广东汛期对流回波的时空分布特征

2022-06-24王世强黄照亮夏冬黄菲张金清

广东气象 2022年3期

王世强，黄照亮，夏冬，黄菲，张金清

（珠海市公共气象服务中心，广东珠海 519000）

对流天气往往突发性强、过程剧烈，而天气雷达在气象探测方面的探测速度快、分辨率高等优点，使其在对流天气预报预警中起到至关重要的作用［1-2］。通过对高分辨率雷达资料进行统计分析，可以揭示对流回波的精细时空分布特征，从而为对流天气的预报提供参考［3］。在基于雷达资料的对流天气统计方面，我国很多地区已开展了相关研究工作。Chen等［4］利用雷达拼图资料研究了京津冀地区对流风暴出现频次的暖季平均日变化特征，以及暖季对流风暴日变化的差异；Lin等［5］利用雷达探测资料结合闪电、探空、地面资料等，研究了台湾区域在弱天气尺度强迫下对流风暴的气候特征；陈兴超［6］利用广州雷达资料统计了珠三角地区暖季对流的空间分布以及时间变化特征，揭示华南沿岸区域和内陆地形迎风坡上存在对流性降水中心。

广东地区地处东亚季风区，地形复杂，海陆影响显著，对流天气频发［7-8］。关于广东地区强降水分布及其日变化特征的研究，已有很多成果［9-12］，但利用精细化雷达资料开展对流回波的研究还很少。本研究利用广东地区天气雷达的3 km高度反射率因子拼图资料，研究广东地区汛期对流回波出现频次的空间分布和日变化特征。

1 资料和方法

多部雷达拼图资料的利用，可以更好地监测对流天气系统的发展和移动［13-14］，也有利于避免不同雷达由于探测差异对对流系统识别造成影响。本研究使用的3 km高度CAPPI拼图数据的空间分辨率为0.01°，时间分辨率为6 min，定义反射率因子≥40 dBz的回波为对流回波［15-16］。其中每个格点的对流回波平均频次计算方法为

雷达拼图数据的质量主要受到地形遮挡和雷达覆盖率的影响，从对流回波年平均频次空间分布（图1a）上可以看到，部分雷达站附近出现了以雷达站为中心的“放射性缺口”，其中在湛江雷达的北方、汕头雷达的东北方和西南方等较为明显。从广东省海拔高度（图1b）可以看到，这些“放射性缺口”主要是由于雷达电磁波受雷达站附近的高山所遮挡，缺口区域的雷达低空探测覆盖率较低［17］，无法计算出准确的3 km高度反射率因子，但在其他区域年平均对流回波频次的分布依然显示出很好的连续性，说明在大部分区域数据质量很好，可以反映对流活动状况。

2 对流回波频次的空间分布特征

从对流回波年平均频次分布来看（图1a），陆地上对流活跃区主要在粤西、珠三角（除肇庆外）和汕尾等地区，上述地区的对流活动频次在0.15×10-2次·h-1以上，对流活跃地区主要在山脉南侧的平原地区，海拔高度基本在200 m以下，且与广东省常年的暴雨中心阳江、汕尾、清远佛冈等地基本吻合。海洋上主要在川山群岛、珠江口外海以及距粤东较远的海面上。

图1 广东地区对流回波年平均频次分布（单位：10-2次·h-1）（a）和海拔高度（单位：m）（b）

由于广东地区汛期不同月份天气系统的显著不同，汛期各月对流回波的频次也有明显的差异（图2）。

图2 广东地区汛期4—9月对流回波平均频次分布（单位：10-2次·h-1）

4月（图2a），除韶关北部、粤东地区外，广东大部分地区对流活跃，尤其在珠三角中北部地区、韶关和清远南部地区，以及茂名和粤西沿海地区，前者主要是由锋面活动，在珠三角地区形成对流天气，后者主要是由于西南气流、偏南气流逐渐加强，易形成对流天气。5月（图2b），粤北、珠三角中北部和东部地区的对流活动减弱，而粤西地区以及粤西近海的对流天气活动增多，表明锋面系统影响逐渐减弱，西南、偏南气流逐渐加强。6月（图2c），随着气温的升高和南海夏季风的爆发，珠三角、汕尾地区的对流活动明显增强，且达到全年最强时段，同时粤东近海的对流活动也开始增强，但湛江、茂名地区略有减弱。7月（图2d），对流活跃区域与6月基本相同，但强度明显减弱。8月（图2e），对流活跃区域仅剩下广东南部沿海地区，但广东近海的对流活动明显活跃。9月（图2e），随着偏南气流的减弱，对流活动也显著减弱，仅在珠三角南部、粤西地区和粤西海面对流较为活跃，其他地区是汛期对流最不活跃的月份。总体可以看出，前汛期（4—6月）对流活跃区域主要在粤西、珠三角（除肇庆外）、汕尾等地区，这主要由自北向南移动的锋面系统和西南气流或偏南气流下迎风坡形成对流系统，以及平原地区在中午和午后出现的热对流造成；后汛期（7—9月）对流活跃区域主要在广东南部地区，这主要是由热带气旋、东风波等热带系统，以及中午和午后的热对流造成，其中热带气旋等热带系统活动的增多，使得粤东海面对流回波增多。其中，6月份对流活动最为旺盛，9月份最弱。

