韶关地区一次致涝暴雨过程的诊断分析

2021-01-06汪海恒张曙谢文杰

广东气象 2020年6期

汪海恒，张曙，谢文杰

（韶关市气象局，广东韶关 512028）

一直以来韶关市防汛的重点都是山区的山洪地质灾害、中小河流洪水等灾害，对山区暴雨的研究较为充分，而对造成韶关内涝的暴雨研究较少。近10年来，韶关市区有3处平均每年至少受内涝淹浸1次，每3年受淹1次的区域达14处，最大淹浸水深1.0 m以上达11次，影响严重。因此，开展韶关本地致涝暴雨的研究有重要的意义。解以扬等［1］通过介绍暴雨城市内涝灾害的分布特征及演变规律，对强降水引起的内涝灾害风险进行初步评估，给出了内涝灾害风险的量化结果；伍志方等［2］和刘桂华等［3］通过对比分析两次暴雨过程，认为降水强度不但受大气不稳定度影响，动力触发更可能是引发强降水的关键因素；叶萌等［4］总结了广东致洪暴雨过程的预报着眼点；黄青兰等［5］和徐碧裕等［6］通过分析连续性特大暴雨的特征及成因，指出强盛的西南暖湿气流对暴雨形成的重要性；韦翠等［7］和陈艳真等［8］，通过对本地暖区暴雨过程的分析，得出低空急流及其对应的正涡度中心可触发暖区暴雨的发生；郭媚媚等［9］和黄元森等［10］，通过分析多普勒雷达产品特征，研究中小尺度系统的生消与发展，得出了暴雨过程的强对流特征。

2017年7月2日08：00—3日08：00（北京时，下同），韶关市普降大到暴雨、局部大暴雨，市区和曲江区于3日凌晨先后发布了暴雨红色预警信号，多处出现严重内涝，交通近乎瘫痪，地质灾害风险预警高，中小学及幼儿园于3日上午停课。本研究利用常规地面高空观测，中尺度自动气象站、双偏振雷达资料以及NCEP的1°×1°再分析资料，对该次过程进行分析，希望能为同类型的暴雨预报提供参考。

1 过程概况

7月2到3日，受高空槽和低空急流的影响，韶关市普降大到暴雨、局部大暴雨（图1a），强降雨集中在韶关市区（武江区和浈江区）和曲江区南部，其中市区还出现了全区性的大暴雨（除1个气象站设备故障，其余均录得100 mm），平均降雨量达128.4 mm，武江区的北江中学站录得最大雨量187.3 mm。该次过程降水主要集中在2日白天和3日凌晨。以北江中学站为例（图1b），2日14：00—18：00最强1 h雨量36.2 mm（11：00），最强3 h累计雨量54.0 mm（14：00—17：00）；3日01：00—05：00，最强1 h雨量48.1 mm（04：00），最强3 h累计雨量111.2 mm（01：00—04：00）。第2时段比第1时段降水更强。

图1 2017年7月2日08：00—3日08：00韶关市累计雨量（单位：mm）（a）和武江区惠民北路北江中学站逐小时雨量分布（b）

该次暴雨过程具有累计雨量大、降水强度大、降水区域及时间集中等特点。

2 天气形势及主要影响系统

在整个暴雨过程中，块状副热带高压稳定维持在西太平洋的洋面上，脊线位于25°N附近，西脊点在120°E—125°E之间摆动，由于副高强盛，出现592 dagpm线闭合高压。在200 hPa等压面上也出现了闭合高压中心，高压环流影响范围西边界到达118°E附近。200 hPa等压面显示南亚高压位于青藏高原南部，脊线在30°N附近，高压中心在85°E—90°E之间摆动，高压环流影响范围东边界至110°E附近。韶关地区刚好位于东西高压环流之间，导致两高之间的高空槽东移缓慢，槽前引导气流也会非常旺盛，高层槽前辐散抽吸作用明显［11］。2—3日，2017年第3号台风“南玛都”（热带风暴级到强热带风暴级）在副高西侧活动，路径最西点为124°E，对广东省基本无影响。另外，时值盛夏，副高强盛，2日20：00地面等压线“东高西低”，陆地受多个低压中心控制（图略），无冷空气南下影响。

2日08：00，500 hPa等压面上，北北东－南南西走向的高空槽位于长江流域到广西沿海一带。850 hPa等压面切变线呈西南－东北走向，位于高空槽前，切变线东南侧也建立起了低空急流，从北部湾途径粤北，最大风速14～16 m／s。925 hPa等压面上也建立了一支超低空急流，位置与850 hPa上急流基本一致。200 hPa等压面上也出现了一条北北东－南南西走向的高空槽，槽线从河北南部一直延伸至广西西北部，槽底深，槽前流线呈扇形分布。此时500 hPa高空槽距粤北较远，中低层的低空急流和超低空急流在粤北上空，暖湿气流为粤北持续输送水汽，此时850和925 hPa郴州探空站的温度露点差均在1～2℃之间，强降雨虽未出现，但已为后续强降雨的发生提供了充足的水汽。2日14：00，500 hPa高空槽东移位于清远三连地区，韶关处于高空槽前；850 hPa切变线稳定少动，东南侧的低空急流维持；200和925 hPa与08：00比，形势变化不明显。此时第1阶段的强降水开始出现，500 hPa高空槽东移是主要原因。20：00—23：00，韶关地区850 hPa风场持续减小，降水减弱。3日02：00（图2），高空槽稳定少动维持在三连地区，并且槽前西南气流增强，此时副高持续强盛以及其西南侧的热带气旋“南玛都”西进北抬，可能是导致高空槽稳定少动的原因［12］；850 hPa风速再次加强，风速辐合明显；925 hPa出现了暖式切变和风速辐合（上下游风速差达10 m／s）；200 hPa等压面图上，南亚高压东进和西太平洋副高西进北抬，使高空槽稳定少动并且加深，槽前高空辐散加强。此时第2阶段强降水加强。

