2019年雷州半島首場(chǎng)暴雨過(guò)程分析

陳海亮，鐘謝非，勞漢瓊，梁峰銘，鄺家豪

（湛江市氣象局，廣東湛江 524001）

暴雨是廣東比較頻發(fā)的災(zāi)害天氣，廣東省內(nèi)對(duì)前后汛期暴雨的研究有很多，包括對(duì)暴雨的時(shí)空分布特征、氣候特征、暴雨區(qū)能量演變特征等都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和論證［1-3］。針對(duì)雷州半島乃至華南地區(qū)的前汛期暴雨，也有氣象學(xué)者從暴雨產(chǎn)生的環(huán)流背景、暴雨維持的物理機(jī)制等方面進(jìn)行了探討［4］。雷州半島地處廣東西南部，雷州半島首場(chǎng)暴雨一般出現(xiàn)在干季向雨季過(guò)渡時(shí)期，是緩解秋冬季旱情的關(guān)鍵性強(qiáng)降水，同時(shí)也帶來(lái)短時(shí)大風(fēng)、雷暴、城鄉(xiāng)積澇等災(zāi)害或引發(fā)的次生災(zāi)害。雷州半島屬于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)帶，從氣候意義上看，可謂“長(zhǎng)夏無(wú)冬，春秋相連”，只有習(xí)慣上的冬季［5］。2、3月份平均氣溫開(kāi)始線性上升，溫濕條件已逐漸改善，很容易觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

2019年3月23日受西路冷空氣影響，雷州半島出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流天氣，造成開(kāi)年以來(lái)的首場(chǎng)暴雨，該次暴雨過(guò)程歷時(shí)短、強(qiáng)度強(qiáng)、雨量集中，導(dǎo)致了局部洪澇，給社會(huì)生產(chǎn)、群眾生活帶來(lái)了重大的影響。該場(chǎng)暴雨又恰逢3·23世界氣象日，群眾關(guān)注度高，也為氣象部門(mén)向社會(huì)和公眾展示高技術(shù)水平形象創(chuàng)造了契機(jī)。此類(lèi)天氣形勢(shì)也是雷州半島前汛期強(qiáng)對(duì)流天氣較為常見(jiàn)的天氣形勢(shì)，分析其發(fā)生發(fā)展的機(jī)理，對(duì)雷州半島氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)有著重要意義。本研究利用自動(dòng)站、多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線等觀測(cè)資料，結(jié)合歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心（ECMWF）分析場(chǎng)0.125°×0.125°逐6 h資料重點(diǎn)分析和討論該次過(guò)程鋒面南下影響的中尺度特征、對(duì)流的觸發(fā)與演變，以期為此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)提供參考。

1 暴雨實(shí)況

受冷空氣鋒面南下和高空槽、切變線的共同影響，2019年3月23日湛江市的中北部和東南部出現(xiàn)了暴雨的降水過(guò)程。該次降水過(guò)程平均雨量29.1 mm，占當(dāng)月的36%左右，是常年平均的55%。該次降雨過(guò)程超過(guò)100 mm的站點(diǎn)5個(gè)，超過(guò)50 mm的站點(diǎn)31個(gè)。雨區(qū)主要集中出現(xiàn)在廉江-遂溪-湛江東海島及雷州徐聞東部。這是一次近于西北-東南向條狀分布的、強(qiáng)度不均勻的降水過(guò)程（圖1）。最大降水出現(xiàn)在雷州半島東部的東海島寶鋼廠自動(dòng)站，達(dá)264.3 mm，強(qiáng)降水時(shí)段出現(xiàn)在當(dāng)日（23日）10：00—15：00（北京時(shí)，下同），最大時(shí)雨量78.1 mm出現(xiàn)在15：00。過(guò)程分為2個(gè)階段：（1）中北段降水自23日06：00廉江開(kāi)始，至中午12：00在東海島結(jié)束，為鋒面觸發(fā)的暴雨降水過(guò)程；（2）14：00開(kāi)始則是南海鋒前的偏東風(fēng)向岸輻合并遇上雷州半島地面鋒面短暫錮囚觸發(fā)的暴雨，從東海島開(kāi)始至20：00在徐聞結(jié)束。

圖1 2019年3月23日湛江市暴雨分布（單位：mm）

2 天氣形勢(shì)

