廣東省近50年冬季暴雨過(guò)程氣候分析

摘 要：選取1969年12月—2019年2月廣東省86個(gè)站點(diǎn)的日降水量數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)時(shí)段的美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心再分析資料，分析廣東省冬季暴雨的時(shí)空分布特征、主要影響系統(tǒng)及物理?xiàng)l件。結(jié)果顯示：廣東省冬季暴雨的多發(fā)區(qū)有3個(gè)，與廣東省全年的暴雨中心相比位置稍偏北；廣東省冬季暴雨主要由中路冷空氣入侵、低層切變線或輻合區(qū)維持及西風(fēng)槽影響所致；廣東省冬季暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件主要有充足的水汽、強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)和一定程度對(duì)流不穩(wěn)定，與廣東省汛期暴雨相似，但其大氣層結(jié)相較來(lái)說(shuō)更為穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：冬季暴雨；時(shí)空分布；氣候特征

中圖分類(lèi)號(hào)：P463 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）10–0-03

廣東省地處華南地區(qū)，屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候明顯。冬季盛行東北季風(fēng)，低層受極地大陸氣團(tuán)的控制、高層受西風(fēng)槽影響，大氣層結(jié)穩(wěn)定，非常不利于暴雨天氣的形成。因此，廣東省冬季寒冷干燥，是年內(nèi)的晴冷少雨期。冬季暴雨過(guò)程可緩解秋冬季氣象干旱、增加水庫(kù)蓄水量，提前預(yù)報(bào)可讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨利避害，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收益達(dá)到最大化。但就廣東省全年暴雨過(guò)程而言，冬季暴雨的發(fā)生是小概率事件，且其預(yù)報(bào)難度較大。

關(guān)于廣東省暴雨的研究，主要集中在對(duì)汛期暴雨的研究，其他季節(jié)暴雨（如冬季暴雨）則為個(gè)例研究[1-7]。

其中，賈子冰等[8]分析了廣東省一次冬季暴雨過(guò)程，提到廣東省冬季暴雨的主要影響天氣系統(tǒng)為冷空氣和南支槽，并指出冬季暴雨的維持時(shí)間不長(zhǎng)，強(qiáng)度也不大。麥雪湖等[9]認(rèn)為，低空急流輸送的水汽通道有水汽匯合、低層輻合高層輻散等有利配置，可為華南地區(qū)冬季持續(xù)性降水提供有利條件。謝龍生等[10]指出，冷空氣從中路南下影響廣東省，更有利于冬季暴雨的發(fā)生。李文奕等[11]、蘇百興等[12]也分別對(duì)廣東冬季暴雨個(gè)例開(kāi)展研究，并取得了一定的研究成果。對(duì)此，對(duì)廣東1969—2019年的冬季暴雨天氣事件進(jìn)行初步分析，以期增強(qiáng)對(duì)廣東冬季暴雨機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為提高廣東冬季暴雨預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率提供依據(jù)，以促進(jìn)氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警工作的開(kāi)展。

1 資料和方法

按照氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，12—翌年2月定義為冬季，

并參照中國(guó)氣象規(guī)定，綜合考慮廣東省的氣候特點(diǎn)、地形地貌及發(fā)生冬季暴雨的小概率性，將廣東省發(fā)生在12—翌年2月的日降水量（20：00至翌日20：00）≥

50.0 mm的降水事件定義為冬季暴雨；將同一天有3個(gè)以上連片的站點(diǎn)或有5個(gè)以上分散的站點(diǎn)出現(xiàn)冬季暴雨的降雨日定義為冬季暴雨日；單次過(guò)程出現(xiàn)冬季暴雨日≥1 d，則稱(chēng)之為一個(gè)冬季暴雨過(guò)程；并將單站日降水量分為≥50 mm（暴雨）和≥100 mm（大暴雨）兩個(gè)級(jí)別來(lái)判定冬季暴雨強(qiáng)度。

選取1969年12月—2019年2月廣東省86個(gè)地面觀測(cè)站的日降水量數(shù)據(jù)及美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心再分析氣象要素（海平面氣壓、高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、相對(duì)濕度場(chǎng)）的逐日平均場(chǎng)資料（水平分辨率2.5°×2.5°），分析研究了廣東省冬季暴雨的時(shí)空分布特征、主要影響系統(tǒng)及其發(fā)生的物理?xiàng)l件。

