廣州地區一次特大暴雨過程的降水特征和極端性分析

摘 要：利用廣州市452個氣象觀測站降水資料，分析了廣州市2023年9月7—8日特大暴雨過程中降水的時空分布特征及極端性。分析表明：本次降水過程具有累積雨量大、持續時間長、暴雨范圍廣、極端性明顯等特點，三個鎮街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前七名，多個測站打破歷史記錄，其中，番禺區國家觀測站的3 h、6 h、24 h、9月降水量均打破歷史記錄，9月總降水量是歷史平均值的4倍。降水的極端性主要是由持續時間較長的短時強降水產生的，強降水主要出現在9月7日夜間。強降水落區大致先是自東向西向南移動，然后長時間停滯在番禺地區，從而使得極端強降水中心主要出現在番禺區。

關鍵詞：特大暴雨；降水；極端性

中圖分類號：P458.121.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

隨著全球氣候變暖，大氣不穩定性增強，包括我國在內的陸地極端降水事件增多[1-2]。廣東省地處低緯，屬于熱帶、亞熱帶季風氣候區，南鄰南海，北依南嶺，地勢呈北高南低之勢。豐富的水汽輸送和地形作用，使得廣東暴雨發生季節之長、強度之大、頻次之多皆居全國前列[3]。廣東3 h、1 h極端強降水出現頻率呈上升趨勢，其中，1 h極端強降水頻率在后汛期呈顯著增加趨勢，廣州處于極端強降水頻次大值區[4]。

近年來，廣州發生了多次極端強降水事件，如在弱天氣尺度背景下暖區中發生的2017年5月7日（北京時，下同）特大暴雨過程、中層下滑槽配合低層切變線和低空急流產生的2020年5月22日特大暴雨過程等，多個測站刷新了廣州甚至廣東的歷史記錄[5-15]。

2023年9月7日至8日，廣州經歷了一次特大暴雨降水過程，多地出現嚴重的城市內澇現象，多個測站降水量打破歷史記錄。業務上幾個主要數值預報模式（ECWMF、NCEP和CMA）均未提前24、36、48、72 h預報出此次極端強降水過程，原因在于當前對極端降水發生發展的機理、多尺度系統相互作用的機制認識還不夠清晰。深入分析此次特大暴雨降水的時空分布特征和極端性，不僅有助于認識強降水及其變化特征，還為后續進行深入機理的研究提供基礎。

1 資料與方法

使用的資料為5個廣州市國家氣象觀測站和447個區域氣象觀測站建站以來的1 h降水量、2023年9月8日01：00～02：00和2017年5月7日05：00～06：05降水量，數據經過了質量控制。

降水等級采用中央氣象臺的定義標準，暴雨、大暴雨、特大暴雨對應的24 h雨量分別為50～100 mm、100～250 mm、≥250 mm，1 h雨量超過20 mm的降水定義為短時強降水。通過統計分析、對比歷史極端降水個例等，分析此次特大暴雨過程中降水的時空分布特征及極端性。

2 天氣過程概況

2023年9月7—8日，受臺風“海葵”殘渦和西南季風共同影響，廣州市出現了一次特大暴雨過程，暴雨以上降水覆蓋率高達97%，多個測站降水量打破歷史記錄。圖1為9月7日16：00—8日16：00累計降水量空間分布。由圖1可以看出，過程累積雨量大，大暴雨范圍廣。除從化區以暴雨量級降水為主外，其余各區以大暴雨及以上量級降水為主；強降水中心量級達特大暴雨以上，主要出現在番禺區。特大暴雨達76站（占比16.8%），大暴雨達276站（占比61%），暴雨達87站（占比19.2%）。

3 降水特征

3.1 降水極端性特征分析

統計分析發現，全市有3個鎮街24 h降水量破區歷史記錄，分別為：番禺區南村鎮（419.9 mm），天河區五山街（350.4 mm），海珠區華洲街（415.5 mm）。天河區五山街12 h降水量（288.9 mm）達到天河區所有測站建站以來最大值。海珠區華洲街3 h降水量（138.8 mm）達到海珠區所有測站建站以來最大值。番禺區南村鎮、海珠區華洲街、番禺區東環街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前7名。

番禺區國家觀測站（1959年建站）3 h降水量（8日02：00～05：00）156.4 mm打破了該站歷史紀錄，歷史最大3 h降水量為117.8 mm，此次過程超近40 mm；最大6 h降水量（7日23：00—8日05：00）252.5 mm打破了該站歷史紀錄，歷史最大6 h降水量為150.4 mm，此次過程遠超了近100 mm；最大12 h降水量（7日19：00—8日07：00）309.1 mm打破了該站歷史紀錄，歷史最大12 h降水量為285.9 mm，此次過程超了23 mm；最大24 h降水量（7日17：00—8日17：00）390 mm也打破了該站歷史紀錄，歷史最大24 h降水量為355.8 mm（1965年9月27日08：00—28日08：00）。番禺區國家觀測站2023年9月總降水量724.2 mm也破了歷史記錄，是歷史平均值（178.6 mm）的4倍。

