潮汕地区暖区暴雨分型及其环流形势特征

刘泳涛，万永建，陈映强，王洁瑜，林伟彬

（普宁市气象局，广东普宁 515300）

华南暖区暴雨一直是我国广大气象工作者研究的热点，20世纪70年代末黄士松等［1］首次提出华南暖区暴雨的定义：一般是指发生在距地面锋面200～300 km暖区一侧的暴雨，或者是发生在西南风和东南风汇合气流中，甚至无切变的西南气流里，但是不受台风等热带系统控制，揭示了暖区暴雨的许多重要认知。之后，我国进行了多次大型野外科学试验，深入研究并总结归纳了华南暖区暴雨气候特征、环流特征和中尺度系统等方面的理论［2-4］，为暖区暴雨精细化定量降水预报奠定了良好的基础。

相比锋面降水，暖区暴雨时空尺度小，低空多为南风气流控制，缺乏“锋面、切变、低涡”等斜压天气系统强迫，降水强度大，但预报信号弱［5］。林良勋等［6］根据业务实践和典型环流特征将前汛期暖区暴雨分为3类：回流暴雨型、高空槽型和强西南季风型；何立富等［7］总结提炼出3种华南暖区暴雨类型：边界层辐合线型、偏南风风速辐合型，以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子；刘瑞鑫等［8］在综合已有分类的基础上提出了一套面向整个汛期的暖区暴雨客观识别方案，将177例暖区暴雨事件分为切变线型、低涡型、南风型和回流型4类。此外，暖区暴雨的个例分析、气候特征、中小尺度触发机制、微物理过程变化等方面的研究也取得了不少成果［9-15］。

近年来，广东省人民政府提出建设“汕潮揭城市群”的世界级沿海都市带，推进“汕潮揭”同城化，构建点圈一体的城镇发展格局。潮汕地区处于莲花山脉南麓，南濒南海，地势自西北向东南倾斜，中南部以潮汕平原为主，东西两侧降水差异显著，但目前单独对潮汕地区的暖区暴雨研究仍不多见。为推动潮汕地区同城化，发挥气象防灾减灾第一道防线作用，有必要研究影响潮汕地区的暖区暴雨类型，分析不同类型暖区暴雨的影响程度和天气形势，以期提高对潮汕暖区暴雨的预报能力。

1 暖区暴雨的定义和筛选

所用资料包括潮汕地区（揭阳、潮州、汕头，下同）2009—2018年10个地面台站常规雨量逐日、逐时观测资料以及NCEP 1°×1°再分析资料。

目前，对于暖区暴雨的挑选仍然没有统一的标准，结合暖区暴雨雨强大、降水集中的特点，本研究首先参考汪汇洁等［16］对持续性暴雨过程的挑选方式：挑选出潮汕地区的强降水事件，即站点日雨量≥50 mm、连续3 h雨量≥30 mm且3个时次逐时≥5 mm，剔除受锋面降水和热带系统影响的个例。考虑暖区暴雨尺度小、局地性强，加之最远站点惠来、饶平相距104 km，仅单站出现上述情况便定义为一次强降水事件。

其次是暖区暴雨事件的筛选，参考黄士松等［1］、林良勋等［6］对暖区暴雨的定义：降水区域北部无锋面或距离锋面200 km以上，且又不受冷空气或冷高压脊控制时产生的暴雨。以代表站点（同个时次多站点满足强降水事件条件时降水最大站为代表站）所在经度做θse和温度平流的垂直剖面分析，确定锋面（θse密集区）、冷平流与降水的位置，以此挑选暖区暴雨事件。

1.1 暖区暴雨的时空分布特征

根据上述标准，统计可知，2009—2018年4—9月潮汕地区暖区暴雨共出现75次，最多年份出现了11次（2017年），最少年份出现3次（2012年）。暖区暴雨事件在月际变化上呈单峰型，主要集中在前汛期5—6月，6月出现次数最多（25次）。从日变化上看，暖区暴雨事件平均持续4～5 h，其中最长持续了10 h（2015年7月23日和2018年8月30日），接近50%暖区暴雨都是从夜间到凌晨开始，降水峰值也大多出现此期间。

