佛山三水区2017-06-16强对流天气过程分析*

彭斯琪

(1.中山大学大气科学系，广东 广州 510275；2.广东省佛山市三水区气象局，广东 佛山 528300)

1 引言

强对流天气通常由中小尺度天气系统产生[1]，具有突发性强、发展迅速、影响范围小、容易致灾等特点，出现时往往会产生雷暴大风、冰雹、短时强降水、龙卷等灾害性天气。佛山市三水区每年春夏之交暴雨频发，2015年5月5日的全区大范围暴雨，2016年6月8日全区大范围暴雨以及伴有小时雨量106.3 mm的短时强降水等均给三水人民的生命财产造成了严重损失。佛山地处广东中部，珠江口西北侧，春夏两季受西南季风影响，水汽条件充沛，动力条件充足，暴雨较为常见。近年来许多学者对广东暴雨和强对流天气做了大量的研究[2-4]，伍志芳等[5]统计分析了广东的强对流天气，表明大范围短时强降水大部分是在高空槽、切变线和低空急流影响下而产生，而区域性短时强降水更依赖于地面低槽的发展；陈元昭等[6]对珠三角重要强对流天气进行了分型，分为：台风型、西南季风型、北部湾低压型、冷切变线型和热带云团等5种类型；张涛等[7]分析广东强对流降水天气过程，结果表明地面锋面是触发机制，珠三角地势平坦、中层干急流和强的垂直风切变是强对流维持的原因。但是对三水区小范围强对流天气分析较少，本文利用三水区自动气象站降雨资料、常规气象观测资料，以及NCEP1°× 1°的6 h 再分析资料，从环流背景、物理量特征和雷达回波演变情况对2017年6月16日三水区大范围强对流天气过程进行诊断分析，以期对今后类似的强对流的预报和分析提供参考。

2 天气概况

根据全区自动气象站网监测，2017年6月16日15—20时，三水区出现暴雨—大暴雨，并伴有强雷电和7级阵风。6月16日15—20时，共有11个站点雨量超过100 mm，小时雨量超过20 mm的有47站次，其中云东海广东财经大学气象自动站点录得最大雨量159.0 mm，最大时雨量出现在17时89.6 mm，最大风速出现在15时15.7 m/s。此次强降水过程历时短、强度大，具有明显的中小尺度对流性质。

3 环流背景分析

15日20时，珠三角处于南亚高压东部风场分流区控制下，有利于高层辐散抽吸；500 hPa高空槽位于广西中部，广东受槽前西南急流影响，有暖平流从北部湾向广东珠三角一带输送，珠三角位于588线边缘不稳定地带，强大的西风急流位于30°N，广东位于西风急流南侧。700 hPa广东沿海为西南急流控制，有暖平流。850 hPa切变线呈东北—西南位于黔桂交界，广东沿海受偏南气流影响，珠三角有暖平流。珠三角地区温度露点差<3 ℃，相对湿度接近100%，广东沿海850 hPa与500 hPa温度差达25 ℃以上，大气层结不稳定；925 hPa切变线比850 hPa偏南，位于广西中部，广东仍受西南气流影响，但未达到急流，温度露点差≤1 ℃，空气接近饱和。

16日08时，高空槽在桂中维持，588线略有南压，珠三角仍处于588线边缘不稳定地区，珠三角西侧沿海有西南急流，香港上空风速达16m/s。700 hPa广东受西南急流控制，风速达16 m/s以上。850 hPa时切变线呈东北—西南向位于粤西北到桂西南，广东境内为西南急流控制，温度露点差≤1 ℃，空气接近饱和，珠三角850 hPa与500 hPa温度差达23 ℃以上，大气层结不稳定。此时925 hPa边界层内也存在偏南急流影响珠三角地区，容易触发边界层垂直运动的发生。

