连续性暖区暴雨过程的诊断分析

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　　摘要    利用常规气象观测资料和ERA5逐时再分析资料，对2019年4月18—19日华南地区出现的一次连续性暖区暴雨过程进行了诊断分析。结果表明，此次暴雨过程主要是受气旋性环流切变、西南低空急流影响而形成的暖区对流性强降水天气过程。500 hPa副高呈带状分布，强度偏弱，位置偏南。气旋性环流自西向东影响了江南地区。华南地区地面呈东高西低的形势，广东始终处在地面低压前部偏南风的控制下。850 hPa和700 hPa受西南低空急流的影响，配合以风速或切变形成的低层辐合，高空200 hPa对应强的辐散流场;华南至江南一带南低北高的地势，对地面偏南风或西南风起到了很好的抬升作用，这些因素共同作用，形成了此次连续性暖区暴雨过程。
　　关键词    暖区暴雨;诊断分析;天气形势;物理量場
　　中图分类号    P458.3        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）17-0174-04                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Abstract    Using meteorological observation data and hourly reanalysis data of ERA5， a diagnostic analysis was made on the process of a continuous warm-sector torrential rain in south China during April 18-19， 2019. The results showed that the rainstorm process was mainly convective heavy rainfall in warm area under the influence of cyclonic circulation shear and southwest jet stream. The subtropical height of 500 hPa showed a zonal distribution with weak intensity and southerly position. The cyclonic circulation effected the regions south of the Yangtze River from west to east. The ground in south China was high in the east and low in the west， Guangdong was always under the control of southerly wind ahead of the ground low pressure. The 850 hPa and 700 hPa were influenced by the southwest jet stream and combined with the convergence of the lower layer formed by wind speed or shear， and the high altitude of 200 hPa corresponds to a strong divergence flow field. The south low and north high terrain from south China to the south of the Yangtze River plays a good role in lifting the southerly wind or southwest wind on the ground， and these factors work together to form the continuous rainstorm process in the warm sector.