潮汕背靠东北-西南走向的莲花山脉，与南阳山和大南山系大致构成了“人”字形地形，南濒南海，地貌上以平原为主。从图1可见，近10年暖区暴雨事件影响频次总体呈自西南向东北递减的趋势，站点出现次数最多为普宁（年均4.1次）；其次为惠来、揭西，这3个地方均与莲花山脉相邻。Wang等［11］指出华南海岸带如喇叭口、人字形分布的低矮地形非常有利于925 hPa的海洋超低空急流抬升以及中尺度对流触发，因此当边界层分别为（西）南风和（东）南风时，易在惠来普宁交界和潮阳普宁造成对流系统发展，造成不同的暴雨中心，同时也解释了平原居多的潮州、澄海为何很少出现暖区暴雨的原因。

图1 2009—2018年暖区暴雨影响频次分布（次／年）（a）和潮汕地区地形（b）

1.2 暖区暴雨系统分型

由于暖区暴雨的定义和发生机制尚不明确，分类结果也不尽相同。本研究结合林良勋等［6］、刘瑞鑫等［8］和业务实践情况，将其分为切变型、低涡型、南风型和回流型共4类，分析暖区暴雨起始时刻对应的850 hPa形势场及其对应暖区暴雨中心位置。

①第1类为切变型暖区暴雨（图2a），即暴雨区域位于850 hPa切变型以南的附近；

②第2类为低涡型暖区暴雨（图2b），即暴雨区域处于850 hPa低涡环流内部或附近；

③第3类为南风型暖区暴雨（图2c），即暴雨区域不受切变线和低涡直接控制，处于广阔偏南气流中的暖区暴雨；

④第4类为回流型暖区暴雨（图2d），回流型挑选结合低层存在变性冷高脊出海后，后部气流回流与西南风辐合触发，且降水区域主要受东风回流影响。

图2 切变型（a）、低涡型（b）、南风型（c）、回流型（d）暖区暴雨850 hPa流场（流线）和涡度场（填色，单位：s-1）

统计可知，潮汕暖区暴雨事件主要影响类型为切变型和南风型，分别为35和32次，低涡型和回流型出现次数最少，各为4次。切变型和南风型这两种类型在4—8月都出现过，但主要集中在5—6月龙舟水期间，分别对应出现13和11次，这是由于南亚高压北跳和西南季风爆发后，充沛的水汽和不稳定能量促使暴雨更易发生。在4—5月夏季风尚未爆发，冷空气减弱不明显，容易形成冷暖空气对峙，从而形成低涡。此外，冷高脊易出海变性回流造成强降水，因此回流型和低涡型多出现在4—5月。从空间分布上看，切变型、回流型和低涡型这3类暖区暴雨潮汕各地次数大致相同，南风型暖区暴雨则集中在靠近莲花山脉一侧的普宁、惠来、揭西三地，这可能与边界层多为（西）南风以及地形有关。

2 暖区暴雨影响天气系统及物理量特征

2.1 与200 hPa南亚高压、高空急流的关系

丁治英［9］指出华南暖区暴雨与高空急流、南亚高压有显著的相关性。统计可知，71%的暖区暴雨事件中200 hPa有高空急流和南亚高压与之配置，其中高空急流多出现在前汛期4—5月，而南亚高压出现次数最为频繁（35次，占比47%），尤其在龙舟水爆发期间，通常5月南压高压北跳到中南半岛附近，潮汕地区多处于脊线东或东北侧辐散扇形场中，加之南压高压的热力环流结构造成控制区内大气层结潮湿不稳定、对流活跃。从类型上看，多数切变型和南风型暖区暴雨均有南亚高压或高空急流与之配置，可见南亚高压和高空急流对这两类暴雨的显著影响。值得一提的是，均有75%的低涡型和回流型暖区暴雨分别出现在南压高压和高空急流的环流场中，但个例过少仍需进一步验证。

2.2 500 hPa高空槽和副高对暖区暴雨的影响

在500 hPa上则常伴随高空槽和副热带高压（简称副高）出现，高空槽前辐散气流极有利暴雨区域的水汽动力抬升，另外副高的活动也跟广东的暴雨密切相关，在前汛期，暴雨的发生一般出现在副高的西部或西北部边缘，根据500 hPa的主要影响系统分为3类特征：高空槽或波动、副高边缘、高空槽＋副高边缘，天气形势大致可分为中高纬高空槽分裂南下影响潮汕；南支槽东移影响潮汕；中高纬高空槽分裂南下后与南支槽结合影响潮汕；副高稳定维持甚至稍有西进，潮汕受副高西侧边缘（西）南风影响；副高稳定维持，高空槽或南支槽持续东移影响潮汕。从表1可知，98%暖区暴雨发生时500 hPa均有低值系统发展或副高与之配合，其中高空槽出现66次，表明槽或波动为暖区暴雨发生提供了有力的天气尺度条件，槽前正涡度平流和西南水汽保证了动力和水汽条件源源不断的产生。500 hPa副高边缘下南风型暖区暴雨出现次数最多（6次），而低涡型和回流型均出现在有高空槽的天气背景下，表明低涡型和回流型跟副高的联系并不密切。

