李嬋珠，蔡奕萍，張勁梅，莫偉強(qiáng)

（東莞市氣象局，廣東東莞 523000）

華南地處中國大陸南端，臨近南海、孟加拉灣及西太平洋，水汽來源豐富，既受西風(fēng)帶系統(tǒng)影響，又受熱帶季風(fēng)系統(tǒng)影響，年平均雨量大，暴雨日數(shù)多，汛期持續(xù)時間長［1-2］。因此，華南暴雨受到氣象工作者的廣泛關(guān)注，并開展了大量的研究工作［3-7］。華南前汛期降水在不同時期具有不同的性質(zhì)［8-10］。前汛期初期主要為鋒面降水，而前汛期后期受南海夏季風(fēng)的影響，形成前汛期降水的又一個峰值階段［11-13］。南海夏季風(fēng)一般于5月中旬爆發(fā)，隨后向北推進(jìn)影響華南，產(chǎn)生季風(fēng)對流降水，這時北方還時有冷空氣南下，冷暖空氣交匯造成鋒面降水，在季風(fēng)降水和鋒面降水的共同影響下，5月下旬至6月中旬廣東往往會出現(xiàn)大而集中的“龍舟水”［14］?！褒堉鬯逼陂g強(qiáng)降水頻發(fā)，且具有局地性、突發(fā)性及活動規(guī)律多變等特點(diǎn)，是天氣預(yù)報中的難點(diǎn)。目前，對“龍舟水”期間的降水變化特征及成因的研究取得了一定的成果［14-17］。

2020年5月31日08：00—20：00（北京時，下同），在西南季風(fēng)天氣背景下，珠江三角洲（珠三角）在12 h內(nèi)出現(xiàn)多輪強(qiáng)降水，30個區(qū)域自動站過程累計降雨量達(dá)到大暴雨級別，主要落區(qū)在廣州和東莞，廣州最大累計雨量為增城區(qū)171 mm，東莞最大累積雨量為厚街鎮(zhèn)229.3 mm（圖1）。

圖1 2020年5月31日08：00—20：00廣東省累計雨量空間分布（單位：mm）

數(shù)值模式及主觀預(yù)報對該次暴雨過程預(yù)報效果并不理想，造成了珠三角多市嚴(yán)重內(nèi)澇和經(jīng)濟(jì)損失。本研究利用NCEP FNL每日4個時次的再分析資料（空間分辨率0.25°×0.25°）、廣東省國家級地面氣象觀測站和區(qū)域自動站資料、新一代多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品資料等，對5月31日強(qiáng)降雨過程中尺度系統(tǒng)生成環(huán)境條件、觸發(fā)機(jī)制以及雷達(dá)回波演變特征進(jìn)行分析，以期為今后的廣東暴雨分析和預(yù)報提供有益參考。

1 大氣環(huán)流背景

該次強(qiáng)降雨過程是在高層輻散、中層弱波動過境、低層西南低渦東南側(cè)的西南季風(fēng)控制的天氣背景下產(chǎn)生的。5月31日08：00珠三角地區(qū)處于高層輻散、中層500 hPa副高北緣的西南氣流中。近地面受弱冷空氣滲透影響，廣東北部有北風(fēng)南下，與南部的西南風(fēng)在珠三角地區(qū)形成輻合，低層存在垂直上升速度大值中心（圖略）。此時珠三角開始有零散的對流云團(tuán)生成。14：00，珠三角高層的輻散區(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)，中層有弱波動?xùn)|移影響（圖2a-b），低層南部西南風(fēng)加強(qiáng)，在廣州北部到惠州一帶形成切變線，造成強(qiáng)的輻合和垂直上升運(yùn)動（圖2c）。東莞西部也出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，與東莞的大暴雨落區(qū)對應(yīng)。20：00低層西南季風(fēng)加強(qiáng)并向內(nèi)陸推進(jìn)，珠三角的強(qiáng)降雨趨于減弱結(jié)束。

