一次粤西沿海地区强降水成因与GRAPES预报表现

黄潮光，冯业荣，黄青兰，管勇，李晓欣

（1.广东省江门市气象台，广东江门529020；2.广州中心气象台，广东广州510080；3.广东省鹤山市气象局，广东鹤山529700）

一次粤西沿海地区强降水成因与GRAPES预报表现

黄潮光1，冯业荣2，黄青兰1，管勇1，李晓欣3

（1.广东省江门市气象台，广东江门529020；2.广州中心气象台，广东广州510080；3.广东省鹤山市气象局，广东鹤山529700）

利用NCEP 4次/d的1°×1°FNL再分析资料、自动站资料、多普勒天气雷达资料、GRAPES_ 36 km模式预报资料，从天气学的角度分析研究了2010年6月28日强降水的成因。分析结果表明，此次强降水系由于南海季风槽建立造成，实况形势分析和物理量场诊断都符合南海季风槽的特征。强降水的辐合上升运动十分之明显，水汽辐合高值区与暴雨落区一致，强降水伴随南海季风槽建立同时发生。GRAPES_36 km模式对此次季风槽形势预报、物理结构描述得相当清晰，暴雨落区对应的高能区、强烈辐合区，模式描述相当准确，模式的提前量能够保证对此次季风槽造成的强降水作出提前预报。

南海季风槽；强降水；GRAPES模式

1 引言

2010年6月27—29日粤西沿海地区先后出现大范围大暴雨局部特大暴雨降水过程，在珠江口西侧的粤西沿海地区形成东西向带状的暴雨区域（见图1）。暴雨中心一个在江门新会区至台山市沿海地区，另一个在江门的恩平市、阳江的阳东县、阳西县、阳春市一带，主要降水时段在28日02—08时。最大过程降雨量和最大日雨量都出现在新会区崖门口附近的沿海地区，该地的东方红水库自动站记录到最大过程雨量为551.8 mm和最大日雨量为384.2 mm。

图1 雨量图

南海季风槽[1]是南海夏季风的重要组成部分，是南海夏季风系统中引起降水的重要系统。已有研究认为南海季风槽主要的特点是低层辐合、高层辐散，槽区对应着明显的高湿区,南海季风槽的建立具有爆发性和突然性[2]。南海季风槽不具备锋面性质，有热带辐合带的鲜明特点，即强辐合、强对流。南海季风槽在南海中北部建立,往往造成广东、广西两省区（特别是沿海地区）持续多日的暴雨和大暴雨的强降水[3]。

季风槽暴雨的分析研究已有不少的文献[4-10]，取得了许多进展。周慧等[11]利用GRAPES模式对南海季风爆发开展模拟研究，比较成功地模拟出南海夏季风的爆发时间和爆发候的高低层风场配置以及季风与季风雨带的向北推进。文献[12-16]对南海季风爆发、南海季风槽的建立及其降水等作了数值预报检验或模拟研究。

本文从诊断分析和数值预报模式产品解读两方面对此次暴雨过程进行分析，试图说明暴雨过程与南海季风槽的密切关系，为今后提高预报员对特大暴雨的分析预报能力提供基础。

2 环流背景与物理量分析

2.1 环流背景

2010年6月27日20时500 hPa副高加强西伸后将南支槽回推，并在粤西上空形成低涡，风场辐合明显（图略）。850 hPa从中南半岛过来的西南季风与副高西南侧穿过吕宋岛、巴士海峡的东南气流相遇于南海中北部，在南海的中北部呈现西南风与东南风挤压的风场辐合，南海季风槽在南海中北部建立（见图2a）。至6月28日08时辐合区已北移到25 N°附近（见图2b）。也就是说，从27日20时到28日08时，广东沿海地区经历了一次季风槽的辐合区由南向北的过境过程，而28日02时—08时是此次粤西沿海地区强降水的主要时段。