　　Key words    warm-sector torrential rain; diagnostic analysis; weather situation; physical quantity field
　　暖区暴雨是华南前汛期降水的一个重要特色，降水强度大、局地性强、时效短、具有β中尺度、斜压强迫不明显的特点。刘瑞鑫[1]指出，切变线型、低涡型、南风型和回流型是产生华南暖区暴雨的主要天气形势。何立富[2]揭示出华南暖区暴雨有边界层辐合线型、强西南急流型、偏南风风速辐合型等3种天气系统配置及触发因子。张亚妮等[3]分析了高层动力强迫对华南暖区暴雨的影响。吴亚丽等[4]通过EOF和数值模拟对暖区暴雨的空间分布和可预报性进行分析。周兆丁等[5]做了暖区暴雨触发机制研究。每次暖区暴雨过程都不相同，有必要更加全面地探究华南暖区暴雨的形成机制。
　　2019年4月18—19日，华南地区经历了一次连续性强降水的过程，2 d的降水过程又可以分为3个不同阶段，均具有典型的暖区暴雨特征。此次连续性降水过程始于4月18日8：00（北京时，下同），止于19日20：00，先后出现了3个不同的对流系统影响了华南地区。因此，降水时段对应分为3段：18日8：00—24：00、19日2：00—8：00和19日11：00—20：00。 　　由图1a可见，18日8：00至19日2：00的18 h广东、湖南、江西的大部地区都出现了降水，湖南南部到江西西南部、广东北部到东部普降暴雨，粤北与江西交界的局部出现大暴雨，最大雨量超过100 mm。
　　在19日2：00—8：00的6 h累积降水量图上（图1b），广东全省降水量都很大，强降水区大致呈水平带状，自西向东伸展，其中粤西北、珠三角东部等2个降水中心的6 h雨量超过了50 mm。
　　在19日8：00—20：00的第3次强降水过程中（图1c），12 h累积强降水区位于粤北-珠三角-汕尾一带，其中，最强降雨出现在珠江口以北山地南麓，12 h累计降水最大量超过100 mm。
　　本文分析此次连续性暖区暴雨过程，探究其成因，为暖区暴雨的业务预报提供参考。
　　1    资料与方法
　　采用中央气象台和韩国气象局提供的高空和地面天气图、地面站点观测资料，以及ECMWF、Copernicus实验室共同提供的ERA5逐时再分析资料[6-7]，分辨率为0.25°×0.25°。
　　2    天气形势分析
　　2.1    500 hPa环流背景
　　4月18日8：00 500 hPa的高空（图2a），东亚高纬度地区呈两槽一脊型，东北一带的低槽槽前形成东北-西南向的锋区，位于黑龙江-长白山-渤海一带，地面锋线到达山东-江苏交界地区。中纬度地区大致呈纬向环流，并有短波浅槽活动;低纬度西太平洋副热带高压呈带状分布，5 880 gpm等高线横穿海南岛。在湖南境内有气旋性环流，对应的切变线自北向南纵贯湖南全省，并伸向广西北部边界，两广地带以偏西风为主。20：00 500 hPa东亚地区环流形势变化不大（图2b），但西风带系统整体缓慢东移，湖南境内的气旋性环流也向湖南东北方向移动、强度少变，对应的切变线影响到了湖南、江西、粤北地区，广东、广西两地大部分地区仍以偏西风为主。
　　19日8：00 500 hPa的高空（图2c），移到江苏附近的气旋式环流，强度稍有减弱，对应的冷式切变线从江苏向江西、粤东伸展，底部达到珠三角附近。20：00，气旋式环流移近长江入海口，华南地区受偏西气流控制。
　　2.2    地面气压场形势
　　在4月17日8：00的地面天气图上，江南到华南的广大地区受地面高压的控制，云南至西南地区是热低压影响，呈东高西低的态势。18日8：00，西南-华南-江南一带东高西低的气压场形势变化不大，但控制江南到华南地区的地面高压减弱东移入海，云南至西南地区的热低压影响范围向东扩展，两广、湖南和江西一带受高压后部、热低压前部西南气流的控制。西南风受地面弱切变和雪峰山-南岭地形抬升作用的影响，在广西北部到湖南南部水汽充足的区域形成辐合，逐渐有对流系统在发展。
