影响湘南地区的东风波特征分析

蒋丽敏，李青松，龙志宇

（永州市气象台，湖南永州 425000）

东风波是7—9月副热带高压（副高）北跳后在副高南侧偏东气流中存在的扰动，并自东向西移动。最早Rich［1］根据加勒比海观测资料，提出了经典的东风波模式，指出坏天气主要出现在波槽区和槽后；吴阳等［2］提出影响我国的东风波在西移过程中进入季风区，由于受到西南气流的影响，其结构和性质均发生了变化。许多研究也发现诸多与经典模式差异大甚至完全相反的东风波，特别在我国学者主要研究的西太平洋地区［3－5］。为满足预报需求，不同地区都对东风波有所研究，林确略等［6］分析近40年影响桂东南的东风波天气过程，把东风波分为典型东风波、切断类东风波、辐合带型东风波，并提出其预报着眼点；朱星球［7］等通过对影响江西的东风波过程进行研究，分析出深厚东风波和高层东风波的槽前、中低层东风波的槽后中层冷扰动区对应低层暖湿区是有利雷暴与强对流发展的区域。上述研究发现各地的东风波过程亦有不同之处。

湘南（湖南省永州市及郴州市）地处东风波影响的下游地区，是东风波影响湖南时最早受到影响的地方。在东风波影响下，晴雨和降水量级预报极难把握，再加上复杂的地形，更易出现局地性暴雨的漏报，深入了解东风波系统的特性对提高此类天气的预报准确率具有重要的意义。

1 资料与研究方法

利用2015—2019年常规观测资料和自动站加密资料对影响湘南的东风波过程进行普查，普查标准：我国南部地区500 hPa上有东南风与东北风的气旋性切变；切变线（槽线或诱生低涡）随时间向西移且有负变高配合；切变线（槽线或诱生低涡）附近没有已编号的热带气旋活动。同时满足以上3个条件的过程为东风波天气过程。利用NCEP再分析资料对东风波过程的形势场进行分析，并开展相关物理量的统计。

本研究采用湖南省地方标准（DB43／T232－2004）把永州、郴州两地市（共计21个国家站，762个区域站）区域内出现20：00—20：00（北京时，下同））的过程降雨量大于15县、7～14县、1～6县内出现暴雨或暴雨以上降水，分别定义为大范围、区域性、局部性暴雨过程；对仅出现了大范围大雨定义为大雨过程，对仅出现了大范围中雨的定义为为中雨过程，仅出现了小雨或无降水的定义为无明显降水过程。目前区域气象站逐年增加，未形成统一标准，为了研究方便，本研究定义县区多于3个区域气象站（为了去除可疑数据）或该县国家站出现暴雨或暴雨以上降水则称该县区有暴雨或暴雨以上降水。

2 湘南东风波过程基本特征

13次东风波过程中有7次出现在8月、4次出现在7月、2次出现在9月。大范围暴雨过程1次、局部性暴雨过程8次，占总数的61.5%；中雨过程2次、无明显降水过程2次，其中有2次过程出现了局地的雷暴大风，可见东风波引起的降水差异大，一般以局部性暴雨为主，常伴有雷暴等对流天气，出现雷暴大风的概率较低。

东风波随高度的变化、垂直运动及雨区分布如表1所示。由表1可以看出，影响湘南地区的东风波以深厚东风波（7次）和高层东风波（6次）为主，其中有8次降水出现在东风波波槽前（500 hPa槽线约在117°E附近）、4次在槽后、1次在槽线附近。湘南地区东风波过程中东风分量随高度的变化对降水落区影响大，增强时雨区位于东风波波槽前，减弱时雨区位于东风波波槽后，风力变化不明显时雨区位于东风波波槽后或槽线附近；波槽随高度的变化对地面风力有一定的影响，东倾时地面风力明显强于西倾，更有可能出现雷暴大风（实况略）。

