陳芳麗 姜 帥,2 張 東 劉顯通 雷衛(wèi)延 曾丹丹

1 廣東省惠州市氣象局，惠州 516001 2 廣東省惠州市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，惠州 516001 3 廣東省氣象臺(tái)，廣州 510080 4 中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所，廣州 510080 5 廣東省河源市氣象局，河源 517000

提 要：在相似的大氣環(huán)流背景條件下，2020年6月2日和3日廣東粵西沿海的降水特征出現(xiàn)了較大差異，其機(jī)理機(jī)制值得深入探究?；贓RA5再分析資料、風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品和實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)比分析了這兩日粵西沿海大氣環(huán)流和物理量場(chǎng)的差異，并討論了低空急流對(duì)該區(qū)域暖區(qū)降水的觸發(fā)和維持機(jī)制。結(jié)果表明：當(dāng)?shù)涂瘴髂霞绷鬏S位于桂東，南海西北部邊界層偏南急流在夜間加強(qiáng)，其前側(cè)到達(dá)粵西沿海且長(zhǎng)時(shí)間維持時(shí)，邊界層偏南急流前側(cè)風(fēng)速輻合和粵西沿海地形對(duì)偏南向氣流的阻擋作用造成的動(dòng)力輻合抬升有利于該地區(qū)對(duì)流觸發(fā)，同時(shí)冷池的存在和維持有利于粵西沿海暖區(qū)暴雨的發(fā)展和維持。當(dāng)?shù)涂占绷黠@著加強(qiáng)且東擴(kuò)北收，邊界層急流轉(zhuǎn)為西南向并伸展至珠江三角洲北部時(shí)，不利于粵西沿海對(duì)流觸發(fā)和發(fā)展。

引 言

目前，在我國(guó)暴雨的研究和業(yè)務(wù)中，暖區(qū)暴雨仍屬熱點(diǎn)和難點(diǎn)。20世紀(jì)70年代至今，我國(guó)通過(guò)開(kāi)展多次外場(chǎng)觀測(cè)科學(xué)試驗(yàn)(如南海季風(fēng)試驗(yàn))和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目等，在暖區(qū)對(duì)流發(fā)生發(fā)展機(jī)制等方面取得了諸多進(jìn)展，已有的研究成果普遍認(rèn)為暖區(qū)暴雨基本伴有低空西南急流發(fā)展或邊界層急流加強(qiáng)(林良勛等，2006；何立富等，2016；壽紹文，2019；諶蕓等，2019),并且在1500 m以下存在溫濕度差異較大的不同特性的急流。早在20世紀(jì)80年代，周軍(1986)就討論了華南暴雨中邊界層偏南風(fēng)急流(SBLJ)和低空急流(LLJ)的區(qū)別，以及SBLJ形成的原因。近年來(lái)，諸多學(xué)者針對(duì)低空急流對(duì)暖區(qū)暴雨的觸發(fā)機(jī)制等進(jìn)行了研究，如趙玉春等(2008)認(rèn)為季風(fēng)涌對(duì)暖區(qū)暴雨的影響更為直接，尤其是越赤道氣流加強(qiáng)后造成華南南部和南海北部西南低空急流的加強(qiáng)，導(dǎo)致暖區(qū)有利的中尺度環(huán)境形成；于鑫等(2017)指出北部灣低壓(槽)發(fā)展導(dǎo)致的強(qiáng)盛低層西南氣流為粵西沿海的一次暴雨過(guò)程發(fā)生提供了充沛的水汽；黃小彥等(2020)指出低空急流下邊界不斷向下擴(kuò)展過(guò)程中在地形抬升作用下觸發(fā)了迎風(fēng)坡上初始雷暴等。針對(duì)暖區(qū)暴雨與LLJ的統(tǒng)計(jì)分析，苗春生等(2017)將華南沿海暖區(qū)暴雨分為偏南向型和西南向型；丁治英等(2011)、陳翔翔等(2012)、劉瑞鑫等(2019)統(tǒng)計(jì)得出在南風(fēng)影響下的暖區(qū)暴雨發(fā)生頻率較高、影響較大，低層南風(fēng)輻合是產(chǎn)生暖區(qū)暴雨的重要機(jī)制之一。同時(shí)，許多學(xué)者也關(guān)注了邊界層急流對(duì)暖區(qū)暴雨的作用，如孫建華和趙思雄(2000)對(duì)暖區(qū)暴雨數(shù)值模擬的結(jié)果表明邊界層過(guò)程對(duì)強(qiáng)的對(duì)流性降水的模擬是不可忽略的；張端禹等(2014)指出邊界層偏南風(fēng)急流的生消活動(dòng)與水平尺度的演變對(duì)于華南前汛期暖區(qū)暴雨均較重要；蔡景就等(2019)、陳芳麗等(2021)指出邊界層偏南急流的演變是造成粵東沿海暖區(qū)極端暴雨的重要機(jī)制之一；曾智琳等(2019)指出夜間邊界層西南急流的建立是強(qiáng)迫地面風(fēng)速水平切變、邊界層風(fēng)速垂直切變產(chǎn)生的主要原因；Wu et al(2020a)通過(guò)對(duì)比鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨的差異，提出了海陸風(fēng)、邊界層急流和海岸地形作用下影響暖區(qū)暴雨發(fā)生發(fā)展的邊界層天氣概念模型；Du et al(2020a)指出更強(qiáng)的南海邊界層急流更有利于華南海岸附近初始對(duì)流的觸發(fā)和發(fā)展等。不同于只針對(duì)低空急流或邊界層急流對(duì)暖區(qū)暴雨的研究，Du and Chen(2018;2019a;2019b)研究指出華南沿海暖區(qū)暴雨的發(fā)生發(fā)展與邊界層急流(BLJ)、天氣尺度低空急流(SLLJ)的相互作用和日變化特征有密切關(guān)系，并提出了雙低空急流觸發(fā)海岸附近對(duì)流的概念模型。然而，在業(yè)務(wù)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，雙低空急流起主導(dǎo)作用觸發(fā)的粵西沿海暖區(qū)暴雨過(guò)程中，二者的位置有時(shí)并非完全上下一致，且當(dāng)?shù)涂占绷骷訌?qiáng)到一定程度后會(huì)成為輸送通道，反而不利于沿海降水的發(fā)生發(fā)展，目前的研究成果尚未給出粵西沿海暖區(qū)暴雨發(fā)生時(shí)，低空急流和邊界層急流最有利的位置配置和強(qiáng)度等。