2 廣東冬季暴雨特征

2.1 時(shí)間分布特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1969年12月—2019年2月廣東省出現(xiàn)的冬季暴雨總?cè)諗?shù)為82 d，平均每年出現(xiàn)1.64 d冬季暴雨日；冬季暴雨年分布不均勻，在這50年中有30年冬季出現(xiàn)了暴雨，其中發(fā)生最多暴雨的年份為1982年（1982年12月—翌年2月），有9個(gè)暴雨日；1989、1997和2015年冬季次之，為5個(gè)暴雨日。

此外，廣東省冬季暴雨日數(shù)的月分布差異不大，為23～33 d，最多發(fā)生在2月，年均日數(shù)為0.66 d。

2.2 空間分布特征

2.2.1 冬季暴雨日數(shù)

由1969年12月—2019年2月廣東冬季暴雨日數(shù)年均值空間分布圖（圖1）可以看出：冬季暴雨日數(shù)分布總趨勢(shì)為自北向南遞減，粵北陽(yáng)山、粵西陽(yáng)春—恩平、粵東河源為冬季暴雨的高發(fā)區(qū)，年均暴雨日數(shù)為0.32 d以上，其中陽(yáng)春—恩平冬季暴雨高發(fā)區(qū)與廣東全年降雨的暴雨中心一致，其余兩個(gè)冬季暴雨高發(fā)區(qū)較廣東省全年的暴雨中心偏北；暴雨少發(fā)區(qū)位于西南沿海的徐聞附近。

圖1" 1969年12月—2019年2月廣東省冬季暴雨年均值的空間分布特征（單位：d）

2.2.2 冬季暴雨強(qiáng)度

分析廣東省冬季暴雨平均降水量分布情況，其總趨勢(shì)為從北向南遞增，有兩個(gè)平均降水量高值中心：湛江到陽(yáng)春沿海一帶和汕頭地區(qū)，平均降水量高達(dá)74 mm

以上。粵北地區(qū)冬季暴雨過(guò)程平均降水量較小，表明冬季暴雨發(fā)生時(shí)粵北地區(qū)雨強(qiáng)比沿海地區(qū)雨強(qiáng)小。

2.3 暴雨天氣過(guò)程特征

2.3.1 區(qū)域性

在統(tǒng)計(jì)的82個(gè)冬季暴雨日中，單日出現(xiàn)冬季暴雨站數(shù)為3～19站、20～39站、40站及以上的氣象站，冬季暴雨天數(shù)分別為64、15和3 d，由此表明，廣東省冬季暴雨大部分是區(qū)域性的，全省范圍的冬季暴雨較為罕見(jiàn)。廣東省冬季暴雨出現(xiàn)范圍最大的一天為2016年1月28日，全省共82個(gè)站點(diǎn)有暴雨記錄。

2.3.2 持續(xù)時(shí)間短

統(tǒng)計(jì)的63次冬季暴雨過(guò)程中，暴雨持續(xù)的最長(zhǎng)時(shí)間為3 d，而連續(xù)3 d的暴雨僅出現(xiàn)過(guò)4次，分別為1985年2月6—8日、1990年2月21—23日、1992年1月3—5日和2013年12月15—17日；連續(xù)2 d的暴雨出現(xiàn)了11次。相對(duì)汛期而言，冬季暴雨維持時(shí)間不長(zhǎng)。

2.3.3 降雨強(qiáng)度小

在統(tǒng)計(jì)的冬季暴雨過(guò)程中，共1 034站次出現(xiàn)暴雨以上量級(jí)降水，年均20.68站次；出現(xiàn)大暴雨有67站次，年均1.34站次。單次冬季暴雨過(guò)程中，大多數(shù)是個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)大暴雨，僅2016年1月28日有21個(gè)站錄得大暴雨降水?？梢?jiàn)，冬季暴雨降雨強(qiáng)度相對(duì)汛期較小。

3 造成廣東省冬季暴雨的天氣系統(tǒng)

暴雨的發(fā)生發(fā)展是在特定的環(huán)流條件下，從地面到高空不同尺度天氣系統(tǒng)及有利地形共同作用的結(jié)果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1969年12月—2019年2月期間，廣東省冬季暴雨過(guò)程的主要影響系統(tǒng)為地面冷空氣、西風(fēng)槽、切變線。

