2018年8月深圳一次连续暴雨过程初步分析

2020-05-12王蕊郑群峰赵春阳陈元昭林良勋江崟陈潜

广东气象 2020年2期

王蕊，郑群峰，赵春阳，陈元昭，林良勋，江崟，陈潜

（1.深圳市气象局，广东深圳 518040；2.深圳市国家气候观象台，广东深圳 518040；

3.深圳南方强天气研究重点实验室，广东深圳 518040；4.广东省气象台，广东广州 510641）

季风低压是华南后汛期降水系统之一，是指与西南季风有密切联系的低压扰动。梁必骐等［1-3]对南海季风低压的活动特点、结构特点和发生发展机制进行了系统的研究，指出南海季风低压垂直伸展范围可达400 hPa，中心轴线随高度近于垂直，强降水区位于低压中心附近。在对2005年夏季华南季风低压大暴雨过程的分析中，蒋建莹等［4]发现明显的气旋性环流存在于对流层中低层，但在300 hPa以上无反映，低压中心轴线向东南倾斜，对流云带主要位于季风低压南侧。在季风低压造成的暴雨过程中，低空急流往往相伴出现，既能提供水汽和能量，还能提供动力、热力和不稳定条件［5-6]。低空急流引起的辐合是季风爆发的暴雨十分重要的抬升条件［7-8]。

6—8月是深圳市降雨量最充沛的时段［9]，但自有气象记录以来8月份从未出现过连续多日的暴雨过程，而在2018年8月28至31日受季风低压影响，深圳连续出现暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，造成了重大经济损失。在实际业务中，季风低压降水落区、降水时段及量级的预报能力仍需提高，对季风低压暴雨过程总结非常必要。本研究对该次季风低压带来的连续暴雨过程进行初步分析，以期为此类天气的预报提供参考。

1 资料与方法

本研究主要使用时间分辨率为6 h，空间分辨率为1°×1°的NCEP FNL再分析资料、深圳市石岩风廓线雷达和深圳市211个地面自动气象站数据。其中，深圳市石岩风廓线雷达是LAP-3000边界层风廓线雷达，由芬兰维萨拉公司生产，测量高度范围3～5 km，垂直高度分辨率为60 m，每30 min输出一组数据，探测精度为1.5 m／s，并将数据进行质量控制。

2 持续暴雨过程概况

2018年8月27日至9月1日，广东省出现了持续性暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，强降水主要集中在粤东和珠江口两侧。28—31日深圳出现暴雨以上降水（图1a），最强降水出现在29和30日，连续2 d记录到大暴雨局地特大暴雨。最强降水时段在29日14：00（北京时，下同）至30日08：00，全市平均雨量170 mm，其中有164站出现大暴雨，有21个站出现特大暴雨，最大为布吉站315.2 mm。布吉站降雨过程主要表现为单峰型（图1b），降水从29日午后持续至30日早晨，01：00的小时雨量最大达73.8 mm／h。该次降水过程历时长、短时雨强强、累积雨量大，具有明显的季风降水特征。

图1 深圳市2018年8月27日20：00—8月31日20：00累积雨量（单位：mm）（a）；8月29日08：00—30日08：00布吉站逐小时降雨量（b）

3 环流形势

8月27—30日，200 hPa南亚高压位于青藏高原上空，广东处于其东南侧的辐散场中，辐散抽吸作用为对流发展提供有利条件；500 hPa（图略）亚欧大陆中高纬呈现“两槽一脊”，西北太平洋副热带高压强度偏强，位置偏北，缓慢向西移动，呈现双脊型，北侧脊线在30°N附近，并且在30°N—37°N之间的江淮、黄淮地区形成带状高压坝，南侧高压脊则向西南方向延伸。沿112°E—115°E的500 hPa等高线和850 hPa垂直速度时间-纬度图（图2）表明，位于副高双脊之间的季风低压长时间维持，直至31日副高显著加强西伸，季风低压环流才减弱消失。

图2 2018年8月25日20：00至9月1日02：00 112°E—115°E经向平均的500 hPa等高线（等值线，单位：gpm）和850 hPa垂直速度（填色，单位：Pa／s）的时间-纬度剖面图

850 hPa（图略）表现为与500 hPa相对应的季风低压环流，其南侧和东侧盛行西南季风，在副高双脊形势下，西南季风被阻挡在30°N以南地区，持续向季风低压输送水汽和能量，利于季风低压发展加强。而且，随着副高缓慢西移，季风低压也向偏西方向缓慢移动，在8月27—30日持续影响华南地区。29—30日，季风低压中心移至北部湾一带，稳定少动，中心强度达到过程最强，珠江口及其以东地区处在低压东侧的西南-偏南低空急流中，此时海平面等压线在北部湾一带出现闭合低压中心，中心气压为1 000 hPa，低压东侧等压线呈西南-东北走向，与华南海岸线近乎垂直（图略），利于西南季风向华南沿岸输送［10]。