2020年“龍舟水”期間，廣東強(qiáng)降水頻發(fā)，其中6月1—4日出現(xiàn)了一次由夏季風(fēng)爆發(fā)引發(fā)的典型暖區(qū)暴雨過(guò)程。該過(guò)程最大特點(diǎn)和預(yù)報(bào)難點(diǎn)是粵西沿海暴雨觸發(fā)的時(shí)段和強(qiáng)度預(yù)報(bào)，期間在大氣環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)特征相似的情況下，2日粵西沿海出現(xiàn)了暴雨到大暴雨、局部特大暴雨，最大降水量達(dá)到459.6 mm，而3日只出現(xiàn)了一些分散性陣雨，降水量級(jí)差異很大。此次過(guò)程中各家數(shù)值模式對(duì)于低空急流附近的降水預(yù)報(bào)效果更好，而對(duì)于邊界層急流引發(fā)的粵西沿海降水能力較弱，當(dāng)2日低空西南急流軸位于桂東時(shí)，粵西沿海暖區(qū)暴雨漏報(bào)；3日低空急流東擴(kuò)入粵后，粵西沿海降水反而不明顯，因此，此次雙低空急流造成粵西沿海暴雨的機(jī)制值得深入探究。本研究將分析2020年6月2日和3日大氣環(huán)流背景場(chǎng)和粵西沿海降水的差異，并探討粵西沿海區(qū)域內(nèi)強(qiáng)降水的觸發(fā)和維持機(jī)制，研究結(jié)果有望于加深對(duì)雙低空急流作用下廣東沿海暖區(qū)暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

1 資料與方法

根據(jù)天氣學(xué)分析方法，采用2020年6月1—4日ERA5(the fifth generation European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis)逐小時(shí)全球再分析數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.25°×0.25°，垂直分辨率為17層，以及實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行天氣形勢(shì)和物理量分析；采用廣東省地面氣象監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的降水和風(fēng)、陽(yáng)江探空站數(shù)據(jù)、陽(yáng)江海陵島風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品，以及廣東天氣雷達(dá)拼圖產(chǎn)品，分析降水時(shí)空分布特征、實(shí)況風(fēng)演變和降水回波特征等。

2 降水差異分析

從6月2日和3日08時(shí)(北京時(shí)，下同)實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出(圖1)，華南上空兩日的大氣環(huán)流形勢(shì)很相似，588 dagpm線均位于華南沿海，對(duì)流層低層的影響系統(tǒng)為低空西南急流和邊界層偏南急流。從天氣學(xué)分類來(lái)看，該次降水屬于廣東暖區(qū)暴雨型中的一類，即高空槽前和副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)邊緣西南(偏南)急流造成的暖區(qū)暴雨(林良勛等，2006；陳芳麗等，2014)。在這兩日相似的大氣環(huán)流背景場(chǎng)影響下，造成了粵西沿海迥異的降水。