3月21—22日呈塊狀的副熱帶高壓主體穩(wěn)定在南海南部地區(qū)，副高脊線維持在15°N左右，副高西脊點(diǎn)在110°E附近，中南半島到廣東南部為弱的南支槽區(qū)。21日20：00 925 hPa上在廣西到粵北的西南風(fēng)與東北到東風(fēng)輻合形成的低空切變線逐漸南壓，22日20：00切變線西段南壓到廣西的南部沿海，同時(shí)切變線北部的東北風(fēng)加強(qiáng)。23日08：00東南風(fēng)加大，925 hPa西段切變線南壓過(guò)程中逐漸轉(zhuǎn)變性質(zhì)，掠過(guò)雷州半島后在鶯歌海轉(zhuǎn)為暖性切變，之后雷州半島為東南到偏東氣流控制。850 hPa切變線南下移速偏慢，22日08：00 850 hPa廣西到粵北的一支西南風(fēng)與東北到東風(fēng)形成的切變線逐漸南壓，22日20：00切變線西段南壓到廣西中部，北部灣到粵西北一帶的西南急流已經(jīng)減弱，且逐漸轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)場(chǎng)，到了23日08：00切變線在廣西中部擺動(dòng)，南海西北部到北部灣繼續(xù)為偏南風(fēng)場(chǎng)控制。與925、850 hPa切變線配合的地面圖上對(duì)應(yīng)有一條冷鋒移速較快，22日20：00鋒面抵達(dá)廣西南部，23日02：00受冷空氣影響，北部灣北風(fēng)加大。23日08：00 500 hPa（圖2a）副高北沿到達(dá)海南北部，雷州半島處于副高北部的邊緣，由于副高略有加強(qiáng)西伸，副高西北側(cè)的西風(fēng)槽線緩慢東移。冷空氣從西路南下，20：00后（圖2b），雷州半島完全為冷氣團(tuán)控制。在冷空氣南壓過(guò)程中，其主體也在偏北地區(qū)分裂出部分冷空氣從華東偏南地區(qū)沿海南下，巴士海峽一帶先轉(zhuǎn)東北大風(fēng)，后從南海北部穿過(guò)，大風(fēng)軸前沿伸到雷州半島的東岸，再次與雷州半島鋒區(qū)對(duì)峙，形成短暫的暖性錮囚鋒。錮囚鋒前的偏東急流帶來(lái)充沛的水汽和能量，在向岸輻合過(guò)程中，再次促使暴雨的發(fā)生，但暴雨的區(qū)域和時(shí)間的尺度上更小。

圖2 2019年3月23日中分析（a）和鋒面移動(dòng)軌跡及20：00地面填圖（b）

3 冷鋒南壓提供暴雨的觸發(fā)條件

已有的研究表明，華南前汛期暴雨與冷空氣活動(dòng)有密切關(guān)系，暴雨多發(fā)生在鋒前暖區(qū)內(nèi)，具有明顯的中尺度特征，或者它是由西風(fēng)帶系統(tǒng)以一定的方式作用下，在暖濕空氣中形成的中尺度對(duì)流系統(tǒng)造成的［6］。不少學(xué)者也指出，冷空氣入侵對(duì)華南暴雨起主要觸發(fā)作用［7-8］。前汛期廣東的不穩(wěn)定大氣與水汽條件常處于時(shí)刻準(zhǔn)備著發(fā)生暴雨的狀態(tài)，暴雨是否出現(xiàn)并在何時(shí)何地出現(xiàn)，與觸發(fā)條件密切相關(guān)［9］。

雷州半島也屬于季風(fēng)區(qū)，在春季，溫濕條件逐步改善，在南海夏季風(fēng)爆發(fā)前，850 hPa以下的低層盛行偏東風(fēng)場(chǎng)，暴雨天氣的水汽和能量充足。該次冷空氣影響前，地面低槽發(fā)展，雷州半島鋒前增溫明顯，22日各站最高氣溫升到30℃以上。在該次春季暴雨天氣過(guò)程中，冷空氣西路南下先抵達(dá)北部灣海面，地面的冷鋒（圖2b）呈東北-西南走向向南移動(dòng)，雷州半島自西北向東南先后轉(zhuǎn)北風(fēng)，為該次暴雨天氣提供了觸發(fā)條件。由鋒面啟動(dòng)的強(qiáng)降水向東南方向傳播，形成了廉江南部-遂溪北部-湛江東部走向分布的強(qiáng)雨帶。