進一步對比分析此次不同歷時最大降水值與廣州市歷史最大值（均出現在2017年5月6—7日），發現此次1、3、6、12、24 h降水強度均沒有超過廣州市歷史極值，但大暴雨及特大暴雨降水面積卻明顯大于2017年5月7日的特大暴雨降水過程（圖略）。2017年5月6日15：00—7日15：00全市平均降水量為74.5 mm，而2023年9月7日16：00—8日16：00全市平均降水量為168.1 mm。自2000年以來，此次過程平均24 h雨量僅小于2018年臺風“艾云尼”。廣州地區這種大范圍的大暴雨以上強降水過程通常是由臺風環流產生的，前汛期暖區和鋒面強降水范圍往往要比臺風的小。

3.2 降水強度及持續時間特征分析

從逐時最大降水量圖來看（圖略），24 h中有20 h最大時雨量達到短時強降水量級，8 h最大時雨量達50 mm，但過程最大時雨量僅為81 mm，出現在9月8日01：00～02：00。80 mm左右的時雨量在廣州地區每年汛期都會出現，所以不具有極端性。從圖2可以看出，短時強降水主要出現在9月7日夜間，夜雨特征明顯，是華南地區強降水的典型特征之一。短時強降水達50站次數以上的時間持續8 h，短時強降水站次數峰值出現在8日01：00，達168站次，占總測站數的37%。

選取24 h降水量排名前三的測站詳細分析降水逐時變化（圖略），排名第一的番禺區南村鎮短時強降水持續出現7 h，最大時雨量為58.9 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的69%；排名第二的海珠區華洲街短時強降水出現8 h，最大時雨量為65.6 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的69%；排名第三的番禺區東環街短時強降水持續出現7 h，最大時雨量為65 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的71%。進一步對比分析2023年9月8日過程與2017年5月7日降水過程最大小時雨量的分鐘級降水（圖略）發現，2023年9月8日01：00～02：00 5 min雨量主要集中在5～10 mm，最大值為9.6 mm，5 min 10 mm左右的降水在廣州地區每年汛期都會出現，所以不具有極端性；5月7日05：00～06：00 5 min雨量主要集中在10～20 mm，最大值為20.1 mm，5 min 15 mm以上降水持續35 min，2017年5月7日5 min雨量明顯高于此次降水過程。可以看出，此次降水過程無論是小時還是分鐘級的降水強度，都沒有出現極端性，總降水量出現極端性主要是由于短時強降水持續時間較長。

3.3 降水演變特征

從逐3 h降水圖來看（圖3），9月7日16：00～19：00降水分散，從化北部、增城東部開始出現50 mm以上降水，9月7日19：00～22：00 50 mm以上降水向西移動，范圍擴大，增城北部和西部、黃埔、從化南部出現50 mm以上降水，增城局部降水甚至達到100 mm以上，9月7日22：00—8日01：00，50 mm以上降水落區持續向西移動，且范圍向南擴大，8日01：00～04：00花都、白云區降水明顯減小，50 mm以上降水主要出現在廣州南部的番禺、南沙，降水強度較前期明顯增強，最強降水中心位于番禺區，番禺區多個測站出現100 mm以上降水，8日04：00～07：00 50 mm以上降水主要出現在番禺區，范圍明顯減小，從9月8日07：00起，全市降水整體趨于減小。顯然，因為短時強降水長時間停留在番禺區，從而使得極端強降水事件發生。

分析此次極端降水過程的環流形勢和中尺度對流系統（圖略）發現，強降水落區長時間停滯在番禺區的原因主要有2個：一是臺風“海葵”殘渦移動速度緩慢，強降水時段番禺主要位于殘渦東南側強的風向風速輻合區，而西南季風又不斷向殘渦環流東南側輸送水汽、動量，加上降水凝結釋放的潛熱使得殘渦在陸地上能夠長時間存在；二是番禺南部地區不斷有中尺度對流系統生成并向番禺區移動，存在明顯的列車效應，并且番禺區西南部和東南部的中尺度對流系統在移進番禺區時出現明顯的合并增強現象。

4 結論

利用廣州市實況降水量資料統計分析了廣州市2023年9月7—8日的特大暴雨降水過程中降水的時空分布特征及極端性，主要得出以下結論：

（1）此次特大暴雨降水過程具有累積雨量大、持續時間長、暴雨范圍廣、極端性明顯等特點。76個測站24 h降水量超過250 mm。番禺區南村鎮、海珠區華洲街、番禺區東環街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前七名。多個測站打破歷史記錄，其中番禺區國家觀測站的3 h、6 h、24 h、9月降水量均打破歷史記錄，9月總降水量（724.2 mm）是歷史平均值（178.6 mm）的4倍。

（2）極端強降水主要是由持續時間較長的短時強降水導致的，全市短時強降水達50站次數以上的時間持續了8 h，強降水主要出現在9月7日夜間。

（3）強降水落區大致先是自東向西向南移動，然后長時間停滯在番禺地區，從而使得極端強降水中心主要出現在番禺區。強降水落區長時間停滯在番禺區的原因是臺風“海葵”殘渦長時間存在且移動速度緩慢、中尺度對流系統出現合并加強和“列車效應”現象。

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收稿日期：2024-06-24

基金項目：廣東省氣象局科學技術研究項目（GRMC2022Q12）；廣州市氣象學會科學技術研究項目（M202204）。

作者簡介：文映方（1990—），女，貴州羅甸人，工程師，研究方向為天氣預報。