從5月31日08：00清遠(yuǎn)站t-logp圖（圖略）可見，濕層深厚，大氣水汽含量充足，CAPE值達(dá)到1 960.1 J／kg，呈狹長型，說明不穩(wěn)定層深厚，且08：00和20：00廣東省中部地區(qū)K指數(shù)均超過36℃，說明中部地區(qū)長時間維持著不穩(wěn)定層結(jié)，有利于中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)展和維持。0～6 km垂直風(fēng)切變較弱，不利于雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣發(fā)生，但弱的環(huán)境垂直風(fēng)切變配合深厚的濕層，有利于強(qiáng)降水發(fā)生［18］。此外，從水汽通量來看，珠三角低層一直維持著水汽通量輻合，14：00隨著沿海西南風(fēng)的加強(qiáng)，水汽通量進(jìn)一步增強(qiáng)，廣州北部、惠州西部以及東莞西南側(cè)出現(xiàn)三個強(qiáng)水汽通量輻合中心（圖2d），江門和珠江口比濕超過14 g／kg的濕舌向陸地延伸，佛山和東莞正好位于濕舌前端（圖略）。因此，西南季風(fēng)為珠三角的強(qiáng)降水提供了充足的水汽和不穩(wěn)定能量。

圖2 2020年5月31日14：00各層物理量分布

對比數(shù)值模式預(yù)報的環(huán)流場（圖略），ECMWF模式預(yù)報出中層副高邊緣的波動及低層的西南風(fēng)場，但未預(yù)報出珠三角高層的輻散及低層的風(fēng)速和水汽輻合區(qū)，導(dǎo)致模式中的垂直上升運(yùn)動及水汽偏弱，預(yù)報的降雨量比實況小，僅為中雨、局部大雨量級。而Grapes模式雖能預(yù)報出高層輻散及低層輻合，但其位置偏北，預(yù)報的強(qiáng)降水落區(qū)僅在廣州北部，與實況也有較大偏差。

2 中尺度特征分析

2.1 多普勒雷達(dá)回波演變特征

1）廣州強(qiáng)降雨雷達(dá)回波演變特征。

廣州第1輪強(qiáng)降雨出現(xiàn)在08：30—11：18，廣州西部不斷有分散對流發(fā)展加強(qiáng)并向東北方向移動（圖略），廣州中北部地區(qū)連續(xù)3 h出現(xiàn)20 mm以上的強(qiáng)降雨，增城錄得最大時雨量38.1 mm。11：30—14：30，佛山北部、肇慶東部和廣州西南部不斷有單體新生、合并加強(qiáng)并向東北方向移動，影響廣州白云、黃埔和增城，廣州出現(xiàn)第2輪強(qiáng)降雨，白云和黃埔3 h雨量達(dá)到100 mm以上。其中13：00佛山的3個新生對流合并強(qiáng)烈發(fā)展（圖3a），與白云、黃埔兩個對流風(fēng)暴一起陸續(xù)影響廣州中東部，造成50 mm以上的強(qiáng)降雨，白云錄得最大時雨量71.7 mm。1.5°仰角的雷達(dá)徑向速度圖上可觀察到12：30白云、黃埔出現(xiàn)幾塊中-γ尺度的負(fù)速度區(qū)，負(fù)速度區(qū)南側(cè)形成較強(qiáng)輻合，13：00時負(fù)速度區(qū)合并成中-β尺度（圖3c），隨后強(qiáng)對流風(fēng)暴后側(cè)開始出現(xiàn)輻散區(qū)（圖3d），北側(cè)徑向速度達(dá)到17.5 m／s，高度在1 km以下，為對流風(fēng)暴后側(cè)下沉氣流導(dǎo)致的冷池出流，佛山北部、廣州西南部近地面出現(xiàn)6～7級，局部8級的陣風(fēng)。從強(qiáng)回波的反射率因子剖面圖（圖略）來看，回波中心強(qiáng)度達(dá)60 dBz，高度在2～3 km，回波質(zhì)心在5 km以下，31日08：00 0℃層高度為4.5 km左右，大部分強(qiáng)回波位于0℃層以下，呈暖云降水的結(jié)構(gòu)特征。15：36—17：30廣州出現(xiàn)第3輪強(qiáng)降雨，肇慶與佛山的新生對流在白云區(qū)合并，強(qiáng)度迅速加強(qiáng)，隨后與其他對流單體一起東移，影響黃埔和增城，增城出現(xiàn)50 mm以上的時雨量。