3.1 地面天氣系統(tǒng)

冷空氣一般有3條路徑入侵廣東省：冷空氣主體從105°E以西沿青藏高原東側(cè)南下，自西北向東南進(jìn)入廣東省的為西路冷空氣；冷空氣主體從河套附近（105°～115°E）南下，經(jīng)湖南省從正北方向侵入廣東省的為中路冷空氣；冷空氣到達(dá)華北地區(qū)后從華東地區(qū)南下侵入廣東省的為東路冷空氣。由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心再分析海平面氣壓日平均場(chǎng)資料發(fā)現(xiàn)，共有54次廣東省冬季暴雨過(guò)程受到冷空氣影響，其中中路冷空氣侵入廣東省有28次，東路冷空氣侵入廣東省有18次，西路冷空氣入侵廣東省有8次。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，中路冷空氣影響的廣東冬季暴雨過(guò)程降水量、降水區(qū)域、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)比其他兩路冷空氣影響時(shí)大，這與廣東的地形地貌分布密切相關(guān)。廣東省北部地區(qū)為綿延的南嶺山脈，南部為平原地帶。受中路冷空氣影響時(shí)，由于南嶺的阻擋作用，鋒面移速減慢，且冷空氣越過(guò)山脈后，地面仍處于暖區(qū)中，導(dǎo)致暴雨發(fā)生時(shí)廣東省處在“上冷下暖”的層結(jié)中，加大了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定度，使冷暖氣團(tuán)的交匯增強(qiáng)，有利于產(chǎn)生冬季暴雨；冷空氣從東路和西路南下時(shí)，山脈地形對(duì)其阻擋作用較小，氣溫及下墊面溫度下降快，在一定程度上抑制了冬季暴雨的發(fā)生。

3.2 高空天氣系統(tǒng)

廣東省冬季暴雨發(fā)生時(shí)，500 hPa主要受西風(fēng)槽東移或槽前西南氣流影響。63次冬季暴雨過(guò)程有39次受西風(fēng)槽系統(tǒng)東移過(guò)境影響，20次受槽前西南氣流影響。分析冬季暴雨過(guò)程的平均500 hPa高度場(chǎng)，西風(fēng)槽影響時(shí)其槽的平均位置在107°E附近；受槽前西南氣流影響時(shí)西風(fēng)槽的平均位置在孟加拉灣附近。無(wú)論是西風(fēng)槽東移過(guò)境還是槽前西南氣流影響，都給廣東省輸送大量的西南暖濕氣流，為暴雨的發(fā)生提供有利的水汽條件。

觀察850 hPa風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，有37次冬季暴雨過(guò)程在發(fā)生前或期間有切變線維持在廣東省上空，3次為偏北風(fēng)與偏東風(fēng)在廣東省上空輻合，5次華南沿海有低壓活動(dòng)。切變線類(lèi)型有冷式切變（28次）、暖式切變（8次）、準(zhǔn)靜止式切變（1次）。其中，冷式切變南側(cè)的偏南風(fēng)風(fēng)速≥8 m/s時(shí)，廣東冬季暴雨容易達(dá)到大暴雨量級(jí)，或出現(xiàn)大范圍冬季暴雨。

4 產(chǎn)生冬季暴雨的物理?xiàng)l件

此次研究發(fā)現(xiàn)，廣東省冬季暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件和汛期暴雨的條件較為相似：當(dāng)偏南氣流強(qiáng)盛（提供充沛的水汽），對(duì)流不穩(wěn)定（大氣相較汛期暴雨更為穩(wěn)定）且上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，最容易發(fā)生冬季暴雨。

4.1 水汽條件

暴雨的產(chǎn)生和維持必須有足夠的水汽支持。廣東省冬季暴雨主要有2支水汽通道：來(lái)自孟加拉灣的西南通道和來(lái)自西太平洋和南海的東南通道。有33次冬季暴雨過(guò)程的水汽來(lái)源于西南通道，25次過(guò)程水汽來(lái)自東南通道。其中，西南通道比東南通道更強(qiáng)盛，累計(jì)降水量較大的冬季暴雨過(guò)程大多由西南通道輸送水汽，而影響范圍較廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的冬季暴雨過(guò)程則大多由東南通道輸送水汽。

