賀發(fā)勝，曹剛，甘海，陳銳，單雪珂

（河源市氣象局，廣東河源 517000）

“5·20”河源大暴雨過(guò)程的診斷分析

賀發(fā)勝，曹剛，甘海，陳銳，單雪珂

（河源市氣象局，廣東河源 517000）

利用常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)站資料、NCEP 1°×1°再分析資料和多普勒雷達(dá)資料等，對(duì)2015年5月20日河源出現(xiàn)的局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大的大暴雨過(guò)程的環(huán)流特征、影響系統(tǒng)及物理量場(chǎng)等進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該次過(guò)程是一次鋒面低槽造成的強(qiáng)降水，來(lái)自孟加拉灣的西南氣流為暴雨區(qū)提供充足的水汽輸送，位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)、高降水效率、負(fù)變溫往南前傾、垂直速度強(qiáng)上升區(qū)范圍小、列車效應(yīng)及強(qiáng)烈的西南風(fēng)和西北風(fēng)輻合是產(chǎn)生強(qiáng)降水的重要原因，大暴雨主要出現(xiàn)在垂直速度上升區(qū)和不穩(wěn)定能量大值區(qū)相配合的區(qū)域。

天氣學(xué)；大暴雨；鋒面低槽；暴雨落區(qū)；河源市

河源市地處我國(guó)的華南地區(qū)，是我國(guó)雨量最豐沛的地區(qū)之一，也是華南地區(qū)一個(gè)暴雨中心［1］。暴雨洪澇頻發(fā)，平均年降水量大，接近2 000 mm，雨季汛期也長(zhǎng)，從4月開(kāi)始到9月份才結(jié)束。統(tǒng)計(jì)河源市5個(gè)國(guó)家基本氣象站數(shù)據(jù)可知，河源全境年平均暴雨日數(shù)為29.5站次，大多數(shù)暴雨發(fā)生在每年的4—6月。許多關(guān)于華南暴雨的研究［2-5］，使得近年來(lái)我們對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)水平有一定的提高。但強(qiáng)度大、驟發(fā)性強(qiáng)、時(shí)空分布不均的局地突發(fā)性暴雨還是當(dāng)今預(yù)報(bào)服務(wù)工作中的難點(diǎn)［6-11］。大暴雨是小概率事件（尤其是局地突發(fā)性大暴雨），通常局地大暴雨發(fā)生前的征兆不明顯，加之這類暴雨具有突發(fā)性、局地性強(qiáng)，降水強(qiáng)度大等特點(diǎn)，因此預(yù)報(bào)難度非常大。2015年5月20日河源出現(xiàn)了一次局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大的大暴雨過(guò)程。大暴雨造成河源14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3.372萬(wàn)人受災(zāi)，倒塌房屋52間，轉(zhuǎn)移人口3 338人，直接經(jīng)濟(jì)總損失3 741萬(wàn)元。本研究通過(guò)常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)站資料、NCEP 1°×1°再分析資料和多普勒雷達(dá)資料，對(duì)該次大暴雨天氣環(huán)流特征、影響系統(tǒng)及物理量場(chǎng)等進(jìn)行診斷分析，探索該次強(qiáng)降水的特點(diǎn)及原因，以期為同類強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供參考。

1 大暴雨過(guò)程概況

2015年5月19日08：00—20日08：00（北京時(shí)，下同），廣東省范圍內(nèi)出現(xiàn)了2個(gè)暴雨區(qū)（圖略），分別位于東南沿海和粵西北。河源市處在粵西北暴雨區(qū)的邊緣，雨量分布不均勻，大暴雨主要集中在西偏南的源城區(qū)，而河源東南角的地區(qū)只有中到大雨的量級(jí)（圖1a）。