表1 影响湘南地区的东风波随高度的变化、垂直运动及雨区分布

3 湘南东风波过程分析和分类

对13次东风波过程天气形势进行逐一分析并分类，可分为副高加强西伸型、带状副高型和其他疑难类型3类。

副高加强西伸型共出现6例，与此类东风波相关的降水特征如图1所示，由图1可以看出，强降水（≥20 mm／h）时段大多数集中在午后到傍晚。

图1 副高加强西伸型及带状副高型各时次雨量≥20 mm／h的总站次

如图2a所示，此类东风波过程的环流形势具有一定的特征：500 hPa上中纬度西风槽在35°N以北的地区，副热带高压主体在西太平洋上，脊线约在30°N左右，日本岛南部有时被592 dagpm线控制，在副热带高压西南侧有支东南气流，长江以南大部分地区风力弱，低层露点差小、湿度大，台湾海峡附近有东风波，波槽在东南气流加强时发展，随副热带高压西进逐渐西移入华南地区，湘南存在一定的水汽辐合，此时开始出现降水。

带状副高型共出现5例，此类过程最大小时雨量明显小于副高加强西伸型，每日雨量≥50 mm／h的站次也少，但≥20 mm／h站次较多，总体而言，此类过程降水强度较副高加强西伸型弱，雨势也相对较缓，各时次雨量≥20 mm／h站次分布较为均匀，其中凌晨到上午及午后到傍晚的站次略多于其他时段。如图2b所示，此类环境背景呈现如下特征：对流层上层200 hPa南亚高压呈带状盘踞我国长江流域上空，以东部型为主，其脊线大都在30°N以北（2017年9月24—25日脊线在25°N左右），500 hPa上，副热带高压亦呈带状控制我国中部地区，并西伸至高原上，脊线约在30°N左右，台湾海峡附近有东风波槽或其诱生出来的低涡在副高南侧偏东气流影响下逐渐西移，湘南地区露点温差小，湿层较为深厚，一般要出现暴雨地面前期存在负变压，850与500 hPa温差超过23℃，且降水强度受波槽位置及强度影响大。

图2 湘南东风波天气过程概念模型

副高加强西伸型与带状副高型的强降水预报着眼点存在较为明显的差异，副高加强西伸型强降水预报成败的关键是准确判断副热带高压西进和东风波波槽的移动速度，当500 hPa东风波波槽在粤闽沿海（槽前型降水）或波槽过境（槽后型降水），副热带高压西进的时间是预报东风波降水开始的关键，副热带高压西进快慢是一个重要预报指标。带状副高型强降水预报成败是东风波波槽或诱生低涡的位置及强度，当波槽或诱生低涡在华南中部或北部一带活动时更易出现大量级降水。另外，湘南地区两例局部性暴雨过程的形势场不同于上述两类东风波过程，其中一例副热带高压稳定的维持在沿海，另一例副热带高压逐渐减弱，与副高加强西伸型类似，两例主要降水时段集中在午后到傍晚。

4 东风波天气过程的物理量分析

从水汽条件（表略）来看，副高加强西伸型湘南绝大多数过程的低层最强水汽通量辐合中心值不高，带状副高型低层水汽辐合强度均大于副高加强西伸型，极值亦更强；副高加强西伸型水汽通量散度极小值一般出现在夜间，此类过程降水时段集中于午后到傍晚，相关性不大，降水可能与副热带高压西进后，午后到傍晚热力条件足有关，而带状副高型水汽通量散度极小值出现时段即是最强降水时段，跟东风波波槽影响湘南地区时段相关性大；比湿方面，两类都大且相差不大，925 hPa上副高加强西伸型略大于带状副高型；结合各次过程比湿和水汽辐合区的强度及范围与降水的量级存在一定的相关性，值得注意的是水汽辐合条件一般但低层比湿大的情况，可能造成局地强降水。

从动力条件来看，带状副高型的涡度、散度、垂直速度的平均值都强于副高加强西伸型，极值亦更强；涡度与降水量级和范围相关性较小，但高层出现正涡度极大值时要注意，目前有3例出现强对流天气，其中2019年8月21日出现的雷暴大雨过程，200 hPa上涡度中心强度达25.7×10－5s－1，良好的动力条件可能出现动量下传；带状副高型多数过程辐合中心出现在低层925 hPa附近，辐散中心在150 hPa附近，而副高加强西伸型无此现象，低层出现辐散极值值得注意，2018年7月24—25日，辐散极值中心就在925 hPa上，辐合极值中心在850 hPa上，加强了下沉运动，该次过程是13例东风波过程中出现雷暴大风站数最多的过程；最大上升速度层大多出现在700 hPa以下的对流层低层，当上升速度极值层不太低（高于850 hPa）且＜－1.0 Pa·s－1，同时水汽条件较好，过程出现50 mm以上的小时降水极值可能性大。

