汪海恒，張曙，謝文杰

（韶關市氣象局，廣東韶關 512028）

一直以來韶關市防汛的重點都是山區(qū)的山洪地質(zhì)災害、中小河流洪水等災害，對山區(qū)暴雨的研究較為充分，而對造成韶關內(nèi)澇的暴雨研究較少。近10年來，韶關市區(qū)有3處平均每年至少受內(nèi)澇淹浸1次，每3年受淹1次的區(qū)域達14處，最大淹浸水深1.0 m以上達11次，影響嚴重。因此，開展韶關本地致澇暴雨的研究有重要的意義。解以揚等［1］通過介紹暴雨城市內(nèi)澇災害的分布特征及演變規(guī)律，對強降水引起的內(nèi)澇災害風險進行初步評估，給出了內(nèi)澇災害風險的量化結果；伍志方等［2］和劉桂華等［3］通過對比分析兩次暴雨過程，認為降水強度不但受大氣不穩(wěn)定度影響，動力觸發(fā)更可能是引發(fā)強降水的關鍵因素；葉萌等［4］總結了廣東致洪暴雨過程的預報著眼點；黃青蘭等［5］和徐碧裕等［6］通過分析連續(xù)性特大暴雨的特征及成因，指出強盛的西南暖濕氣流對暴雨形成的重要性；韋翠等［7］和陳艷真等［8］，通過對本地暖區(qū)暴雨過程的分析，得出低空急流及其對應的正渦度中心可觸發(fā)暖區(qū)暴雨的發(fā)生；郭媚媚等［9］和黃元森等［10］，通過分析多普勒雷達產(chǎn)品特征，研究中小尺度系統(tǒng)的生消與發(fā)展，得出了暴雨過程的強對流特征。

2017年7月2日08：00—3日08：00（北京時，下同），韶關市普降大到暴雨、局部大暴雨，市區(qū)和曲江區(qū)于3日凌晨先后發(fā)布了暴雨紅色預警信號，多處出現(xiàn)嚴重內(nèi)澇，交通近乎癱瘓，地質(zhì)災害風險預警高，中小學及幼兒園于3日上午停課。本研究利用常規(guī)地面高空觀測，中尺度自動氣象站、雙偏振雷達資料以及NCEP的1°×1°再分析資料，對該次過程進行分析，希望能為同類型的暴雨預報提供參考。

1 過程概況

7月2到3日，受高空槽和低空急流的影響，韶關市普降大到暴雨、局部大暴雨（圖1a），強降雨集中在韶關市區(qū)（武江區(qū)和湞江區(qū)）和曲江區(qū)南部，其中市區(qū)還出現(xiàn)了全區(qū)性的大暴雨（除1個氣象站設備故障，其余均錄得100 mm），平均降雨量達128.4 mm，武江區(qū)的北江中學站錄得最大雨量187.3 mm。該次過程降水主要集中在2日白天和3日凌晨。以北江中學站為例（圖1b），2日14：00—18：00最強1 h雨量36.2 mm（11：00），最強3 h累計雨量54.0 mm（14：00—17：00）；3日01：00—05：00，最強1 h雨量48.1 mm（04：00），最強3 h累計雨量111.2 mm（01：00—04：00）。第2時段比第1時段降水更強。

圖1 2017年7月2日08：00—3日08：00韶關市累計雨量（單位：mm）（a）和武江區(qū)惠民北路北江中學站逐小時雨量分布（b）

該次暴雨過程具有累計雨量大、降水強度大、降水區(qū)域及時間集中等特點。

2 天氣形勢及主要影響系統(tǒng)

在整個暴雨過程中，塊狀副熱帶高壓穩(wěn)定維持在西太平洋的洋面上，脊線位于25°N附近，西脊點在120°E—125°E之間擺動，由于副高強盛，出現(xiàn)592 dagpm線閉合高壓。在200 hPa等壓面上也出現(xiàn)了閉合高壓中心，高壓環(huán)流影響范圍西邊界到達118°E附近。200 hPa等壓面顯示南亞高壓位于青藏高原南部，脊線在30°N附近，高壓中心在85°E—90°E之間擺動，高壓環(huán)流影響范圍東邊界至110°E附近。韶關地區(qū)剛好位于東西高壓環(huán)流之間，導致兩高之間的高空槽東移緩慢，槽前引導氣流也會非常旺盛，高層槽前輻散抽吸作用明顯［11］。2—3日，2017年第3號臺風“南瑪都”（熱帶風暴級到強熱帶風暴級）在副高西側活動，路徑最西點為124°E，對廣東省基本無影響。另外，時值盛夏，副高強盛，2日20：00地面等壓線“東高西低”，陸地受多個低壓中心控制（圖略），無冷空氣南下影響。

