段?；?，單雪珂，肖建軍

（河源市氣象局，廣東河源 517000）

華南暴雨一直是氣象工作者關(guān)注的重點(diǎn)，如黃士松等［1］1977—1982年的華南前汛期暴雨試驗(yàn)驗(yàn)證了華南暴雨具有明顯的暖區(qū)暴雨特點(diǎn)；王立琨 等［2］、孫 建 華 等［3］、倪 允 琪 等［4］、蒙 偉 光等［5］通過5年的攻關(guān)，在華南致洪暴雨的機(jī)理、監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)理論和方法研究上取得了一系列重要成果；李真光等［6］的統(tǒng)計(jì)分析指出92.5%的華南前汛期暴雨過程與南下冷空氣活動(dòng)有關(guān)；林愛蘭等［7］的研究發(fā)現(xiàn)廣東前汛期持續(xù)性暴雨過程的主要水汽來源隨月份發(fā)生變化，持續(xù)性暴雨是各類中高緯度環(huán)流的穩(wěn)定維持與來源于熱帶的水汽輸送共同作用的結(jié)果；謝炯光等［8］針對(duì)廣東省前汛期連續(xù)暴雨過程的氣候背景及中期環(huán)流特征進(jìn)行了分析，歸納、總結(jié)出兩類造成連續(xù)暴雨過程的中期環(huán)流概念模型，并利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)力-統(tǒng)計(jì)釋用，做出有無連續(xù)暴雨過程的中期趨勢(shì)預(yù)報(bào)。

迄今為止，廣東暴雨的研究多側(cè)重于汛期暴雨［1-10］，對(duì)秋季暴雨的研究較少，陳炳洪等［11］、蔡蕊等［12］、李彩玲等［13］、鄭清等［14］從個(gè)例的角度探討了廣東秋季暴雨形成的環(huán)流背景和物理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)秋季暴雨的發(fā)生、維持和消失與冷空的侵入、副高脊的進(jìn)退以及南海低值系統(tǒng)密切相關(guān)，強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)和持續(xù)的水汽輸送為暴雨的發(fā)生和維持提供有利條件。但是，系統(tǒng)地分析秋季暴雨的大尺度環(huán)流背景和天氣系統(tǒng)方面的研究還很少。本研究通過分析1964—2013年河源市秋季鋒面暴雨的環(huán)流背景，總結(jié)和歸納出其概念模型，同時(shí)對(duì)出現(xiàn)個(gè)例較多的類型進(jìn)行水汽通量、水汽通量散度、散度、垂直速度、假相當(dāng)位溫等物理量的診斷分析，從而提高對(duì)秋季暴雨的認(rèn)識(shí)，為今后的預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料和統(tǒng)計(jì)結(jié)果

本研究選取1964—2013年9—11月為統(tǒng)計(jì)分析時(shí)間段，使用的資料有：（1）河源市5個(gè)國家氣象觀測(cè)站（東源、連平、和平、龍川、紫金）日降水量資料；（2）NCEP／NCAR逐日4次2.5°×2.5°再分析資料。

定義24 h雨量（20：00—20：00（北京時(shí)，下同））≥25 mm為大雨、≥50 mm為暴雨。河源市5個(gè)國家氣象觀測(cè)站中有2個(gè)及以上站點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)暴雨或有3個(gè)及以上站點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)大雨及以上量級(jí)降水，且其中有1個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨即定義河源市1個(gè)暴雨日。根據(jù)河源市暴雨日的定義，統(tǒng)計(jì)出1964—2013年河源市9—11月典型鋒面暴雨共有10例（表略）。

2 鋒面暴雨的概念模型

利用NCEP／NCAR的2.5°×2.5°再分析資料對(duì)河源市10例秋季鋒面暴雨的影響系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出5種類型的概念模型（圖1）：丁字槽型、南北槽型、階梯槽型、蒙古低槽型和緯向多波動(dòng)型。其中，南北槽型有4例，丁字槽和階梯槽型各有2例，蒙古低槽型和緯向多波動(dòng)型各有1例。

圖1 河源市秋季鋒面暴雨概念模型

2.1 南北槽型

該型環(huán)流特點(diǎn)為200 hPa副熱帶高空急流軸線位于貴州東南部到華東北部沿海，呈西南-東北向，中心最大風(fēng)速達(dá)58～62 m／s，粵北地區(qū)處于30 m／s的大風(fēng)區(qū)內(nèi)。500 hPa高緯地區(qū)烏拉爾山以東到堪察加半島一帶為低壓帶，中低緯在巴爾喀什湖附近為弱高壓脊，短波槽自高原北部經(jīng)高原下滑東移，高原南側(cè)有明顯南支槽活動(dòng)；前期副熱帶高壓完全控制廣東，并隨著高空槽東移而逐漸減弱東退，但主體位置偏北，在日本南部西北太平洋海面上形成高壓脊，受其阻擋，高空槽東移的速度較為緩慢。850 hPa有切變線配合東移南壓，其南側(cè)存在西南氣流與東南氣流的輻合；地面前期西南低槽發(fā)展，廣東處脊后槽前。此型在河源市的暴雨落區(qū)位于中部偏西和北部地區(qū)，均出現(xiàn)在11月。