3 对流回波频次日峰值分布特征

分别计算前汛期和后汛期逐小时的对流回波平均频次，并定义平均频次最大的时刻为日峰值时刻。从对流回波频次日峰值时刻分布来看，在前汛期（图3a）广东近海海面的峰值时刻较为散乱，从凌晨到下午（02：00—17：00（北京时，下同））都有；沿海地区多在上午（08：00—11：00）或中午（11：00—14：00），中南部地区则多在中午或下午（14：00—17：00），北部地区峰值时刻也较为散乱，无明显峰值。后汛期（图3b）广东近海海面的峰值时刻仍较为散乱，多在上午或中午；沿海地区在中午或下午，中南部大部分地区都在下午，北部地区多在下午，也有一部分在傍晚。对流天气的产生与热力条件有着密切的关系，中午和下午热力条件充足，有利对流天气的产生，因此广东大部分地区的对流回波频次的日峰值出现在中午或下午；广东北部地区地形条件复杂，峰值时刻较为散乱、不一；广东近海和沿岸在前汛期对流活动与西南季风关系密切，西南季风往往在凌晨至上午最强，因此前汛期近海和沿岸部分地区的峰值时段在凌晨至上午，后汛期热带系统活动没有明显日变化规律，峰值时段不一。

图3 前汛期（a）和后汛期（b）对流回波频次日峰值时刻分布

4 典型区域对流回波频次日变化特征

从第2和第3章可以看出，对流回波频次较高的区域主要在广东中南部地区，不同区域的频次峰值时刻差异较大，尤其是在沿海地区峰值时刻分布较为复杂。分别选取以下区域（图1b）对前汛期和后汛期对流回波的日变化特征进行分析：沿海岸线区域（A区域）和平行海岸线的广东中部内陆区域（B区域），经度区间为109°E—118°E，纬向宽度为0.5°，对其对流回波频次做经向平均；经过广东中部的经向区域（C区域），经度区间为113°E—114°E，纬度区间为21°N—26°N，对其对流回波频次做纬向平均。

沿海岸线区域（A区域）的对流活跃时段较为广泛，除上半夜（20：00—24：00）活动明显偏弱外，其他时段对流都较为活跃。在前汛期（图4a），西部沿海（茂名沿海至珠海）有多个高峰频次，且有自西向东峰值时刻逐渐推后的现象；东部沿海（深圳至汕尾沿海）仅有1个高峰频次，多在中午。在后汛期（图4b），对流频次明显弱于前汛期，其中西部沿海（茂名沿海至珠海）依然有2～3个高峰频次，东部沿海（惠州沿海至揭阳沿海）仅有1个高峰频次，也多在中午。

图4 沿海岸线区域（A区域）前汛期（a）和后汛期（b）对流回波频次（单位：10-2次·h-1）日变化分布和平均海拔高度（c）

平行海岸线的中部内陆区域（B区域）对流活跃时段较为集中，前汛期主要白天（08：00—20：00），后汛期集中在中午至傍晚。对流回波频次在前汛期（图5a）基本都仅有1个高峰频次时段（除广州外的地区），广州以西地区在中午或上午，广州以东地区在中午，且都有自西向东峰值时刻逐渐推后的现象；广州地区有2个高峰频次时段，最高频次时段在14：00前后，次高频次时段在上午。后汛期（图5b），基本都仅有1个高峰频次时段，且集中在下午。

图5 平行海岸线的广东中部内陆区域（B区）前汛期（a）和后汛期（b）对流回波频次（单位：10-2次·h-1）日变化分布和平均海拔高度（c）

经过中部的经向区域（C区域）对流活跃时段南北呈现不同的特征：从珠江口外海至中山对流活跃时段在整个汛期都较为分散；从东莞至粤北地区前汛期较为分散，后汛期则集中在中午至傍晚。在前汛期（图6a），整个区域基本都有多个高峰频次时段，从珠江口外海至广州中部最高频次时段在中午至下午，清远东南部和韶关西北部则在凌晨和上午。后汛期（图6b），珠海有2个高频次时段，在凌晨至上午和14：00前后，其余地区均仅有1个高频次时段，均在下午。