一次罕见的冬季暴雨过程分析

李厚伟， 周静， 周义昌， 翁佳烽

(肇庆市气象局，广东肇庆　526060)



一次罕见的冬季暴雨过程分析

李厚伟， 周静， 周义昌， 翁佳烽

(肇庆市气象局，广东肇庆526060)

摘要：采用Micaps资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)1°×1°网格资料，以及1960年1月—2012年12月肇庆市各县(市)逐日降水资料，统计了1960年1月—2012年12月各县(市)出现冬季暴雨情况，并对肇庆市有气象记录以来，首次12月份区域性冬季暴雨天气过程的天气形势图和物理量进行了分析，结果表明：① 该次冬季暴雨是在强盛的西南气流、低压倒槽和冷空气等多个系统的配合下产生；②来自南海和西太平洋旺盛的暖湿气流、较强的垂直上升运动、大气柱云水区的汇聚以及低层辐合高层辐散的抽吸效应为该次暴雨的形成提供了有利的物理条件。

关键词：天气学； 冬季暴雨； 区域性天气； 肇庆市

冬季是广东降水较少的季节，冬季暴雨更是小概率事件。长期以来，关于汛期暴雨已有了大量的研究，而对于冬季暴雨的研究比较缺乏，加强对该类天气的研究，总结其发生的规律、特征和预报指标[1-2]，对于提高预报准确率，提高公众满意度具有重要作用。苏白兴等[3]分析了广东的冬季暴雨，总结各个层次的天气形势，认为200 hPa强辐散场和中低层西南气流的加强是有利广东冬季暴雨的系统配置；郭亮等[4]研究表明，冬季强降水是在深厚南支槽、低空急流、较强冷空气和低层强切变线等多个系统的配合下产生的；凌颖等[5]提出产生冬季暴雨的物理条件与充沛的水汽、强烈的对流不稳定和辐合上升运动密切相关；叶海平[6]从地面到高层分析了能够产生冬季暴雨的天气形势；贾子冰[7]研究表明冬季暴雨发生前0～3 d，中层500 hPa往往有一个由干转湿的过程。本研究试图对造成冬季暴雨的原因作进一步探讨，为以后的冬季暴雨预报提供参考。

1资料来源及处理

本研究采用Micaps资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)1°×1°网格资料以及1960年1月—2012年12月肇庆市各县(市)逐日降水资料。

为了便于研究和统计，以天文因子为依据划分的季节12月至次年2月为冬季，因此本研究定义如下：①12月—次年2月某日降水量≥50.0 mm的雨日定义为一个冬季暴雨日；②当日降水量≥50.0 mm有3个测站或多于3个测站同时出现暴雨时，定义为区域性暴雨；③当日降水量≥50.0 mm少于3个测站同时达到暴雨，定义为局地性暴雨。

2暴雨过程概况及影响

2013年12月15—16日，受高空槽和冷空气共同影响，肇庆市出现了大雨到暴雨，局部大暴雨的降水过程。该次降水的主要时段为14日22：00—17日12：00(北京时，下同)，历时62 h，持续时间长，降水时间分布比较均匀，小时雨强不大，最大雨强为11.7 mm/h。15日08：00—17日08：00累积雨量大，超过100 mm有62站，平均雨量为109.9 mm，最大过程雨量为德庆悦城182.6 mm，成为历史同期(12月份)罕见的冬季暴雨。受连续性降水影响，12月16日凌晨05：00左右，位于国道321线103 km处山体塌方，至当日中午12：00，约有1 500 m3的山体蹦塌。该次强降水具有“持续时间长、累积雨量大、影响范围广”的特点。

3历史同期暴雨统计特征

统计1960年1月—2012年12月各县(市)出现冬季暴雨情况(表1)，结果表明：①冬季暴雨是小概率事件，肇庆市各测站发生冬季暴雨57次，其中最多四会13次，广宁最少7次。②冬季暴雨发生在1月的几率较大，发生在12月份的几率比较小，即冬季暴雨易发生在冬中，而冬初不易发生，其中德庆测站历史上12月份从未发生过冬季暴雨事件。③区域性冬季暴雨出现的几率比较小，52年中仅有3次，分别出现在1983年2月5日(四会、德庆、高要共3站同时达到暴雨)、1985年2月18日(怀集、封开、德庆共3站同时达到暴雨)和1992年1月4日(怀集、广宁、封开、四会、德庆共5站同时达到暴雨)。④近20年未发生过区域性冬季暴雨事件，并且有气象资料以来12月份从未出现区域性冬季暴雨。2013年12月16日，除怀集外共5站同时达到暴雨量级，怀集也达到大雨量级(49.4 mm)。因此，该次12月份区域性冬季暴雨实属罕见，是肇庆市有气象记录以来，首次12月份区域性冬季暴雨。

