2014年5月23日广州大暴雨过程多尺度特征研究

摘要

4-6月份为华南前汛期,这一时期影响华南的冷空气逐渐减弱,西南季风加强,华南常常出现暴雨,甚至是大暴雨.针对华南前汛期暴雨的成因,气象学者开展了大量的工作.越来越多的研究表明,华南暴雨是多尺度天气系统相互作用的产物,是在有利的大尺度环流背景下,配合若干个中尺度降水系统持续影响所造成,中尺度系统对于暴雨的触发作用十分明显.在实际业务中,对中尺度系统准确的把握对于暴雨的准确预报是十分重要的.但由于受常规探测资料时空分辨率较低的限制,目前华南暴雨分析研究仍偏重于大尺度系统研究,对于中尺度系统,尤其是多尺度天气系统相互作用研究偏少,深度和广度也都不够.本文选取了2014年5月23日广州一次大暴雨过程,针对其大尺度环流背景以及中尺度系统变化进行了研究,可以为华南前汛期暴雨的短时及短期预报提供一些参考.2014年5月22日夜间到23日白天,广州市地区出现暴雨到大暴雨,局部特大暴雨,大暴雨中心出现在广州市中北部的从化、增城中北部、花都东部地区,部分地区的降雨量突破历史极值.全市共有61个测站雨量超过50mm,其中13个测站雨量超过250mm,27个测站录得雨量100-250mm,广州市的从化、增城、花都国家气象观测站分别录得277.7mm、154.4mm、79.2mm降水.全市降水极值出现在增城的派潭镇,降水量为477.4mm,超过历史极值.在此次过程中,强降水的时空分布并不是均匀的,不同地点强降水出现的时间、强度均有差异.本文选取了位于暴雨中心的从化站以及距离暴雨中心较近、但未出现短时强降水的龙门站,利用NCEP分析场资料、广州多普勒天气雷达、部署在两地的边界层风廓线雷达以及其他常规观测资料对此次过程环流背景、天气尺度系统进行分析的基础上着重对从化、龙门两地中尺度系统特征进行了研究,结果表明:(1)“5.23”大暴雨过程是多尺度系统相互配合的结果.暴雨发生在“两槽一脊”环流背景下,高空槽与副高相互作用使得华南持续受短波槽影响.低层存在来自孟加拉湾以及南海的低空急流,为大暴雨的产生提供了充足的水汽条件.高层南亚高压使得华南上空风场辐散抽吸作用明显;(2)雷达特征表明,22日夜间开始广州地区不断出现零散的回波向西北方向移动,并逐渐加强合并.到23日早晨,回波呈西北-东南向位于广州东北部的从化-增城一带,强度进一步增强,最大反射率因子超过55dBz.从径向速度图上可以看到此时从化站上空西南风速加大,出现风速辐合,随后从化站出现短时强降水.此后西北-东南向的回波一直稳定少动,从径向速度图上可以对应着较明显的风速辐合,中午前后从化站上空出现明显的逆风区,风速辐合较强,回波强度进一步增强,最大反射率因子超过60dBz,有利于极端强降水的出现.23日下午,从化、龙门上空风速转为辐散场,强降水随之减弱结束.(3)风廓线雷达资料分析表明,从化站强降水开始前强风速不断下传,导致低空急流的建立及增强,从而使得上下层垂直风切变增大,正涡度环流加强,为暴雨产生提供了很好的动力条件,在水汽条件已经配合很好的情况下,触发了强降水的产生.在整个暴雨过程中,龙门站整层也以西南气流为主,开始阶段强风速区也逐渐下传,但与从化相比,下传的高度较高,同时持续时间也较短.虽然整个过程中水汽十分充沛,但由于高空能量下传较差,低层中尺度动力触发作用较弱,因此雨强明显减弱.(4)为了更进一步理解暴雨强度与低空急流的关系,引入了低空急流指数I=V/D,其中这里V为2km以下边界层急流中心最大风速(m·s-1),D表示为12m·s-1风速在该时次中的最低位置(km).结果表明低空急流指数的脉动与强降水的发生有密切关系,在从化站强降水发生前1-2个小时会迅速增大,强降水发生后则迅速减小,而在龙门站观测到的I值在整个降水过程中一直维持较低值,变化不明显.因此,I值的变化对强降水的发生有一定的指示意义(5)在强降水出现前的几个小时里,从化站低层垂直风切变逐渐增大,强降水出现前,出现了极值中心达到,强降水出现后低层的垂直风切变迅速减小.风场低层垂直切变的增强与强风速的下传具有较好的时间对应关系,说明正是由于低空急流的下传导致了风场垂直切变的增强,且局部垂直风切变要比平均垂直风切变大得多.从上面对低空急流、低空急流指数以及垂直风切变的讨论中可以看出,在短时强降水发生前,上述几个物理量都有明显的变化,对于短时强降水的预报具有一定的指示意义.在实际业务中,对于上述几项的准确把握将对提高强降水的短时临近预报能力具有重要的意义.