕尾、清遠(yuǎn)佛岡等地基本吻合。海洋上主要在川山群島、珠江口外海以及距粵東較遠(yuǎn)的海面上。

圖1 廣東地區(qū)對(duì)流回波年平均頻次分布（單位：10-2次·h-1）（a）和海拔高度（單位：m）（b）

由于廣東地區(qū)汛期不同月份天氣系統(tǒng)的顯著不同，汛期各月對(duì)流回波的頻次也有明顯的差異（圖2）。

圖2 廣東地區(qū)汛期4—9月對(duì)流回波平均頻次分布（單位：10-2次·h-1）

4月（圖2a），除韶關(guān)北部、粵東地區(qū)外，廣東大部分地區(qū)對(duì)流活躍，尤其在珠三角中北部地區(qū)、韶關(guān)和清遠(yuǎn)南部地區(qū)，以及茂名和粵西沿海地區(qū)，前者主要是由鋒面活動(dòng)，在珠三角地區(qū)形成對(duì)流天氣，后者主要是由于西南氣流、偏南氣流逐漸加強(qiáng)，易形成對(duì)流天氣。5月（圖2b），粵北、珠三角中北部和東部地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)減弱，而粵西地區(qū)以及粵西近海的對(duì)流天氣活動(dòng)增多，表明鋒面系統(tǒng)影響逐漸減弱，西南、偏南氣流逐漸加強(qiáng)。6月（圖2c），隨著氣溫的升高和南海夏季風(fēng)的爆發(fā)，珠三角、汕尾地區(qū)的對(duì)流活動(dòng)明顯增強(qiáng)，且達(dá)到全年最強(qiáng)時(shí)段，同時(shí)粵東近海的對(duì)流活動(dòng)也開始增強(qiáng)，但湛江、茂名地區(qū)略有減弱。7月（圖2d），對(duì)流活躍區(qū)域與6月基本相同，但強(qiáng)度明顯減弱。8月（圖2e），對(duì)流活躍區(qū)域僅剩下廣東南部沿海地區(qū)，但廣東近海的對(duì)流活動(dòng)明顯活躍。9月（圖2e），隨著偏南氣流的減弱，對(duì)流活動(dòng)也顯著減弱，僅在珠三角南部、粵西地區(qū)和粵西海面對(duì)流較為活躍，其他地區(qū)是汛期對(duì)流最不活躍的月份?？傮w可以看出，前汛期（4—6月）對(duì)流活躍區(qū)域主要在粵西、珠三角（除肇慶外）、汕尾等地區(qū)，這主要由自北向南移動(dòng)的鋒面系統(tǒng)和西南氣流或偏南氣流下迎風(fēng)坡形成對(duì)流系統(tǒng)，以及平原地區(qū)在中午和午后出現(xiàn)的熱對(duì)流造成；后汛期（7—9月）對(duì)流活躍區(qū)域主要在廣東南部地區(qū)，這主要是由熱帶氣旋、東風(fēng)波等熱帶系統(tǒng)，以及中午和午后的熱對(duì)流造成，其中熱帶氣旋等熱帶系統(tǒng)活動(dòng)的增多，使得粵東海面對(duì)流回波增多。其中，6月份對(duì)流活動(dòng)最為旺盛，9月份最弱。

3 對(duì)流回波頻次日峰值分布特征

分別計(jì)算前汛期和后汛期逐小時(shí)的對(duì)流回波平均頻次，并定義平均頻次最大的時(shí)刻為日峰值時(shí)刻。從對(duì)流回波頻次日峰值時(shí)刻分布來看，在前汛期（圖3a）廣東近海海面的峰值時(shí)刻較為散亂，從凌晨到下午（02：00—17：00（北京時(shí)，下同））都有；沿海地區(qū)多在上午（08：00—11：00）或中午（11：00—14：00），中南部地區(qū)則多在中午或下午（14：00—17：00），北部地區(qū)峰值時(shí)刻也較為散亂，無明顯峰值。后汛期（圖3b）廣東近海海面的峰值時(shí)刻仍較為散亂，多在上午或中午；沿海地區(qū)在中午或下午，中南部大部分地區(qū)都在下午，北部地區(qū)多在下午，也有一部分在傍晚。對(duì)流天氣的產(chǎn)生與熱力條件有著密切的關(guān)系，中午和下午熱力條件充足，有利對(duì)流天氣的產(chǎn)生，因此廣東大部分地區(qū)的對(duì)流回波頻次的日峰值出現(xiàn)在中午或下午；廣東北部地區(qū)地形條件復(fù)雜，峰值時(shí)刻較為散亂、不一；廣東近海和沿岸在前汛期對(duì)流活動(dòng)與西南季風(fēng)關(guān)系密切，西南季風(fēng)往往在凌晨至上午最強(qiáng)，因此前汛期近海和沿岸部分地區(qū)的峰值時(shí)段在凌晨至上午，后汛期熱帶系統(tǒng)活動(dòng)沒有明顯日變化規(guī)律，峰值時(shí)段不一。