表1 暖区暴雨的500 hPa影响系统分布 次

2.3 暖区暴雨中低层触发机制

暖区暴雨一般尺度为几十到几百公里，分析暖区暴雨时应主要研究中低层触发机制和物理量特征［6］。通过分析潮汕地区暖区暴雨发生时中低层天气系统表明，64%的暖区暴雨事件中潮汕地区位于切变线附近或南侧，表明切变线是暖区暴雨的最常见配置。另外，51%的暖区暴雨事件处于（西）南风风场中，这也是目前暖区暴雨预报的难点，仅有34%的暖区暴雨发生时出现（西）南风急流，38%的低层南风有明显的风速增大，更多暴雨发生时并没有明显风速变化特征，但有21%的低层南风出现近地面到850 hPa风向顺转，揭示了暖平流所带来的高温高湿能量触发了对流发生的指示意义。

从暖区暴雨分型来看，各类暖区暴雨常伴随着多个影响系统，如切变型暖区暴雨事件中3%受低空急流影响，28%的南风型暖区暴雨中潮汕地区北或西侧较远处出现切变线和低涡；50%的回流型暖区暴雨伴有切变线出现；低涡型暖区暴雨则有25%伴随着南风。

2.4 各类暖区暴雨的物理量特征

华南暖区暴雨发生往往具有良好的水汽、动力、热力条件，利用NCEP再分析资料挑选暖区暴雨出现前的最近时次、代表站点位置的物理量指标特征变化，通过正态分布和ANOVA方差分析挑选若干相关性良好的指标。挑选指标如表2所示，以RH850为例，切变型暖区暴雨850 hPa湿度均值为84%，100%和63%分别对应第25%和第75%分位值。

表2 暖区暴雨不同类型的物理量参数1）

结果表明，这4类暖区暴雨类型间的系统特征差异，并为暖区暴雨的预报提供一定的思路和着眼点。从水汽充沛条件上看，大部分的暖区暴雨水汽条件都比较充足，尤其在低层。另外，回流型暖区暴雨的850和925 hPa的水汽通量值明显偏低，在4～7 g·cm-1·hPa-1·s-1之间，切变型暖区暴雨925 hPa上水汽通量散度的表现最为优异；动力方面回流型暖区暴雨低层的风速大小和辐合程度明显较其他3类低，但在垂直风切变方面则远远大于其他3类，这可能与冷高脊变性出海后气压梯度较疏散有关；南风型暖区暴雨可关注Cape指数，但4类暖区暴雨的热力特征总体一致，但表明不稳定能量是暖区暴雨对流发展的驱动力，有着显著的指示意义。

3 结论

1）从时间分布上看，潮汕地区出现暖区暴雨次数约占暴雨总次数的33%，年均出现次数为7.5次，主要集中在前汛期的5—6月份；从空间分布上看，莲花山脉东侧的惠来、普宁等地在边界层南风辐合抬升的影响下，出现暖区暴雨的频次最高，而平原居多的潮州、澄海等地则出现次数较少。

2）潮汕地区暖区暴雨分为切变型、低涡型、南风型和回流型4类，其中切变型和南风型是潮汕地区暖区暴雨主要影响类型，占89%，这两种类型在4—8月都会出现，尤其集中在5—6月龙舟水期间。南风型暖区暴雨多集中普宁、惠来、揭西等地，表明边界层风向和地形对南风型暖区暴雨的重要性，而其他3类在潮汕各地出现次数则大致相同。

3）通过对暖区暴雨形势场反演，暖区暴雨出现常伴随南亚高压、高空槽和副高边缘等有利形势；切变线是暖区暴雨的中低层最常见配置，但南风降水仍是目前暖区暴雨预报的难点，可关注低空急流位置、南风风速脉动和风向辐合。

4）切变型暖区暴雨和925 hPa水汽通量散度配合最优，切变型暖区暴雨可关注Cape值；回流型暖区暴雨出现时的垂直风切变更为明显；热力抬升条件方面4类暖区暴雨的物理量特征基本一致，表明其显著的指示意义。