2）東莞強(qiáng)降雨雷達(dá)回波演變特征。

東莞第1輪強(qiáng)降雨出現(xiàn)在08：00—12：00，其西南部低層徑向速度輻合區(qū)附近不斷有對流生成并在東北移的過程中逐漸發(fā)展加強(qiáng)，持續(xù)影響北部地區(qū)（圖略），使北部地區(qū)連續(xù)3 h出現(xiàn)40 mm以上的強(qiáng)降雨，企石鎮(zhèn)累積雨量達(dá)123.9 mm。第2輪強(qiáng)降雨在12：00—15：00，東莞西南部再次出現(xiàn)低層輻合區(qū)，對流生成后迅速加強(qiáng)，且新單體不斷在對流風(fēng)暴移動方向后側(cè)生成，形成后向傳播，使強(qiáng)雷暴長時間影響西南部，造成厚街鎮(zhèn)105.5 mm的1 h滑動雨量。在第3輪強(qiáng)降雨過程中（16：00—21：00），佛山附近先后有3個對流單體發(fā)展東移，呈東北-西南走向陸續(xù)進(jìn)入東莞。從17：30雷達(dá)徑向速度圖上可見單體B、C嵌有氣旋式渦旋（圖3e），且維持兩個體掃以上。單體B的渦旋旋轉(zhuǎn)速度為13 m／s，達(dá)到弱中氣旋標(biāo)準(zhǔn)［19］，單體C的渦旋在東移過程中進(jìn)一步加強(qiáng)。18：06單體C發(fā)展成弱HP型超級單體（圖3b），低仰角可觀察到其前進(jìn)方向前側(cè)低層有“V”型缺口（圖略），此時中氣旋被強(qiáng)降水包圍，旋轉(zhuǎn)速度加強(qiáng)到17 m／s（圖3f），達(dá)到中等強(qiáng)度中氣旋標(biāo)準(zhǔn)。從單體C的垂直剖面來看（圖3g），回波呈傾斜結(jié)構(gòu)，低層出現(xiàn)弱回波區(qū)和回波穹隆，說明此時維持著強(qiáng)盛的上升氣流，55～60 dBz強(qiáng)回波位于穹隆區(qū)上方。徑向速度剖面圖上中氣旋的伸展高度達(dá)到6 km（圖3h），超過風(fēng)暴體的1／3。19：30單體C移到東莞東部后減弱消散，生命史達(dá)到2 h以上。隨后廣州南部又有新生單體發(fā)展東移，進(jìn)入東莞后也發(fā)展成嵌有氣旋式切變的強(qiáng)單體。在強(qiáng)單體和弱HP型超級單體的連續(xù)影響下，東莞自西向東出現(xiàn)了時雨量40 mm以上的強(qiáng)降水。

圖3 2020年5月31日廣州區(qū)域（a，c-d）和東莞區(qū)域（白色方框內(nèi)）（b，e-f）雷達(dá)組合反射率因子（單位：dBz）和徑向速度圖（單位：m／s）；沿圖b白色線段的雷達(dá)反射率因子垂直剖面圖（單位：dBz）（g）；沿圖f白色線段的徑向速度垂直剖面圖（單位：m／s）（h）

2.2 雷暴觸發(fā)和維持機(jī)制

1）地面中尺度切變線作用。

分析5月31日地面自動站風(fēng)場的變化（圖4）可以看出，09：00佛山、廣州西南部形成輻合區(qū)，東莞西南部、東北部到惠州一帶存在中尺度切變線，輻合區(qū)附近不斷有對流發(fā)展并向東北移，靠近東莞東北部-惠州的切變線附近時對流進(jìn)一步增強(qiáng)。11：00，珠江口西岸西南風(fēng)略有加強(qiáng)，佛山-廣州的輻合和東莞北部-惠州一帶的切變線維持，而東莞西南部的切變線消失，東莞西部已不再有對流新生，強(qiáng)對流風(fēng)暴影響廣州東部、東莞北部和惠州。13：00，珠江口西岸西南風(fēng)進(jìn)一步加強(qiáng)，出現(xiàn)12 m／s的風(fēng)速脈動。佛山、廣州的輻合區(qū)仍維持著，東莞西南部再次出現(xiàn)切變線且維持到14：00左右，而東莞東北部到惠州西南部的切變線移到惠州中南部到河源一帶，此時東莞西南部不斷有對流發(fā)展，造成東莞第2輪強(qiáng)降雨。16：00珠江口西岸維持強(qiáng)西南風(fēng)，廣州的輻合區(qū)已減弱，佛山南部到東莞又出現(xiàn)中尺度切變線并維持到19：00，切變線附近有零散單體發(fā)展并沿切變線東移，進(jìn)入東莞后進(jìn)一步發(fā)展成強(qiáng)單體和弱HP型超級單體。20：00切變線南壓到深圳一帶，同時隨著850 hPa的西南季風(fēng)向北推進(jìn)，珠三角的強(qiáng)降雨趨于減弱。