水汽通量說(shuō)明的是水汽來(lái)源，水汽通量散度則反映出水汽向某地的輸送和輻合[13]。分析低層的水汽通量散度場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)每次冬季暴雨發(fā)生時(shí)，暴雨區(qū)上空和上游都是較強(qiáng)水汽的輻合區(qū)，輻合強(qiáng)度925 hPa比850 hPa

更強(qiáng)。

4.2 動(dòng)力條件

從冬季暴雨過(guò)程的高低空平均散度場(chǎng)（圖2）及垂直速度場(chǎng)可看出，廣東省上空低層（850 hPa）有明顯輻合，高層（200 hPa）有強(qiáng)輻散，可為暴雨區(qū)帶來(lái)有利的動(dòng)力抬升機(jī)制。垂直上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，均可到500 hPa，最高可達(dá)200 hPa層。強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)與高空輻散、低空輻合相配合，促進(jìn)了冬季暴雨的發(fā)生發(fā)展。

對(duì)廣東冬季暴雨過(guò)程平均渦度場(chǎng)進(jìn)行分析，在

850 hPa廣東省處于正平均渦度區(qū)，200 hPa南海及華南地區(qū)上空是西南—東北走向的負(fù)平均渦度帶，該高低空配置有利于Ekman抽吸作用，從而加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。廣東冬季暴雨的渦度分布與暴雨區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這點(diǎn)與華南汛期暴雨較為相似。

圖2" 廣東省冬季暴雨850 hPa（a）和200 hPa（b）散度場(chǎng)的空間分布（單位：10-5 s-1）

4.3 大氣穩(wěn)定度

陸秋霖等[13]研究指出，K指數(shù)對(duì)冬季暴雨的預(yù)報(bào)有一定的指示作用。分析1969年12月—2019年2月廣東冬季暴雨前期的K指數(shù)發(fā)現(xiàn)，暴雨前廣東省上空的K指數(shù)普遍由20～25 ℃上升至30 ℃以上，暴雨期間雨區(qū)上空的K指數(shù)大部分介于28～32 ℃，僅16次過(guò)程雨區(qū)上空K指數(shù)為32 ℃以上，1次過(guò)程雨區(qū)上空K指數(shù)為35 ℃以上。廣東省上空的K指數(shù)平均值在24～

30 ℃。冬季暴雨發(fā)生前廣東省的K指數(shù)有劇烈提高的過(guò)程，但與汛期暴雨發(fā)生時(shí)的K指數(shù)（＞38 ℃）相比要小得多，這表明發(fā)生廣東冬季暴雨時(shí)，暴雨區(qū)的大氣層結(jié)比汛期暴雨時(shí)要穩(wěn)定得多。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣東省1969年12月—2019年2月冬季暴雨的分析，得出以下結(jié)論：

（1）1969年12月—2019年2月廣東省出現(xiàn)的冬季暴雨日數(shù)為82 d，就冬季而言，暴雨的發(fā)生概率為1.8%，

即廣東冬季暴雨天氣事件是小概率事件。廣東冬季暴雨高發(fā)區(qū)在粵北陽(yáng)山、粵西陽(yáng)春—恩平、粵東河源。廣東省冬季暴雨多為區(qū)域性，持續(xù)時(shí)間短，降雨強(qiáng)度小。

（2）造成廣東冬季暴雨的主要影響系統(tǒng)為地面冷空氣、850 hPa切變線或輻合區(qū)和500 hPa南支槽。冷空氣從中路南下影響時(shí)，南嶺山脈的阻擋作用會(huì)加大了廣東省大氣層結(jié)的不穩(wěn)定度，使冬季暴雨更易于發(fā)生；而

500 hPa西風(fēng)槽在東移過(guò)程中向廣東輸送西南暖濕氣流，為冬季暴雨的發(fā)生提供有利水汽和不穩(wěn)定能量條件。

（3）廣東冬季暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件與汛期暴雨相似：850 hPa上有水汽輸送及輻合，暴雨區(qū)上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，可為暴雨區(qū)提供有利的水汽和動(dòng)力條件，但廣東省冬季暴雨發(fā)生時(shí)的大氣層結(jié)比汛期暴雨時(shí)的大氣層結(jié)要更為穩(wěn)定。

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收稿日期：2024-08-15

作者簡(jiǎn)介：韋翠（1992—），女，廣東清遠(yuǎn)人，工程師，研究方向?yàn)槎唐诙膛R天氣預(yù)報(bào)及專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)。