图2 2010年6月27—28日850 hPa实况图

27日20时开始925 hPa在南海北部出现风速辐合（见图3a），直趋珠江口西侧，到28日02时辐合中心进一步靠近珠江口西侧，而且风速加大、风向也出现辐合（见图3b）。此时，阳江开始出现强降水（见图4）。28日08时辐合中心在珠江口西侧沿海地区，东南风与西南风的辐合更为明显，珠江口以东为一致的东南风，雷州半岛以西为一致的西南风（见图3c）。

图3 2010年6月27—28日925 hPa实况图

从雷达图与自动站风场观测比较分析可见，28日02时是回波生成阶段，阳江开始出现强降水，此时阳江附近地面风场出现强烈的辐合（见图4a、d），带状回波与此配合的地面辐合风场，呈现在粤西沿海地区。28日05时，回波处于发展阶段，东移的过程中略有北抬。与此同时江门沿海地区地面风场的辐合变得强烈（见图4b、e），尤其是崖门口附近出现涡旋状的辐合，正因为此种强烈的辐合，崖门口附近的东方红水库自动站记录到最大过程雨量为551.8 mm和最大日雨量为384.2 mm。28日08时是回波最强盛的阶段，强降水回波东起珠江口西侧（见图4c、f），西至阳江，而崖门口附近为强降水中心。对应的地面风场在粤西沿海地区出现一条东西向的辐合带，辐合带的北侧为东至东北气流，南侧为南至西南气流。

图4 2010年6月28日多普勒天气雷达拼图和粤西沿海地区自动站最大风观测图

地面、低层（925、850 hPa）的强烈辐合对暖湿气团的抬升提供动力的支持，而暖湿气团在抬升过程中潜热能得到释放，潜热能的存在是激发强降水发生和维持的必要条件。

2.2 物理量分析

2.2.1 垂直速度剖面分析

28日02时沿22°N，109°—116°E，1000—200hPa的垂直速度剖面图上，强烈的辐合上升运动中心出现在22°N，110°E附近的700 hPa以下的区域中（见图5a）。此时，粤西沿海地区的阳江一段开始出现强降水，至28日05时辐合上升运动中心东移、抬升至500 hPa的高度，强烈的上升运动发展至400 hPa（见图5b），江门沿海地区出现强降水。整个过程来看，辐合上升运动十分之明显，动力抬升作用对大气的对流发展有着积极的作用。

2.2.2 高层散度分析

27日20时的200hPa散度图中，珠江口西侧出现明显的辐散区（见图5c），低层辐合和高层辐散形成垂直方向的环流圈，有利于不稳定能量在该地区释放，也符合有关文献[17]指出的季风槽垂直结构的特征。

2.2.3 水汽条件

在28日08时850 hPa水汽通量散度图（见图5d）上可以看到两支对此次强降水起主要支持作用的水汽通道的存在，一支经中南半岛、一支经南海南部的水汽在珠江口附近聚合，副高西南侧还有一支水汽通道流经巴士海峡后亦趋向南海北部。水汽能量辐合的高值区已经移至珠江口附近，珠江口西侧的强降水亦开始缓和。

图5 2010年6月27—28日物理量实况分析图

2.2.4 不稳定度K指数

许多研究表明，气团指数K对暴雨天气的预报有显著的指示意义，K指数既表达了大气稳定度,又可体现低层水汽含量及湿层厚度。K值愈大,表明大气层结愈不稳定和水汽更充沛。K指数图（见图6）可见,K大于等于40℃的高值区由26日20时—27日08时向东伸展，38℃区到达粤西沿海地区，表明大气层结不稳定且高湿区移入该区，有利于强对流的发生。K指数增大说明该处处于极不稳定状态，K指数增大比强降水出现时间有一定的提前,在暴雨预报中有一定的预示作用。