2.2 丁字槽型

該型環(huán)流特點(diǎn)為200 hPa副熱帶高空急流軸位于長江流域，急流核中心最大風(fēng)速達(dá)66～72 m／s，其中30 m／s的大風(fēng)區(qū)最南到達(dá)粵北地區(qū)，南亞高壓呈帶狀分布，中心（或其中一個(gè)中心）位于南海北部海南島東側(cè)附近。500 hPa中高緯為兩槽一脊，巴爾喀什湖到貝加爾湖之間為高壓脊，烏拉爾山附近和東亞地區(qū)有大槽，東亞槽尤為明顯，槽線在105°E—110°E之間，槽底伸至25°N—30°N之間，低緯在滇桂交界有南支槽活動(dòng)，二者構(gòu)成“丁字槽”；副熱帶高壓呈帶狀分布，在孟加拉灣、南海-西太平洋分別有一個(gè)斷裂中心，南海北部588 dagpm等高線位于20°N—24°N之間；850 hPa有切變線配合東移南壓，切變線南側(cè)為6～12 m／s的西南風(fēng)；地面前期西南低槽發(fā)展，并向華東到華北一帶伸展，廣東處弱低壓槽區(qū)，冷空氣經(jīng)河套地區(qū)、兩湖盆地從中路南下影響廣東。此型在河源市的暴雨落區(qū)位于北部地區(qū)，均出現(xiàn)在10月下旬。

2.3 階梯槽型

該型環(huán)流特點(diǎn)為200 hPa西風(fēng)槽位置偏北，南亞高壓控制中南半島到孟加拉灣北部地區(qū)，華南處南亞高壓東北側(cè)的西北氣流扇形輻散區(qū)。500 hPa前期烏拉爾山阻塞高壓穩(wěn)定，60°N附近橫槽穩(wěn)定少動(dòng)，30°N附近西風(fēng)環(huán)流平直，西太平洋副熱帶高壓呈“帶狀”控制華南。隨著阻塞高壓崩潰，高緯度橫槽下擺東移轉(zhuǎn)豎，副熱帶高壓東退南落，西風(fēng)槽以階梯形式東移。由于短波槽分裂引導(dǎo)冷空氣南下，冷暖空氣在廣東上空相遇造成暴雨。850 hPa有切變線東移南壓影響，廣東處切變線南側(cè)的東南風(fēng)與西南風(fēng)輻合區(qū)。前期地面西南低槽發(fā)展，并向河套地區(qū)伸展，廣東處其南側(cè)弱低壓槽區(qū)；冷空氣從中路偏西路徑南下影響。此型在河源市的暴雨落區(qū)位于中部和北部地區(qū)，均出現(xiàn)在11月。

2.4 蒙古低槽型

該型環(huán)流特點(diǎn)為200 hPa南亞高壓在高原南側(cè)和南海到中南半島一帶各有一個(gè)中心，其北側(cè)多西風(fēng)小槽東移，強(qiáng)降水時(shí)段廣東處西風(fēng)槽前和南亞高壓東北側(cè)的扇形輻散區(qū)。500 hPa中高緯為兩槽一脊向兩脊一槽的調(diào)整過程，巴爾喀什湖脊前有低渦自蒙古高原西部向東南方向移動(dòng)，與之配合的西風(fēng)槽不斷加深，槽底南伸，并與高原東部下滑的短波槽合并，高空槽從內(nèi)蒙古東部一直伸展到廣西上空。副熱帶高壓前期“帶狀”分布控制華南，后期隨高空槽東南移斷裂為東西兩環(huán)，東環(huán)副高逐漸減弱東退。850 hPa前期華南受一致的東南風(fēng)控制，廣東上空風(fēng)速達(dá)到12 m／s，南海到中南半島地區(qū)有熱帶輻合帶活躍，其中有一熱帶擾動(dòng)西移登陸中南半島，同時(shí)南嶺北側(cè)有東北-西南向切變線逐漸東南移，進(jìn)入廣東境內(nèi)后與位于中南半島中部的熱帶擾動(dòng)北側(cè)的倒槽型環(huán)流連接，形成自江南經(jīng)廣東西部至中南半島的切變線，但其南側(cè)風(fēng)速明顯減弱，并轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)；地面前期西南低槽發(fā)展，廣東處于低槽區(qū)內(nèi)。該型在河源市的暴雨落區(qū)位于中部和南部地區(qū)，出現(xiàn)在10月中旬。

