廣東省近50年冬季暴雨過程氣候分析

摘 要：選取1969年12月—2019年2月廣東省86個站點的日降水量數據及對應時段的美國國家環境預報中心再分析資料，分析廣東省冬季暴雨的時空分布特征、主要影響系統及物理條件。結果顯示：廣東省冬季暴雨的多發區有3個，與廣東省全年的暴雨中心相比位置稍偏北；廣東省冬季暴雨主要由中路冷空氣入侵、低層切變線或輻合區維持及西風槽影響所致；廣東省冬季暴雨發生的物理條件主要有充足的水汽、強烈上升運動和一定程度對流不穩定，與廣東省汛期暴雨相似，但其大氣層結相較來說更為穩定。

關鍵詞：冬季暴雨；時空分布；氣候特征

中圖分類號：P463 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

廣東省地處華南地區，屬熱帶和亞熱帶季風氣候區，季風氣候明顯。冬季盛行東北季風，低層受極地大陸氣團的控制、高層受西風槽影響，大氣層結穩定，非常不利于暴雨天氣的形成。因此，廣東省冬季寒冷干燥，是年內的晴冷少雨期。冬季暴雨過程可緩解秋冬季氣象干旱、增加水庫蓄水量，提前預報可讓農業生產趨利避害，使農業生產收益達到最大化。但就廣東省全年暴雨過程而言，冬季暴雨的發生是小概率事件，且其預報難度較大。

關于廣東省暴雨的研究，主要集中在對汛期暴雨的研究，其他季節暴雨（如冬季暴雨）則為個例研究[1-7]。

其中，賈子冰等[8]分析了廣東省一次冬季暴雨過程，提到廣東省冬季暴雨的主要影響天氣系統為冷空氣和南支槽，并指出冬季暴雨的維持時間不長，強度也不大。麥雪湖等[9]認為，低空急流輸送的水汽通道有水汽匯合、低層輻合高層輻散等有利配置，可為華南地區冬季持續性降水提供有利條件。謝龍生等[10]指出，冷空氣從中路南下影響廣東省，更有利于冬季暴雨的發生。李文奕等[11]、蘇百興等[12]也分別對廣東冬季暴雨個例開展研究，并取得了一定的研究成果。對此，對廣東1969—2019年的冬季暴雨天氣事件進行初步分析，以期增強對廣東冬季暴雨機理的認識，為提高廣東冬季暴雨預測的準確率提供依據，以促進氣象防災減災預警工作的開展。

1 資料和方法

按照氣候統計學方法，12—翌年2月定義為冬季，

并參照中國氣象規定，綜合考慮廣東省的氣候特點、地形地貌及發生冬季暴雨的小概率性，將廣東省發生在12—翌年2月的日降水量（20：00至翌日20：00）≥

50.0 mm的降水事件定義為冬季暴雨；將同一天有3個以上連片的站點或有5個以上分散的站點出現冬季暴雨的降雨日定義為冬季暴雨日；單次過程出現冬季暴雨日≥1 d，則稱之為一個冬季暴雨過程；并將單站日降水量分為≥50 mm（暴雨）和≥100 mm（大暴雨）兩個級別來判定冬季暴雨強度。

選取1969年12月—2019年2月廣東省86個地面觀測站的日降水量數據及美國國家環境預報中心再分析氣象要素（海平面氣壓、高度場、風場、相對濕度場）的逐日平均場資料（水平分辨率2.5°×2.5°），分析研究了廣東省冬季暴雨的時空分布特征、主要影響系統及其發生的物理條件。

2 廣東冬季暴雨特征

2.1 時間分布特征

據統計，1969年12月—2019年2月廣東省出現的冬季暴雨總日數為82 d，平均每年出現1.64 d冬季暴雨日；冬季暴雨年分布不均勻，在這50年中有30年冬季出現了暴雨，其中發生最多暴雨的年份為1982年（1982年12月—翌年2月），有9個暴雨日；1989、1997和2015年冬季次之，為5個暴雨日。

此外，廣東省冬季暴雨日數的月分布差異不大，為23～33 d，最多發生在2月，年均日數為0.66 d。

2.2 空間分布特征

2.2.1 冬季暴雨日數

由1969年12月—2019年2月廣東冬季暴雨日數年均值空間分布圖（圖1）可以看出：冬季暴雨日數分布總趨勢為自北向南遞減，粵北陽山、粵西陽春—恩平、粵東河源為冬季暴雨的高發區，年均暴雨日數為0.32 d以上，其中陽春—恩平冬季暴雨高發區與廣東全年降雨的暴雨中心一致，其余兩個冬季暴雨高發區較廣東省全年的暴雨中心偏北；暴雨少發區位于西南沿海的徐聞附近。