4 低空急流在持续暴雨中的作用

4.1 季风低压位置和强度与低空急流的关系

研究表明，高低值系统间的气压梯度增大对华南及南海北部低空急流的形成起到重要作用［11]，黄士松［12]也指出，华南地区低空急流的生成和发展主要分成两类，其中一类就是由于副高西伸加强以及其西侧低值系统发展而形成。在该次连续暴雨过程中，不断发展的季风低压，与其东侧缓慢西伸的副高之间气压梯度的增大，对低空急流的发展具有重要作用。

表1列出了8月27—31日季风低压850 hPa等高面的位置和中心位势高度变化，在27日08：00—29日20：00，季风低压中心由河源附近（24°N，113°E）西偏南移至北部湾附近（20°N，109°E），低压中心在850 hPa位势高度由1 440 gpm下降至1 420 gpm，而低空急流也由粤东西移至珠江口，29日夜间深圳开始受低空急流影响（图3）。

表1 2018年8月27—31日850 hPa季风低压所处位置和低压中心位势高度变化

图3 2018年8月25日20：00至8月31日20：00 21°N—23°N纬向平均的850 hPa风矢量场的经度-时间剖面图

29日20：00—30日08：00，低压中心位势高度由1 420 gpm迅速降至1 400 gpm，达过程最低（表1），垂直方向也表现出季风低压强度加强。北部湾一带700和500 hPa为与低层环流相对应的气旋性涡旋环流，低压所在区域为正涡度区，涡度场中心和低压中心对应较好，但300 hPa上已经没有清晰的季风低压环流，200 hPa为南亚高压东南侧辐散的东北气流，100 hPa为热带东风气流（图略）。此时季风低压的活动不仅是在低层大气，其垂直方向已经伸展至对流层中层，垂直伸展范围约8～9 km，300 hPa以下低压中心轴线近于垂直略向南倾斜（图4）。

梁必骐等［1]和Godbole［13]分别对5个孟加拉湾季风低压和10个南海季风低压进行合成分析，发现南海和孟加拉湾季风低压强盛时期垂直伸展高度为地面至400 hPa；2005年8月华南季风低压和2003年7月孟加拉湾季风低压垂直伸展高度均约8～9 km［4]。可见在29日夜间至30日早晨，季风低压强度迅速加强，且发展深厚。而低空急流风速也明显加大，部分时间达16 m／s（图3）。可见随着季风低压西移，强度加强，季风低压与副高气压梯度加大，且大值区西移，低空急流区也向西扩展，西南风速加大。此后季风低压减弱，低空急流也减弱。

图4 2018年8月30日08：00沿108°E风场经向剖面（单位：m／s）

4.2 低空急流变化及其与暴雨的关系

该次深圳持续暴雨过程与低空急流变化密切相关，在最大降水时段（29日夜间至30日早晨），低空急流达到过程最强，而30日白天随着低空急流减弱，深圳降水也明显减弱。

为了反映深圳市降水最强时段低空急流变化，利用时间分辨率更高的石岩风廓线雷达资料，得到8月29日08：00—30日20：00风场时间-高度序列（图5），可以看出29日15：00—20：00在0.5～2.0 km西南风略有增强，有间断的低空急流出现；21：00—23：00，在1～2 km出现南风急流，急流轴两侧风速递减，1 km以下主要为西南风，此时石岩基地站小时雨量小于10 mm／h；30日00：00急流强度增加，位于1.5 km高度附近的急流轴风速达17 m／s，急流区最低高度迅速降低至0.4 km，至05：00一直维持在0.5 km以下，且向上扩展至3.5 km，30日01：00石岩基地站出现20 mm／h以上短时强降水。由此可见，短时强降水发生前3 h低空急流出现，高度在1～2 km，强度变化不大；在短时强降水发生前0.5～1 h，低空急流强度显著增强，并向下传播，对短时强降水的发生具有一定的预示意义。据统计，广东前汛期短时强降水类暴雨发生前低空急流最低高度在1 km左右［14]，而该次后汛期季风低压暴雨过程低空急流低至0.4 km，可见该次过程强降水时段急流十分深厚。

伴随着急流的增强和迅速向下扩展，850 hPa以下的对流层底层出现水汽通量大值区，深圳市925 hPa水汽通量迅速升高至18 g·cm-1·hPa-1·s-1，深厚的急流区提供暴雨所需的充足水汽和能量［11]，边界层急流也能为大气提供不稳定层结。

在30日凌晨，850 hPa以下风场在广东沿海存在风速辐合，尤其以925 hPa及以下对流层底层更加明显，且风场呈西南-偏南气旋式弯曲，为强降水提供抬升触发条件（图略）。而且石岩风廓线（图5）显示，在30日凌晨1 km以下风向发生逆时针转变，弱西南风转为强偏南风，由于广东省海岸线呈东北-西南向，盛行的偏南风与海岸线近乎垂直，地形对降水具有增幅作用，在地形抬升作用下加速了上升运动。在30日凌晨，近地面层至对流层中层垂直速度均为负值，出现-0.5 Pa／s的负值中心（图略），表明了强烈的上升。在水汽能量充足条件下，强烈的上升运动导致对流剧烈发展，产生强降水。