“5·20”河源大暴雨过程的诊断分析

贺发胜，曹刚，甘海，陈锐，单雪珂

（河源市气象局，广东河源 517000）

“5·20”河源大暴雨过程的诊断分析

贺发胜，曹刚，甘海，陈锐，单雪珂

（河源市气象局，广东河源 517000）

利用常规观测数据、自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料和多普勒雷达资料等，对2015年5月20日河源出现的局地性强、持续时间短、降水强度大的大暴雨过程的环流特征、影响系统及物理量场等进行分析。结果表明，该次过程是一次锋面低槽造成的强降水，来自孟加拉湾的西南气流为暴雨区提供充足的水汽输送，位势不稳定层结、高降水效率、负变温往南前倾、垂直速度强上升区范围小、列车效应及强烈的西南风和西北风辐合是产生强降水的重要原因，大暴雨主要出现在垂直速度上升区和不稳定能量大值区相配合的区域。

天气学；大暴雨；锋面低槽；暴雨落区；河源市

河源市地处我国的华南地区，是我国雨量最丰沛的地区之一，也是华南地区一个暴雨中心［1］。暴雨洪涝频发，平均年降水量大，接近2 000 mm，雨季汛期也长，从4月开始到9月份才结束。统计河源市5个国家基本气象站数据可知，河源全境年平均暴雨日数为29.5站次，大多数暴雨发生在每年的4—6月。许多关于华南暴雨的研究［2-5］，使得近年来我们对暴雨的预报水平有一定的提高。但强度大、骤发性强、时空分布不均的局地突发性暴雨还是当今预报服务工作中的难点［6-11］。大暴雨是小概率事件（尤其是局地突发性大暴雨），通常局地大暴雨发生前的征兆不明显，加之这类暴雨具有突发性、局地性强，降水强度大等特点，因此预报难度非常大。2015年5月20日河源出现了一次局地性强、持续时间短、降水强度大的大暴雨过程。大暴雨造成河源14个乡镇3.372万人受灾，倒塌房屋52间，转移人口3 338人，直接经济总损失3 741万元。本研究通过常规观测数据、自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料和多普勒雷达资料，对该次大暴雨天气环流特征、影响系统及物理量场等进行诊断分析，探索该次强降水的特点及原因，以期为同类强降水预报提供参考。

1 大暴雨过程概况

2015年5月19日08：00—20日08：00（北京时，下同），广东省范围内出现了2个暴雨区（图略），分别位于东南沿海和粤西北。河源市处在粤西北暴雨区的边缘，雨量分布不均匀，大暴雨主要集中在西偏南的源城区，而河源东南角的地区只有中到大雨的量级（图1a）。

图1 2015年5月20日河源市雨量（a）分布以及源城区自动气象站雨量时间序列（b）

全市100个自动站中，出现暴雨34站次，最大日雨量为20日源城区自动站的240 mm（20：00—20：00），有16个站过程雨量超过100 mm，3个站过程雨量超过200 mm，最大过程雨量为源城区249.1 mm。图1b给出了雨量中心地区的源城区自动气象站强降水期间的时雨量变化图，强降雨从20日04：00开始，08：00结束，06：00—07：00降雨量最大，05：00—06：00源城区出现该次过程中的最大时雨量111.2 mm，属于百年一遇的降雨强度［12］。由此可见该次强降水过程具有局地性强、持续时间短、降水强度大的特点。

2 天气形势分析

2015年5月20日大暴雨期间，200 hPa河源处在急流右侧、南亚高压东北侧的扇形辐散区域，通过计算该层的平均散度场，河源处在正散度区中。高空辐散抽吸作用和急流右侧的正涡度平流，有利于低层辐合抬升，为强降水提供了背景流场［13］。500 hPa上，副热带高压位置偏南，主体在南海上空；北方东亚大槽即将东移出海，槽后引导的冷空气从中路南下影响广东；同时，华南北部有一个西风槽东移，河源处在槽前偏西南气流中。850 hPa，东北-西南向切变线自北向南移动，切变线南侧是较强的西南暖湿气流。925 hPa切变线位置与850 hPa位置几近重合，切变线南侧是一支西南低空急流，河源正好处在急流出口区。地面图上，华南大部处在低压槽中，低压中心位于西南地区，粤北有中路冷空气扩散南下影响。2015年5月20日08：00高空到地面的综合示意图见图2。

