2019年雷州半岛首场暴雨过程分析

2022-08-24陈海亮钟谢非劳汉琼梁峰铭邝家豪

广东气象 2022年4期

陈海亮，钟谢非，劳汉琼，梁峰铭，邝家豪

（湛江市气象局，广东湛江 524001）

暴雨是广东比较频发的灾害天气，广东省内对前后汛期暴雨的研究有很多，包括对暴雨的时空分布特征、气候特征、暴雨区能量演变特征等都进行了详细的阐述和论证［1-3］。针对雷州半岛乃至华南地区的前汛期暴雨，也有气象学者从暴雨产生的环流背景、暴雨维持的物理机制等方面进行了探讨［4］。雷州半岛地处广东西南部，雷州半岛首场暴雨一般出现在干季向雨季过渡时期，是缓解秋冬季旱情的关键性强降水，同时也带来短时大风、雷暴、城乡积涝等灾害或引发的次生灾害。雷州半岛属于热带季风气候区带，从气候意义上看，可谓“长夏无冬，春秋相连”，只有习惯上的冬季［5］。2、3月份平均气温开始线性上升，温湿条件已逐渐改善，很容易触发强对流天气。

2019年3月23日受西路冷空气影响，雷州半岛出现了强对流天气，造成开年以来的首场暴雨，该次暴雨过程历时短、强度强、雨量集中，导致了局部洪涝，给社会生产、群众生活带来了重大的影响。该场暴雨又恰逢3·23世界气象日，群众关注度高，也为气象部门向社会和公众展示高技术水平形象创造了契机。此类天气形势也是雷州半岛前汛期强对流天气较为常见的天气形势，分析其发生发展的机理，对雷州半岛气象预报预警服务有着重要意义。本研究利用自动站、多普勒雷达、风廓线等观测资料，结合欧洲中期数值预报中心（ECMWF）分析场0.125°×0.125°逐6 h资料重点分析和讨论该次过程锋面南下影响的中尺度特征、对流的触发与演变，以期为此类强对流天气预报提供参考。

1 暴雨实况

受冷空气锋面南下和高空槽、切变线的共同影响，2019年3月23日湛江市的中北部和东南部出现了暴雨的降水过程。该次降水过程平均雨量29.1 mm，占当月的36%左右，是常年平均的55%。该次降雨过程超过100 mm的站点5个，超过50 mm的站点31个。雨区主要集中出现在廉江-遂溪-湛江东海岛及雷州徐闻东部。这是一次近于西北-东南向条状分布的、强度不均匀的降水过程（图1）。最大降水出现在雷州半岛东部的东海岛宝钢厂自动站，达264.3 mm，强降水时段出现在当日（23日）10：00—15：00（北京时，下同），最大时雨量78.1 mm出现在15：00。过程分为2个阶段：（1）中北段降水自23日06：00廉江开始，至中午12：00在东海岛结束，为锋面触发的暴雨降水过程；（2）14：00开始则是南海锋前的偏东风向岸辐合并遇上雷州半岛地面锋面短暂锢囚触发的暴雨，从东海岛开始至20：00在徐闻结束。

