蔣麗敏，李青松，龍志宇

（永州市氣象臺，湖南永州 425000）

東風波是7—9月副熱帶高壓（副高）北跳后在副高南側偏東氣流中存在的擾動，并自東向西移動。最早Rich［1］根據(jù)加勒比海觀測資料，提出了經(jīng)典的東風波模式，指出壞天氣主要出現(xiàn)在波槽區(qū)和槽后；吳陽等［2］提出影響我國的東風波在西移過程中進入季風區(qū)，由于受到西南氣流的影響，其結構和性質(zhì)均發(fā)生了變化。許多研究也發(fā)現(xiàn)諸多與經(jīng)典模式差異大甚至完全相反的東風波，特別在我國學者主要研究的西太平洋地區(qū)［3－5］。為滿足預報需求，不同地區(qū)都對東風波有所研究，林確略等［6］分析近40年影響桂東南的東風波天氣過程，把東風波分為典型東風波、切斷類東風波、輻合帶型東風波，并提出其預報著眼點；朱星球［7］等通過對影響江西的東風波過程進行研究，分析出深厚東風波和高層東風波的槽前、中低層東風波的槽后中層冷擾動區(qū)對應低層暖濕區(qū)是有利雷暴與強對流發(fā)展的區(qū)域。上述研究發(fā)現(xiàn)各地的東風波過程亦有不同之處。

湘南（湖南省永州市及郴州市）地處東風波影響的下游地區(qū)，是東風波影響湖南時最早受到影響的地方。在東風波影響下，晴雨和降水量級預報極難把握，再加上復雜的地形，更易出現(xiàn)局地性暴雨的漏報，深入了解東風波系統(tǒng)的特性對提高此類天氣的預報準確率具有重要的意義。

1 資料與研究方法

利用2015—2019年常規(guī)觀測資料和自動站加密資料對影響湘南的東風波過程進行普查，普查標準：我國南部地區(qū)500 hPa上有東南風與東北風的氣旋性切變；切變線（槽線或誘生低渦）隨時間向西移且有負變高配合；切變線（槽線或誘生低渦）附近沒有已編號的熱帶氣旋活動。同時滿足以上3個條件的過程為東風波天氣過程。利用NCEP再分析資料對東風波過程的形勢場進行分析，并開展相關物理量的統(tǒng)計。

本研究采用湖南省地方標準（DB43／T232－2004）把永州、郴州兩地市（共計21個國家站，762個區(qū)域站）區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)20：00—20：00（北京時，下同））的過程降雨量大于15縣、7～14縣、1～6縣內(nèi)出現(xiàn)暴雨或暴雨以上降水，分別定義為大范圍、區(qū)域性、局部性暴雨過程；對僅出現(xiàn)了大范圍大雨定義為大雨過程，對僅出現(xiàn)了大范圍中雨的定義為為中雨過程，僅出現(xiàn)了小雨或無降水的定義為無明顯降水過程。目前區(qū)域氣象站逐年增加，未形成統(tǒng)一標準，為了研究方便，本研究定義縣區(qū)多于3個區(qū)域氣象站（為了去除可疑數(shù)據(jù)）或該縣國家站出現(xiàn)暴雨或暴雨以上降水則稱該縣區(qū)有暴雨或暴雨以上降水。

2 湘南東風波過程基本特征

13次東風波過程中有7次出現(xiàn)在8月、4次出現(xiàn)在7月、2次出現(xiàn)在9月。大范圍暴雨過程1次、局部性暴雨過程8次，占總數(shù)的61.5%；中雨過程2次、無明顯降水過程2次，其中有2次過程出現(xiàn)了局地的雷暴大風，可見東風波引起的降水差異大，一般以局部性暴雨為主，常伴有雷暴等對流天氣，出現(xiàn)雷暴大風的概率較低。

東風波隨高度的變化、垂直運動及雨區(qū)分布如表1所示。由表1可以看出，影響湘南地區(qū)的東風波以深厚東風波（7次）和高層東風波（6次）為主，其中有8次降水出現(xiàn)在東風波波槽前（500 hPa槽線約在117°E附近）、4次在槽后、1次在槽線附近。湘南地區(qū)東風波過程中東風分量隨高度的變化對降水落區(qū)影響大，增強時雨區(qū)位于東風波波槽前，減弱時雨區(qū)位于東風波波槽后，風力變化不明顯時雨區(qū)位于東風波波槽后或槽線附近；波槽隨高度的變化對地面風力有一定的影響，東傾時地面風力明顯強于西傾，更有可能出現(xiàn)雷暴大風（實況略）。

