翁源縣前汛期兩次致災(zāi)大暴雨過程對比分析

趙亮巨，陳浩偉，高翠翠，廖慧娟，林青

（1.翁源縣氣象局，廣東翁源 512600；2.韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512000）

前汛期是華南降水集中、暴雨多發(fā)的時期。不同地區(qū)暴雨的影響系統(tǒng)、形勢配置、觸發(fā)機制等存在明顯差異［1］。近年來，廣東各地市對本地的致災(zāi)性暴雨過程已有許多研究和總結(jié)［2-6］，如賀發(fā)勝等［2］分析2019年6月中旬河源一次連續(xù)暴雨過程，發(fā)現(xiàn)強降雨與低空急流的脈動密切相關(guān)，暴雨落區(qū)與500 hPa上升速度大值區(qū)相對應(yīng)；伍志芳等［6］分析2017年廣州“5·7”暖區(qū)特大暴雨的中尺度系統(tǒng)和預(yù)報性，認(rèn)為加強的溫度梯度及地面風(fēng)場輻合可能是該次局地強降水的重要觸發(fā)因子。也有學(xué)者從暴雨過程對比著手進(jìn)行探討，其中鄭清等［7］、李明華等［8］分別對陽江市兩場罕見暴雨和惠東高潭3次極端強降水過程進(jìn)行分析。韶關(guān)地處廣東內(nèi)陸，山區(qū)的防洪排澇能力明顯弱于省內(nèi)其他地方，災(zāi)害性暴雨過程研究較少，汪海恒等［9］對韶關(guān)地區(qū)一次致澇暴雨過程進(jìn)行診斷分析，表明低層強輻合觸發(fā)了不穩(wěn)定能量，而高層強輻散的抽吸作用，加劇了氣流的垂直上升運動，引起了短時強降水的發(fā)生。

本研究采用自動站資料、ECMWF的ERA5再分析資料、Micaps實況數(shù)據(jù)，對比分析2010年5月6日（簡稱“10·05”暴雨過程）和2013年5月15—16日（簡稱“13·05”暴雨過程）兩次韶關(guān)市翁源縣大范圍致災(zāi)性暴雨過程發(fā)生發(fā)展的異同點，加深對本地暴雨的認(rèn)識，為今后暴雨的預(yù)報和決策服務(wù)提供理論支撐。

1 降水實況對比

2010年5月5日20：00至6日20：00（北京時，下同）和2013年5月14日08：00至16日14：00，韶關(guān)市翁源縣均遭遇了大范圍的大暴雨到特大暴雨的天氣，兩次降水過程雨量之大和范圍之廣為翁源縣歷史罕見。據(jù)統(tǒng)計，“10·05”暴雨過程，翁源全縣50%自動站降雨量超過250 mm，其余均超過100 mm，其中新江鎮(zhèn)錄得最大降雨量411.3 mm（單日雨量突破翁源歷史極值）；“13·05”暴雨過程，全縣平均累計降水量達(dá)277.7 mm，其中官渡鎮(zhèn)六里村錄得最大降水量427.9 mm。

對比兩次大暴雨過程發(fā)現(xiàn)，兩次過程都具有雨強大、范圍廣、預(yù)報難度大、致災(zāi)嚴(yán)重的特點?！?0·05”暴雨過程降水主要分為3個階段，分別是5月5日22：00—23：00、6日05：00—09：00、6日11：00—18：00，呈“三峰”型，其中第一階段降水主要出現(xiàn)在翁源縣西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其最大小時雨強為新江鎮(zhèn)43.2 mm；第二階段降水范圍進(jìn)一步擴大至翁源東部和北部，最大小時雨強為龍仙鎮(zhèn)66.7 mm；第三階段降水范圍覆蓋全縣，最大小時雨強為官渡鎮(zhèn)81.2 mm?！?3·05”暴雨過程降水時間更長，主要分為2個階段，分別是5月15日09：00—11：00，16日06：00—10：00，呈“雙峰”型，兩階段降水均覆蓋全縣，其中第一階段最大小時雨強官渡鎮(zhèn)89.4 mm；第二階段最大小時雨強為翁城鎮(zhèn)71.9 mm。

