2019年12月汕尾市一次冬季大暴雨的成因分析

李泳泽，程正泉，郭春迓，张毅

（1.汕尾市气象局，广东汕尾 516600；2.广东省气象台，广东广州 510640）

广东省的暴雨具有明显的季节性［1］，其中冬季暴雨比较少见。但近年来，在12和1月等少雨的月份也出现了几次冬季暴雨，并已有学者对其开展相关研究，如邓文剑等［2］分析指出，2013年冬季广东罕见持续暴雨过程是青藏高原附近“北脊南槽”环流形势下北方冷空气和来自南海、孟加拉湾沿南支槽前向东向北推进的暖湿气流持续交绥，并在局地形成异常经向垂直环流而形成；其他一些学者分别从气候［3］、天气［4－8］等方向对广东的部分冬季暴雨个例进行研究。由于冬季暴雨较汛期暴雨预报具有一定难度，因此对其个例分析并总结是有一定意义的。本研究对2019年12月29—30日汕尾市的一次与热带气旋相关的冬季大暴雨进行分析，以研究其成因。

1 天气实况

1.1 台风概况

1929号台风“巴蓬”2019年12月22日08：00（北京时，下同）生成于西太平洋，25日17：00移入南海；27日在南海中部西移并逐渐减弱，28日14：00中央气象台对其停止编号。28—29日，“巴蓬”虽然减弱，但根据可见光云图仍可对其残存系统中心进行定位，其中心28日14：00位于14.5°N，113.9°E；29日08：00位于14.7°N，111.4°E［9］，随后才填塞无法辨识。“巴蓬”在生命史中与汕尾市的距离始终在800 km以上。

1.2 汕尾雨量实况

2019年12月29—30日，受台风“巴蓬”残存系统和冷空气共同作用的海上倒槽雨带影响，汕尾市出现建市以来最晚的一次强降雨过程，其中陆丰市普降暴雨到大暴雨，最大点雨量为陆丰甲东（29日08：00—30日08：00的日雨量为144.6 mm的大暴雨）。粤东到闽南沿海台站普遍录得大雨到暴雨，内陆雨量迅速收敛（图1）。

图1 2019年12月29—30日雨量（单位：mm）时空分布

该次冬季大暴雨的特点为雨势较平缓、累积雨量大、东向西递减，与汕尾市汛期常见的暴雨在时空分布上有较大不同。

根据全市所有自动站的逐小时雨量观测，只有最大雨量点陆丰甲东镇附近在29日10：00—16：00的雨强＞10 mm／h，其余站点几乎没有，或仅有极少时次出现10mm以上时雨量，总体雨势平缓。而29日08：00，“巴蓬”的残存低压中心距离陆丰甲东约1 050 km。另外，该次大暴雨过程中未有明显的雷暴相伴。

2 环流形势简析

2019年12月29日08：00（图2a），500 hPa我国为两脊一槽形势，云南一带有南支短波槽东移，南海北部处在副高边缘；850 hPa南海为16℃以上暖区，自东海有冷舌指向闽粤交界沿海一带；925 hPa自西沙群岛向广东沿海存在一个热带低压（台风）倒槽，海平面气压场与925 hPa相似。天气图分析显示尽管是在冬季，但粤东沿海一带处在台风倒槽和冷空气共同作用下的不稳定环境之中。

根据NCEP／FNL的1°×1°再分析资料可知，29日02：00和08：00（图2b）自巴士海峡到南海东北部一带850和925 hPa均存在风速＞16 m／s的偏东风急流，并在粤东近海减速辐合。这支边界层急流的存在，与“巴蓬”残存系统与变性冷高之间的气压梯度有关，与500 hPa副高叠加海上变性冷高压的湍流下传有关，而台湾岛和吕宋岛之间的巴士海峡形成的狭管效应也有利于其维持。随时间的演变，“巴蓬”彻底减弱消失和短波槽东移，该急流减弱并东退。

图2 2019年12月29日08：00天气形势中分析（a）和NCEP／FNL再分析资料

3 物理量诊断

关于台风倒槽或台风相关的远距离暴雨，国内已有很多学者［10－14］开展过系统的或者具体个例的相关研究。

该次汕尾市冬季大暴雨过程的持续时间不长，且从暴雨区到中雨区的过渡范围大致只有50 km（陆丰南部到汕尾城区），鉴于时空分辨率问题，采用NCEP／FNL和ERA5再分析资料进行探讨。该次过程发生于冬季，其暴雨带限于粤东沿海一带，且在莲花山以东就完成过渡，与夏季台风外围环流或秋季台风倒槽形势不尽相同。