圖1 2020年6月(a)2日08時(shí)和(b)3日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng)(等值線，間隔4 dagpm，棕紅色線表示槽線)、850 hPa(紅色風(fēng)羽)和925 hPa(藍(lán)色風(fēng)羽)風(fēng)場(chǎng)

從2020年6月1日20時(shí)至3日20時(shí)廣東累計(jì)降水量時(shí)空分布特征(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，2日粵西沿海(圖中紅框區(qū)域內(nèi))的茂名東部—陽(yáng)江—江門南部—珠海西部一帶出現(xiàn)了暴雨到大暴雨、局部特大暴雨(圖2a)，該區(qū)域內(nèi)過(guò)程累計(jì)降水量大、雨強(qiáng)強(qiáng)，其中陽(yáng)江的6個(gè)站點(diǎn)降水量超過(guò)250 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為98.1 mm·h-1(陽(yáng)東塘坪，2日04—05時(shí))，最大單站24 h累計(jì)降水量為459.6 mm(江城白沙氣象監(jiān)測(cè)站)；2日20時(shí)至3日20時(shí)粵西沿海大部分地區(qū)降水量均不足10 mm(圖2b)。從白沙氣象監(jiān)測(cè)站降水的時(shí)間分布來(lái)看(圖2c)，強(qiáng)降水2日凌晨被觸發(fā)，夜雨特征明顯；強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，04—12時(shí)連續(xù)9 h時(shí)降水量超過(guò)20 mm，04—05時(shí)最大降水量達(dá)66.4 mm。

圖2 2020年6月(a)1日20時(shí)至2日20時(shí)和(b)2日20時(shí)至3日20時(shí)廣東省24 h累計(jì)降水量及(c)陽(yáng)江江城白沙氣象監(jiān)測(cè)站1日20時(shí)至3日20時(shí)逐時(shí)降水量序列

天氣雷達(dá)回波也可清晰反映出2日和3日粵西沿海降水的差異和特征。分析2—3日凌晨雷達(dá)回波的演變特征(圖3)，2日粵西沿海的初始回波出現(xiàn)在01時(shí)后，隨后不斷發(fā)展，03時(shí)后組織化進(jìn)一步加強(qiáng)，降水強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，最大小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)50 mm·h-1，此時(shí)回波呈現(xiàn)為準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，陽(yáng)江上空45 dBz 以上的強(qiáng)回波長(zhǎng)時(shí)間駐留，造成了連續(xù)9 h的短時(shí)強(qiáng)降水，為典型的粵西沿海暖區(qū)暴雨特征。相較于2日的強(qiáng)回波駐留和發(fā)展，3日凌晨粵西沿海只生成了一些較弱的分散回波，對(duì)流強(qiáng)度顯著偏弱。

圖3 2020年6月(a,b,c,d)2日和(e,f,g,h)3日02—08時(shí)廣東2.5 km高度雷達(dá)反射率因子

Wu et al(2020b)指出由于缺乏“鋒面、切變、低渦”等經(jīng)典風(fēng)向輻合型的天氣尺度系統(tǒng)強(qiáng)迫，目前對(duì)于暖區(qū)暴雨及其相關(guān)的熱力環(huán)境條件的模式可預(yù)測(cè)性是有限的，在業(yè)務(wù)上很難預(yù)報(bào)，有時(shí)甚至事后亦難以系統(tǒng)地解釋；陳濤等(2020)指出比較鋒面降水和暖區(qū)降水的集合預(yù)報(bào)敏感性表明，鋒面降水對(duì)于鋒前低壓槽、低空急流等天氣系統(tǒng)強(qiáng)迫具有較高預(yù)報(bào)敏感性。針對(duì)暖區(qū)暴雨的難點(diǎn)，覃武等(2020)、付煒等(2020)、胡寧等(2020)也從暖區(qū)暴雨的模式預(yù)報(bào)失敗案例中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和進(jìn)行可預(yù)報(bào)性探討等。對(duì)于此次粵西沿海的降水過(guò)程，從多家數(shù)值模式降水預(yù)報(bào)來(lái)看(圖4)，ECMWF高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)、NCEP_GFS以及CMA-TRAMS(9 km南海臺(tái)風(fēng)模式)和CMA-GD(3 km 廣東模式)對(duì)于2日和3日的降水預(yù)報(bào)均不理想，其中ECMWF細(xì)網(wǎng)格、CMA-TRAMS和CMA-GD模式預(yù)報(bào)的降水落區(qū)和強(qiáng)度與實(shí)況偏差很大，對(duì)于2日粵西沿海只報(bào)出小到中雨量級(jí)的降水，強(qiáng)降水基本漏報(bào)；NCEP_GFS模式預(yù)報(bào)效果略好，顯示2日粵西沿海和近海區(qū)域內(nèi)有中到大雨量級(jí)的降水，但強(qiáng)降水范圍和量級(jí)明顯偏弱于實(shí)況，3日中到大雨降水范圍有所縮小，相較于實(shí)況則量級(jí)偏強(qiáng)范圍偏大。因此，若根據(jù)數(shù)值模式的降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品，并不能預(yù)報(bào)出2日和3日降水量級(jí)的差異，且容易造成2日強(qiáng)降水漏報(bào)、3日空?qǐng)?bào)。