4 暴雨發(fā)生的不穩(wěn)定層結(jié)和水汽條件

在觸發(fā)暴雨的條件中，強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力抬升和層結(jié)不穩(wěn)定有關(guān)，其大小取決于對(duì)流發(fā)展的強(qiáng)弱。由2019年3月22日08：00—23日08：00 850 hPa假相當(dāng)位溫（θse）的高能區(qū)位于中南半島中南部，高能舌從北部灣向粵西延伸，雷州半島位于340 K值覆蓋區(qū)內(nèi)，表明雷州半島對(duì)流不穩(wěn)定能量較為充足（圖略）。而在3月23日08：00θse500～800hPa分布上，中南半島到兩廣南部存在一條差動(dòng)假相當(dāng)位溫高值帶，副中心位于雷州半島上空，差值達(dá)-10℃，在暴雨發(fā)生發(fā)展期間，這條高值帶始終維持，23日20：00后才逐漸減弱，強(qiáng)降水也逐漸減弱，θse負(fù)差值意味著層結(jié)不穩(wěn)定，高差值變動(dòng)加劇了層結(jié)的不穩(wěn)定，進(jìn)而增強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雨的發(fā)生（圖3a）。葉愛(ài)芬等［10］認(rèn)為850 hPa（或700 hPa）與500 hPa的溫度差可反映大氣的穩(wěn)定度，當(dāng)850與500 hPa的溫度差超過(guò)25℃時(shí)，將可能出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，而當(dāng)天t850-500（溫度差）達(dá)26℃（圖3b）。在23日08：00湛江站的垂直速度時(shí)間高度剖面圖（圖3c）上，當(dāng)日垂直速度分布在14：00和20：00前后出現(xiàn)峰值區(qū)，其中，14：00的上升速度大值出現(xiàn)在925～850 hPa層，最大值達(dá)到了-12×10-1Pa／s以上，已經(jīng)達(dá)到了暴雨的抬升速度條件。此外，雷州半島925 hPa以上層的風(fēng)場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，到500 hPa轉(zhuǎn)西南風(fēng)場(chǎng)，表明暖濕氣流得以抬升到較高層，持續(xù)提供了抬升的熱力和渦度條件。

圖3 2019年3月23日08：00θse 500～850 hPa（單位：K）（a）；23日02：00 t850-500（單位：℃）（b）；23日08：00湛江垂直速度時(shí)間-高度剖面（c）

充沛的水汽是暴雨發(fā)生的必備條件。圖4為該次過(guò)程中23日14：00的水汽情況。

圖4 2019年3月23日14：00 925 hPa水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和大氣柱水總量（單位：kg／m2）（b）

由圖4可以看出，23日14：00 925 hPa水汽通量大值軸線呈東南-西北向（圖4a），雷州半島處于此水汽通量大值區(qū)的前沿，大值中心為20 g·cm-1·hPa-1·s-1。850 hPa上水汽通量大值區(qū)則為偏南-北向（圖略），兩條水汽通量大值軸線在雷州半島上空交匯，為雷州半島產(chǎn)生強(qiáng)降水提供充沛的水汽來(lái)源。在湛江站23日08：00垂直速度時(shí)間-高度剖面圖（圖3c）上，垂直濕度飽和層也伸到850 hPa以上。在23日14：00 925 hPa水汽通量散度（圖略）上，有一個(gè)輻合中心位于雷州半島的東岸，大值中心為-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，雷州半島上空大氣柱水汽總含量達(dá)到50 mm、局地60 mm上（圖4b）。分析表明該次過(guò)程水汽充沛且主要是對(duì)流層低層的水汽輸送。