　　在18日14：00地面天气图上（图3a），广西、湖南交界地带形成的对流系统逐渐东移，进入江西、粵北地区，强度增强、范围扩大。同时，受地形影响，在广东阳江沿岸附近，有新的对流单体形成。17：00，雷暴系统继续东移南下，强度增强，影响到江西中南部、广东北部地区，14：00形成于阳江一带的雷暴东移到达珠三角地区。晚上20：00（图3b），雷暴系统继续东移南下，强度持续增强，主要影响到江西南部、广东北部到东北部地区，雷达图上带状回波显示的飑线系统，给广东北部地区造成大风、强降水的雷暴过程。珠三角依然受雷暴单体的影响，对流性降水持续。18日23：00，雷暴系统东移南下的同时，强度开始减弱，主要影响粤东到福建省;20：00影响珠三角的雷暴系统东移减弱。同时，广东、广西、湖南交界的山区一带，向南开口的山谷迎风坡，由地形产生的偏南风的辐合和抬升，导致又有新的对流系统形成。19日2：00地面天气图上，前一日的雷暴系统继续东移减弱，对广东的影响趋于结束;3 h前形成的新的对流系统开始东移，逐渐开始影响粤西、粤北地区，但强度还不是很强。
　　19日5：00（图3c），雷暴系统迅速增强，影响到了除粤西南和粤东沿海地区以外的广东省大部分地区，雷达图上50 dBZ以上的强回波区呈带状自西向东控制着珠江口以北地区，给这些区域造成强降水。8：00（图3d）强雷暴东移南下，主要影响粤东及沿海地区，同时，粤西北又有新的雷暴发展。11：00地面天气图上，广东东部的强雷暴继续向东南方向移动，主要影响粤东沿海地区。粤西北新发展起来的对流系统开始影响珠三角地区，强度明显增强，给广东中部，尤其是珠三角附近地区造成新一轮的强降水。14：00（图3e）珠三角地区附近的强雷暴强度进一步加强，基本停滞在原地，继续给珠三角到粤东一带造成强降水天气。3 h后，这个对流系统开始向东移动，主要影响珠三角东部及其粤东沿海一带。19日20：00（图3f），东移的雷暴系统开始减弱消散，只有福建南部和粤东沿海地区还受到对流系统的影响，其他地区的天气开始转好，近2 d出现的暖区降水系统的影响趋于结束。
　　至此为止，华南地区共经历了3个不同雷暴系统造成的3次强降水过程，但2 d中，地面气压场形势变化并不大，都呈东高西低的特点，华南地区一直受低压前部偏南风的控制，水汽充足。
　　3    物理量场诊断分析
　　3.1    涡度场和流场
　　在4月18日8：00 850 hPa流场图上（图4a、b），副高东撤，西南、华南到江南一带均受西南季风的控制，在广西湖南交界地区和江西中南部一带有气旋性涡度形成。尤其在广西-贵州-湖南出现低空急流，且在广西-湖南交界和粤北山区一带，有西南风的风速辐合，极有利于这些区域对流系统的形成和发展。14：00（图4c）急流向东扩展，广东、江西一带均受西南低空急流控制，广西、湖南、广东交界的区域，处在急流轴左侧，气旋性涡度加大，又存在风速辐合，辐合加强，有利于上升运动的发展。到20：00，江西南部到福建中南部存在近似东西向的暖式切变线，切变线以南的西南风具有明显的风速辐合。因此，有利于江西南部到粤东北一带地区产生辐合上升运动。 　　19日8：00（图4d、e），江西出现闭合的气旋环流，切变线伸向粤北，广东全境都持续在西南低空急流的控制下。这种低空、超低空西南急流的建立与维持，为降水系统的发展与维持提供了能量与动力条件，对暴雨的形成与持续具有重要作用。14：00（图4f），江西的气旋性环流消失，在贵州-湖南-江西-浙江一线形成暖式切变线，广东处在切变线以南西南气流控制下，西南风中有脉动，在阳江、珠江口两地均出现气旋性涡度区，有利于局地对流系统发展。到20：00，贵州-湖南-江西一带暖式切变线稍有南压，广东在西南气流的控制下，气旋性涡度明显减弱，风速也有所减小，对流开始减弱、消散。由此可见，18—19日的强降水是在低空急流影响下形成的暖区暴雨。
　　在700 hPa流场和涡度场图上，18日8：00，安徽、江西、福建一带受弱脊控制，广西、贵州到湖南地区受西风槽影响，广东全域是偏西风。因此，广西北部到湖南中南部一带形成较强的气旋性涡度区，槽前的湖南-湖北一带西南风很大，有利于低层辐合抬升。14：00，安徽-江西-福建脊缓慢东移，广西-贵州-湖南一带大范围地区出现西南风，在江西一带受到脊的阻挡，转为偏南风，气旋性涡度增大，有利于湖南、江西、粤北交界处气流辐合抬升、对流发展。20：00，环流系统整体缓慢东移，由于受到安徽-江苏-浙江东移脊的阻挡，经西南、华南地区的西南气流在江西到广东、福建交界地区发生转折，由西南风转为偏南风。因此，在江西、粤东北到福建西北部地区形成气旋性涡度，有利于这一带对流发展。
　　19日8：00 700 hPa流场图上，两广地区主要受偏西气流形成的低空急流控制，在这股急流上有一些脉动，广西西部、粤西南、江西东南部都有正涡度产生，有利于辐合抬升形成对流。14：00，清远-佛冈、阳江一带都有正涡度产生，局地对流发展。20：00，广东全省转受弱脊反气旋流场控制，对流系统减弱消亡，降水结束。