圖4 2020年6月1—3日各家數(shù)值模式5月31日20時(shí)起報(bào)對(duì)應(yīng)時(shí)段的24 h降水量預(yù)報(bào)

通過(guò)對(duì)比分析各家數(shù)值模式預(yù)報(bào)的對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)和降水可以發(fā)現(xiàn)(圖略)，2日和3日各家模式預(yù)報(bào)降水落區(qū)主要位于副高西北側(cè)的低空急流輻合區(qū)附近。由于2日NCEP_GFS預(yù)報(bào)588 dagpm線和低空急流位置較實(shí)況偏東，ECMWF和CMA-GD模式預(yù)報(bào)接近實(shí)況；邊界層急流的預(yù)報(bào)也有明顯的差異，NCEP_GFS預(yù)報(bào)南海西北部至粵西沿海為偏南風(fēng)，而ECMWF和CMA-GD預(yù)報(bào)則為西南風(fēng)，因此NCEP_GFS預(yù)報(bào)強(qiáng)降水落區(qū)較其余幾家模式更為偏東，粵西沿海降水更明顯。3日各家均預(yù)報(bào)588 dagpm 線東移，但低空急流演變預(yù)報(bào)不一致，ECMWF和CMA-GD模式預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致，強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，NCEP_GFS預(yù)報(bào)位置變化不大、強(qiáng)度略有增強(qiáng)；NCEP_GFS預(yù)報(bào)邊界層氣流靠近珠江口一側(cè)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，因此NCEP_GFS預(yù)報(bào)降水強(qiáng)度變化不大，但粵西沿海落區(qū)減小，ECMWF和CMA-GD預(yù)報(bào)廣東境內(nèi)降水落區(qū)變化不大，但強(qiáng)度減弱。因此，各家數(shù)值模式對(duì)于2日和3日對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)差異主要表現(xiàn)在低空急流軸位置和邊界層急流風(fēng)向變化等。

3 天氣系統(tǒng)和物理量場(chǎng)對(duì)比分析

在500 hPa高空槽和副高的影響下，6月1—4日華南地區(qū)對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)經(jīng)歷了起始—強(qiáng)盛—減弱的季風(fēng)爆發(fā)過(guò)程，2—3日為發(fā)展的強(qiáng)盛期(圖5)，期間850 hPa西南低空急流大風(fēng)速核強(qiáng)度呈加強(qiáng)趨勢(shì)，且桂東向東北方向推進(jìn)和向東擴(kuò)展，950 hPa偏南(西南)急流位于北部灣和南海西北部，南海西北部急流在粵西沿海風(fēng)速明顯減小，急流強(qiáng)度變化也與850 hPa西南急流有所不同，凌晨加強(qiáng)最顯著。

圖5 2020年6月1—3日850 hPa全風(fēng)速(等值線，≥12 m·s-1)和950 hPa全風(fēng)速(填色)

2日850 hPa急流軸主要位于廣西東部，南海西北部950 hPa急流前側(cè)至陽(yáng)江附近沿海，邊界層急流前側(cè)輻合區(qū)內(nèi)觸發(fā)了暖區(qū)強(qiáng)降水，高空槽前和850 hPa切變線附近的降水不明顯；3日850 hPa急流軸強(qiáng)度增強(qiáng)，在高空槽東移和副高東退的影響下，其大風(fēng)速核明顯向東北和東擴(kuò)展，期間高空槽和切變線附近的桂西北至贛北一帶降水明顯被觸發(fā)，形成主雨帶，而處于850 hPa西南急流后側(cè)的粵西沿海暖區(qū)降水明顯減弱，此時(shí)在850 hPa低空急流增強(qiáng)的耦合帶動(dòng)下，950 hPa急流也隨之增強(qiáng)，且向東北方伸至珠江三角洲北部，這種形勢(shì)更有利于珠江三角洲北部的清遠(yuǎn)、韶關(guān)南部—廣州、惠州北部一帶地區(qū)(圖2b 中強(qiáng)降水區(qū))對(duì)流的觸發(fā)。因此，在有利的大氣環(huán)流背景下，粵西沿海強(qiáng)降水與低空西南急流和邊界偏南(西南)急流變化相關(guān)，尤其是與邊界層急流的演變關(guān)系更為密切，但由于南海北部氣象探空站稀疏，并不能根據(jù)海上實(shí)況監(jiān)測(cè)來(lái)判斷粵西沿海暴雨區(qū)上游邊界層風(fēng)速的變化特征，這也是廣東沿海暖區(qū)暴雨預(yù)報(bào)中的困難所在。