从地面温压场分析，16日08时广西西部到广东北部有低压倒槽，偏北风与偏东风的地面辐合线东北—西南向位于广东西北部到广西西南部，广东沿海有风速的辐合。15日珠三角地区最高温度大部在30 ℃以上，温度露点差≤5 ℃，高温高湿的闷热的天气状态，地面这种高能的积累过程，使得大气层结具备发生强对流天气的潜势，当有一定的扰动发生时，造成大气的不稳定，有利于低层气流的抬升，从而引发强对流天气的发生。

综上所述，高空槽前正涡度平流、低层切变线南侧深厚的西南气流、地面辐合线为此次强对流天气的发生发展提供了有利的大尺度环流背景条件。

4 物理量分析

4.1 水汽分析

对三水区强降水中心23.2°N做水汽通量和水汽通量散度的径向垂直剖面图分析可得，在强对流降水发生前，三水区最强水汽输送集中在低层800 hPa以下，112.8～113.2°E强降水发生区域内水汽输送集中在900 hPa以下；结合水汽通量散度的垂直分布分析，112.8～113.2°E强降水发生区域水汽通量辐合中心与水汽通量大值区在800～900 hPa对应比较好，水汽的输送和辐合集中在中低层，说明大气可降水效率比较高。

4.2 大气层结稳定度

从16日14时925 hPa假相当位温场可以看出，清远到三水存在一个假相当位温≥358 K的大值区，珠三角存在明显的能量锋，假相当位温差≥8 ℃，有利于触发不稳定能量，激发强对流天气的发生。沿强对流发生处23.2°N作假相当位温经向垂直剖面，可以看出，三水区非常暖湿，低层假相当位温≥360 K，500 hPa以下假相当位温随高度减少，说明此时大气层结是不稳定的[8]，假相当位温线密集，说明该地区有明显的静力不稳定。600～500 hPa为假相当位温极小区，说明中层有干空气入侵，中层干冷，低层暖湿。

4.3 抬升条件

沿23.2°N作垂直速度与散度的经向垂直剖面图，可以发现16日08时三水区(112.4～113.1°N)上空为上升运动，大值中心位于850～700 hPa，暖湿气流从对流层底开始抬升，随着上升运动向上输送到200 hPa。散度场上存在明显的低层辐合，高层辐散，辐合中心在925 hPa以下。这种“低层辐合，高层辐散”的配置抽吸作用非常有利于强对流天气的发生发展。

图3 2017年16日08时沿23.2°N垂直速度与散度经向垂直剖面图线条：散度(单位：10-5/s)；阴影：垂直运动(单位： hPa/s)Fig.3 vertical section map of vertical velocity and divergence along 23.2°N at 08∶00 jun 16 Line: divergence (unit: 10-5/s); shadow: vertical motion (unit: hPa/s)

5 T-lnP探空分析

因三水区未设有探空站，故采用临近的清远探空分析三水区上空的大气层结条件。从15日20时清远探空图可以看出，清远附近地面到500 hPa湿度较大，湿层较厚，K指数达40 ℃，对流有效位能CAPE为1282.7 J/kg，抬升指数LI为-4.16 ℃，大气层结不稳定，有利于强对流天气的发生、发展。对流抑制能量CIN为29.6，一定强度的对流抑制能量有利于低层不稳定能量的积累。0～3 km存在较强的垂直风切变。从风矢端图可以看出，近地层到925 hPa存在弱的风向逆转，有弱的冷平流，925 hPa以上风向顺转，为暖平流控制。到了16日08时，700 hPa以下转为一致的西南风，风速加大，700 hPa风速达到14 m/s。700～500 hPa湿度显著降低，说明中层有干冷空气入侵；从风矢端图上可见地面到850 hPa风向顺转，而850～700 hPa之间出现弱的风向逆转，也说明了中层有弱的冷平流；露点曲线和层结曲线之间也形成了低层暖湿，中层干冷有利于强对流天气发生的“喇叭口”形状。K指数仍维持40 ℃，CAPE为530 J/kg，LI为-2.24 ℃，大气层结不稳定，对流抑制能量降为0,有利于不稳定能量的释放。

