2016年1月佛山一次冬季暴雨診斷分析

伍淑瑜，張偉強，招偉文

(1.廣東省佛山市順德區突發事件預警信息發布中心，廣東 佛山 528300；2.廣東省佛山市順德區氣象局，廣東 佛山 528300)

2016年1月佛山一次冬季暴雨診斷分析

伍淑瑜1，張偉強2，招偉文1

(1.廣東省佛山市順德區突發事件預警信息發布中心，廣東 佛山 528300；2.廣東省佛山市順德區氣象局，廣東 佛山 528300)

該文利用自動氣象站逐小時雨量資料、常規氣象觀測資料，以及NCEP1°×1°的6 h再分析資料，從環流背景、影響系統、物理量特征等對2016年1月26—28日佛山市出現的罕見冬季暴雨過程進行分析，結果表明: 持續的水汽輸送、高空槽長時間維持、冷暖氣流交匯以及副高的東退，是此次冬季暴雨的背景；這次冬季暴雨過程和超強厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應有關，同時低層輻合、高層輻散的強抽吸作用有利于持續降水發生；高低空配置有利于持續降水發生，但正負渦度場臨界高度較低，不利于形成強對流天氣；持續的高能量環境提供充足熱力條件以維持降水發生。

冬季；暴雨；診斷物理量；佛山

Abstract：Based on the hourly precipitation data of ground intensive stations,conventional observation data,as well as NECP 1°×1°reanalysis data,the heavy rainfall occurred during 26-28 January 2016 in Foshan city of Guangdong Province was analyzed,the result is shown as follows.Continuous water-vapor transportation,maintain of the upper though,convergence of cold and warm air and the back East of the subtropical high,which are the background of the winter rainstorm.This rainstorm is related to the enough supply of vapor which depends on the background of El Nino,the mean time,strong suction effect which is due to the convergence of lower level and divergence of upper level does favor to sustained precipitation;upper and lower level configuration makes for precipitation,but the height of the positive and negative vorticity field is low,is not conducive to the formation of severe convection weather;high energy environment provides adequate and continuous thermal conditions to maintain precipitation.

Keywords：winter;rainstorm;diagnostic physical characteristics;Foshan

1 引言

佛山地處廣東中部，珠江口西北側，春夏兩季西南季風影響，水汽條件充沛，動力條件充足，暴雨較為常見。但冬季主要受大陸高壓，冬季風(偏北)控制，空氣相對干燥，降水量全年最少，暴雨并不多見，僅占當地暴雨日的3.6%。近年來，氣象學者開展了許多關于暴雨方面的研究，并取得一系列重要的研究成果。有的文獻從大尺度環流背景、能量、單個物理量特征等方面分析探索暴雨過程的特點，如林良勛等[1]指出暴雨是廣東省洪澇的重要原因，影響的天氣系統有冷鋒、靜止鋒、西南低槽、低渦、切變線和低空急流等；張小霞等[2]在分析佛山一場大暴雨的強降水特征中指出，短波槽東移偏東氣流與暖濕西南氣流在廣東交匯，是形成大暴雨天氣過程的前提條件；張東[3]分析了廣州一次“黑色”暴雨的環流背景及觸發機制，指出高層南亞高壓位于華南上空使華南上空具有輻散流場，東路的低層弱冷空氣入侵是該次暴雨過程的動力觸發機制；羅聰[4]等分析了2010年廣州一次非典型性秋季冷空氣暴雨特征，并指出冷空氣入侵是觸發機制。有少量文獻從冬季暴雨角度開展研究，如賈子冰等[5]通過對1998年廣東一場冬季暴雨的個例分析，指出廣東的冬季暴雨主要由冷空氣和南支槽引起，蘇百興等[6]分析200 hPa的強輻散場和中低層西南氣流的加強有利于冬季暴雨發生。

本文試圖利用自動氣象站逐小時雨量資料、常規氣象觀測資料，以及NCEP1°×1°的6 h再分析資料，從環流背景、影響系統、物理量特征分析2016年1月26—28日佛山市出現的罕見冬季暴雨過程，以期對今后類似的暴雨的預報和分析提供參考。

2 降水實況和環流形勢分析

2.1 降水實況

2016年1月24日超強寒潮影響廣東后，在環境氣溫仍較低的背景下，27—28日廣東中南部沿海同時出現大霧、暴雨等幾種天氣現象。佛山市從26日夜間到29日早上出現持續性降水，195個自動站錄得累計雨量均在100 mm以上，其中52個站達到200 mm以上(圖1)，降水中心在佛山市中南部地區。選取佛山市順德區地面氣象觀測資料分析逐時雨量(圖2)，這次降水過程小時雨強不大，均小于20 mm/h，但降水持續時間長，持續時間長達61 h，最長連續降雨時間長達32 h。