從垂直層面來(lái)分析低空急流的垂直演變差異，做降水范圍內(nèi)(111°～113°E)平均風(fēng)場(chǎng)的垂直-經(jīng)向剖面，以及2日和3日02時(shí)相較于整個(gè)過(guò)程(1日08時(shí)至4日20時(shí))平均風(fēng)場(chǎng)的距平場(chǎng)。2日凌晨(圖6a)，對(duì)流層低層風(fēng)速較過(guò)程平均風(fēng)場(chǎng)變化不大，低空西南急流位置較高，中心位于650 hPa附近，邊界層急流中心較低，中心在950 hPa；3日凌晨(圖6b)，對(duì)流層低層風(fēng)速整體顯著增強(qiáng)，西南低空急流中心下沉至800 hPa附近，而邊界層急流中心略有所抬升，且向北明顯延伸，即邊界層急流前側(cè)已越過(guò)陽(yáng)江沿海上空，也就是說(shuō)，3日對(duì)流層低層大氣環(huán)流形勢(shì)較2日更有利暖濕水汽和能量向北輸送，導(dǎo)致沿海暖濕能量輻合抬升潛勢(shì)的減弱。

圖6 2020年6月(a)2日02時(shí),(b)3日02時(shí)111°～113°E范圍內(nèi)平均風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢，風(fēng)速≥10 m·s-1以等值線顯示)和風(fēng)速距平場(chǎng)(填色)的垂直-經(jīng)向剖面

從探空站實(shí)況風(fēng)場(chǎng)的變化為更直觀地分析粵西沿海強(qiáng)降水附近低空西南急流和邊界層偏南(西南)急流風(fēng)速的演變特征，選取最靠近海岸和邊界層急流的陽(yáng)江探空站風(fēng)場(chǎng)做風(fēng)速廓線圖(圖7)，從圖7a可以看出，2日02時(shí)探空站處于低空急流軸右側(cè)和南海邊界層急流前側(cè)(圖5b)，950～925 hPa附近風(fēng)速為11 m·s-1，850 hPa風(fēng)速只有8 m·s-1。3日凌晨(圖7b)，950～850 hPa風(fēng)速明顯增大，且850 hPa風(fēng)速超過(guò)950 hPa風(fēng)速，此時(shí)探空站已處于低空急流和南海邊界層急流影響下(圖5e)。

圖7 2020年6月(a)2日02時(shí)和(b)3日02時(shí)陽(yáng)江探空風(fēng)速

陽(yáng)江風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品能更高時(shí)間和垂直分辨率的反映出對(duì)流層低層風(fēng)場(chǎng)的變化。陽(yáng)江風(fēng)廓線雷達(dá)位置如圖2b所示，位于陽(yáng)江海陵島，處于強(qiáng)降水區(qū)上游，島內(nèi)只在2日20時(shí)前后出現(xiàn)了不足10 mm的降水量。從陽(yáng)江海陵島的風(fēng)廓線風(fēng)場(chǎng)變化特征來(lái)看(圖8)，該地區(qū)2—3日對(duì)流層低層風(fēng)速最大的差異在于邊界層風(fēng)速的變化。2日00時(shí)開(kāi)始400 m上下的陽(yáng)江上空風(fēng)速開(kāi)始加大，03時(shí)前580 m以下至近地層偏南風(fēng)風(fēng)速出現(xiàn)明顯加大，風(fēng)速增大的時(shí)間與粵西沿海對(duì)流初始觸發(fā)時(shí)間一致，即邊界層急流的脈沖與該區(qū)域降水有直接關(guān)系。3日凌晨100 m風(fēng)速較之2日偏弱，且風(fēng)向?yàn)槲髂舷?，此時(shí)顯著的特點(diǎn)是大風(fēng)速范圍垂直向上伸展，對(duì)應(yīng)于實(shí)況850 hPa西南風(fēng)風(fēng)速的顯著增大，有利于暖濕水汽沿西南急流向內(nèi)陸輸送，粵西沿海只出現(xiàn)了一些分散性陣雨，強(qiáng)降水落區(qū)主要集中在其東北方的珠江三角洲北部地區(qū)。因此，結(jié)合降水實(shí)況，粵西沿海的強(qiáng)降水與邊界層急流的關(guān)系更為密切。