圖1 2015年5月20日河源市雨量（a）分布以及源城區(qū)自動(dòng)氣象站雨量時(shí)間序列（b）

全市100個(gè)自動(dòng)站中，出現(xiàn)暴雨34站次，最大日雨量為20日源城區(qū)自動(dòng)站的240 mm（20：00—20：00），有16個(gè)站過(guò)程雨量超過(guò)100 mm，3個(gè)站過(guò)程雨量超過(guò)200 mm，最大過(guò)程雨量為源城區(qū)249.1 mm。圖1b給出了雨量中心地區(qū)的源城區(qū)自動(dòng)氣象站強(qiáng)降水期間的時(shí)雨量變化圖，強(qiáng)降雨從20日04：00開(kāi)始，08：00結(jié)束，06：00—07：00降雨量最大，05：00—06：00源城區(qū)出現(xiàn)該次過(guò)程中的最大時(shí)雨量111.2 mm，屬于百年一遇的降雨強(qiáng)度［12］。由此可見(jiàn)該次強(qiáng)降水過(guò)程具有局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大的特點(diǎn)。

2 天氣形勢(shì)分析

2015年5月20日大暴雨期間，200 hPa河源處在急流右側(cè)、南亞高壓東北側(cè)的扇形輻散區(qū)域，通過(guò)計(jì)算該層的平均散度場(chǎng)，河源處在正散度區(qū)中。高空輻散抽吸作用和急流右側(cè)的正渦度平流，有利于低層輻合抬升，為強(qiáng)降水提供了背景流場(chǎng)［13］。500 hPa上，副熱帶高壓位置偏南，主體在南海上空；北方東亞大槽即將東移出海，槽后引導(dǎo)的冷空氣從中路南下影響廣東；同時(shí)，華南北部有一個(gè)西風(fēng)槽東移，河源處在槽前偏西南氣流中。850 hPa，東北-西南向切變線自北向南移動(dòng)，切變線南側(cè)是較強(qiáng)的西南暖濕氣流。925 hPa切變線位置與850 hPa位置幾近重合，切變線南側(cè)是一支西南低空急流，河源正好處在急流出口區(qū)。地面圖上，華南大部處在低壓槽中，低壓中心位于西南地區(qū)，粵北有中路冷空氣擴(kuò)散南下影響。2015年5月20日08：00高空到地面的綜合示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 2015年5月20日08：00綜合圖

該次強(qiáng)降水過(guò)程是一次鋒面低槽降水，是各層有利形勢(shì)共同作用的結(jié)果。200 hPa扇形輻散場(chǎng)有利于低層輻合抬升，500 hPa西風(fēng)槽前盛行上升氣流，中低層西南風(fēng)急流為暴雨輸送充足水汽和不穩(wěn)定能量，地面輻合線（鋒面）和低層切變線共同組成強(qiáng)有力的觸發(fā)抬升機(jī)制，最終導(dǎo)致大暴雨。隨著850 hPa切變線及地面輻合線的南壓，河源上空中低層轉(zhuǎn)為偏西北風(fēng)，大暴雨戛然而止。

3 強(qiáng)降水物理量場(chǎng)分析

3.1 水汽條件

通過(guò)分析5月20日02：00的850 hPa水汽通量（圖3a）發(fā)現(xiàn)，輸送到河源的水汽主要來(lái)自孟加拉灣的西南氣流所伴隨的水汽通道，通道中心風(fēng)速達(dá)到急流級(jí)別（12 m/s），水汽通量中心值可達(dá)到20 g·cm-1·hPa-1·s-1以上，該量級(jí)的水汽通量足以導(dǎo)致出現(xiàn)大暴雨的降水［14］。河源位于水汽通量大值區(qū)前方的輻合區(qū)中。為探討水汽通量隨時(shí)間的演變，選取河源水汽通道上游的格點(diǎn)（112°E，23°N）作水汽通量時(shí)間變化曲線（圖3b）。

圖3 2015年5月20日02：00水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）分布（a）和850 hPa（112°E，23°N）水汽通量時(shí)間變化曲線（b）

從圖3b中可以看到，水汽通量在19日20：00開(kāi)始迅速增大，在20日08：00之后又快速減小，與河源暴雨出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。