　　3.2    200 hPa散度场
　　4月18日8：00 200 hPa散度场上（图5a），广西、湖南、广东三省交界的地区存在非常强的辐散流场（中心最大散度值超过10×10-5/s），形成强的高空抽吸作用，极有利于该地区对流的形成和发展。20：00（图5b），辐散区东移、稍有减弱，江西全境、广东东北部、广东与福建交界区域都出现高空辐散流场，最强散度中心分散在粤北与江西交界、粤东与福建交界的地區。
　　19日8：00，200 hPa高空的最强辐散中心出现在粤东与福建交界的沿海地区，以及珠江口以西到粤西沿海一带，前者的强度比18日20：00有所减弱，后者促进了广东西部新一轮强降水的发展。14：00（图5c），粤东到福建交界的辐散中心入海减弱，珠三角以西的强辐散流场东移，影响到汕尾到珠江口一带。20：00，江西、广东、福建地区上空没有出现强的高空辐散，流场较为平直。
　　3.3    垂直运动
　　18日8：00 500 hPa垂直速度图上，广西-广东-湖南三省交界的区域，出现强烈上升运动，最大垂直速度达-180 Pa/s以上，对应该地区此时刻正在发展的强对流天气。19日14：00，出现2个强的上升运动区：一是在粤东到福建沿海一带，二是位于珠三角地区，2个对流系统强度都显著加强，上升速度都超过了-180 Pa/s，这表明又一波强降水过程正在影响着广东中东部地区。
　　3.4    湿度场
　　4月18日8：00 850 hPa的高空，两广地区-贵州、湖南、江西-陕西、湖北构成一个从南向北的高湿区，比湿场均在10 g/kg以上，其最大值中心位于北部湾到广西南部，最大比湿超过16 g/kg，水汽充沛。19日8：00，高湿区范围向南收缩，大于14 g/kg的地区只出现在湖南南部和广东境内，珠江口附近和粤西是2个超过15 g/kg的最大值湿度中心，恰好对应这个时间段中正在发展的2个对流系统，保证了暴雨过程中的水汽供应。
　　4    结论
　　（1）此次连续性暴雨为暖区对流性强降水天气过程，主要受气旋性环流的切变、西南低空急流等影响而形成。
　　（2）此次暴雨过程中，500 hPa副高呈带状分布，强度偏弱，位置偏南;华南地区地面呈东高西低的形势，广东始终处在地面低压前部偏南风的控制下;对流层低层850 hPa和700 hPa受西南低空急流的影响，配合以风速或切变形成的低层辐合，高空200 hPa对应出现强的辐散流场，促进对流发展，相应区域的垂直上升运动非常强，形成对流性强降水。
　　（3）2 d的降水过程中，地面到低空一直维持了强劲的西南风或偏南风，降水区上空850 hPa的比湿在14 g/kg以上，水汽充沛，满足了形成暴雨的水汽条件[8]。
　　（4）广西、广东、湖南、江西一带自南向北不断增高的地势，对南风、西南风起到了很好的抬升作用，对触发对流及增强降水起到了积极的作用[9]。
　　5    参考文献
　　[1] 刘瑞鑫，孙建华，陈鲍发.华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究[J].大气科学，2019，43（1）：119-130.
　　[2] 何立富，陈涛，孔期.华南暖区暴雨研究进展[J].应用气象学报，2016，27（5）：559-569.
　　[3] 张亚妮，姚秀萍，于超.高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究[J].热带气象学报，2019，35（2）：166-176.
　　[4] 吴亚丽，蒙伟光，陈德辉，等.一次华南暖区暴雨过程可预报性的初值影响研究[J].气象学报，2018，76（3）：323-342.
　　[5] 周兆丁，陈芳丽，曾丹丹，等.广东前汛期一次锋前暖区暴雨触发机制分析[J].广东气象，2019，41（3）：1-4.
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　　[8] 廖移山，汪小康，邓雯，等.2014年4—10月我国主要暴雨天气过程简述[J].暴雨灾害，2015，34（1）：88-96.
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