图2 2015年5月20日08：00综合图

该次强降水过程是一次锋面低槽降水，是各层有利形势共同作用的结果。200 hPa扇形辐散场有利于低层辐合抬升，500 hPa西风槽前盛行上升气流，中低层西南风急流为暴雨输送充足水汽和不稳定能量，地面辐合线（锋面）和低层切变线共同组成强有力的触发抬升机制，最终导致大暴雨。随着850 hPa切变线及地面辐合线的南压，河源上空中低层转为偏西北风，大暴雨戛然而止。

3 强降水物理量场分析

3.1 水汽条件

通过分析5月20日02：00的850 hPa水汽通量（图3a）发现，输送到河源的水汽主要来自孟加拉湾的西南气流所伴随的水汽通道，通道中心风速达到急流级别（12 m/s），水汽通量中心值可达到20 g·cm-1·hPa-1·s-1以上，该量级的水汽通量足以导致出现大暴雨的降水［14］。河源位于水汽通量大值区前方的辐合区中。为探讨水汽通量随时间的演变，选取河源水汽通道上游的格点（112°E，23°N）作水汽通量时间变化曲线（图3b）。

图3 2015年5月20日02：00水汽通量（单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）分布（a）和850 hPa（112°E，23°N）水汽通量时间变化曲线（b）

从图3b中可以看到，水汽通量在19日20：00开始迅速增大，在20日08：00之后又快速减小，与河源暴雨出现的时间相对应。

3.2 层结条件

位势不稳定层结是产生暴雨的重要条件之一［15］，图4a是2015年5月20日02：00（加密）的探空分析场，从图4a中可以看到，对流有效位能（CAPE）大值中心位于阳江附近，CAPE等值线顺着925 hPa风场向东北凸起形成一个不稳定能量舌，河源位于能量舌的顶端位置。图4b给出的是20日02：00（加密）河源站探空曲线图，从探空曲线形态看，20日02：00大暴雨出现之前，河源从地面到700 hPa温度和露点温度线非常接近，在700到600 hPa有一个相对的干区，600 hPa以上温度和露点温度线又距离近，整层相对湿度较大，400 hPa以下基本达到80%（图中淡绿色相对湿度≥80%），0℃层高度在5 km以上，而抬升凝结高度又不超过0.7 km（925 hPa），这样暖云层很厚，配合小的0～6 km垂直风切变，容易形成高的降水效率。通过查看探空资料的物理量列表发现，20日02：00河源站的K指数达到40℃，沙氏指数（Si）为-2.71℃，CAPE为969.4 J/kg，这些指数都预示着层结条件非常不稳定，有利于对流性暴雨的产生。到了20日08：00，探空图上（图略）河源站的 CAPE值明显减小，K指数为28℃，沙氏指数为5.39℃，可见此时不稳定能量已经释放完毕，形成了较稳定的大气层结，降雨随之结束。

图4 2015年5月20日02：00 925 hPa风场（单位：m/s）和CAPE指数（单位：J/kg）（a）；河源探空站t-logp图（b）

3.3 动力和热力条件

图5给出了降雨过程中物理量的分布图。

图5 河源上空（114.6°E，23.7°N）垂直速度（等值线，单位：Pa/s）、θse（填色，单位：℃）时间剖面图（a）；5月20日08：00沿115°E垂直速度（填色，单位：Pa/s）、24 h变温（等值线，单位：℃）垂直剖面图（b）