图1 2019年3月23日湛江市暴雨分布（单位：mm）

2 天气形势

3月21—22日呈块状的副热带高压主体稳定在南海南部地区，副高脊线维持在15°N左右，副高西脊点在110°E附近，中南半岛到广东南部为弱的南支槽区。21日20：00 925 hPa上在广西到粤北的西南风与东北到东风辐合形成的低空切变线逐渐南压，22日20：00切变线西段南压到广西的南部沿海，同时切变线北部的东北风加强。23日08：00东南风加大，925 hPa西段切变线南压过程中逐渐转变性质，掠过雷州半岛后在莺歌海转为暖性切变，之后雷州半岛为东南到偏东气流控制。850 hPa切变线南下移速偏慢，22日08：00 850 hPa广西到粤北的一支西南风与东北到东风形成的切变线逐渐南压，22日20：00切变线西段南压到广西中部，北部湾到粤西北一带的西南急流已经减弱，且逐渐转为偏南风场，到了23日08：00切变线在广西中部摆动，南海西北部到北部湾继续为偏南风场控制。与925、850 hPa切变线配合的地面图上对应有一条冷锋移速较快，22日20：00锋面抵达广西南部，23日02：00受冷空气影响，北部湾北风加大。23日08：00 500 hPa（图2a）副高北沿到达海南北部，雷州半岛处于副高北部的边缘，由于副高略有加强西伸，副高西北侧的西风槽线缓慢东移。冷空气从西路南下，20：00后（图2b），雷州半岛完全为冷气团控制。在冷空气南压过程中，其主体也在偏北地区分裂出部分冷空气从华东偏南地区沿海南下，巴士海峡一带先转东北大风，后从南海北部穿过，大风轴前沿伸到雷州半岛的东岸，再次与雷州半岛锋区对峙，形成短暂的暖性锢囚锋。锢囚锋前的偏东急流带来充沛的水汽和能量，在向岸辐合过程中，再次促使暴雨的发生，但暴雨的区域和时间的尺度上更小。

图2 2019年3月23日中分析（a）和锋面移动轨迹及20：00地面填图（b）

3 冷锋南压提供暴雨的触发条件

已有的研究表明，华南前汛期暴雨与冷空气活动有密切关系，暴雨多发生在锋前暖区内，具有明显的中尺度特征，或者它是由西风带系统以一定的方式作用下，在暖湿空气中形成的中尺度对流系统造成的［6］。不少学者也指出，冷空气入侵对华南暴雨起主要触发作用［7-8］。前汛期广东的不稳定大气与水汽条件常处于时刻准备着发生暴雨的状态，暴雨是否出现并在何时何地出现，与触发条件密切相关［9］。

雷州半岛也属于季风区，在春季，温湿条件逐步改善，在南海夏季风爆发前，850 hPa以下的低层盛行偏东风场，暴雨天气的水汽和能量充足。该次冷空气影响前，地面低槽发展，雷州半岛锋前增温明显，22日各站最高气温升到30℃以上。在该次春季暴雨天气过程中，冷空气西路南下先抵达北部湾海面，地面的冷锋（图2b）呈东北-西南走向向南移动，雷州半岛自西北向东南先后转北风，为该次暴雨天气提供了触发条件。由锋面启动的强降水向东南方向传播，形成了廉江南部-遂溪北部-湛江东部走向分布的强雨带。

4 暴雨发生的不稳定层结和水汽条件

在触发暴雨的条件中，强烈的垂直上升运动与动力抬升和层结不稳定有关，其大小取决于对流发展的强弱。由2019年3月22日08：00—23日08：00 850 hPa假相当位温（θse）的高能区位于中南半岛中南部，高能舌从北部湾向粤西延伸，雷州半岛位于340 K值覆盖区内，表明雷州半岛对流不稳定能量较为充足（图略）。而在3月23日08：00θse500～800hPa分布上，中南半岛到两广南部存在一条差动假相当位温高值带，副中心位于雷州半岛上空，差值达-10℃，在暴雨发生发展期间，这条高值带始终维持，23日20：00后才逐渐减弱，强降水也逐渐减弱，θse负差值意味着层结不稳定，高差值变动加剧了层结的不稳定，进而增强了上升运动，有利于暴雨的发生（图3a）。叶爱芬等［10］认为850 hPa（或700 hPa）与500 hPa的温度差可反映大气的稳定度，当850与500 hPa的温度差超过25℃时，将可能出现强对流天气，而当天t850-500（温度差）达26℃（图3b）。在23日08：00湛江站的垂直速度时间高度剖面图（图3c）上，当日垂直速度分布在14：00和20：00前后出现峰值区，其中，14：00的上升速度大值出现在925～850 hPa层，最大值达到了-12×10-1Pa／s以上，已经达到了暴雨的抬升速度条件。此外，雷州半岛925 hPa以上层的风场顺时针旋转，到500 hPa转西南风场，表明暖湿气流得以抬升到较高层，持续提供了抬升的热力和涡度条件。