3.2 層結(jié)條件

位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)是產(chǎn)生暴雨的重要條件之一［15］，圖4a是2015年5月20日02：00（加密）的探空分析場(chǎng)，從圖4a中可以看到，對(duì)流有效位能（CAPE）大值中心位于陽(yáng)江附近，CAPE等值線順著925 hPa風(fēng)場(chǎng)向東北凸起形成一個(gè)不穩(wěn)定能量舌，河源位于能量舌的頂端位置。圖4b給出的是20日02：00（加密）河源站探空曲線圖，從探空曲線形態(tài)看，20日02：00大暴雨出現(xiàn)之前，河源從地面到700 hPa溫度和露點(diǎn)溫度線非常接近，在700到600 hPa有一個(gè)相對(duì)的干區(qū)，600 hPa以上溫度和露點(diǎn)溫度線又距離近，整層相對(duì)濕度較大，400 hPa以下基本達(dá)到80%（圖中淡綠色相對(duì)濕度≥80%），0℃層高度在5 km以上，而抬升凝結(jié)高度又不超過(guò)0.7 km（925 hPa），這樣暖云層很厚，配合小的0～6 km垂直風(fēng)切變，容易形成高的降水效率。通過(guò)查看探空資料的物理量列表發(fā)現(xiàn)，20日02：00河源站的K指數(shù)達(dá)到40℃，沙氏指數(shù)（Si）為-2.71℃，CAPE為969.4 J/kg，這些指數(shù)都預(yù)示著層結(jié)條件非常不穩(wěn)定，有利于對(duì)流性暴雨的產(chǎn)生。到了20日08：00，探空?qǐng)D上（圖略）河源站的 CAPE值明顯減小，K指數(shù)為28℃，沙氏指數(shù)為5.39℃，可見(jiàn)此時(shí)不穩(wěn)定能量已經(jīng)釋放完畢，形成了較穩(wěn)定的大氣層結(jié)，降雨隨之結(jié)束。

圖4 2015年5月20日02：00 925 hPa風(fēng)場(chǎng)（單位：m/s）和CAPE指數(shù)（單位：J/kg）（a）；河源探空站t-logp圖（b）

3.3 動(dòng)力和熱力條件

圖5給出了降雨過(guò)程中物理量的分布圖。

圖5 河源上空（114.6°E，23.7°N）垂直速度（等值線，單位：Pa/s）、θse（填色，單位：℃）時(shí)間剖面圖（a）；5月20日08：00沿115°E垂直速度（填色，單位：Pa/s）、24 h變溫（等值線，單位：℃）垂直剖面圖（b）

從河源上空垂直速度和假相當(dāng)位溫隨時(shí)間變化的剖面圖（圖5a）可以看到，20日02：00河源上空開(kāi)始出現(xiàn)了強(qiáng)垂直速度上升氣流，速度中心值達(dá)到-90×10-2Pa/s，上升區(qū)延伸到200hPa，同時(shí)，假相當(dāng)位溫低值區(qū)隨時(shí)間逐漸往下擴(kuò)展，?θse/?p＞0且梯度加大，說(shuō)明層結(jié)不穩(wěn)定程度加大。到08：00，高層垂直上升速度維持，但中低層垂直速度減小非常明顯，這是導(dǎo)致08：00起降水減弱的一個(gè)重要原因。圖5b給出了20日08：00 24 h變溫和垂直速度的沿著115°E的空間剖面，從圖5中則可以看出，冷空氣南下的過(guò)程中，在24°N附近的24 h變溫分為2種形式，一是在900 hPa高度層以上的24 h負(fù)變溫（虛線）由低層往高層逐漸往南前傾；二是900 hPa高度層以下24 h負(fù)變溫向南伸展。配合垂直速度剖面可以看到，垂直速度（填色）強(qiáng)上升區(qū)范圍很小，這使得來(lái)自南邊的暖濕氣流在低層被冷空氣抬升以后以很陡的坡度爬升，大量的水汽在很小的空間內(nèi)輻合匯聚，上升過(guò)程中遇到中上層冷空氣凝結(jié)成雨，由此產(chǎn)生很大強(qiáng)度的降水。