从河源上空垂直速度和假相当位温随时间变化的剖面图（图5a）可以看到，20日02：00河源上空开始出现了强垂直速度上升气流，速度中心值达到-90×10-2Pa/s，上升区延伸到200hPa，同时，假相当位温低值区随时间逐渐往下扩展，∂θse/∂p＞0且梯度加大，说明层结不稳定程度加大。到08：00，高层垂直上升速度维持，但中低层垂直速度减小非常明显，这是导致08：00起降水减弱的一个重要原因。图5b给出了20日08：00 24 h变温和垂直速度的沿着115°E的空间剖面，从图5中则可以看出，冷空气南下的过程中，在24°N附近的24 h变温分为2种形式，一是在900 hPa高度层以上的24 h负变温（虚线）由低层往高层逐渐往南前倾；二是900 hPa高度层以下24 h负变温向南伸展。配合垂直速度剖面可以看到，垂直速度（填色）强上升区范围很小，这使得来自南边的暖湿气流在低层被冷空气抬升以后以很陡的坡度爬升，大量的水汽在很小的空间内辐合汇聚，上升过程中遇到中上层冷空气凝结成雨，由此产生很大强度的降水。

4 多普勒天气雷达资料分析

该次强降水过程，从20日05：00开始，河源上空均有强回波经过，这些回波在河源的西南方生成，陆续经过河源后往东北方向移去，形成列车效应而产生大降水。从河源雷达20日06：00的反射率因子图上可以看到，除了河源上空的强回波带外，西北面也有一条回波带逐渐向河源靠近（图6a）。在径向速度图上则可以清楚地看到河源雷达附近风场的变化情况，06：00，河源附近整体为西南风控制，而且西南风非常强盛，雷达西南侧的最大入流速度达到20 m/s；同时，在雷达西北侧也存在一个极大风中心，这一西北风风速同样达到20 m/s，强烈的西南风和西北风在河源附近辐合（图6b）。到了07：00，中高层维持较强西南风，但低层的辐合区移到了雷达站的东南侧，雷达站附近低层为西北风控制，风速达到12 m/s，降雨结束（图6c）。从VWP风廓线图中也可以看到雷达站上空2 km以上一直维持西南风，但2 km以下则从07：00开始由低层往高层逐渐转为西北风（图6d）。

图6 河源多普勒雷达反射率因子图（单位：dBz）（a）；径向速度图（单位：m/s）（b、c）和 VWP风廓线（单位：m/s）（d）

5 暴雨落区分析

从前文分析可知该次降雨过程河源处在粤西北暴雨区的边缘，雨量分布极其不均匀，大暴雨主要集中在西部偏南的源城区。通过分析20日02：00 1 000～500 hPa高度层内平均垂直速度（图略）和平均假相当位温（图略）发现，垂直速度上升区从粤北延伸至河源中西部，而在河源东部至梅州是一个明显的下沉中心，配合图4a给出的CAPE值场和平均假相当位温场（图5b），可以看到，该次过程大暴雨主要出现在垂直速度上升区和不稳定能量大值区相配合的地方，而河源的东南部由于不稳定能量较小，且处于下沉区域，降雨量级远不及西部偏南地区。

6 结论

1）“5·20”河源大暴雨过程具有局地性强、持续时间短、降水强度大的特点。

2）该次强降水过程，是一次锋面低槽降水，是各层有利形势共同作用的结果，高层辐散、低层辐合为暴雨提供有利的背景场。

3）来自孟加拉湾的西南气流为暴雨区提供充足的水汽输送，河源位于水汽通道出口区的前方。

4）不稳定能量充足，各项不稳定指数非常有利于产生对流性降水，配合深厚湿层、小的垂直风切变及暖云降水是产生高降水效率、高降雨强度的原因。

5）垂直速度强上升区范围小，低层冷空气抬升，中层冷空气向南前倾，产生很大强度的降水。

6）强降水过程中雷达图像上表现出明显的列车效应以及强烈的西南风和西北风的辐合。

7）大暴雨主要出现在垂直速度上升区和不稳定能量大值区相配合的区域。

［1］林良勋，冯业荣，黄忠，等.广东省天气预报技术手册［M］.北京：气象出版社，2006：104-105.