图6 2010年6月26日20时与27日08时K指数场

2.3 实况资料综合分析

用常规实况资料分析，从背景环流来看，此次强降水过程的成因是副高加强西伸过程中，副高西南端的东南气流与穿过中南半岛的西南季风相遇，在南海中北部形成南海季风槽而造成的。季风槽附近，低层出现风向、风速的辐合，并在850hPa、925 hPa呈现风涌状的风场结构，高层的200h Pa出现辐散。季风槽建立、低层辐合区影响粤西的时段正好是粤西沿海地区强降水的时段，也证实了季风槽建立与强降水几乎同步发生。

物理量分析证实从28日02—08时在粤西沿海地区存在一低层辐合、高层辐散的区域，此区域中同时又是水汽能量辐合的高值区，在22°N， 109°—116 E°垂直速度剖面图对应强降水区域的强烈辐合尤其明显。物理场诊断的特征分析可以认为：不稳定能量和充沛的水汽是激发大暴雨发生的主要原因。此时的物理量分布符合南海季风槽低层辐合、高层辐散、强辐合、强对流，槽区对应明显的高湿区的特征。因此，可以证实此次强降水系由南海季风槽建立造成。

从预报的角度分析，能预报南海季风槽的建立就能报出强降水的发生，但南海季风槽建立与强降水几乎同步发生。预报的难点一是如何分析预报季风槽的建立；二是如何解决海面观测记录稀少的问题，解决此类预报难题的一种途径就是参考数值预报提供的资料。

3 GRAPES模式的表现

在中国气象局广州热带气象研究所GRAPES_ 36 km模式以2010年6月26日20时为起始场报28日02时的数值预告中，形势、要素都与实况相当地接近。GRAPES_36 km模式对季风槽形势预报、物理结构描述得相当清晰。

3.1 850hPa高度与风场预告

GRAPES_36 km模式28日02时850 hPa高度与风场数值预告图上（见图7 a），穿过中南半岛的西南季风与副高西侧的东南风在南海的中北部相遇，并出现挤压性的风场辐合（风涌状风场），瓶颈出口（反喇叭口）趋向珠江口及其西侧沿海地区，珠江口及其西侧沿海地区出现风速辐合，符合南海季风槽的风场特征。对比27日20时实况风场形势（见图2a），基本一致，而且东南风与西南风在珠江口及其西侧沿海地区的辐合更加明显。也就是说模式850 hPa风场预报报出了南海季风槽在南海北部建立，影响区域为粤西沿海地。

3.2 200hPa散度预告

GRAPES_36 km模式28日02时200 hPa散度数值预告图上（见图7 b），珠江口及其西侧沿海地区为一明显的辐散区，符合南海季风槽的低层辐合、高层辐散特点。比较27日20时200 hPa散度实况图（见图5 c）可以看出，在GRAPES_36 km模式28日02时200 hPa散度数值预告图上珠江口西侧粤西沿海地区一带的辐散更为明显。

3.3 850hPa水汽通量散度预告

水汽通量散度表示大气在该地区水汽的辐合辐散情况。充沛的水汽供应是区域性暴雨产生的重要条件之一，在强降水过程中需有源源不断的水汽输入。GRAPES_36km模式28日02时850hPa水气能量散度数值预告图上（见图7 c），经中南半岛与经南海南部的两支水汽在珠江口及其西侧沿海地区聚合，水汽能量辐合的高值区在珠江口及其西侧沿海地区。预告图上反映出季风槽低层强烈辐合区出现在粤西沿海地区，同时该区的水汽异常充沛，为该区强降水的爆发提供动力抬升和水汽条件。

3.4 2m高度假相当位温

GRAPES_36 km模式28日02时2 m高度假相当位温数值预告图上（见图7 d），珠江口及其西侧沿海地区为一高能区。大气的温湿条件是产生中尺度对流系统造成暴雨的首要前提，θse反映大气的温湿状况，θse的水平分布代表了大气中能量的分布[18]，02时的2 m高度假相当位温数值预告图上报出了低层已经形成对流不稳定层结，高能量区集结在粤西沿海地区。能量形势对暴雨预报有一定的参考作用，对流不稳定层结预示着对流性暴雨发生的可能性。能量形势特征预报符合南海季风槽对应着明显的高能高湿区的特点。