2.5 緯向多波動(dòng)型

該型環(huán)流特點(diǎn)為200 hPa副熱帶高空急流軸自四川到江西中部呈西北-東南走向的“傾斜”狀，廣東處其急流軸出口處右側(cè)輻散區(qū)。500 hPa中低緯環(huán)流較為平直，多波動(dòng)?xùn)|傳。副熱帶高壓脊線位于18°N以南，華南處副高北側(cè)不穩(wěn)定區(qū)域，隨著短波槽的頻繁東傳，副高也頻繁東退。從青藏高原東移的短波槽所攜帶的弱冷空氣與南支槽前暖濕氣流在廣東相遇，引發(fā)廣東產(chǎn)生強(qiáng)降水。850 hPa配合有切變線南壓，切變線南側(cè)廣東上空西南氣流強(qiáng)盛（風(fēng)速達(dá)16 m／s）。地面前期西南低槽發(fā)展，廣東處脊后槽前，由于冷空氣勢(shì)力較弱，鋒面難以到達(dá)南海。該型在河源市的暴雨落區(qū)位于中部地區(qū)，出現(xiàn)在11月下旬。

3 物理量合成診斷分析

由于南北槽型、丁字槽型和階梯槽型是造成河源秋季鋒面暴雨天數(shù)最多的類型，因此重點(diǎn)對(duì)這3種類型的水汽通量、水汽通量散度、散度、垂直速度、假相當(dāng)位溫等物理量合成場(chǎng)進(jìn)行分析。

3.1 水汽條件

分析3種類型850 hPa水汽通量合成場(chǎng)（圖2），發(fā)現(xiàn)低層的水汽輸送主要來源于孟加拉灣的輸送、西太平洋副高南側(cè)東風(fēng)在南海地區(qū)轉(zhuǎn)向進(jìn)入華南地區(qū)的輸送、中緯度繞青藏高原南側(cè)的西南風(fēng)的輸送、西太平洋的東南風(fēng)經(jīng)南海進(jìn)入華南的輸送。其中，南北槽型的水汽主要來源于西太平洋的東南風(fēng)經(jīng)南海進(jìn)入華南的輸送；丁字槽型的水汽主要來源于青藏高原南側(cè)和孟加拉灣西南風(fēng)的匯合；階梯槽型的水汽主要來源于西太平洋副高南側(cè)東風(fēng)在南海地區(qū)轉(zhuǎn)向進(jìn)入華南地區(qū)的輸送和青藏高原南側(cè)的西南風(fēng)的輸送。

3種類型中階梯槽的水汽通量最大，最大達(dá)到11 g·cm-1·hPa-1·s-1，丁字槽型和南北槽型相當(dāng)，為6～8 g·cm-1·hPa-1·s-1。分析850 hPa水汽通量散度合成圖（圖略），發(fā)現(xiàn)在暴雨發(fā)生期間，河源上空均有水汽輻合，階梯槽型河源所在區(qū)域的平均水汽通量散度達(dá)到-14×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1、丁字槽型為-7.3×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1、南北槽型為-7.1×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。

圖2 三種類型850 hPa水汽通量（陰影區(qū)，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m／s）分布

3.2 散度

分析3種類型沿24°N散度的垂直剖面合成圖（圖3），發(fā)現(xiàn)在南北槽型中，河源地區(qū)最強(qiáng)的輻合層在600 hPa以下，最大值達(dá)-0.82×10-5s-1，最強(qiáng)輻散層在300～200 hPa附近，最大值達(dá)1.06×10-5s-1；丁字槽型中，河源地區(qū)最強(qiáng)的輻合層在850 hPa以下的邊界層中，最大值達(dá)-1.6×10-5s-1，最強(qiáng)輻散層在400 hPa附近，最大值達(dá)0.71×10-5s-1；階梯槽型中，河源地區(qū)最強(qiáng)的輻合層均在850 hPa以下的邊界層中，最大值達(dá)-2.1×10-5s-1，最強(qiáng)輻散層在500～400 hPa之間，最大值達(dá)1.1×10-5s-1。由此可見，暴雨期間，河源地區(qū)上空均存輻散中心，高層的輻散氣流形成抽吸作用，有利于低層空氣輻合抬升，有利于暴雨的持續(xù)，但相較于華南前汛期暴雨低層輻合中心值（-3～-8）×10-5s-1和高層輻散中心值（3～12）×10-5s-1要明顯偏弱［15］（表1）。另外，從3種類型暴雨過程中低層輻合高層輻散的維持時(shí)間（圖略）來看，丁字槽型的持續(xù)時(shí)間較短，一般6 h后都會(huì)減弱，但南北槽型和階梯槽型均能維持近12 h。