圖8 2020年6月1日21時(shí)至3日20時(shí)陽(yáng)江風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)羽圖(間隔1 h)

上述大氣環(huán)流的演變導(dǎo)致兩日內(nèi)物理量場(chǎng)也有所差異，從2日降水發(fā)生前(圖9a)和3日凌晨(圖9b)陽(yáng)江探空?qǐng)D來(lái)看，探空站位于強(qiáng)降水區(qū)南側(cè)，兩個(gè)時(shí)次K指數(shù)相當(dāng)，分別為38.2℃和38.4℃，均超過(guò)強(qiáng)對(duì)流天氣閾值35℃。大氣可降水量分別為64.4 kg·m-2和74.2 kg·m-2。對(duì)流有效位能(CAPE)值差異較大，分別為1777.6 J·kg-1和600.1 J·kg-1，對(duì)流抑制能(CIN)值則是后者大于前者。此外，3日凌晨地面溫度較2日低了約3℃，且存在逆溫現(xiàn)象?？傊?日和3日凌晨,陽(yáng)江附近的大氣層結(jié)均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但2日凌晨較之3日更為不穩(wěn)定，3日對(duì)流的觸發(fā)需要更強(qiáng)的抬升條件，即2日更有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖9 2020年6月(a)2日02時(shí)和(b)3日02時(shí)陽(yáng)江探空?qǐng)D

綜上所述，在弱高空槽和副高的影響下，低空西南急流和邊界層偏南急流的演變是2日和3日陽(yáng)江及附近粵西沿海地區(qū)是否產(chǎn)生降水的重要影響系統(tǒng)，而2日凌晨由于南海西北部邊界層偏南急流脈沖形成的風(fēng)速輻合是陽(yáng)江附近強(qiáng)降水的關(guān)鍵原因。

4 觸發(fā)和維持機(jī)制

4.1 雙低空急流動(dòng)力抬升作用對(duì)比

從第三節(jié)可知，2日粵西沿海處于850 hPa西南急流后部和950 hPa偏南急流前端，這種大氣環(huán)流形勢(shì)將導(dǎo)致該區(qū)域上空對(duì)流層低層自下而上形成輻合-輻散的垂直配置，另一方面，邊界層偏南氣流夜間加強(qiáng)形成風(fēng)速脈沖，使得其前端風(fēng)速輻合加強(qiáng)(Wu et al，2020a)，二者共同作用使得底層暖濕水汽的輻合抬升，造成粵西沿海大氣層結(jié)不穩(wěn)定潛勢(shì)的增長(zhǎng)，但3日隨著對(duì)流層低層急流強(qiáng)度的明顯增強(qiáng)，使得粵西沿海形成暖濕水汽輸送通道，對(duì)流潛勢(shì)減弱。

為了論證這一特點(diǎn)，分別做2日和3日02時(shí)降水范圍內(nèi)(111°～113°E)平均的散度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)的垂直-經(jīng)向剖面。2日凌晨(圖10a)，粵西沿海自低層向高層表現(xiàn)為輻合-輻散交替特征，對(duì)應(yīng)明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)，此外，北側(cè)的下沉運(yùn)動(dòng)一方面使得粵西沿海不穩(wěn)定區(qū)域范圍受限，對(duì)流在較小的區(qū)域內(nèi)發(fā)生發(fā)展，另一方面加強(qiáng)了邊界層急流前側(cè)即粵西沿海地區(qū)暖濕水汽的堆積抬升，利于強(qiáng)降水的增強(qiáng)和維持；3日凌晨(圖10b)，隨著西南低空急流和邊界層急流的顯著增強(qiáng)和北推，粵西沿海邊界層輻合抬升較2日凌晨有所加強(qiáng)，且向北推進(jìn)，但700 hPa 以上垂直速度負(fù)值區(qū)明顯減弱，甚至轉(zhuǎn)為正值，低層北側(cè)正值區(qū)也較2日凌晨明顯減弱，對(duì)照?qǐng)D9b陽(yáng)江探空中CIN值為117.4 J·kg-1，自由對(duì)流高度為664.7 hPa，明顯高于700 hPa，即，3日凌晨陽(yáng)江上空有較強(qiáng)的對(duì)流抑制，上升運(yùn)動(dòng)未能突破自由對(duì)流高度，對(duì)流觸發(fā)條件較2日凌晨明顯偏差，不利于對(duì)流產(chǎn)生。因此，當(dāng)邊界層急流前側(cè)到達(dá)粵西沿海時(shí)，形成暖濕氣流的輻合抬升更有利于該地區(qū)對(duì)流的觸發(fā)，而當(dāng)雙低空急流顯著加強(qiáng)，邊界層急流前側(cè)超過(guò)粵西沿海伸展至珠江三角洲北部時(shí)，輻合抬升作用減弱。