圖4 2020年5月31日09：00—20：00廣東省地面風(fēng)場演變

2）西南季風(fēng)風(fēng)速脈動作用。

西南季風(fēng)的風(fēng)速脈動是產(chǎn)生多輪強(qiáng)降水的重要因素之一。從增城站的垂直風(fēng)廓線（圖5）可以看出，地面到中層為深厚的西南氣流控制，11：00—13：00中層出現(xiàn)了風(fēng)向變化，從西南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)再轉(zhuǎn)西南風(fēng)，說明有弱波動過境，而低層在10：00—11：00和13：00—14：00出現(xiàn)了西南風(fēng)脈動，正好對應(yīng)著廣州兩次降雨加強(qiáng)的時段。深圳的垂直風(fēng)廓線上，3 000 m附近在16：00—18：00也有弱波動過境。10：30，2 000～3 000 m西南風(fēng)開始加強(qiáng)并向地面?zhèn)鞑ィ?2：00近地面出現(xiàn)13～14 m／s的脈動。13：00—14：00和17：00—18：00低層再次出現(xiàn)風(fēng)速脈動，風(fēng)速達(dá)到14～16 m／s，正好對應(yīng)著東莞第2輪強(qiáng)降雨及第3輪強(qiáng)降雨開始出現(xiàn)強(qiáng)單體的時段。因此，低層西南風(fēng)的風(fēng)速脈動不斷輸送水汽和不穩(wěn)定能量，使對流不斷發(fā)展加強(qiáng)。除此以外，15：30—19：00增城站近地面從南風(fēng)轉(zhuǎn)為北風(fēng)，而深圳站一直維持南風(fēng)，說明處于兩站之間的東莞持續(xù)受地面切變線的影響。

圖5 2020年5月31日08：00—20：00廣州增城站（a）和深圳石巖站（b）雷達(dá)風(fēng)廓線

綜上所述，冷空氣的南下滲透誘發(fā)了近地面中尺度輻合系統(tǒng)并且長時間維持是該次強(qiáng)降水過程的重要觸發(fā)因子，而低層西南氣流的風(fēng)速脈動為對流提供源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量，使對流風(fēng)暴進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，珠三角不斷受到強(qiáng)雷暴的影響，造成了局部大暴雨。

3 結(jié)論

1）2020年5月31日強(qiáng)降水過程是在高層輻散、中層副高邊緣弱波動過境、低層西南季風(fēng)控制的有利天氣背景下發(fā)生的。地面弱冷空氣南下滲透，誘發(fā)中尺度輻合系統(tǒng)且長時間維持，不斷觸發(fā)中尺度對流系統(tǒng)，在中層西南引導(dǎo)氣流下向東北方向移動，長時間影響珠三角地區(qū)，使得珠三角地區(qū)在12 h內(nèi)出現(xiàn)了多輪強(qiáng)降水，其中廣州、東莞累積雨量達(dá)到暴雨、局部大暴雨。

2）低層的西南風(fēng)在珠三角地區(qū)形成風(fēng)速輻合和水汽通量輻合，午后沿海西南暖濕氣流加強(qiáng)，珠三角的輻合和水汽通量進(jìn)一步增強(qiáng)，西南氣流為對流提供源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量，且西南氣流中多次出現(xiàn)風(fēng)速脈動，在時間上與降水增強(qiáng)時段有很好的對應(yīng)關(guān)系，說明西南季風(fēng)的風(fēng)速脈動是對流風(fēng)暴迅速發(fā)展增強(qiáng)并維持的重要影響因素。

3）強(qiáng)降水過程以低質(zhì)心的暖云降水為主，降水效率高。強(qiáng)降雨后期切變線附近生成的多個對流單體東移進(jìn)入東莞后加強(qiáng)為嵌有氣旋式切變的強(qiáng)單體和較長生命史的弱HP型超級單體，導(dǎo)致東莞自西向東出現(xiàn)強(qiáng)降水。