圖1" 1969年12月—2019年2月廣東省冬季暴雨年均值的空間分布特征（單位：d）

2.2.2 冬季暴雨強度

分析廣東省冬季暴雨平均降水量分布情況，其總趨勢為從北向南遞增，有兩個平均降水量高值中心：湛江到陽春沿海一帶和汕頭地區，平均降水量高達74 mm

以上?；洷钡貐^冬季暴雨過程平均降水量較小，表明冬季暴雨發生時粵北地區雨強比沿海地區雨強小。

2.3 暴雨天氣過程特征

2.3.1 區域性

在統計的82個冬季暴雨日中，單日出現冬季暴雨站數為3～19站、20～39站、40站及以上的氣象站，冬季暴雨天數分別為64、15和3 d，由此表明，廣東省冬季暴雨大部分是區域性的，全省范圍的冬季暴雨較為罕見。廣東省冬季暴雨出現范圍最大的一天為2016年1月28日，全省共82個站點有暴雨記錄。

2.3.2 持續時間短

統計的63次冬季暴雨過程中，暴雨持續的最長時間為3 d，而連續3 d的暴雨僅出現過4次，分別為1985年2月6—8日、1990年2月21—23日、1992年1月3—5日和2013年12月15—17日；連續2 d的暴雨出現了11次。相對汛期而言，冬季暴雨維持時間不長。

2.3.3 降雨強度小

在統計的冬季暴雨過程中，共1 034站次出現暴雨以上量級降水，年均20.68站次；出現大暴雨有67站次，年均1.34站次。單次冬季暴雨過程中，大多數是個別站點出現大暴雨，僅2016年1月28日有21個站錄得大暴雨降水?？梢?，冬季暴雨降雨強度相對汛期較小。

3 造成廣東省冬季暴雨的天氣系統

暴雨的發生發展是在特定的環流條件下，從地面到高空不同尺度天氣系統及有利地形共同作用的結果。據統計，1969年12月—2019年2月期間，廣東省冬季暴雨過程的主要影響系統為地面冷空氣、西風槽、切變線。

3.1 地面天氣系統

冷空氣一般有3條路徑入侵廣東?。豪淇諝庵黧w從105°E以西沿青藏高原東側南下，自西北向東南進入廣東省的為西路冷空氣；冷空氣主體從河套附近（105°～115°E）南下，經湖南省從正北方向侵入廣東省的為中路冷空氣；冷空氣到達華北地區后從華東地區南下侵入廣東省的為東路冷空氣。由美國國家環境預報中心再分析海平面氣壓日平均場資料發現，共有54次廣東省冬季暴雨過程受到冷空氣影響，其中中路冷空氣侵入廣東省有28次，東路冷空氣侵入廣東省有18次，西路冷空氣入侵廣東省有8次。

進一步分析發現，中路冷空氣影響的廣東冬季暴雨過程降水量、降水區域、持續時長比其他兩路冷空氣影響時大，這與廣東的地形地貌分布密切相關。廣東省北部地區為綿延的南嶺山脈，南部為平原地帶。受中路冷空氣影響時，由于南嶺的阻擋作用，鋒面移速減慢，且冷空氣越過山脈后，地面仍處于暖區中，導致暴雨發生時廣東省處在“上冷下暖”的層結中，加大了大氣層結的不穩定度，使冷暖氣團的交匯增強，有利于產生冬季暴雨；冷空氣從東路和西路南下時，山脈地形對其阻擋作用較小，氣溫及下墊面溫度下降快，在一定程度上抑制了冬季暴雨的發生。

3.2 高空天氣系統

廣東省冬季暴雨發生時，500 hPa主要受西風槽東移或槽前西南氣流影響。63次冬季暴雨過程有39次受西風槽系統東移過境影響，20次受槽前西南氣流影響。分析冬季暴雨過程的平均500 hPa高度場，西風槽影響時其槽的平均位置在107°E附近；受槽前西南氣流影響時西風槽的平均位置在孟加拉灣附近。無論是西風槽東移過境還是槽前西南氣流影響，都給廣東省輸送大量的西南暖濕氣流，為暴雨的發生提供有利的水汽條件。

觀察850 hPa風場發現，有37次冬季暴雨過程在發生前或期間有切變線維持在廣東省上空，3次為偏北風與偏東風在廣東省上空輻合，5次華南沿海有低壓活動。切變線類型有冷式切變（28次）、暖式切變（8次）、準靜止式切變（1次）。其中，冷式切變南側的偏南風風速≥8 m/s時，廣東冬季暴雨容易達到大暴雨量級，或出現大范圍冬季暴雨。