2日08：00，500 hPa等壓面上，北北東－南南西走向的高空槽位于長江流域到廣西沿海一帶。850 hPa等壓面切變線呈西南－東北走向，位于高空槽前，切變線東南側也建立起了低空急流，從北部灣途徑粵北，最大風速14～16 m／s。925 hPa等壓面上也建立了一支超低空急流，位置與850 hPa上急流基本一致。200 hPa等壓面上也出現(xiàn)了一條北北東－南南西走向的高空槽，槽線從河北南部一直延伸至廣西西北部，槽底深，槽前流線呈扇形分布。此時500 hPa高空槽距粵北較遠，中低層的低空急流和超低空急流在粵北上空，暖濕氣流為粵北持續(xù)輸送水汽，此時850和925 hPa郴州探空站的溫度露點差均在1～2℃之間，強降雨雖未出現(xiàn)，但已為后續(xù)強降雨的發(fā)生提供了充足的水汽。2日14：00，500 hPa高空槽東移位于清遠三連地區(qū)，韶關處于高空槽前；850 hPa切變線穩(wěn)定少動，東南側的低空急流維持；200和925 hPa與08：00比，形勢變化不明顯。此時第1階段的強降水開始出現(xiàn)，500 hPa高空槽東移是主要原因。20：00—23：00，韶關地區(qū)850 hPa風場持續(xù)減小，降水減弱。3日02：00（圖2），高空槽穩(wěn)定少動維持在三連地區(qū)，并且槽前西南氣流增強，此時副高持續(xù)強盛以及其西南側的熱帶氣旋“南瑪都”西進北抬，可能是導致高空槽穩(wěn)定少動的原因［12］；850 hPa風速再次加強，風速輻合明顯；925 hPa出現(xiàn)了暖式切變和風速輻合（上下游風速差達10 m／s）；200 hPa等壓面圖上，南亞高壓東進和西太平洋副高西進北抬，使高空槽穩(wěn)定少動并且加深，槽前高空輻散加強。此時第2階段強降水加強。

圖2 3日02：00 500 hPa高度場（等值線，單位：dagpm）（a）、850 hPa風場（矢量箭頭，單位：m／s）（b）、200 hPa流場（流線，單位：m／s）（c）

綜上可知，高層強輻散、高空槽緩慢東移、低層切變線和低空急流，為該次暴雨過程的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)流背景和天氣系統(tǒng)配置。

3 短時強降水成因分析

該次降水過程具有降水強度大、降水區(qū)域集中、強降水時間短等強對流特點，因此，出現(xiàn)內(nèi)澇的地區(qū)是由短時強降水所致［13］。

3.1 水汽條件

2日08：00，即在強降水出現(xiàn)之前，在500 hPa高空槽影響下，中低層的西南氣流從北部灣進入兩廣，并北上影響粵北，致使暖濕氣流已盤踞韶關上空，梧州站的08：00探空圖顯示（圖略），500到925 hPa的溫度露點差均在0～1℃之間，可見上游地區(qū)的水汽條件十分充足。14：00，隨著高空槽逼近以及風速持續(xù)，水汽輸送更為明顯，韶關市區(qū)南部區(qū)域850 hPa已處于水汽通量散度的輻合中心附近，其輻合中心量級小于－30×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1。20：00，隨著850 hPa風速減弱，水汽通量散度也隨之下降，此時進入降雨間歇期，但從清遠探空站可看出（圖略），從低層到高層層結溫度線與露點溫度線幾乎重合；到了3日02：00，水汽通量散度再次增大（圖3），700到925 hPa的輻合中心量級分別小于－25×10－7、－40×10－7、－60×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1，這與第2階段強降水十分符合。

圖3 3日02：00 700 hPa（a）、850 hPa（b）、925 hPa（c）水汽通量散度場（填色，單位：×10－7 g·cm－2·hPa－1·s－1）

3.2 熱力條件

2日08：00，距離強降雨中心最近的清遠探空站K指數(shù)為28℃，沙氏指數(shù)為3.32℃，Δθse（500－850）為4.55℃，層結較穩(wěn)定，但CAPE值達到了1 848.6 J·kg－1；梧州探空站K指數(shù)為40℃，沙 氏 指 數(shù) 為－1.65 ℃，Δθse（500－850）為－6.71℃，CAPE值為1 421.6 J·kg－1。另外，上游的陽江站各項指數(shù)也顯示出層結非常不穩(wěn)定。2日20：00，清遠站K指數(shù)、沙氏指數(shù)、Δθse（500－850）均 有 不 同 程 度 的 增 加，陽 江 站 的CAPE值和Δθse（500－850）分別達到4 076.5 J·kg－1和－12.06℃，上游地區(qū)不穩(wěn)定能量充足，并不斷往北輸送，為該次降水過程提供持續(xù)有利的熱力條件（表略）。