圖10 2020年6月(a)2日02時(shí)和(b)3日02時(shí)111°～113°E范圍內(nèi)平均散度場(chǎng)(填色)和垂直速度場(chǎng)(等值線，單位：10-1 Pa·s-1)的垂直-經(jīng)向剖面

4.2 邊界層偏南風(fēng)風(fēng)向與地形作用

廣東沿海喇叭口、迎風(fēng)坡、局地低矮地形等對(duì)暖區(qū)暴雨起著非常重要的作用(林良勛等，2006；李博等，2013；何立富等，2016；Du and Chen，2019b)，但邊界層南風(fēng)風(fēng)向的偏差將帶來(lái)差異較大的降水落區(qū)和強(qiáng)度，朱乾根等(2007)指出當(dāng)山的坡度越大，地面風(fēng)速越大，且風(fēng)向與山的走向越垂直時(shí)，地面垂直運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。

陽(yáng)江市東部、西部和北部為群山所環(huán)抱，南面瀕臨南海，呈東北—西南走向的云霧山脈和天露山分別位于陽(yáng)江西部和東北部，東部與江門之間多為丘陵地貌，天露山海拔在500～1000 m，位于茂名市信宜縣境內(nèi)的云霧山脈最高峰大田頂海拔為1704 m。此次強(qiáng)降水落區(qū)主要位于云霧山脈東南側(cè)和天露山西南側(cè)的漠江沖擊平原和丘陵地帶。結(jié)合上述邊界層風(fēng)向的變化、雷達(dá)回波演變，以及圖11給出的單站降水和極大風(fēng)的時(shí)序圖，單站分別選取降水量最大的陽(yáng)江江城白沙氣象監(jiān)測(cè)站和風(fēng)廓線雷達(dá)附近的海陵島海洋氣象觀測(cè)站，綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，2日降水開(kāi)始前和初始時(shí)，陽(yáng)江附近以偏南到東南風(fēng)為主，3日凌晨較2日風(fēng)向發(fā)生明顯順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，平均風(fēng)向偏轉(zhuǎn)約20°～30°，以西南風(fēng)為主。即當(dāng)2日凌晨邊界層風(fēng)向以偏南分量為主時(shí)，風(fēng)向與山脈之間的夾角趨于90°，云霧山和天露山南側(cè)降水回波不斷發(fā)展，長(zhǎng)時(shí)間維持，且強(qiáng)度最強(qiáng)；3日隨著850 hPa低空西南急流向東擴(kuò)展，陽(yáng)江附近邊界層轉(zhuǎn)為以西南分量為主，此時(shí)風(fēng)向與山脈夾角減小，趨于平行，雷達(dá)回波圖上只有較弱的分散回波生成。

圖11 2020年6月1日21時(shí)至3日20時(shí)陽(yáng)江海陵島氣象監(jiān)測(cè)站逐時(shí)極大風(fēng)(黑色實(shí)線)、江城白沙氣象監(jiān)測(cè)站逐時(shí)降水量(柱狀)和溫度(紅色實(shí)線)

由上述分析可知，邊界層偏南急流與地形作用加強(qiáng)了此次強(qiáng)降水，這與王堅(jiān)紅等(2017)提出粵西沿海暖區(qū)暴雨多由偏南向型輻合線系統(tǒng)造成的結(jié)論一致，即陽(yáng)江附近地形對(duì)偏南型輻合線系統(tǒng)主要起到山脈地形正面阻擋和狹管輻合上升作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了大氣層結(jié)不穩(wěn)定。

4.3 冷池對(duì)降水維持作用

分析2日和3日凌晨1000 hPa水平熱浮力和沿112°E垂直熱浮力演變特征，可以明顯看出，2日02時(shí)對(duì)流初始觸發(fā)時(shí)(圖12a、12d)，在沒(méi)有冷空氣南侵的背景下，由于海陸熱力差異和邊界層急流加強(qiáng)，水平層上陽(yáng)江附近出現(xiàn)顯著的南北熱力差異，形成了明顯的中尺度熱力不穩(wěn)定鋒區(qū)，垂直層上表現(xiàn)為正負(fù)熱浮力之間較陡峭的鋒面，鋒面兩側(cè)正負(fù)值均較強(qiáng)，導(dǎo)致了較強(qiáng)的鋒面梯度；3日02時(shí)(圖12c、12f)，隨著對(duì)流層低層暖濕氣流的加強(qiáng)和北推，陽(yáng)江南北側(cè)熱力差異顯著減小，為很弱的冷熱對(duì)峙，此時(shí)熱力條件不利于對(duì)流維持。因此，陽(yáng)江北側(cè)冷池的存在有利于粵西沿海暖區(qū)暴雨的維持。