图7 广州热带所GRAPES_36 km模式2010年6月26日20时起始场报28日02时数值预告图

3.5 数值预报结果

从对数值预报GRAPES_36 km模式的解读中可以认为：

（1）以2010年6月26日20时为起始场的GRAPES_36 km数值模式报出28日02时南海季风槽建立，对短期预报预报而言，预报提前量在实际预报业务中具有可操作性；

（2）GRAPES_36 km数值模式28日02时的预告对此次季风槽形势预报、物理结构描述得相当清晰，暴雨落区对应的高能区、强烈辐合区，模式描述相当准确，此对暴雨落区的判断非常之有帮助；

（3）由于强降水伴随南海季风槽建立同时发生，所以，只有数值模式的提前量能够保证对此类强降水作出提前预报。GRAPES_36 km数值模式预报对解决此类预报的难点有很好的参考价值。

4 结论

综合上述分析，此次强降水的主要时段发生在28日02时—08时，系由于南海季风槽建立造成。实况分析中至27日20时季风槽的形势才初具雏形，但预报的提前量已经不足够，而GRAPES_ 36 km模式26日20时的起始场报28日02时南海季风槽在南海北部建立，影响区域在珠江口及其西侧沿海地区，数值模式预报的提前量足以保证提前预报南海季风槽的建立，也就足以保证对强降水能提前作出预报。经过分析，本文认为：GRAPES_36 km数值模式对此次季风槽形势强降水预报的提前量足够，影响区域明确。另外，强降水伴随南海季风槽建立同时发生，对此类型预报对象，GRAPES_36 km数值预报模式具有很好的参考价值，符合实际业务使用的要求，能提高预报员对特大暴雨的分析预报能力。

（1）此次强降水系由于南海季风槽建立造成的。实况形势分析和物理量场诊断都符合南海季风槽的特征；

（2）此次强降水的辐合上升运动十分之明显，水汽能量辐合的高值区与暴雨落区一致、强降水伴随南海季风槽建立同时发生；

（3）GRAPES_36 km数值模式对此次季风槽形势预报、物理结构描述得相当清晰。暴雨落区对应的高能区、强烈辐合区，模式描述相当准确；

（4）GRAPES_36 km数值预报模式的提前量能够保证对此次季风槽造成强降水作出提前的预报。

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Cause analysis of a severe precipitation over western coast of Guangdong and the forecasting performance of GRAPES model

HUANG Chao-guang1，FENG Ye-rong2，HUANG Qing-lan1，GUAN Yong1，LI Xiao-xin3
(1.Jiangmen Meteorological Bureau,Jiangmen Guangdong 529020;2 Guangzhou center Meteorological observatory.Guangzhou 510080 China；Heshan Meteorological Bureau,Heshan Guangdong 529700 China)

By using the 1º×1ºFNL 4-times daily reanalysis data,automatic weather station data,Doppler weather radar data and GRAPES_36km mesoscale numerical prediction model data,a severe precipitation case on June 28,2010 was analyzed.Results showed that the severe precipitation was caused by the South China Sea monsoon trough(SCSMT).Both real-time analysis and diagnostic calculations verified that the heavy rainfall was characteristically related to SCSMT.The GRAPES_36km Model well predicted the severe rainfall process. Heavy rainfall occurred simultaneously with the outbreak of SCS monsoon trough.The numerical prediction provided sufficient lead time for the rainfall forecast.

South China Sea monsoon trough；severe precipitation；GRAPES model

book=70,ebook=70

P457.5

：A

：1003-0239（2012）04-0052-08

2011-08-11

广东省2011年“防灾减灾关键技术研发”项目；“南海季风槽造成江门沿海地区强降水分析与预报”

黄潮光（1955-2012），男，工程师，主要从事气象预报工作。E-mail：448474119@qq.com。