表1　1960年1月—2012年12月肇庆各县站出现冬季暴雨的次数

4暴雨过程天气形势分析

4.1500 hPa

2013年12月14日20：00，中高纬度的纬向环流逐渐转为经向环流，在80°—90°E、50°—60°N附近有高压脊发展，东北低压维持在东北以东的沿海地区附近，伴随着中高纬环流的调整，不断有小槽分裂南下东传，中低纬的经向度也逐渐增加，南支槽加深，肇庆市上空的西南风分量增大。15日20：00位于东北以东沿海的低压东移出海，在东北地区新的低压系统建立，中高纬贝加尔湖以西有阻塞高压逐渐形成，继续有小槽分裂南下东传，低纬位于95°E附近的南支槽继续加深并开始东移，肇庆市上空的西南气流继续加强，并且湿度明显增大。16日20：00中高纬度的阻塞高压崩溃，呈现两槽一脊型，中纬度的小槽和南支槽合并加深，并东移至105°E附近，肇庆市上空的西南气流继续加强，湿度也略微增大，此时高度场明显降低。17日20：00中纬度高空槽北段东移至118°E附近，南段东移减弱，肇庆市上空仍处于西南气流中，强度有所减弱，并且湿度减小，气压场高度达到最低。18日20：00中低纬高空槽东移出海，肇庆市上空转为偏西气流，并且湿度减小，气压场升高。

4.2700 hPa

2013年12月14日20：00，中南半岛西北部有一低压环流形成，北部的低压倒槽位于30°N附近，受其影响，肇庆市上空的西南气流加大。15日20：00低压倒槽从低压中分离出来，并南压东移至广西的西北部，肇庆市处于其槽前的强盛的西南急流中(风速达18 m/s)，并且湿度明显增大。16日08：00肇庆市上空转为偏南气流，并达到最大(风速达28 m/s)，20：00位于中南半岛的低压东北偏东移至贵州东南部，肇庆市上空的西南气流开始减弱，但湿度仍很大。17日20：00影响肇庆市的低压槽东移北抬，此时上空转为西北到偏西风。18日20：00低压槽东移至福建，肇庆市上空处于弱的偏西气流中。

4.3850 hPa

2013年12月14日20：00，低压位于中南半岛西北部，肇庆市上空处于东南到偏东气流中。15日20：00低压环流东移至北部湾，肇庆市受低压倒槽影响，上空以东南偏东气流为主，但高度场略有减弱，湿度略有增大。16日08：00低压环流东移至粤西上空，肇庆市上空高度场略有减弱，偏西地区由偏东风转为偏北风。17日08：00肇庆市上空已转为一致的偏北气流。

4.4地面场

15—16日冷空气主体位于蒙古西部，并且不断有冷空气渗透南下，华南地区等压线密集，肇庆市地面吹一致的偏北风，气压在1 020.0～1 022.5 hPa之间。17日仍受冷高压脊控制，强度减弱。

综合以上分析，造成该次罕见的冬季暴雨主要由于肇庆市上空500和700 hPa西南气流强盛，并且湿度较大，850 hPa受低压倒槽影响，地面则不断有冷空气渗透南下而形成的。

5暴雨过程物理量场诊断分析

通常暴雨的产生与大气中的水汽、层结状态及垂直运动等有关，所以分析暴雨发生前的水汽、动力条件等物理量场的分布特征，为今后预报冬季暴雨提供参考。

5.1水汽条件

该次暴雨过程的水汽输送方向主要为东南-西北方向，水汽来源主要为南海、西太平洋及孟加拉湾3支气流，其中来自南海和西太平洋的暖湿气流十分旺盛，为该次肇庆暴雨过程提供充沛的水汽。

水汽通量反映了暴雨过程的水汽来源，而暴雨落区以及雨量的级别则与水汽通量散度更为密切。由图1水汽通量散度分布可知：15日20：00(图1a)和16日08：00(图1b)肇庆市位于水汽辐合区中，低层850 hPa辐合强度较强，处于暴雨落区当中，高层200 hPa(图略)处于辐散区，肇庆上空整层大气存在抽吸作用，有利于水汽的垂直输送，且水汽源源不断地从南海、西太平洋及孟加拉湾输送到暴雨区，使得该次冬季暴雨过程能够持续较长时间，并且在16日03：00—04：00和11：00—18：00恰好都出现了强降水过程。暴雨区上空的大气十分潮湿，850 hPa 15日20：00云浮、茂名等地水汽通量都很大，16日广佛肇三地水汽通量最大，水汽通量大值中心逐渐东移，随着水汽的不断输送到肇庆，结合自动站雨量实况可知，16日肇庆降雨量开始增多并达到此次暴雨过程的最大降雨量。500 hPa(图略)肇庆市上空的水汽输送主要来自于南海，强烈的西南气流给中高层提供了充沛的水汽。

图1　12月15日20：00(a)和16日08:00(b)850 hPa水汽通量散度场(阴影，单位：×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1)

5.2垂直速度

12月15日08：00开始低层850 hPa上升速度开始增大，16日08:00(图2)维持，17日开始减弱。

图2　12月16日08：00 850 hPa垂直速度分布(单位：Pa/s)