5 低層偏東急流向岸輻合再次引發(fā)半島東部暴雨

常越等［11］指出從渤海黃海經(jīng)東海向西南方向輸送至華南地區(qū)的東北風(fēng)是華南前汛期暴雨的另一條水汽輸送帶。另外，也有研究表明中國(guó)80%的暴雨與低空急流有關(guān)［12］。該次暴雨過(guò)程中雷州半島東部的東海島地區(qū)經(jīng)歷不同影響次級(jí)系統(tǒng)的疊加影響。3月23日12：00前雷州半島東部地面一直盛行東南風(fēng)，前半段暴雨由鋒面引起；而14：00—20：00的暴雨則由偏東急流引起，其中寶鋼基地先后在這兩個(gè)系統(tǒng)影響下發(fā)生特大暴雨（圖5）。東海島寶鋼廠基地自動(dòng)站位于湛江觀測(cè)站約25 km的偏東南方、湛江雷達(dá)站約3.5 km的偏西北方，距離東岸海岸線約4 km，地勢(shì)平坦，海岸線幾近以北-南向直線分布。硇洲島位于其南端，向東突出海岸線，與東海島海岸線形成了“L”形向南海的開(kāi)口。23日14：00湛江觀測(cè)站受冷空氣影響，上空已出現(xiàn)鋒面逆溫，但此時(shí)850 hPa以上仍為偏南風(fēng)，并且濕度隨高度迅速減小。風(fēng)廓線圖上（圖5b），300 m高度14：18后開(kāi)始轉(zhuǎn)東北風(fēng)，而在600 m高度（約為950 hPa高度）仍維持偏東大風(fēng)（風(fēng)速12 m／s左右，達(dá)急流的標(biāo)準(zhǔn)）直到18：00。在14：00地面圖上，寶鋼基地自動(dòng)站風(fēng)向已轉(zhuǎn)東北風(fēng)，而距離約20 km的硇洲島自動(dòng)站仍為偏南風(fēng)，在地面形成了中尺度的低壓區(qū)，當(dāng)另一股冷空氣從南海南下抵達(dá)，風(fēng)力疊加形成東到東北風(fēng)急流（圖5a-b）。已有研究證實(shí)急流核左前側(cè)輻合區(qū)的次級(jí)環(huán)流上升是對(duì)流系統(tǒng)產(chǎn)生的觸發(fā)機(jī)制之一［13-15］。低空急流不僅能把低層水汽、熱量集中往下游輸送，造成或增大下游地區(qū)位勢(shì)不穩(wěn)定，且能在其左前方范圍內(nèi)造成強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)［16］。雷州半島東岸受偏東急流對(duì)岸輻合影響，形成了強(qiáng)烈的抬升氣流。此時(shí)底層的水汽通量大值區(qū)和水汽通量散度輻合中心也處在東岸和雷州半島的東南部，因而引起了小區(qū)域的強(qiáng)降水。在23日14：00地面的風(fēng)場(chǎng)中（圖5c）可以看出，在東海島形成了閉合的中尺度的小渦旋，維持時(shí)間在幾小時(shí)之內(nèi)，之后隨著控制南海西北部海面的東北風(fēng)逐漸南移，雷州半島東岸的強(qiáng)降水也逐漸南移減弱。這類(lèi)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的產(chǎn)生與暖濕不穩(wěn)定條件以及合適的環(huán)流條件是密不可分的，同時(shí)還與地形、海陸分布引起的局地輻合作用有聯(lián)系。

圖5 湛江雷達(dá)站2019年3月23日15：00風(fēng)廓線圖（a）、EC 2019年3月23日20：00地面風(fēng)場(chǎng)（b）、東海島2019年3月23日14：00地面分析（c）

6 結(jié)論

1）冷空氣西路南下，冷鋒進(jìn)入南支槽，形成鋒面倒槽，是造成該次暴雨過(guò)程的主要原因。當(dāng)強(qiáng)降水在鋒面啟動(dòng)后，強(qiáng)降水區(qū)向著右前方的東南方向傳播。

2）當(dāng)雷州半島地面鋒面與南海鋒面在雷州半島東部形成短暫錮囚鋒，是本地半島東部的局地強(qiáng)降水的有利條件，也是該次過(guò)程出現(xiàn)局地特大暴雨的原因。

3）該次過(guò)程強(qiáng)降水區(qū)域與850 hPa假相當(dāng)位溫高值區(qū)、θse差高值帶、850與500 hPa溫差大值區(qū)及垂直速度大值區(qū)對(duì)應(yīng)，為暴雨的發(fā)生提供有力條件。

4）該次降雨過(guò)程925及850 hPa均勻明顯的水汽通量大值區(qū)，為降雨提供充足的水汽。

5）降雨發(fā)生前雷州半島的水汽和能量等條件非常有利，而冷空氣成為該次過(guò)程的觸發(fā)條件。