圖1 佛山市2016年1月26日20時—29日08時降水分布圖(單位：mm)Fig.1 The accumulated precipitation during 20 o’clock 26th to 8 o’clock 29th Jan 2016 in Foshan(unit: mm)

圖2 順德地面氣象觀測站(59480)2016年1月26—29日小時降水量(單位：mm)Fig.2 Hourly precipitation of Shunde meteorological observation station from 26th to 29th Jan 2016(unit: mm)

2.2 環流形勢分析

1月24日超強寒潮影響廣東并帶來歷史罕見降雪，25日500 hPa東亞大槽東移北收，南支槽發展，26—27日西南氣流加強，副熱帶高壓較為強盛，中心呈塊狀控制南海中部到西北太平洋，中心強度達592 dagpm。588線穩定維持在南海北部，廣東處于槽前西南暖濕氣流控制，為持續降水提供條件[7]。28日高空槽東移至中南半島，28日夜間副熱帶高壓主體東退至關島附近，南支槽加深東移，廣東處于西南急流區，有利充足水汽輸送(圖3)。

圖3 2016年1月28日08時—29日14時500 hPa高度場平均Fig.3 The average circulation situation on 500 hPa level from 8 o’clock 28th to 14 o’clock 29th Jan 2016

從850 hPa圖(略)可見，25日佛山受東北氣流控制，26日轉為偏南風，暖平流輸送明顯，一直到27日08時佛山處于西南風和偏南風的輻合區。27日白天到28日08時，輻合消失，對應降水減弱期。28日08時后高壓西南側東南風和西南風的輻合區從廣西東部東移，28日夜間輻合區移到廣東中部，佛山處于輻合區中心。從平均風場看出(圖略)，偏南氣流和西南氣流在廣東中部匯合。

地面海平面氣壓(圖略)看到25—26日佛山基本處冷高壓控制下，27日冷高壓變性，佛山處于東高西低的形勢場中，28日轉處鋒面低槽，29日鋒面過境，冷空氣影響。從海平面氣壓平均來看，廣東基本處于高壓區。

綜合地面到500 hPa環流形勢，持續的水汽輸送為暴雨的產生提供了水汽條件，高空槽長時間穩定維持提供動力條件，冷暖氣流交匯以及副高的東退，成為此次冬季暴雨的觸發條件。

3 物理量分析

3.1 水汽條件

與春季、夏季不同，冬季華南地區盛行東北季風，水汽條件不足，平均降水量處于全年低值區，一般較難提供持續強降水所需水汽，因此冬季暴雨不多見。然而，2015年受超強厄爾尼諾事件影響，夏季到秋冬轉換季，華南降水偏多，11—12月整層大氣水汽通量距平圖上反映出異常強的偏南風水汽輸送[8]。這次冬季強降水過程之所以能發生和超強厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應有關。

暴雨天氣通常伴有較強的水汽輸送，500 hPa高空圖顯示(圖略)26日08時T-Td<4 ℃的高濕區從東南半島東移至廣東，并一直維持到29日08時，即高層水汽充足。

從1 000～700 hPa水汽通量圖(圖4)看低層水汽情況。28日08時廣東沿海1 000～700 hPa有一個大于30g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量大值區，大量的水汽正通過東南風往珠三角輸送，水汽通道已經建立。

水汽通量的數值大小和方向只表示水汽的來源，要產生暴雨除了上空有充足的水汽供應外，還必須有水汽的累積。從水汽通量散度圖分析，佛山此時處于水汽輻合區，水汽通量散度值達到-80-6g·cm-2·hPa-1·s-1，說明佛山上空水汽正在不斷積累。

圖4 2016年1月28日1 000—700 hPa水汽通量和通量散度，箭頭表示水汽通量，色塊為通量值(單位：g·cm-1 ·hPa-1·s-1)；等值線表示水汽通量散度(單位：-10-6 g·cm-2 ·hPa-1·s-1)Fig.4 The vapor flux(color lump,unit: g· cm-1 ·hPa-1·s-1) and the vapor flux divergence(real line,unit: -10-6g·cm-2·hPa-1·s-1) on 1000-700 hPa of 28th Jan 2016

從沿113°E經向剖面的水汽通量散度圖看出，28日白天到夜間佛山(23°N)900～700 hPa的水汽輻合一直維持，而且處于水汽匯中心。白天開始900 hPa以下的水汽源從北向南延擴(圖5a)，到夜間(圖5b)，低層水汽輻散減弱，中低層水汽輻合增強，高層水汽輻散增強，這種低層輻合、高層輻散的強抽吸作用有利于持續降水發生。