700 hPa 14日开始速度转为上升(图略)，15

日维持，16日速度上升明显增大，并且上升速度的最大中心靠近肇庆市东部地区，中心最大上升速度为-0.15 Pa/s；17日上升速度区的中心位置向东移动，肇庆市上空开始转为下沉气流。500 hPa 15日上升速度中心位于清远(图略)，肇庆市处于上升速度为-0.05 Pa/s的区域；16日08:00肇庆市处于上升速度中心带区域，中心最大上升速度为-0.2 Pa/s；17日上升速度中心区向东移动至河源附近。

5.3大气柱云水

14日08：00开始在粤北、桂中北和中南半岛北部形成大气柱云水汇聚带，肇庆市处于其东南部边缘区域。15日有一个1.0 kg/m2中心区位于肇庆市上空。16日08：00肇庆市处于大气柱云水汇聚带上，其值上升至1.6 kg/m2。17日，大气柱云水汇聚带明显东移，肇庆市上空的大气柱云水值减小，介于0.4～1.2 kg/m2之间，且东南部大于西北部。18日08：00大气柱云水汇聚带东移出海，肇庆市上空其值为0(图3)。

图3　12月15—17日大气柱云水分布场(单位：kg/m2)

5.4散度场分析

850 hPa，15日20:00(图略)强辐合区位于中南半岛和广西，其次为粤北、粤中和粤中偏西地区，肇庆市上空的散度介于-1×10-5～-3×10-5s-1之间；16日08:00(图4)肇庆市处于强辐合区内，并且散度在小于-6×10-5s-1区域内，广西处于辐散区；17日肇庆市处于辐散区。500 hPa(图略)，15日肇庆市上空处于弱的辐合区，散度介于0～-3×10-5s-1之间；16日转为明显的辐散区，散度大于2×10-5s-1；17日，又转为弱的辐合区，散度介于0～-4×10-5s-1之间。因此低层辐合、高层辐散有利于降水的发展和持续。

图4　12月16日08:00 散度场(单位：×10-5s-1)

6结论

本研究采用Micaps资料、NCEP资料和NCAR资料，分析肇庆市历史同期罕见冬季暴雨过程，结果表明：

1)肇庆出现区域性冬季暴雨几率较小，52年中仅有3次，并且近20年未发生过区域性冬季暴雨事件，该次12月份区域性冬季暴雨是肇庆市有气象记录以来，首次12月份区域性冬季暴雨。

2)该次冬季暴雨是在强盛的西南气流(500和700 hPa)、低压倒槽(850 hPa)和冷空气(地面)等多个系统的配合下产生，并且从高层到低层湿度较大。

3)来自南海和西太平洋旺盛的暖湿气流，较强的垂直上升运动，大气柱云水区的汇聚，以及低层辐合高层辐散的抽吸效应为该次暴雨的形成提供了有利的物理条件。

参考文献:

[1]吴成表，夏园锋.一次隆冬大到暴雨过程分析[J].浙江气象，2006，27(3)：5-9.

[2]罗律，李翠华，王天龙.一次冬季连续性暴雨过程诊断分析[J].安徽农业科学，2010，38(28)：15738-15742.

[3]苏百兴，段朝霞，梁健.广东省隆冬季节暴雨及个例分析[J].广东气象，2001，23(4)：4-6.

[4]郭亮，麦柳霞，胡建明.防城港市2010年冬季连续性暴雨过程小析[J].气象研究与应用，2010，31(S2)：57-58，72.

[5]凌颖，黄海洪，何慧等.广西冬季暴雨事件的特征及影响天气系统分析[J].广西科学院学报，2005，21(1)：47-50，55.

[6]叶海平.肇庆市冬季暴雨的气候统计浅析[J].广东气象，1999，21(1)：8-9.

[7]贾子冰，罗秋红.1998年广东一场冬季暴雨的启示[J].广东气象，1999，21(4)：10-12.

收稿日期：2015-08-20

作者简介：李厚伟(1979年生)，男，工程师，本科，主要从事应用气象和行政服务审批等工作。E-mail：103380243@qq.com

中图分类号：P44

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.02.006

Analysis of a Rare Wintertime Heavy Rain

LIHou-wei,ZHOUJing,ZHOUYi-chang,WENGJia-feng

(Meteorological Bureau of Zhaoqing City, Zhaoqing 526060)

Abstract：Using the data of MICAPS, NCEP/NCAR reanalysis and daily rainfall data of different parts of Zhaoqing City from January 1960 to December 2012, we statistically studied the climatology of wintertime heavy rains for the same period of time. In addition to it, we also statistically studied the synoptic patterns and physical quantities associated with regional heavy rains of every December of the years and analyzed the first December regional heavy rain (in 2013) since the beginning of the local meteorological record. The result is as follows. First, this first December heavy rain was formed under the joint effect of a strong southwesterly airflow, an inverted low-pressure trough and cold air. Second, abundant amount of warm and humid airflow from the South China Sea and West Pacific, intense vertical ascending motion, the meeting of atmospheric columns of cloud-water and the sucking effect of low-level convergence versus upper-level divergence were physically favorable for the generation of this December heavy rain.

Key words：synoptics; wintertime heavy rain; regional weather; Zhaoqing City

李厚伟， 周静， 周义昌， 等.一次罕见的冬季暴雨过程分析[J].广东气象，2016,38(2)：25-28.