3.1 水汽条件

根据第2章可知，巴士海峡到南海东北部一带于2019年12月29日02：00—08：00期间盛行一支最大风速达18 m／s的偏东风边界层（925～850 hPa）急流，并在粤东近海减速辐合。根据汕尾周边的香港（45004）、汕头（59316）和河源（59293）的探空资料分析，沿海的香港和汕头的湿层高度和比湿值均比之前几日有明显改善，但内陆的河源则未有改善，显示这支偏东风急流的水汽输送未能深入内陆。汕头的边界层高度风速接近10 m／s，香港则风速较弱。

图3为华南周边地区的水汽通量和散度图，由图3可知，与边界层急流相对应，巴士海峡到南海东北部一带850和925 hPa上存在＞20 g／（cm2·hPa·s）的水汽通量大值区，虽然到粤东近岸有明显减弱，但在29日白天，粤东沿海850 hPa存在＜－50×10－7g／（cm2·hPa·s）的水汽通量散度负值中心，汕尾近海925 hPa也存在－35×10－7g／（cm2·hPa·s）的负值中心，显示在粤东近海海面和沿岸存在明显的辐合，相关雨带在海上形成并上岸影响粤东沿岸。29日夜间，随着“巴蓬”继续减弱，与台风残存低压相关的这支边界层急流迅速减弱消失，粤东沿海转为雨强较弱的稳定性降水。

图3 NCEP／FNL 1°×1°格点2019年12月29日08：00再分析资料

3.2 动力和热力条件

利用ERA5的0.25°×0.25°、逐小时高分辨率再分析资料来反映该次过程的大暴雨点附近的动力和热力条件（图略）。由散度场所示，在23°N，116°E（甲东附近），12月29日08：00在850 hPa高度出现强度＜－6×10－5s－1的辐合中心，其上空550 hPa高度有＞6×10－5s－1的辐散中心相对应；17：00在200 hPa高度出现＞10×10－5s－1的强辐散中心，20：00后700～800 hPa高度有＜－10×10－5s－1的强辐合中心。涡度场（图略）显示在29日17：00，甲东附近800 hPa高度存在＞10×10－5s－1的强正涡度区，250 hPa高度有＜－10×10－5s－1的强负涡度区相对应。这些动力条件在30日凌晨以后明显减弱，因此甲东＞10 mm／h的较强对流性降水主要在29日出现。

如图4所示，12月29日沿甲东附近的23°N纬线，边界层（大致对应925～850 hPa）自119°E—116°E存在一支风速接近12m／s的气流，并自东向西减速，这与第2章所述的边界层急流相对应，但因23°N稍北，风速弱于急流中心；假相当位温＞340 K的高值区也随着这股气流西传和抬升。29日08：00，119°E—118°E（台湾海峡）700 hPa附近风场存在波动，形成了一个次级环流，风速随高度明显增加，对应该区域一个垂直上升气流；到20：00上升气流显著减弱，但从850 hPa以上层面西传到达115°E（深圳到汕头）。而陆丰一带（116°E附近）的暴雨降水，主要介于08：00和20：00两个时段之间，据此判断从南海东北部到汕尾境内存在能量锋区，热力条件有利于降雨的维持；相关的垂直方向上的次级环流可能是强降水维持的一个原因。

图4 利用ERA5再分析资料绘制的2019年12月29日08：00（a）和20：00（b）沿23°N的112°E—126°E假相当位温

4 云图和雷达图

4.1 云图

根据风云2G气象卫星的红外和可见光卫星云图（图略）监测，12月29日白天，“巴蓬”减弱后残存的低压环流中心仍在南海西部一带活动，但云顶高度很低；其北侧外围云带已和锋面云带衔接，形成一个类似于台风倒槽与冷锋结合的云系形态，在粤东近海海面和南海东北部一带对流旺盛，云顶高度较高，云顶温度低。29日夜间，残存低压中心已无法辨识，原台风残存系统的云系逐渐和锋面云带脱离，影响粤东地区的锋面云带东移，总体对流强度减弱。至30日白天，锋面云带主体已从粤东过境，午后汕尾境内部分地区已转晴。