3.3 動力條件

3日02：00，大暴雨區(qū)域在850 hPa處于散度x＜－1.5×10－5s－1，在925 hPa處于x＜－3×10－5s－1的輻合區(qū)內(nèi)，在200 hPa上則處于4×10－5s－1的輻散區(qū)內(nèi)。這種低層輻合、高層輻散有利于上升運動。

對于該時刻的垂直速度，沿114°E剖面圖來看，24°N附近在850～925 hPa有一個垂直速度上升大值區(qū)（圖4）；從850和925 hPa垂直速度場（圖略）看，大暴雨區(qū)也正處于這兩層的垂直上升速度區(qū)域內(nèi)。

圖4 3日02：00沿114°E垂直速度剖面圖（單位：hPa／s）

4 雙偏振多普勒雷達分析

7月2日22：00后，在韶關市區(qū)東側有大片回波東北移，而在西南側有大量小塊狀對流性回波發(fā)展加強，23：50已發(fā)展為東北－西南走向的窄帶狀回波帶，具有明顯的列車效應特征（圖5a）。在多普勒速度圖和相對徑向速度圖中能明顯看到低層風速的脈動加大，低層風速輻合從本地暴雨發(fā)生前1 h到暴雨強盛期長時間維持。從回波的垂直剖面看，回波呈現(xiàn)典型的暖性低質(zhì)心塔狀特征（圖略），40 dBz主體高度基本處于6 km的0℃層附近，這種由西南季風引發(fā)的回波一般比較容易出現(xiàn)短時強降水。通過雙偏振雷達增加的3個特征量并結合新一代天氣雷達的其他產(chǎn)品，可以比較準確的把握短時降水的時空分布。

協(xié)相關系數(shù)（CC）的各層組合和剖面顯示，從珠江口一帶移入韶關市區(qū)的回波屬于均一性質(zhì)的降水粒子，CC在40 km近距離因受到地物影響出現(xiàn)雜波，在5～6 km的0℃層附近出現(xiàn)小于0.99的數(shù)值，說明此高度存在明顯的冰水混合態(tài)，但是其值基本處于0.95～0.98之間，說明大冰晶粒子稀少，在此高度下均為0.99以上的單一相態(tài)降水（圖5b方框所示），移入韶關的回波屬于暖云降水。由差分反射率（Zdr）的分層顯示看出，在1.5～3.0 km附近降水粒子大部分為0.8～1.5 dB，在小時降水達到大值時大部分處于1.0～2.0 dB，說明該次天氣過程大部分降水為中小降水粒子（圖5d紅色橢圓所示）。差分相移率（Kdp）是空中水含量的直接反映（圖5c），通過圖中Kdp與Zdr相同仰角的顯示分析，其大值區(qū)沒有完全重疊（圖5c和圖5d橢圓形所示對比），在實際預警中僅僅依靠單層的Zdr來判斷降水強弱有時候會出現(xiàn)很大誤差，必須綜合考慮各類特征量進行推斷。

圖5 3日01：54 1.5°仰角Z（單位：dBz）（a）、CC（b）、K dp（單位：（°）／km）（c）、Z dr（d）（單位：dB）合成圖

雙偏振雷達增加了3個基本量，其中CC可以排除降雨回波中是否有冰雹粒子，Zdr可以對未來降水點的降水粒子大小進行推測，Kdp可以對未來降水點的雨強進行預估，綜合運用雙偏振量對短歷時暴雨發(fā)生的時間和位置的判斷較常規(guī)雷達有了很大的提高。

5 結論

1）中低層在500 hPa高空槽前引導氣流下西南氣流穩(wěn)定輸送，暖濕氣流提前盤踞粵北，致使韶關地區(qū)高濕高能，加之處于盛夏季節(jié)，為該次降水過程提供有利的水汽條件和熱力條件。

2）該次過程并沒有冷空氣作用，高空槽和低空急流對該次過程不穩(wěn)定能量的觸發(fā)起了決定性作用。500 hPa高空槽槽前正渦度和850 hPa低空急流的穩(wěn)定維持提供了持續(xù)的抬升機制；200 hPa高空槽槽前強輻散區(qū)起到了大氣抽吸作用，加劇了垂直上升運動。

3）青藏高原南亞高壓和西太平洋的副熱帶高壓勢力強盛，始終穩(wěn)定維持少動，是500 hPa高空槽穩(wěn)定少動和200 hPa高空槽東移緩慢、加深的重要原因之一，同時也使韶關地區(qū)始終位于高層輻散和低層輻合區(qū)。

4）雙偏振雷達增加了協(xié)相關系數(shù)（CC）、差分反射率（Zdr）、差分相移率（Kdp）3個基本量，對暴雨發(fā)生時間和位置的判斷準確率有了很大的提高。