圖1 兩次暴雨過程累計降水分布（單位：mm）

2 大氣環(huán)流背景對比分析

“10·05”暴雨過程：在500 hPa上，中高緯地區(qū)為兩脊一槽型，副高處于南海洋面上穩(wěn)定少動，翁源處于其西北側(cè)中，從5日20：00和6日08：00、14：00、20：00（圖2）的500 hPa位勢高度場和風(fēng)場來看，不斷有短波槽從廣西境內(nèi)東移，翁源地區(qū)是先處于槽前西南氣流后轉(zhuǎn)為槽后偏北氣流的大環(huán)境中，處于槽前的時間也是翁源地區(qū)發(fā)生強降雨的時間段，轉(zhuǎn)為偏北氣流時對應(yīng)的強降雨也基本結(jié)束。5日20：00—6日14：00，850 hPa（圖2a-c）切變線位于湖南-江西中北部地區(qū)，6日20：00切變線南壓至清遠(yuǎn)-韶關(guān)北部，但此時翁源強降水過程已經(jīng)結(jié)束。700到850 hPa翁源均處于強盛的西南暖濕氣流中，為暴雨的形成提供了充足的能量。925 hPa為明顯的西南急流，為暴雨區(qū)域提供了充足的水汽。同時，850和925 hPa上有明顯的風(fēng)速輻合區(qū)，200 hPa為輻散氣流，這種低層輻合高層輻散的配置非常有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展。整個暴雨過程地面鋒面均位于嶺北以北地區(qū)，因此，“10·05”為典型的暖區(qū)暴雨過程。

“13·05”暴雨過程的強降水主要分為15日08：00—20：00和16日04：00—14：00兩個時間段。15日08：00—20：00（圖2e-f），500 hPa翁源處在較為平直的強盛偏西氣流中；700 hPa翁源處在大風(fēng)區(qū)左前方。15日08：00（圖2e）850 hPa西南急流建立，切變線位于湖南-江西北部一帶，呈現(xiàn)東北-西南走向；850和925 hPa翁源地區(qū)均有明顯的風(fēng)速輻合，高空200 hPa（圖略）呈明顯的輻散氣流，低層輻合高層輻散和低空急流的配置有利于強降水的發(fā)生發(fā)展，此時地面鋒面位于嶺北以北地區(qū)。16日08：00（圖2g），隨著南支槽東移靠近，槽前西南氣流明顯增強，引導(dǎo)850 hPa切變線和地面冷空氣南下影響翁源，700 hPa槽線位于廣西東部，并不斷東傳，槽前西南氣流明顯，850 hPa切變線南壓到韶關(guān)北部片區(qū)，925 hPa切變線位于翁源北部區(qū)域，風(fēng)速和風(fēng)向都有明顯的輻合，地面上存在較明顯的輻合線，均有利于強降水的產(chǎn)生，因此，后半段為鋒面降水過程。

綜上分析，“10·05”暴雨過程為暖區(qū)暴雨特征，主要受高空小槽和低空急流影響，沒有切變線系統(tǒng)和地面鋒面影響?！?3·05”暴雨過程前期具有暖區(qū)暴雨的特征，主要影響系統(tǒng)是南支槽和低空急流，后期為鋒面暴雨特征，主要影響系統(tǒng)為南支槽、切變線和地面弱冷空氣［10］。