圖5 2016年1月28日14時(a)和20時(b)沿113°E經向剖面水汽通量散度(單位：-10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.5 The meridional vapor flux divergence along 113°E(unit: -10-6g·cm-2·hPa-1·s-1)

整層大氣可降水量反映在有利的降水條件下，整層大氣最多可能產生的降水，整層大氣可降水量越大，說明大氣含水量越多，越有利形成暴雨。28日08時—29日08時整層大氣可降水量圖上看出(圖6)，廣東中南部地區處于可降水量大值區內，達到40 mm。

圖6 2016年1月28—29日整層大氣可降水量(單位：mm)Fig.6 Precipitation of entire layer during 28th to 29th Jan 2016(unit: mm)

3.2 動力條件

從沿113°E經向剖面看(圖7)，佛山存在低層輻合、高層輻散、有利于持續降水的高低空配置。從佛山的垂直運動和散度高度時間演變圖(圖8)看，28日白天中低層渦度大，850 hPa對應正渦度區；850～600 hPa對應負渦度區，有利于降水的形成[9]。但因為正負渦度場臨界高度較低，不利于形成強對流天氣[10]。另外，28日白天到夜間，對應持續降水時段，近地面層下沉運動很弱，850～300 hPa有上升運動，其中700～500 hPa上升運動較明顯。

3.3 熱力條件

從700 hPa風場和假相當位溫場疊加分析可以看出，28日08時起有一高能舌伸向廣東沿海并維持，28日14時假相當位溫值達342 ℃(圖9a)。這種持續的高能量環境反映當時熱力、條件充足，加上西南季風提供熱力輸送，對降水發生起較好的維持作用。直到29日08時假相當位溫值降低，中心值下降約6 ℃。

圖7 2016年1月28日08時沿113°E經向渦度剖面Fig.7 Meridional vorticity at 8 am 28th Jan 2016 along 113°E

圖8 28日08時—29日14時垂直運動(陰影)(單位：Pa·s-1)和散度(單位：10-5·s-1)高度—時間演變(沿區域113°E，23°N平均)Fig.8 The vertical motion(unit: Pa·s-1)and divergence(unit: 10-5·s-1)from 8 o’clock 28th to 14 o’clock 29th

圖9 2016年1月28日20時700 hPa風場和假相當位溫(單位：℃)(a)；假相當位溫和相對濕度沿23°N緯向剖面，等值線為假相當位溫(單位：℃)，填色為相對濕度(單位：%)(b)Fig.9 Wind fields and pseudo-equivalent temperature on 700 hPa level at 20 o’clock 28th Jan 2016

進一步分析θse垂直結構特征，從假相當位溫和相對濕度沿23°N的緯向剖面看，28日早上佛山600～350 hPa存在冷干區，低層和高層暖濕區(圖略)，28日夜間暖濕氣流從地面延伸至250 hPa(圖9b)，上空存在大范圍上升的偏南氣流，假相當位溫升高，濕層厚度大。29日08時冷空氣入侵，850 hPa以下濕區，以上冷干區，降水結束。整個降水中假相當位溫隨高度增加，大氣層結穩定[10]，因此整個降雨過程雨勢平緩，小時雨強不大。

4 小結與討論

①持續的水汽輸送、高空槽長時間維持、冷暖氣流交匯以及副高的東退，是此次冬季暴雨的背景。

②冬季暴雨的水汽條件尤為重要，這次冬季暴雨過程和超強厄爾尼諾天氣背景下充足的水汽供應有關。佛山處于水汽通道上，且上空有水汽匯，低層輻合、高層輻散的抽吸作用有利于持續降水發生。

③高低空配置有利于持續降水發生，但正負渦度場臨界高度較低，不利于形成強對流天氣。

④伸向廣東的高能舌配合西南季風為此次暴雨提供充足的熱力條件，以維持降水的持續發生。

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DiagnosticanalysisofawinterrainstorminFoshanJanuary2016

WU Shuyu1,ZHANG Weiqiang2,ZHAO Weiwen1

(1.Shunde Emergency Early Warning Release Center，Guangdong 528300,China；2.Meteorological Bureau of Shunde District，Guangdong 528300，China)

P458.1+21.1

B

1003-6598(2017)04-0030-05

2016-11-01

伍淑瑜(1979-)，女，工程師，主要從事天氣預報和氣象服務工作，E-mail：66966272@qq.com。