圖3 沿24°N散度緯向垂直剖面（單位：10-5 s-1）

3.3 垂直速度

分析各型沿115°E垂直速度剖面合成圖（圖略），發(fā)現(xiàn)河源地區(qū)上空丁字槽型垂直速度中心在850～500 hPa附近；南北槽型和階梯槽型的垂直速度中心在700～400 hPa附近，垂直速度最大值達(dá)-0.24～-0.29 Pa·s-1。從3種類型上升運(yùn)動(dòng)中心的高度來看，丁字槽型的中低層大氣上升運(yùn)動(dòng)明顯，南北槽型和階梯槽型的中高層大氣上升運(yùn)動(dòng)較其他層次明顯，這種特征與華南前汛期的典型情況（垂直運(yùn)動(dòng)的最大值在500～300 hPa附近）有所差異，中心值也比其-0.8～-1.6 Pa·s-1小得多［19］（表1）。另外，3種類型中最強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)均出現(xiàn)在河源市北部地區(qū)附近，這與暴雨落區(qū)多發(fā)生在河源市北部地區(qū)的觀測(cè)事實(shí)相一致。

3.4 假相當(dāng)位溫

分析3種類型沿115°E假相當(dāng)位溫的垂直剖面合成圖（圖略），發(fā)現(xiàn)在25°N以北均存在明顯的θse鋒區(qū)，大氣層結(jié)轉(zhuǎn)干冷，25°N以南的地區(qū)為θse大值區(qū)，大氣較為濕熱，河源地區(qū)上空高溫高濕的大氣層結(jié)，為暴雨形成提供有利的對(duì)流不穩(wěn)定條件。相比較而言，丁字槽型大氣最濕熱，850 hPa河源上空θse達(dá)到341 K，與汛期暴雨常出現(xiàn)在850 hPa的θse≥70℃（即343 K）的范圍內(nèi)的統(tǒng)計(jì)特征相比［15］，南北槽型和階梯槽型的溫濕條件要差一些（表1）。

從3種類型的500與850 hPa的θse差值分布及演變情況，也發(fā)現(xiàn)丁字槽型的差值最大，氣層最不穩(wěn)定，階梯槽型次之。

表1 河源市秋季鋒面暴雨與華南前汛期鋒面暴雨物理量對(duì)比

4 結(jié)論

1）河源市秋季鋒面暴雨可劃分為5種環(huán)流類型：南北槽型、丁字槽型、階梯槽型、蒙古低槽型和緯向多波動(dòng)型，其中南北槽型出現(xiàn)最多，其次是丁字槽型和階梯槽型。

2）南北槽型、丁字槽型和階梯槽型的主要水汽來源分別為西太平洋的東南風(fēng)經(jīng)南海進(jìn)入華南的輸送、青藏高原南側(cè)和孟加拉灣的的西南風(fēng)的匯合、西太平洋副高南側(cè)東風(fēng)在南海地區(qū)轉(zhuǎn)向進(jìn)入華南地區(qū)的輸送及青藏高原南側(cè)的西南風(fēng)的輸送；暴雨過程中，河源地區(qū)均存在水汽輻合區(qū)。

3）南北槽型、丁字槽型和階梯槽型中，河源地區(qū)低層輻合、高層輻散的配置為暴雨的產(chǎn)生和維持提供了所需的動(dòng)力條件。從其維持時(shí)間來看，丁字槽型的持續(xù)時(shí)間較短，一般6 h后都會(huì)減弱，但南北槽型和階梯槽型均能維持近12 h。

4）在南北槽型、丁字槽型和階梯槽型中，河源地區(qū)上空高溫高濕的大氣層結(jié)，為暴雨形成提供有利的對(duì)流不穩(wěn)定條件，其中屬丁字槽型的大氣最為濕熱。

5）南北槽型、丁字槽型和階梯槽型中的低層輻合、高層輻散及垂直速度中心的最大值均較華南汛期暴雨偏小，且南北槽型和階梯槽型的溫濕條件也差一些。

本研究的環(huán)流分型和物理量合成分析揭示了秋季鋒面暴雨產(chǎn)生的共性，可為今后預(yù)報(bào)此類暴雨提供參考，但此方法同時(shí)可能會(huì)平滑部分個(gè)性特征，在分析和預(yù)報(bào)過程中，系統(tǒng)強(qiáng)弱和物理量上可能存在一定的差異。由于河源市秋季鋒面暴雨的出現(xiàn)幾率小，所以本研究的分析因個(gè)例較少而存在一定的局限性，還需在今后的工作中做進(jìn)一步的研究。