6 雷达特征分析

根据雷达组合反射率逐时资料演变图(图略)6月16日12时左右，在三水区西部开始有块状对流回波生成，中心强度为55 dBz，向东北方向移动，15时左右发展为带状回波，呈准南北向排列，从西面向三水区移动，三水大部地区回波中心强度均为55 dBz左右，回波顶高9～12 km;16时三水北部回波减弱，回波强度维持在30 dBz 左右，而中部木棉村委到广东财经大学站附近回波加强到60 dBz，回波顶高达14 km，16时木棉村委站和广东财经大学站出现了68.2 mm和89.6 mm的小时强降雨，南部降水明显减弱，以5 mm以下小雨为主；17时受列车效应影响，三水西南部强回波不断向东北方向移动，三水南部到东部回波强度加强到45 dBz以上，回波顶高14～16 km，这一带小时降雨量大部在30～60 mm；18时三水境内回波强度普遍维持在34～45 dBz，回波顶高下降到8 km以下；19时，北部回波消散，南部回波加强到50 dBz左右，降雨有短暂的加强，小时雨强由5 mm以下突增到20～30 mm；20时，回波整体移出三水境内，降水过程趋于结束。

图5 广州雷达2017年6月16日17时48分、17时54分1.5°仰角基本反射率回波(d、a)、X6和A5风暴追踪信息(b、c)、17时48分垂直剖面图(e)Fig.5 The elevation of 1.5°in Gangzhou basic reflectivity factor at 17∶48(d)、17∶54(a)BT 16 June 2017; Storm tracking information of X6(B)、A5(c); Reflectivity profile at 17∶48(e)

对最强降雨时段17—18时进行风暴追踪信息分析，分析17—18时三水中部(X6)和南部(A5)的风暴信息，X6风暴信息：回波中心强度一直维持在50 dBz以上，最强回波高度在17时18分达到6 km左右，17时35分左右最强回波高度接地，回波质心高度在3 km左右，由抬升凝结高度到零度层高度之间的厚度可以作为暖云的厚度估计，故暖云的厚度都在4 000 m以上，暖云层越厚越有利于高效率降水的产生，三水地区的强回波高度均在暖云的高度内，降水效率高。A5风暴信息：回波中心强度一直维持在55 dBz以上，VIL值维持在30以上，液态含水量高，回波顶高大部在12 km以上。对17时48分三水基本反射率回波进行剖面分析，55 dBz以上回波质心高度达到3 km，50 dBz以上的质心从地面延伸至6 km处，回波质心整体抬高，这种深厚的强质心结构极有利于强降水的发生。从径向速度图分析可知(图略)，17时36分三水中部0.5°仰角存在正负速度对，正速度中心值20 m/s，负速度中心值-15 m/s，存在中气旋，从底层1 km到高层4 km均能分析出明显正负速度对，均存在中气旋，在6.0°仰角，中气旋上不存在风速辐散，并维持两个体扫，对风暴的维持和发展非常有利。以上分析可知三水地区最大时雨量出现在17时89.6 mm，是由于风暴单体回波强度强、质心厚度大、高度低、回波顶高、中气旋维持，持续时间长所导致。

7 小结

①此次强对流天气过程是在高空槽前和低层切变线共同影响下、由地面辐合线触发的形成的。

②充足的水汽输送、不稳定的大气层结、强烈的上升运动都证明三水区有产生强降水的物理机制；中低层存在较大的垂直风切变和中层有干冷空气的入侵也是这次强对流天气发生的关键原因。

③从雷达回波演变来看，此次强降雨受列车效应影响，降雨云层发生在暖云内，降水效率高，回波质心低，回波顶高，速度图上存在中气旋。