图2 3日02：00 500 hPa高度场（等值线，单位：dagpm）（a）、850 hPa风场（矢量箭头，单位：m／s）（b）、200 hPa流场（流线，单位：m／s）（c）

综上可知，高层强辐散、高空槽缓慢东移、低层切变线和低空急流，为该次暴雨过程的发生提供了有利的大尺度环流背景和天气系统配置。

3 短时强降水成因分析

该次降水过程具有降水强度大、降水区域集中、强降水时间短等强对流特点，因此，出现内涝的地区是由短时强降水所致［13］。

3.1 水汽条件

2日08：00，即在强降水出现之前，在500 hPa高空槽影响下，中低层的西南气流从北部湾进入两广，并北上影响粤北，致使暖湿气流已盘踞韶关上空，梧州站的08：00探空图显示（图略），500到925 hPa的温度露点差均在0～1℃之间，可见上游地区的水汽条件十分充足。14：00，随着高空槽逼近以及风速持续，水汽输送更为明显，韶关市区南部区域850 hPa已处于水汽通量散度的辐合中心附近，其辐合中心量级小于－30×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1。20：00，随着850 hPa风速减弱，水汽通量散度也随之下降，此时进入降雨间歇期，但从清远探空站可看出（图略），从低层到高层层结温度线与露点温度线几乎重合；到了3日02：00，水汽通量散度再次增大（图3），700到925 hPa的辐合中心量级分别小于－25×10－7、－40×10－7、－60×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1，这与第2阶段强降水十分符合。

图3 3日02：00 700 hPa（a）、850 hPa（b）、925 hPa（c）水汽通量散度场（填色，单位：×10－7 g·cm－2·hPa－1·s－1）

3.2 热力条件

2日08：00，距离强降雨中心最近的清远探空站K指数为28℃，沙氏指数为3.32℃，Δθse（500－850）为4.55℃，层结较稳定，但CAPE值达到了1 848.6 J·kg－1；梧州探空站K指数为40℃，沙氏指数为－1.65 ℃，Δθse（500－850）为－6.71℃，CAPE值为1 421.6 J·kg－1。另外，上游的阳江站各项指数也显示出层结非常不稳定。2日20：00，清远站K指数、沙氏指数、Δθse（500－850）均有不同程度的增加，阳江站的CAPE值和Δθse（500－850）分别达到4 076.5 J·kg－1和－12.06℃，上游地区不稳定能量充足，并不断往北输送，为该次降水过程提供持续有利的热力条件（表略）。

3.3 动力条件

3日02：00，大暴雨区域在850 hPa处于散度x＜－1.5×10－5s－1，在925 hPa处于x＜－3×10－5s－1的辐合区内，在200 hPa上则处于4×10－5s－1的辐散区内。这种低层辐合、高层辐散有利于上升运动。

对于该时刻的垂直速度，沿114°E剖面图来看，24°N附近在850～925 hPa有一个垂直速度上升大值区（图4）；从850和925 hPa垂直速度场（图略）看，大暴雨区也正处于这两层的垂直上升速度区域内。

图4 3日02：00沿114°E垂直速度剖面图（单位：hPa／s）

4 双偏振多普勒雷达分析

7月2日22：00后，在韶关市区东侧有大片回波东北移，而在西南侧有大量小块状对流性回波发展加强，23：50已发展为东北－西南走向的窄带状回波带，具有明显的列车效应特征（图5a）。在多普勒速度图和相对径向速度图中能明显看到低层风速的脉动加大，低层风速辐合从本地暴雨发生前1 h到暴雨强盛期长时间维持。从回波的垂直剖面看，回波呈现典型的暖性低质心塔状特征（图略），40 dBz主体高度基本处于6 km的0℃层附近，这种由西南季风引发的回波一般比较容易出现短时强降水。通过双偏振雷达增加的3个特征量并结合新一代天气雷达的其他产品，可以比较准确的把握短时降水的时空分布。

协相关系数（CC）的各层组合和剖面显示，从珠江口一带移入韶关市区的回波属于均一性质的降水粒子，CC在40 km近距离因受到地物影响出现杂波，在5～6 km的0℃层附近出现小于0.99的数值，说明此高度存在明显的冰水混合态，但是其值基本处于0.95～0.98之间，说明大冰晶粒子稀少，在此高度下均为0.99以上的单一相态降水（图5b方框所示），移入韶关的回波属于暖云降水。由差分反射率（Zdr）的分层显示看出，在1.5～3.0 km附近降水粒子大部分为0.8～1.5 dB，在小时降水达到大值时大部分处于1.0～2.0 dB，说明该次天气过程大部分降水为中小降水粒子（图5d红色椭圆所示）。差分相移率（Kdp）是空中水含量的直接反映（图5c），通过图中Kdp与Zdr相同仰角的显示分析，其大值区没有完全重叠（图5c和图5d椭圆形所示对比），在实际预警中仅仅依靠单层的Zdr来判断降水强弱有时候会出现很大误差，必须综合考虑各类特征量进行推断。