4 多普勒天氣雷達(dá)資料分析

該次強(qiáng)降水過(guò)程，從20日05：00開(kāi)始，河源上空均有強(qiáng)回波經(jīng)過(guò)，這些回波在河源的西南方生成，陸續(xù)經(jīng)過(guò)河源后往東北方向移去，形成列車效應(yīng)而產(chǎn)生大降水。從河源雷達(dá)20日06：00的反射率因子圖上可以看到，除了河源上空的強(qiáng)回波帶外，西北面也有一條回波帶逐漸向河源靠近（圖6a）。在徑向速度圖上則可以清楚地看到河源雷達(dá)附近風(fēng)場(chǎng)的變化情況，06：00，河源附近整體為西南風(fēng)控制，而且西南風(fēng)非常強(qiáng)盛，雷達(dá)西南側(cè)的最大入流速度達(dá)到20 m/s；同時(shí)，在雷達(dá)西北側(cè)也存在一個(gè)極大風(fēng)中心，這一西北風(fēng)風(fēng)速同樣達(dá)到20 m/s，強(qiáng)烈的西南風(fēng)和西北風(fēng)在河源附近輻合（圖6b）。到了07：00，中高層維持較強(qiáng)西南風(fēng)，但低層的輻合區(qū)移到了雷達(dá)站的東南側(cè)，雷達(dá)站附近低層為西北風(fēng)控制，風(fēng)速達(dá)到12 m/s，降雨結(jié)束（圖6c）。從VWP風(fēng)廓線圖中也可以看到雷達(dá)站上空2 km以上一直維持西南風(fēng)，但2 km以下則從07：00開(kāi)始由低層往高層逐漸轉(zhuǎn)為西北風(fēng)（圖6d）。

圖6 河源多普勒雷達(dá)反射率因子圖（單位：dBz）（a）；徑向速度圖（單位：m/s）（b、c）和 VWP風(fēng)廓線（單位：m/s）（d）

5 暴雨落區(qū)分析

從前文分析可知該次降雨過(guò)程河源處在粵西北暴雨區(qū)的邊緣，雨量分布極其不均勻，大暴雨主要集中在西部偏南的源城區(qū)。通過(guò)分析20日02：00 1 000～500 hPa高度層內(nèi)平均垂直速度（圖略）和平均假相當(dāng)位溫（圖略）發(fā)現(xiàn)，垂直速度上升區(qū)從粵北延伸至河源中西部，而在河源東部至梅州是一個(gè)明顯的下沉中心，配合圖4a給出的CAPE值場(chǎng)和平均假相當(dāng)位溫場(chǎng)（圖5b），可以看到，該次過(guò)程大暴雨主要出現(xiàn)在垂直速度上升區(qū)和不穩(wěn)定能量大值區(qū)相配合的地方，而河源的東南部由于不穩(wěn)定能量較小，且處于下沉區(qū)域，降雨量級(jí)遠(yuǎn)不及西部偏南地區(qū)。

6 結(jié)論

1）“5·20”河源大暴雨過(guò)程具有局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大的特點(diǎn)。

2）該次強(qiáng)降水過(guò)程，是一次鋒面低槽降水，是各層有利形勢(shì)共同作用的結(jié)果，高層輻散、低層輻合為暴雨提供有利的背景場(chǎng)。

3）來(lái)自孟加拉灣的西南氣流為暴雨區(qū)提供充足的水汽輸送，河源位于水汽通道出口區(qū)的前方。

4）不穩(wěn)定能量充足，各項(xiàng)不穩(wěn)定指數(shù)非常有利于產(chǎn)生對(duì)流性降水，配合深厚濕層、小的垂直風(fēng)切變及暖云降水是產(chǎn)生高降水效率、高降雨強(qiáng)度的原因。

5）垂直速度強(qiáng)上升區(qū)范圍小，低層冷空氣抬升，中層冷空氣向南前傾，產(chǎn)生很大強(qiáng)度的降水。

6）強(qiáng)降水過(guò)程中雷達(dá)圖像上表現(xiàn)出明顯的列車效應(yīng)以及強(qiáng)烈的西南風(fēng)和西北風(fēng)的輻合。

7）大暴雨主要出現(xiàn)在垂直速度上升區(qū)和不穩(wěn)定能量大值區(qū)相配合的區(qū)域。

［1］林良勛，馮業(yè)榮，黃忠，等.廣東省天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2006：104-105.