圖3 前汛期（a）和后汛期（b）對(duì)流回波頻次日峰值時(shí)刻分布

4 典型區(qū)域?qū)α骰夭l次日變化特征

從第2和第3章可以看出，對(duì)流回波頻次較高的區(qū)域主要在廣東中南部地區(qū)，不同區(qū)域的頻次峰值時(shí)刻差異較大，尤其是在沿海地區(qū)峰值時(shí)刻分布較為復(fù)雜。分別選取以下區(qū)域（圖1b）對(duì)前汛期和后汛期對(duì)流回波的日變化特征進(jìn)行分析：沿海岸線區(qū)域（A區(qū)域）和平行海岸線的廣東中部?jī)?nèi)陸區(qū)域（B區(qū)域），經(jīng)度區(qū)間為109°E—118°E，緯向?qū)挾葹?.5°，對(duì)其對(duì)流回波頻次做經(jīng)向平均；經(jīng)過廣東中部的經(jīng)向區(qū)域（C區(qū)域），經(jīng)度區(qū)間為113°E—114°E，緯度區(qū)間為21°N—26°N，對(duì)其對(duì)流回波頻次做緯向平均。

沿海岸線區(qū)域（A區(qū)域）的對(duì)流活躍時(shí)段較為廣泛，除上半夜（20：00—24：00）活動(dòng)明顯偏弱外，其他時(shí)段對(duì)流都較為活躍。在前汛期（圖4a），西部沿海（茂名沿海至珠海）有多個(gè)高峰頻次，且有自西向東峰值時(shí)刻逐漸推后的現(xiàn)象；東部沿海（深圳至汕尾沿海）僅有1個(gè)高峰頻次，多在中午。在后汛期（圖4b），對(duì)流頻次明顯弱于前汛期，其中西部沿海（茂名沿海至珠海）依然有2～3個(gè)高峰頻次，東部沿海（惠州沿海至揭陽沿海）僅有1個(gè)高峰頻次，也多在中午。

圖4 沿海岸線區(qū)域（A區(qū)域）前汛期（a）和后汛期（b）對(duì)流回波頻次（單位：10-2次·h-1）日變化分布和平均海拔高度（c）

平行海岸線的中部?jī)?nèi)陸區(qū)域（B區(qū)域）對(duì)流活躍時(shí)段較為集中，前汛期主要白天（08：00—20：00），后汛期集中在中午至傍晚。對(duì)流回波頻次在前汛期（圖5a）基本都僅有1個(gè)高峰頻次時(shí)段（除廣州外的地區(qū)），廣州以西地區(qū)在中午或上午，廣州以東地區(qū)在中午，且都有自西向東峰值時(shí)刻逐漸推后的現(xiàn)象；廣州地區(qū)有2個(gè)高峰頻次時(shí)段，最高頻次時(shí)段在14：00前后，次高頻次時(shí)段在上午。后汛期（圖5b），基本都僅有1個(gè)高峰頻次時(shí)段，且集中在下午。

圖5 平行海岸線的廣東中部?jī)?nèi)陸區(qū)域（B區(qū)）前汛期（a）和后汛期（b）對(duì)流回波頻次（單位：10-2次·h-1）日變化分布和平均海拔高度（c）

經(jīng)過中部的經(jīng)向區(qū)域（C區(qū)域）對(duì)流活躍時(shí)段南北呈現(xiàn)不同的特征：從珠江口外海至中山對(duì)流活躍時(shí)段在整個(gè)汛期都較為分散；從東莞至粵北地區(qū)前汛期較為分散，后汛期則集中在中午至傍晚。在前汛期（圖6a），整個(gè)區(qū)域基本都有多個(gè)高峰頻次時(shí)段，從珠江口外海至廣州中部最高頻次時(shí)段在中午至下午，清遠(yuǎn)東南部和韶關(guān)西北部則在凌晨和上午。后汛期（圖6b），珠海有2個(gè)高頻次時(shí)段，在凌晨至上午和14：00前后，其余地區(qū)均僅有1個(gè)高頻次時(shí)段，均在下午。

圖6 經(jīng)過廣東中部的經(jīng)向區(qū)域（C區(qū)）前汛期（a）和后汛期（b）對(duì)流回波頻次（單位：10-2次·h-1）日變化分布和平均海拔高度（c）

5 結(jié)論

1）從對(duì)流回波年平均頻次分布來看，陸地上對(duì)流活躍區(qū)主要在粵西、珠三角（除肇慶外）和汕尾等地區(qū)，海拔高度基本在200 m以下。海洋上主要在川山群島、珠江口外海以及距粵東稍遠(yuǎn)的海面上。

2）前汛期（4—6月）對(duì)流活躍區(qū)域主要在粵西、珠三角（除肇慶外）、汕尾等地區(qū)；后汛期（7—9月）對(duì)流活躍區(qū)域主要在廣東南部地區(qū)。其中，6月份對(duì)流活動(dòng)最為旺盛，9月份最弱。

3）前汛期沿海地區(qū)的對(duì)流回波頻次峰值多在上午或中午，中南部地區(qū)在中午或下午，北部地區(qū)峰值不明顯；后汛期沿海地區(qū)峰值在中午或下午，其他地區(qū)基本都在下午。

4）南部沿海地區(qū)和珠三角中部對(duì)流回波在日間有多個(gè)高頻次時(shí)段，其他地區(qū)多只有單個(gè)高頻次時(shí)段。

由于廣東地區(qū)影響天氣系統(tǒng)和下墊面、地形的復(fù)雜性，對(duì)流回波頻次的日變化特征非常復(fù)雜，需要在下一步工作中依照不同天氣系統(tǒng)分析對(duì)流回波的活動(dòng)特征。