4 產生冬季暴雨的物理條件

此次研究發現，廣東省冬季暴雨發生的物理條件和汛期暴雨的條件較為相似：當偏南氣流強盛（提供充沛的水汽），對流不穩定（大氣相較汛期暴雨更為穩定）且上升運動強烈時，最容易發生冬季暴雨。

4.1 水汽條件

暴雨的產生和維持必須有足夠的水汽支持。廣東省冬季暴雨主要有2支水汽通道：來自孟加拉灣的西南通道和來自西太平洋和南海的東南通道。有33次冬季暴雨過程的水汽來源于西南通道，25次過程水汽來自東南通道。其中，西南通道比東南通道更強盛，累計降水量較大的冬季暴雨過程大多由西南通道輸送水汽，而影響范圍較廣、持續時間長的冬季暴雨過程則大多由東南通道輸送水汽。

水汽通量說明的是水汽來源，水汽通量散度則反映出水汽向某地的輸送和輻合[13]。分析低層的水汽通量散度場，發現每次冬季暴雨發生時，暴雨區上空和上游都是較強水汽的輻合區，輻合強度925 hPa比850 hPa

更強。

4.2 動力條件

從冬季暴雨過程的高低空平均散度場（圖2）及垂直速度場可看出，廣東省上空低層（850 hPa）有明顯輻合，高層（200 hPa）有強輻散，可為暴雨區帶來有利的動力抬升機制。垂直上升運動較強，均可到500 hPa，最高可達200 hPa層。強烈的上升運動與高空輻散、低空輻合相配合，促進了冬季暴雨的發生發展。

對廣東冬季暴雨過程平均渦度場進行分析，在

850 hPa廣東省處于正平均渦度區，200 hPa南海及華南地區上空是西南—東北走向的負平均渦度帶，該高低空配置有利于Ekman抽吸作用，從而加強上升運動。廣東冬季暴雨的渦度分布與暴雨區有較好的對應關系，這點與華南汛期暴雨較為相似。

圖2" 廣東省冬季暴雨850 hPa（a）和200 hPa（b）散度場的空間分布（單位：10-5 s-1）

4.3 大氣穩定度

陸秋霖等[13]研究指出，K指數對冬季暴雨的預報有一定的指示作用。分析1969年12月—2019年2月廣東冬季暴雨前期的K指數發現，暴雨前廣東省上空的K指數普遍由20～25 ℃上升至30 ℃以上，暴雨期間雨區上空的K指數大部分介于28～32 ℃，僅16次過程雨區上空K指數為32 ℃以上，1次過程雨區上空K指數為35 ℃以上。廣東省上空的K指數平均值在24～

30 ℃。冬季暴雨發生前廣東省的K指數有劇烈提高的過程，但與汛期暴雨發生時的K指數（＞38 ℃）相比要小得多，這表明發生廣東冬季暴雨時，暴雨區的大氣層結比汛期暴雨時要穩定得多。

5 結論

通過對廣東省1969年12月—2019年2月冬季暴雨的分析，得出以下結論：

（1）1969年12月—2019年2月廣東省出現的冬季暴雨日數為82 d，就冬季而言，暴雨的發生概率為1.8%，

即廣東冬季暴雨天氣事件是小概率事件。廣東冬季暴雨高發區在粵北陽山、粵西陽春—恩平、粵東河源。廣東省冬季暴雨多為區域性，持續時間短，降雨強度小。

（2）造成廣東冬季暴雨的主要影響系統為地面冷空氣、850 hPa切變線或輻合區和500 hPa南支槽。冷空氣從中路南下影響時，南嶺山脈的阻擋作用會加大了廣東省大氣層結的不穩定度，使冬季暴雨更易于發生；而

500 hPa西風槽在東移過程中向廣東輸送西南暖濕氣流，為冬季暴雨的發生提供有利水汽和不穩定能量條件。

（3）廣東冬季暴雨發生的物理條件與汛期暴雨相似：850 hPa上有水汽輸送及輻合，暴雨區上升運動強烈，可為暴雨區提供有利的水汽和動力條件，但廣東省冬季暴雨發生時的大氣層結比汛期暴雨時的大氣層結要更為穩定。

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收稿日期：2024-08-15

作者簡介：韋翠（1992—），女，廣東清遠人，工程師，研究方向為短期短臨天氣預報及專業氣象服務。