圖12 2020年6月2日(a,d)02時(shí)和(b,e)08時(shí),(c,f)3日02時(shí)(a,b,c)1000 hPa熱浮力(填色)和風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢)，及(d,e,f)對(duì)應(yīng)時(shí)次沿112°E熱浮力的垂直-經(jīng)向剖面

粵西沿海強(qiáng)降水從2日凌晨持續(xù)至上午，在此期間，陽(yáng)江白沙溫度變化如圖11所示，呈逐漸下降趨勢(shì)，降幅約為4℃，表明由于降水出現(xiàn)較明顯的對(duì)流冷池。再分析2日08時(shí)粵西沿海熱浮力演變特征(圖12b、12e)，此時(shí)陽(yáng)江北側(cè)冷池強(qiáng)度較02時(shí)有所減弱，但仍維持較強(qiáng)，且范圍擴(kuò)大，垂直方向鋒區(qū)更明顯，對(duì)流回波呈穩(wěn)定少動(dòng)態(tài)勢(shì)，地面10 m風(fēng)場(chǎng)上(圖13)也可以清晰地分析出由冷池出流和偏南風(fēng)之間形成的地面中尺度輻合線，在廣東短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中地面中尺度輻合線的維持是判斷降水是否持續(xù)的有力判據(jù)，冷池也對(duì)降水回波的發(fā)展和維持起著重要的作用。

圖13 2020年6月2日08時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)

因此，結(jié)合2日和3日冷池變化趨勢(shì)和降水實(shí)況對(duì)比，可以得出冷池與暖氣團(tuán)之間的中尺度鋒區(qū)的存在和維持有利于粵西沿海降水回波的發(fā)展和維持，是影響暖區(qū)暴雨長(zhǎng)時(shí)間維持的重要原因。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)比2020年6月2日和3日大氣環(huán)流背景場(chǎng)的異同特征，以及分析了粵西沿海強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制，得出以下結(jié)論：

(1)此次強(qiáng)降水過(guò)程夜雨特征明顯。初始對(duì)流在凌晨觸發(fā)，至中午減弱，降水集中時(shí)段為2日03—12時(shí)。

(2)此次粵西沿海暖區(qū)暴雨發(fā)生在弱高空槽和副高為主要影響天氣系統(tǒng)的背景場(chǎng)下，雙低空急流即低空西南急流和邊界層偏南(西南)急流的演變對(duì)2日和3日陽(yáng)江及附近粵西沿海地區(qū)降水發(fā)生發(fā)展和維持起著非常重要的作用，尤以邊界層偏南急流的加強(qiáng)是強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。

(3)當(dāng)?shù)涂占绷鬏S位于桂東，南海西北部上空的邊界層偏南急流在夜間加強(qiáng)，其前側(cè)達(dá)到粵西沿海時(shí)，形成輻合抬升有利于該區(qū)域?qū)α鞯挠|發(fā)，同時(shí)當(dāng)邊界層急流為偏南風(fēng)向時(shí)，陽(yáng)江附近地形對(duì)強(qiáng)降水的作用更顯著，但當(dāng)?shù)涂占绷黠@著加強(qiáng)且東擴(kuò)北收，邊界層急流轉(zhuǎn)為西南向，其前側(cè)超過(guò)粵西沿海伸展至珠江三角洲北部時(shí)，該區(qū)域輻合抬升作用減弱。

(4)陽(yáng)江北側(cè)冷池的存在和維持有利于降水回波的發(fā)展和維持，是影響暖區(qū)暴雨長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的重要原因。

本研究為低空急流發(fā)生時(shí)在相似環(huán)流背景下產(chǎn)生的迥異降水事件，通過(guò)對(duì)比分析，總結(jié)了此類天氣粵西沿海暖區(qū)降水的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，以期減少?gòu)?qiáng)降水的空?qǐng)?bào)和漏報(bào)。當(dāng)850 hPa急流軸位于兩廣交界附近，南海西北部邊界層急流開(kāi)始發(fā)展，且將在粵西沿海出現(xiàn)顯著的風(fēng)速輻合時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)速輻合區(qū)和沿海地形迎風(fēng)坡一帶強(qiáng)降水的觸發(fā)；當(dāng)粵西沿海上空850 hPa風(fēng)速明顯增加，且該區(qū)域處于低空急流軸后側(cè)，邊界層急流也進(jìn)一步增強(qiáng)，前側(cè)輻合區(qū)向內(nèi)陸推進(jìn)時(shí)，粵東沿海將處于低空暖濕氣流的輸送通道內(nèi)，大氣環(huán)流形勢(shì)不利于強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展。