表1 影響湘南地區(qū)的東風波隨高度的變化、垂直運動及雨區(qū)分布

3 湘南東風波過程分析和分類

對13次東風波過程天氣形勢進行逐一分析并分類，可分為副高加強西伸型、帶狀副高型和其他疑難類型3類。

副高加強西伸型共出現(xiàn)6例，與此類東風波相關的降水特征如圖1所示，由圖1可以看出，強降水（≥20 mm／h）時段大多數(shù)集中在午后到傍晚。

圖1 副高加強西伸型及帶狀副高型各時次雨量≥20 mm／h的總站次

如圖2a所示，此類東風波過程的環(huán)流形勢具有一定的特征：500 hPa上中緯度西風槽在35°N以北的地區(qū)，副熱帶高壓主體在西太平洋上，脊線約在30°N左右，日本島南部有時被592 dagpm線控制，在副熱帶高壓西南側有支東南氣流，長江以南大部分地區(qū)風力弱，低層露點差小、濕度大，臺灣海峽附近有東風波，波槽在東南氣流加強時發(fā)展，隨副熱帶高壓西進逐漸西移入華南地區(qū)，湘南存在一定的水汽輻合，此時開始出現(xiàn)降水。

帶狀副高型共出現(xiàn)5例，此類過程最大小時雨量明顯小于副高加強西伸型，每日雨量≥50 mm／h的站次也少，但≥20 mm／h站次較多，總體而言，此類過程降水強度較副高加強西伸型弱，雨勢也相對較緩，各時次雨量≥20 mm／h站次分布較為均勻，其中凌晨到上午及午后到傍晚的站次略多于其他時段。如圖2b所示，此類環(huán)境背景呈現(xiàn)如下特征：對流層上層200 hPa南亞高壓呈帶狀盤踞我國長江流域上空，以東部型為主，其脊線大都在30°N以北（2017年9月24—25日脊線在25°N左右），500 hPa上，副熱帶高壓亦呈帶狀控制我國中部地區(qū)，并西伸至高原上，脊線約在30°N左右，臺灣海峽附近有東風波槽或其誘生出來的低渦在副高南側偏東氣流影響下逐漸西移，湘南地區(qū)露點溫差小，濕層較為深厚，一般要出現(xiàn)暴雨地面前期存在負變壓，850與500 hPa溫差超過23℃，且降水強度受波槽位置及強度影響大。

圖2 湘南東風波天氣過程概念模型

副高加強西伸型與帶狀副高型的強降水預報著眼點存在較為明顯的差異，副高加強西伸型強降水預報成敗的關鍵是準確判斷副熱帶高壓西進和東風波波槽的移動速度，當500 hPa東風波波槽在粵閩沿海（槽前型降水）或波槽過境（槽后型降水），副熱帶高壓西進的時間是預報東風波降水開始的關鍵，副熱帶高壓西進快慢是一個重要預報指標。帶狀副高型強降水預報成敗是東風波波槽或誘生低渦的位置及強度，當波槽或誘生低渦在華南中部或北部一帶活動時更易出現(xiàn)大量級降水。另外，湘南地區(qū)兩例局部性暴雨過程的形勢場不同于上述兩類東風波過程，其中一例副熱帶高壓穩(wěn)定的維持在沿海，另一例副熱帶高壓逐漸減弱，與副高加強西伸型類似，兩例主要降水時段集中在午后到傍晚。

4 東風波天氣過程的物理量分析

從水汽條件（表略）來看，副高加強西伸型湘南絕大多數(shù)過程的低層最強水汽通量輻合中心值不高，帶狀副高型低層水汽輻合強度均大于副高加強西伸型，極值亦更強；副高加強西伸型水汽通量散度極小值一般出現(xiàn)在夜間，此類過程降水時段集中于午后到傍晚，相關性不大，降水可能與副熱帶高壓西進后，午后到傍晚熱力條件足有關，而帶狀副高型水汽通量散度極小值出現(xiàn)時段即是最強降水時段，跟東風波波槽影響湘南地區(qū)時段相關性大；比濕方面，兩類都大且相差不大，925 hPa上副高加強西伸型略大于帶狀副高型；結合各次過程比濕和水汽輻合區(qū)的強度及范圍與降水的量級存在一定的相關性，值得注意的是水汽輻合條件一般但低層比濕大的情況，可能造成局地強降水。

從動力條件來看，帶狀副高型的渦度、散度、垂直速度的平均值都強于副高加強西伸型，極值亦更強；渦度與降水量級和范圍相關性較小，但高層出現(xiàn)正渦度極大值時要注意，目前有3例出現(xiàn)強對流天氣，其中2019年8月21日出現(xiàn)的雷暴大雨過程，200 hPa上渦度中心強度達25.7×10－5s－1，良好的動力條件可能出現(xiàn)動量下傳；帶狀副高型多數(shù)過程輻合中心出現(xiàn)在低層925 hPa附近，輻散中心在150 hPa附近，而副高加強西伸型無此現(xiàn)象，低層出現(xiàn)輻散極值值得注意，2018年7月24—25日，輻散極值中心就在925 hPa上，輻合極值中心在850 hPa上，加強了下沉運動，該次過程是13例東風波過程中出現(xiàn)雷暴大風站數(shù)最多的過程；最大上升速度層大多出現(xiàn)在700 hPa以下的對流層低層，當上升速度極值層不太低（高于850 hPa）且＜－1.0 Pa·s－1，同時水汽條件較好，過程出現(xiàn)50 mm以上的小時降水極值可能性大。

