河源市持续性致洪暴雨天气特征分析

2021-11-10贺发胜赖晓玲甘志捷陈妙君钟东良

广东气象 2021年5期

贺发胜，赖晓玲，甘志捷，陈妙君，钟东良

（河源市气象局，广东河源 517000）

河源市地处粤东北，多山地，暴雨是最主要的灾害性天气之一，尤其是连续性致洪暴雨，由于持续时间长、累计雨量大，在山地极其容易造成山体滑坡、山洪、泥石流等灾害，严重威胁人民生命财产安全。前人对持续性暴雨的天气特征和规律研究做了许多工作［1－6］。鲍名［7］统计分析近50年我国持续性暴雨的4种主要类型以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征，指出稳定的大尺度环流形势是暴雨持续发生的必要条件；张端禹等［8］按华南附近主要低值系统划分，将华南前汛期持续暴雨分为5个类型；林爱兰等［9］则是依据中高纬环流特征将广东前汛期持续性暴雨分为3种类型。从以往的研究中可以发现，仅依据中高纬或低纬环流特征得出的天气分型差异很大，而中高纬和低纬系统叠加更有利于持续暴雨的发生［10］，因此，综合分析500 hPa中高纬和低纬天气系统变化特征，对深入研究持续性致洪暴雨的形成机理和做好预测都有十分重要的意义。本研究利用1980—2019年河源市5个国家气象站日雨量资料及ERA5再分析资料，深入分析总结河源持续性致洪暴雨的天气特征，提升认识、总结经验，为以后此类暴雨预报提供更为具体的参考。

1 资料与研究方法

1.1 资料

降雨量资料取自中国气象局国家气象信息中心提供的1980—2019年河源市5个国家气象观测站日雨量资料（08：00—08：00（北京时，下同）或20：00—20：00）。所用的热带气旋资料是中国气象局上海台风研究所整编的1949—2014年的热带气旋最佳路径数据集。再分析资料采用ECMWF第5代大气再分析全球气候数据（ERA5），空间分辨率为0.25°×0.25°经纬度，时间分辨率为6 h。

1.2 持续性致洪暴雨的定义

根据《QX／T442－2018 持续性暴雨事件》［11］，定义河源5个国家气象站中任意一站日降水量连续3 d及以上均≥50 mm为一次持续性暴雨事件。补充定义单站连续5 d除中间1 d降水量＜50 mm其余4 d均≥50 mm也算一次持续性暴雨。在持续性的基础上，定义单站24 h雨量≥100 mm，或过程雨量≥250 mm为一次持续性致洪暴雨过程。

2 结果与分析

2.1 时空分布

统计表明，1980—2019年河源市共出现15次持续性致洪暴雨过程，约每3年出现1次，没有1年内出现两次的情况。从出现的月份看，最早出现在3月，最晚9月；6月最多，出现8次；5月次之，为3次；3、4、7、9月均出现1次，8月没有出现。

统计各站点出现次数发现，河源站出现次数最多，有8次，其次为连平站5次，龙川站1次最少，空间总体呈西南多东北少分布。

2.2 天气分型

持续暴雨过程往往中高纬和低纬均有低槽活动［12］，本研究天气分型是依据中高纬和低纬地区低槽活动特征，首先作出各个过程期间500 hPa平均的位势高度场，再分析过程中，中高纬和低纬地区低值天气系统变化特征和地理分布特点，归纳出4个类型，即东亚大槽＋南支槽型（Ⅰ型）、中纬多波动＋南支槽型（Ⅱ型）、东亚大槽＋孟湾槽型（Ⅲ型）和热带气旋型（Ⅳ型），各类分型图1所示。

图1 Ⅰ型（a）、Ⅱ型（b）、Ⅲ型（c）、Ⅳ型（d）过程500 hPa平均高度场（等值线间隔2 dagpm）

1）东亚大槽＋南支槽型（Ⅰ型）。

东亚大槽＋南支槽型出现的比例最高，为5／15（33.3%），该类型过程平均持续时间3.8 d，在4种类型中居第2，过程平均日雨量59 mm，降雨大值区位于河源西南部。从该型5次过程500 hPa平均高度场（图1a）可以看出，中、高纬为两槽一脊型，两低槽分别位于东亚沿海的东亚大槽和巴尔喀什湖附近，贝加尔湖到我国中北部地区为脊区，青藏高原南部至华南地区多南支波动影响。低纬西太平洋副高位于台湾以东、日本以南洋面上，脊线位于18°N附近。

2）中纬多波动＋南支槽型（Ⅱ型）。

中纬多波动＋南支槽型出现比例居第2，为4／15（26.7%）。该型4次暴雨过程平均持续时间为3.75 d，在4种类型中排第3，过程平均日雨量53 mm，降雨大值区位于河源西南部。从4次过程500 hPa平均位势高度场上（图1b）可见，中高纬多波动东移，我国中北部主要受西北气流影响，青藏高原以东等高线气旋性弯曲最明显的地方在云贵高原到华南西部，即主要低槽位于35°N以南，110°E经线附近我国南方地区上空，华南大部受该槽前部西南气流影响；低纬西太平洋副高位于台湾以东、日本以南洋面上，脊线位于20°N附近。