［2］文丹青，黃波，劉峰.一次華南前汛期鋒前暖區(qū)暴雨的分析［J］.廣東氣象，2011，33（2）：9-15.

［3］伍志芳，曾沁，吳乃庚，等.廣州“5.7”高空槽后和“5.14”槽前大暴雨過(guò)程對(duì)比分析［J］.氣象，2011，33（7）：839-846.

［4］陳芳麗，張子凡，李明華，等.惠州市近40年前汛期暴雨的氣候特征分析［J］.廣東氣象，2014，36（3）：26 -36.

［5］彭麗英，馬慧，王謙謙.華南前汛期暴雨氣候特征的研究［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，29（2）：249-253.

［6］陳芳麗，張子凡.惠州地區(qū)一次暴雨過(guò)程的環(huán)流背景和物理量場(chǎng)特征［J］.廣東氣象，2008，30（5）：33-37.

［7］梁鐘清，陳潔雯，羅律，等.清遠(yuǎn)“5·23”大暴雨過(guò)程的成因分析［J］.廣東氣象，2015，37（4）：1-5.

［8］葉朗明，鄭偉杰，徐碧裕.2014年“5.8”廣東大暴雨中尺度特征分析［J］.廣東氣象，2015，36（6）：11-15.

［9］雷素芬，彭永泰，王文娟.2014年6月19—20日吉安市的對(duì)流性暴雨分析［J］.廣東氣象，2015，37（4）：51 -54.

［10］黃遠(yuǎn)盼，李驕楊，劉桂華.桂東北一次暖區(qū)暴雨向鋒面暴雨演變特征分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2015，36（3）：30-33.

［11］劉煜，覃雪菲，張娟娟.賓陽(yáng)縣一次短時(shí)暴雨天氣過(guò)程分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009，30（2）：46-49.

［12］姚莉，趙聲蓉，趙翠光，等.我國(guó)中東部逐時(shí)雨強(qiáng)時(shí)空分布及重現(xiàn)期的估算［J］.地理學(xué)報(bào)，2010，65（3）：293-300.

［13］孫嵐.大尺度強(qiáng)降水的基本物理?xiàng)l件和天氣形勢(shì)配置［J］.氣象，1993，18（3）：30-35.

［14］黃忠，吳乃庚，馮業(yè)榮，等.2007年6月粵東持續(xù)性暴雨的成因分析［J］.氣象，2008，34（4）：53-60.

［15］壽紹文.強(qiáng)對(duì)流天氣前期的層結(jié)特征［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1981（1）：1-7.

Diagnostic Analysis of A Heavy Rain in May 20，2015 in Heyuan

HE Fɑ-sheng，CAO Gɑng，GAN Hɑi，CHEN Rui，CHAN Xue-ke
（Meteorological Bureau of Heyuan City，Heyuan 517000）

With the data of conventional observation，automatic weather stations，NCEP 1°×1°reanalysis and Doppler radars，we studied the circulation characteristics，affecting systems and physical quantities fields of a heavy rain that marked with high locality，short duration and large rain rate in Heyuan on May 20，2015.The result is as follows.The process of interest was an intense rain that was caused by a frontal low pressure into which a southwesterly airflow from the Bay of Bengal transmitted sufficient amount of water vapor.Besides，instable geopotential stratification，high raining efficiencies，southward-inclining areas of negative temperature variation，small areas of intense ascending vertical velocity，the＂train＂effect and strong convergence between the southwesterly and northwesterly are also important for the intense rain.The unusually heavy rain occurred in the area where the ascending vertical velocity was allocated with large instability energy.

synoptics；unusually heavy rain；frontal low pressure；area of heavy rain；Heyuan City

P44

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.004

2016-03-01

賀發(fā)勝（1987年生），男，學(xué)士，助理工程師，主要從事氣象預(yù)報(bào)服務(wù)工作。E-mail：602122390@qq.com

賀發(fā)勝，曹剛，甘海，等.“5·20”河源大暴雨過(guò)程的診斷分析［J］.廣東氣象，2016，38（5）：15-19.