［2］文丹青，黄波，刘峰.一次华南前汛期锋前暖区暴雨的分析［J］.广东气象，2011，33（2）：9-15.

［3］伍志芳，曾沁，吴乃庚，等.广州“5.7”高空槽后和“5.14”槽前大暴雨过程对比分析［J］.气象，2011，33（7）：839-846.

［4］陈芳丽，张子凡，李明华，等.惠州市近40年前汛期暴雨的气候特征分析［J］.广东气象，2014，36（3）：26 -36.

［5］彭丽英，马慧，王谦谦.华南前汛期暴雨气候特征的研究［J］.南京气象学院学报，2006，29（2）：249-253.

［6］陈芳丽，张子凡.惠州地区一次暴雨过程的环流背景和物理量场特征［J］.广东气象，2008，30（5）：33-37.

［7］梁钟清，陈洁雯，罗律，等.清远“5·23”大暴雨过程的成因分析［J］.广东气象，2015，37（4）：1-5.

［8］叶朗明，郑伟杰，徐碧裕.2014年“5.8”广东大暴雨中尺度特征分析［J］.广东气象，2015，36（6）：11-15.

［9］雷素芬，彭永泰，王文娟.2014年6月19—20日吉安市的对流性暴雨分析［J］.广东气象，2015，37（4）：51 -54.

［10］黄远盼，李骄杨，刘桂华.桂东北一次暖区暴雨向锋面暴雨演变特征分析［J］.气象研究与应用，2015，36（3）：30-33.

［11］刘煜，覃雪菲，张娟娟.宾阳县一次短时暴雨天气过程分析［J］.气象研究与应用，2009，30（2）：46-49.

［12］姚莉，赵声蓉，赵翠光，等.我国中东部逐时雨强时空分布及重现期的估算［J］.地理学报，2010，65（3）：293-300.

［13］孙岚.大尺度强降水的基本物理条件和天气形势配置［J］.气象，1993，18（3）：30-35.

［14］黄忠，吴乃庚，冯业荣，等.2007年6月粤东持续性暴雨的成因分析［J］.气象，2008，34（4）：53-60.

［15］寿绍文.强对流天气前期的层结特征［J］.南京气象学院学报，1981（1）：1-7.

Diagnostic Analysis of A Heavy Rain in May 20，2015 in Heyuan

HE Fɑ-sheng，CAO Gɑng，GAN Hɑi，CHEN Rui，CHAN Xue-ke
（Meteorological Bureau of Heyuan City，Heyuan 517000）

With the data of conventional observation，automatic weather stations，NCEP 1°×1°reanalysis and Doppler radars，we studied the circulation characteristics，affecting systems and physical quantities fields of a heavy rain that marked with high locality，short duration and large rain rate in Heyuan on May 20，2015.The result is as follows.The process of interest was an intense rain that was caused by a frontal low pressure into which a southwesterly airflow from the Bay of Bengal transmitted sufficient amount of water vapor.Besides，instable geopotential stratification，high raining efficiencies，southward-inclining areas of negative temperature variation，small areas of intense ascending vertical velocity，the＂train＂effect and strong convergence between the southwesterly and northwesterly are also important for the intense rain.The unusually heavy rain occurred in the area where the ascending vertical velocity was allocated with large instability energy.

synoptics；unusually heavy rain；frontal low pressure；area of heavy rain；Heyuan City

P44

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.004

2016-03-01

贺发胜（1987年生），男，学士，助理工程师，主要从事气象预报服务工作。E-mail：602122390@qq.com

贺发胜，曹刚，甘海，等.“5·20”河源大暴雨过程的诊断分析［J］.广东气象，2016，38（5）：15-19.