3 物理量場的診斷對比分析

3.1 渦度場

渦度是指空氣塊旋轉(zhuǎn)強度的物理量，正負(fù)渦度的強度表征大氣層的輻合和輻散情況。“10·05”暴雨過程發(fā)生前，翁源上空為一致的負(fù)渦度區(qū)，5月6日14：00（圖略）暖區(qū)暴雨區(qū)中層和低層均為正渦度，高層200 hPa為負(fù)渦度區(qū)，正渦度位于850 hPa以下，中心值達(dá)16×10-5s-1，低層強的正渦度和高層負(fù)渦度配合形成了低層輻合和高層輻散的抽吸態(tài)勢，強的垂直上升運動為強降水的發(fā)生提供了有利的動力條件?！?3·05”暴雨過程，翁源上空200 hPa以下渦度場均為正渦度，且有兩個正渦度中心（圖略），分別在925和400 hPa附近，低層正渦度中心值高達(dá)37×10-5s-1，中高層渦度中心值為25×10-5s-1，負(fù)渦度區(qū)在200 hPa以上，說明整層輻合形勢非常強，抽吸效應(yīng)明顯，上升運動強烈。分析表明，兩次過程降水發(fā)生時高空輻散、低層輻合形勢非常明顯，所不同的是“13·05”暴雨過程有兩個正渦度中心且高度達(dá)到了200 hPa左右；而“10·05”暴雨過程的輻合高度較低，只有850 hPa左右，輻合中心強度“13·05”暴雨過程明顯強于“10·05”暴雨過程。

3.2 垂直運動

垂直運動能夠促進(jìn)大氣之間能量的轉(zhuǎn)換，對天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展有很大的影響。分析兩次暴雨過程的垂直速度發(fā)現(xiàn)，負(fù)速度區(qū)和強降水區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系?！?0·05”暴雨過程中，6日08：00（圖3a-c），翁源北部上空為負(fù)值區(qū)，但垂直速度值比較小，中低層垂直速度均小于-1 hPa／s，高層為正值；“13·05”過程中，5月16日08：00（圖3d-f），負(fù)速度一直從地面延伸至高空，500、700和850 hPa均達(dá)到了-2到-3 hPa／s之間，垂直速度明顯要比“10·05”暴雨過程強。

綜合以上動力條件可以發(fā)現(xiàn)，兩次過程都有深厚的垂直環(huán)流，但“13·05”暴雨過程的輻合上升運動強度比“10·05”暴雨過程強，主要是因為“13·05”暴雨過程中除了中低層強盛的西南急流影響外，還有高空槽、冷空氣和切變線的配合。

3.3 濕度條件

暴雨的產(chǎn)生需要本地上空有源源不斷的水汽輸送和水汽輻合，水汽的來源和輸送往往又與降水強度密切相關(guān)。從850 hPa水汽通量場和風(fēng)場的演變來看，“10·05”暴雨過程，5日20：00（圖略），西南風(fēng)較小，水汽主要來源孟加拉灣，可見一條東北-西南向水汽通道，通道大值中心位于廣西中部地區(qū)；6日08：00（圖略）隨著西南風(fēng)加強，風(fēng)速也達(dá)到了急流強度，為翁源不斷輸送水汽和不穩(wěn)定能量；“13·05”暴雨過程，16日08：00（圖略），850 hPa均存在明顯的低空急流，水汽同樣來源于孟加拉灣，水汽通道非常清晰，不同的是16日08：00已經(jīng)加強為兩個大值區(qū)中心（圖略），分別位于廣西東部和英德片區(qū)（靠近翁源西南部），中心最大水汽通量也從15日08：00的20 g·cm-2·hPa-1·s-1增強至24 g·cm-2·hPa-1·s-1，急流軸風(fēng)速達(dá)16 m／s，且急流軸范圍更大，翁源中北部地區(qū)位于急流軸的左前方，與此時段強降水區(qū)域?qū)?yīng)較好。

3.4 熱力條件與維持機制

強降水過程的持續(xù)，除了穩(wěn)定的水汽輸送，還需熱力條件和維持機制。由于韶關(guān)沒有探空站，選取清遠(yuǎn)探空站實況物理量（表1），由表1可以看出，兩次過程的自由對流高度（LFC）和抬升凝結(jié)高度（LCL）均比較低，同時對流抑制能量（CIN）非常小，對流有效位能（CAPE）在1 000 J／kg以上，說明氣塊容易被外力抬升的高度較低，外部抬升力更小，氣塊容易被抬升到自由對流高度，對流可以自由發(fā)展，不受抑制，有利于上升運動的加強和對流系統(tǒng)的維持。