從熱力和不穩(wěn)定條件上來看，副高加強西伸型的假相當位溫極大值與帶狀副高型相差不大，925 hPa上略高于帶狀副高型；出現(xiàn)暴雨的東風波過程中副高加強西伸型低層假相當位溫值高或假相當位溫梯度大，而帶狀副高型中低層假相當位溫值皆高；帶狀副高型降水強度與假相當位溫梯度大小相關性一般。

5 地形與東風波

地形對當?shù)亟邓畯姸?、落區(qū)和災害天氣都具有重要影響［8－12］，特別是東風帶系統(tǒng)與地形關系密切。湘南處于羅霄山脈西側，南嶺緯向結構帶上（圖3a）。2016年8月12日的東風波過程中，14：00東風波引發(fā)的誘生低渦進入廣東中北部山區(qū)（圖3b），位于永州市東南部的降水中心最大累計雨量達132.7 mm，小時雨量最大達57.9 mm／h（12日14：00—15：00），該處位于湘南的萌渚嶺－九嶷山系一帶，攜帶西太平洋水汽的偏北氣流與萌渚嶺－九嶷山系相遇夾角接近垂直，且山脈坡度大，強降水中心主要出現(xiàn)在九嶷山北部。

圖3 湘南地區(qū)地形圖（填色為地形高度，單位：m）（a）和2016年8月12日14：00疊加地形（填色為地形高度，單位：m）的地面極大風向風速（風向桿，單位：m·s－1）以及未來6 h雨區(qū)（藍色實線，單位：mm）及雨區(qū)極大值站（紅色圓點）（b）

可見山脈走向與暖濕氣流來向的夾角對強降水的分布有一定影響。此外，萌渚嶺－九嶷山系一帶附近在喇叭口地形下加強的偏東風和東南風與偏北風生成地形輻合線，中尺度系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得降水云團的移動遲緩，低層暖濕氣流抬升，降水增幅明顯，在東風帶系統(tǒng)影響下，因低層暖濕氣流的風向從東北風到南風不定，使得山區(qū)兩側都有可能是迎風坡?？傮w而言，湘南特殊地形下東風波降水天氣過程地形作用明顯，預報業(yè)務中可以結合邊界層或地面風場分布及地形特征進行適當?shù)慕?jīng)驗性訂正，以改善預報效果。

6 結論

1）影響湘南的東風波天氣以短時強降水為主，偶爾伴有雷暴大風，過程雨量以局部性暴雨為主，大范圍暴雨過程少；降水具有較明顯的日變化，主要集中于午后到傍晚；暴雨及以上量級降水落區(qū)與湘南復雜地形存在明顯的相關性，暴雨中心主要出現(xiàn)在陽明山系、萌渚嶺－九嶷山系、騎田嶺、羅霄山脈與大庾嶺交界處的山區(qū)。

2）就預報而言，是否有西南季風的配合是預報東風波暴雨的關鍵點，單純東風波影響下的局部性暴雨很難在短期預報中做出正確預報，較大范圍暴雨皆是與季風涌相互作用產(chǎn)生的；東風分量隨高度增強時雨區(qū)位于東風波波槽前，減弱時雨區(qū)位于東風波波槽后，風力變化不明顯時雨區(qū)位于東風波波槽后或槽線附近；波槽隨高度東傾時地面風力明顯強于西傾，更有可能出現(xiàn)雷暴大風。

3）湘南東風波天氣形勢主要分為副高加強西伸型、帶狀副高型和其他疑難類型3大類。副高加強西伸型的對流強度明顯強于帶狀副高型，極端性、致災性更強，且強降水日變化顯著，主要集中在午后到傍晚，其強降水預報關鍵是準確判斷副熱帶高壓西進時間和快慢，特別是500 hPa東風波波槽在粵閩沿海（槽前型降水）或波槽過境（槽后型降水）時；帶狀副高型強降水相當平緩，其中凌晨到上午及午后到傍晚的降水強于其他時段，其強降水預報關鍵是東風波波槽或誘生低渦的位置及強度，當波槽或誘生低渦在華南中部或北部活動時更易出現(xiàn)大量級降水，此外925 hPa水汽輻合強度是一個重要預報指標，當其≤－6×10－7g·hPa－1·cm－2·s－1并在附近出現(xiàn)水汽輻合中心時，如果低層輻合高層輻散明顯，且850 hPa比濕中心比濕≥17 g／kg時，出現(xiàn)暴雨天氣的可能性較大。

由于自動站加密雨量數(shù)據(jù)資料時間長度有限且當前對于湘南東風波過程的研究較少，本研究對湘南東風波過程進行的初步研究與分析還有待完善，特別是在此研究過程中，發(fā)現(xiàn)東風波降水與地形關系密切，但每次過程中強雨區(qū)出現(xiàn)在不同的山區(qū)附近，這樣的降水分布到底是天氣系統(tǒng)影響還是山脈走向與暖濕氣流來向的夾角等為主導，將是未來研究的重點。