从热力和不稳定条件上来看，副高加强西伸型的假相当位温极大值与带状副高型相差不大，925 hPa上略高于带状副高型；出现暴雨的东风波过程中副高加强西伸型低层假相当位温值高或假相当位温梯度大，而带状副高型中低层假相当位温值皆高；带状副高型降水强度与假相当位温梯度大小相关性一般。

5 地形与东风波

地形对当地降水强度、落区和灾害天气都具有重要影响［8－12］，特别是东风带系统与地形关系密切。湘南处于罗霄山脉西侧，南岭纬向结构带上（图3a）。2016年8月12日的东风波过程中，14：00东风波引发的诱生低涡进入广东中北部山区（图3b），位于永州市东南部的降水中心最大累计雨量达132.7 mm，小时雨量最大达57.9 mm／h（12日14：00—15：00），该处位于湘南的萌渚岭－九嶷山系一带，携带西太平洋水汽的偏北气流与萌渚岭－九嶷山系相遇夹角接近垂直，且山脉坡度大，强降水中心主要出现在九嶷山北部。

图3 湘南地区地形图（填色为地形高度，单位：m）（a）和2016年8月12日14：00叠加地形（填色为地形高度，单位：m）的地面极大风向风速（风向杆，单位：m·s－1）以及未来6 h雨区（蓝色实线，单位：mm）及雨区极大值站（红色圆点）（b）

可见山脉走向与暖湿气流来向的夹角对强降水的分布有一定影响。此外，萌渚岭－九嶷山系一带附近在喇叭口地形下加强的偏东风和东南风与偏北风生成地形辐合线，中尺度系统的出现，使得降水云团的移动迟缓，低层暖湿气流抬升，降水增幅明显，在东风带系统影响下，因低层暖湿气流的风向从东北风到南风不定，使得山区两侧都有可能是迎风坡。总体而言，湘南特殊地形下东风波降水天气过程地形作用明显，预报业务中可以结合边界层或地面风场分布及地形特征进行适当的经验性订正，以改善预报效果。

6 结论

1）影响湘南的东风波天气以短时强降水为主，偶尔伴有雷暴大风，过程雨量以局部性暴雨为主，大范围暴雨过程少；降水具有较明显的日变化，主要集中于午后到傍晚；暴雨及以上量级降水落区与湘南复杂地形存在明显的相关性，暴雨中心主要出现在阳明山系、萌渚岭－九嶷山系、骑田岭、罗霄山脉与大庾岭交界处的山区。

2）就预报而言，是否有西南季风的配合是预报东风波暴雨的关键点，单纯东风波影响下的局部性暴雨很难在短期预报中做出正确预报，较大范围暴雨皆是与季风涌相互作用产生的；东风分量随高度增强时雨区位于东风波波槽前，减弱时雨区位于东风波波槽后，风力变化不明显时雨区位于东风波波槽后或槽线附近；波槽随高度东倾时地面风力明显强于西倾，更有可能出现雷暴大风。

3）湘南东风波天气形势主要分为副高加强西伸型、带状副高型和其他疑难类型3大类。副高加强西伸型的对流强度明显强于带状副高型，极端性、致灾性更强，且强降水日变化显著，主要集中在午后到傍晚，其强降水预报关键是准确判断副热带高压西进时间和快慢，特别是500 hPa东风波波槽在粤闽沿海（槽前型降水）或波槽过境（槽后型降水）时；带状副高型强降水相当平缓，其中凌晨到上午及午后到傍晚的降水强于其他时段，其强降水预报关键是东风波波槽或诱生低涡的位置及强度，当波槽或诱生低涡在华南中部或北部活动时更易出现大量级降水，此外925 hPa水汽辐合强度是一个重要预报指标，当其≤－6×10－7g·hPa－1·cm－2·s－1并在附近出现水汽辐合中心时，如果低层辐合高层辐散明显，且850 hPa比湿中心比湿≥17 g／kg时，出现暴雨天气的可能性较大。

由于自动站加密雨量数据资料时间长度有限且当前对于湘南东风波过程的研究较少，本研究对湘南东风波过程进行的初步研究与分析还有待完善，特别是在此研究过程中，发现东风波降水与地形关系密切，但每次过程中强雨区出现在不同的山区附近，这样的降水分布到底是天气系统影响还是山脉走向与暖湿气流来向的夹角等为主导，将是未来研究的重点。