表1 “10·05”暴雨過程和“13·05”暴雨過程清遠(yuǎn)探空站物理量

對比兩次過程假相當(dāng)位溫的特征，相同點是兩次過程均存在明顯的“上冷下暖”對流不穩(wěn)定配置，且對流層低層假相當(dāng)位溫高值區(qū)346 K等值線分別與兩次過程中的主要降水時段對應(yīng)一致（圖略），這可為翁源地區(qū)預(yù)報持續(xù)性強降水提供一定指示意義；在分布形態(tài)上，低層假相當(dāng)位溫高能舌均自西向東加強伸至翁源地區(qū)（圖略），但“10·05”暴雨過程的翁源地區(qū)上空的中尺度能量鋒強度較弱為每100 km 1 K，而“13·05”暴雨過程明顯強得多，約每100 km 6 K。

4 雷達(dá)回波特征對比

本研究選取兩次過程降水集中期的雷達(dá)回波特征對比分析（圖略）。“10·05”暴雨過程中從15：00至18：00（降水第3高峰期），低層0.5°仰角雷達(dá)反射率因子圖顯示，翁源上空有35 dBz以上強度的回波不斷生成并緩慢向東移動，回波結(jié)構(gòu)比較緊實，回波面積覆蓋翁源大部分地區(qū)，其中16：00最大強度達(dá)67.5 dBz；速度圖顯示，15：00前后翁源西部地區(qū)出現(xiàn)明顯的氣旋性旋轉(zhuǎn)的速度大值區(qū)，旋轉(zhuǎn)速度達(dá)20 m／s，有利于出現(xiàn)強烈的輻合上升運動和降水回波的加強，到15：42，該氣旋性旋轉(zhuǎn)的正速度大值區(qū)的強度增強和面積增大并移向翁源地區(qū)，負(fù)速度大值區(qū)逐漸減弱并移至正速度區(qū)的南側(cè)，形成較明顯的速度輻合區(qū)。從VIL來看，“10·05”暴雨過程有比較大的VIL值，最大達(dá)39.5 kg／m3。因此，“10·05”暴雨過程主要是以短時強降水和雷雨大風(fēng)天氣為主，降水效率高（圖略）。

“13·05”暴雨過程，因0.5°仰角回波特征不夠明顯，因此挑取1.5°仰角雷達(dá)圖分析，從5月16日上午時段反射率因子看出，翁源地區(qū)不斷有回波生成并自東向西移動，但與“10·05”暴雨過程相比，強回波中心高度較高，回波中心最大強度相對較小，最大值達(dá)53 dBz；速度圖上顯示翁源西部地區(qū)有明顯的逆風(fēng)區(qū)自西向東移動，風(fēng)速輻合明顯；從VIL來看（圖略），VIL值稍小，最大為22 kg／m3。因此，“13·05”暴雨過程主要是強降水天氣，降水效率沒有“10·05”暴雨過程高，但持續(xù)時間較長，列車效應(yīng)更明顯。

5 結(jié)論

1）兩次過程均發(fā)生在低層輻合、高層輻散和低空急流加強的有利環(huán)流形勢下；不同的是“10·05”暴雨過程主要受西南暖濕氣流的影響，無鋒面影響，屬于典型的“暖區(qū)暴雨”特征；而“13·05”暴雨過程前半段受西南暖濕氣流影響，后半段受南支槽、冷空氣和切變線的共同影響，屬于暖區(qū)暴雨加鋒面暴雨特征。

2）“13·05”暴雨過程的水汽條件和垂直上升運動強度均比“10·05”暴雨過程強，而“10·05”暴雨過程降水強度卻很大，因此，區(qū)域性大暴雨過程不是所有物理量條件都比較好。

3）兩次過程均存在明顯的“上冷下暖”對流不穩(wěn)定配置，且對流層低層假相當(dāng)位溫高值區(qū)分別與兩次過程中的主要降水時段對應(yīng)一致，這可為本地暖區(qū)暴雨預(yù)報提供指示意義。

4）從中尺度系統(tǒng)及其觸發(fā)機制對比分析，“10·05”暴雨過程主要是以短時強降水和雷雨大風(fēng)天氣為主，降水效率高；而“13·05”暴雨過程，降水效率比“10·05”暴雨過程小，但持續(xù)時間較長，列車效應(yīng)更明顯。