3）东亚大槽＋孟湾槽型（Ⅲ型）。

东亚大槽＋孟湾槽型共出现3次过程（占20%）。该型高原南部低槽与Ⅰ型相比位置更加偏南，可延伸到15°N附近的孟加拉湾，称之为孟加拉湾槽［13］。孟湾槽前西南气流一直伸展到华南，华南位于孟湾槽前，同时位于东亚大槽槽后，因此称东亚大槽＋孟湾槽型。该型过程平均持续时间为5 d，持续时间最长，过程平均日雨量57 mm，降雨大值区位于河源西部和西北部。从该型过程500 hPa平均位势高度场上可见（图1c），中高纬大致呈两槽一脊，在92°E附近孟加拉湾上空是一个明显的低槽，华南地区处于孟湾槽前、东亚大槽槽后。副热带高压588 dagpm线位于菲律宾及以东洋面上，脊线位于15°N附近，西脊点到达115°E。与其它类型相比，该型西太平洋副高强度最强，高原南部到孟加拉湾上空是一明显的低槽。

4）热带气旋型（Ⅳ型）。

同东亚大槽＋孟湾槽型，热带气旋型亦出现了3次（占20%）。此型过程的平均持续时间最短，仅为3.3 d，过程平均日雨量60 mm，降雨大值区位于河源东南部和西北部。有2个强度达到台风级、1个强热带风暴级，2个热带气旋先是西北方向移动经过台湾北部后在福建2次登陆，随后南掉转向西南方向移动。另一个是一直西北方向移动在阳江附近登陆。从该型3次过程500 hPa平均位势高度场上可见（图1d），中高纬呈两槽一脊形势，贝加尔湖到青藏高原是高脊，其东、西两侧则是低槽；低纬副高中心位于日本以南洋面，强度在所有类型中最强，脊线位于24°N附近，西脊点在125°E附近，对热带气旋的引导作用很弱，在孟加拉湾北部是一个近于闭合的低中心。

2.3 各型物理量场差异分析

1）925 hPa温度与温度平流差异。

分析各型925 hPa温度和温度平流平均分布发现，华南地区主要受暖平流影响。进一步分析表明，各型925 hPa温度平流分布存在差异：Ⅰ型（图2）华南地区暖平流区中心强度超过4.0×10－5K·s－1，温度梯度最大，华南北部冷平流也最为明显。

图2 Ⅰ型期间925 hPa平均温度场（等值线，间隔1℃）和温度平流（填色，单位：K·s－1）

Ⅱ型（图略）暖平流中心强度也达到4.0×10－5K·s－1，但温度梯度较小，冷平流较弱。Ⅲ型（图略）华南暖平流中心强度均超过2.0×10－5K·s－1。Ⅳ型（图略）华南暖平流中心强度仅1.0×10－5K·s－1，其强度是所有类型中最小的。

2）水汽条件差异。

对比分析各型925和850 hPa平均水汽通量和风场特征发现，在850 hPa高度上，4种类型河源地区均处在水汽通量大值区，并不是在辐合最明显的区域中，其中Ⅲ型（图3a）和Ⅳ型（图3b）水汽通量超过20 g·cm－1·hPa－1·s－1，风速超过12 m／s；Ⅱ型风速接近12 m／s，水汽通量也达到20 g·cm－1·hPa－1·s－1；Ⅰ型水汽通量较小，在16 g·cm－1·hPa－1·s－1左右，风速为10 m／s。在925 hPa高度上，4个类型河源地区处在水汽通量大值区前方，水汽辐合比850 hPa更加明显，水汽通量中心值的大小分布与850 hPa相同，也是Ⅲ型最大。

图3 Ⅲ型（a）、Ⅳ型（b）850 hPa平均水汽通量场（填色，单位：g·cm－1·hPa－1·s－1）与风场（风向杆，单位：m／s）

从水汽源地上看，Ⅲ型和Ⅳ型水汽主要来自孟加拉湾的西南水汽通道，经过中南半岛、南海后到达河源地区。尤其是Ⅳ型孟湾附近的水汽通量高达28 g·cm－1·hPa－1·s－1，使热带气旋得以长时间维持［14］，其余2种类型的水汽也主要来自孟加拉湾，同时还有来自副高西侧的偏南气流，经南海往北输送到河源地区。

3）200 hPa辐散条件差异。

高空辐散抽吸作用有利于低层辐合抬升，暴雨区中低层的辐合是对高层辐散的响应，暴雨发展的促发因素是高层的辐散［15］，同时强辐散场的出现要早于暴雨的发生［15］，因此对于200 hPa辐散条件的分析至关重要。分析各类型过程期间200 hPa平均散度和风场发现，4个类型河源地区高空均处在强辐散中心，Ⅰ型200 hPa南亚高压位于中南半岛到孟加拉湾一带，河源处高压东北侧、西风槽前扇形辐散区；Ⅱ型（图4a）南亚高压位于中南半岛和孟加拉湾北部，河源处高压东侧辐散区；西藏高原南部，河源处在高压东侧、西风槽前辐散区；Ⅳ型（图4b）南亚高压中心位于孟加拉湾北部，河源地区主要受西风槽前辐散影响。