图3 2019年3月23日08：00θse 500～850 hPa（单位：K）（a）；23日02：00 t850-500（单位：℃）（b）；23日08：00湛江垂直速度时间-高度剖面（c）

充沛的水汽是暴雨发生的必备条件。图4为该次过程中23日14：00的水汽情况。

图4 2019年3月23日14：00 925 hPa水汽通量（单位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（a）和大气柱水总量（单位：kg／m2）（b）

由图4可以看出，23日14：00 925 hPa水汽通量大值轴线呈东南-西北向（图4a），雷州半岛处于此水汽通量大值区的前沿，大值中心为20 g·cm-1·hPa-1·s-1。850 hPa上水汽通量大值区则为偏南-北向（图略），两条水汽通量大值轴线在雷州半岛上空交汇，为雷州半岛产生强降水提供充沛的水汽来源。在湛江站23日08：00垂直速度时间-高度剖面图（图3c）上，垂直湿度饱和层也伸到850 hPa以上。在23日14：00 925 hPa水汽通量散度（图略）上，有一个辐合中心位于雷州半岛的东岸，大值中心为-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，雷州半岛上空大气柱水汽总含量达到50 mm、局地60 mm上（图4b）。分析表明该次过程水汽充沛且主要是对流层低层的水汽输送。

5 低层偏东急流向岸辐合再次引发半岛东部暴雨

常越等［11］指出从渤海黄海经东海向西南方向输送至华南地区的东北风是华南前汛期暴雨的另一条水汽输送带。另外，也有研究表明中国80%的暴雨与低空急流有关［12］。该次暴雨过程中雷州半岛东部的东海岛地区经历不同影响次级系统的叠加影响。3月23日12：00前雷州半岛东部地面一直盛行东南风，前半段暴雨由锋面引起；而14：00—20：00的暴雨则由偏东急流引起，其中宝钢基地先后在这两个系统影响下发生特大暴雨（图5）。东海岛宝钢厂基地自动站位于湛江观测站约25 km的偏东南方、湛江雷达站约3.5 km的偏西北方，距离东岸海岸线约4 km，地势平坦，海岸线几近以北-南向直线分布。硇洲岛位于其南端，向东突出海岸线，与东海岛海岸线形成了“L”形向南海的开口。23日14：00湛江观测站受冷空气影响，上空已出现锋面逆温，但此时850 hPa以上仍为偏南风，并且湿度随高度迅速减小。风廓线图上（图5b），300 m高度14：18后开始转东北风，而在600 m高度（约为950 hPa高度）仍维持偏东大风（风速12 m／s左右，达急流的标准）直到18：00。在14：00地面图上，宝钢基地自动站风向已转东北风，而距离约20 km的硇洲岛自动站仍为偏南风，在地面形成了中尺度的低压区，当另一股冷空气从南海南下抵达，风力叠加形成东到东北风急流（图5a-b）。已有研究证实急流核左前侧辐合区的次级环流上升是对流系统产生的触发机制之一［13-15］。低空急流不仅能把低层水汽、热量集中往下游输送，造成或增大下游地区位势不稳定，且能在其左前方范围内造成强烈的辐合上升运动［16］。雷州半岛东岸受偏东急流对岸辐合影响，形成了强烈的抬升气流。此时底层的水汽通量大值区和水汽通量散度辐合中心也处在东岸和雷州半岛的东南部，因而引起了小区域的强降水。在23日14：00地面的风场中（图5c）可以看出，在东海岛形成了闭合的中尺度的小涡旋，维持时间在几小时之内，之后随着控制南海西北部海面的东北风逐渐南移，雷州半岛东岸的强降水也逐渐南移减弱。这类中小尺度对流系统的产生与暖湿不稳定条件以及合适的环流条件是密不可分的，同时还与地形、海陆分布引起的局地辐合作用有联系。