4.2 雷达特征

根据汕尾雷达的反射率因子监测，该次过程降雨回波的移动趋势是自海上从西南向东北移动，并非台风西移时其外围螺旋雨带随之逐渐西移的形态；回波强度普遍较弱，一般介于25～35 dBz，因此，陆丰地区的大暴雨降水主要是中等强度的雨带在较长的时间里形成“列车效应”而累积形成。由于台风残存系统在进一步西移时减弱消失，整体雨带并未向西大幅推进，因而形成了汕尾全市降雨量东多西少的特殊空间分布。

相关文献在台风暴雨过程中常常侧重于对中尺度天气系统的分析［10－14］。由于该次冬季暴雨的回波强度较弱，并在海上形成后北抬上岸，而海上实际缺乏观测资料，难以判断中尺度系统触发和生消的机制。根据汕尾雷达的速度和风廓线产品分析，该次过程汕尾附近900 m以下为东北到东风，显示有冷空气活动；从风向随高度顺转判断29日白天低空存在暖平流，结合图2a的分析，900～1 500 m汕尾一带风向由东转东南，而闽粤一带则存在冷舌，为台风倒槽形势下的冷暖气流交汇，有利于降雨的维持。而29日夜间到30日，风已变为随高度逆转，低空转为冷平流，此时降水性质逐渐转为完全的锋面雨带，雨强亦随之减弱。由于汕尾地区无探空资料，雷达风廓线产品可作为探空的有效补充（图5）。

图5 2019年12月29日14：00汕尾雷达风廓线产品

5 综合分析

综上所述，汕尾市该次冬季大暴雨是由热带气旋“巴蓬”相关的倒槽雨带及其后续演变带来。“巴蓬”减弱后其外围自巴士海峡到南海东北部引入的边界层急流，在粤东近海减速辐合抬升，形成回波后上岸带来局部性的对流性短时强降雨，该支边界层急流为该次大暴雨贡献了主要水汽。由于其主体位于海上并近岸减弱，没有形成海岸线的海陆辐合抬升，主雨区在海上，所以最后暴雨落区的空间分布仅限于沿海地区，而不像夏秋台风外围或者东风波等系统影响下，急流深入陆地并在莲花山等“雨窝”地带形成强辐合抬升进而出现暴雨的分布。

据此，进一步猜测立冬以后在南海活动的台风的倒槽影响粤东形成大雨到暴雨的关键预测因子即是巴士海峡到南海东北部一带的边界层急流。反查相似历史个例及相关的再分析资料，如1986年台风“IDA”、1987年台风“NINA”、1994年台风“AXEL”、2018年台风“天兔”等，均有类似的情况，其台风倒槽带来粤东的暴雨降水均和粤东近海的边界层急流相关。其中，“IDA”的个例925 hPa除巴士海峡方向的急流外，还有另一支闽粤沿海的急流与冷空气相关，为显著的台风倒槽形势，因此降雨很明显（图6）。

图6 1986年11月16日08：00 8622号台风“IDA”925 hPa风场（单位：m／s）

所以，今后秋冬季节预报粤东一带的台风倒槽或外围环流降雨时，需留意巴士海峡到粤东沿岸的边界层急流是否存在，及持续的时间和深入陆地的程度。

6 结论

1）由于1929号台风“巴蓬”罕见地于12月下旬仍在南海中西部活动，其相关的倒槽雨带及后续演变的云系给汕尾市带来一次冬季大暴雨降水过程，该次过程具有“雨势较平缓、累积雨量大、东向西递减”的时空分布特征。

2）通过物理量诊断分析，可知该次暴雨的水汽贡献来自于“巴蓬”引入的自巴士海峡到南海东北部的一支边界层急流，且动力和热力条件支持强降雨的维持。其中决定该次降水的最关键因子是925～850 hPa的边界层急流，其主体位于海上并近岸减弱最终导致陆地上的暴雨落区仅限于粤东沿海地区。

3）今后汕尾市乃至粤东沿海台站，在秋冬季节进行与热带气旋相关的强降水预测时，需要特别留意巴士海峡到粤东沿岸是否存在边界层急流及其持久和深入程度。