2020年5月31日珠三角暴雨过程的中尺度特征

李婵珠，蔡奕萍，张劲梅，莫伟强

（东莞市气象局，广东东莞 523000）

华南地处中国大陆南端，临近南海、孟加拉湾及西太平洋，水汽来源丰富，既受西风带系统影响，又受热带季风系统影响，年平均雨量大，暴雨日数多，汛期持续时间长［1-2］。因此，华南暴雨受到气象工作者的广泛关注，并开展了大量的研究工作［3-7］。华南前汛期降水在不同时期具有不同的性质［8-10］。前汛期初期主要为锋面降水，而前汛期后期受南海夏季风的影响，形成前汛期降水的又一个峰值阶段［11-13］。南海夏季风一般于5月中旬爆发，随后向北推进影响华南，产生季风对流降水，这时北方还时有冷空气南下，冷暖空气交汇造成锋面降水，在季风降水和锋面降水的共同影响下，5月下旬至6月中旬广东往往会出现大而集中的“龙舟水”［14］。“龙舟水”期间强降水频发，且具有局地性、突发性及活动规律多变等特点，是天气预报中的难点。目前，对“龙舟水”期间的降水变化特征及成因的研究取得了一定的成果［14-17］。

2020年5月31日08：00—20：00（北京时，下同），在西南季风天气背景下，珠江三角洲（珠三角）在12 h内出现多轮强降水，30个区域自动站过程累计降雨量达到大暴雨级别，主要落区在广州和东莞，广州最大累计雨量为增城区171 mm，东莞最大累积雨量为厚街镇229.3 mm（图1）。

图1 2020年5月31日08：00—20：00广东省累计雨量空间分布（单位：mm）

数值模式及主观预报对该次暴雨过程预报效果并不理想，造成了珠三角多市严重内涝和经济损失。本研究利用NCEP FNL每日4个时次的再分析资料（空间分辨率0.25°×0.25°）、广东省国家级地面气象观测站和区域自动站资料、新一代多普勒天气雷达产品资料等，对5月31日强降雨过程中尺度系统生成环境条件、触发机制以及雷达回波演变特征进行分析，以期为今后的广东暴雨分析和预报提供有益参考。

1 大气环流背景

该次强降雨过程是在高层辐散、中层弱波动过境、低层西南低涡东南侧的西南季风控制的天气背景下产生的。5月31日08：00珠三角地区处于高层辐散、中层500 hPa副高北缘的西南气流中。近地面受弱冷空气渗透影响，广东北部有北风南下，与南部的西南风在珠三角地区形成辐合，低层存在垂直上升速度大值中心（图略）。此时珠三角开始有零散的对流云团生成。14：00，珠三角高层的辐散区进一步加强，中层有弱波动东移影响（图2a-b），低层南部西南风加强，在广州北部到惠州一带形成切变线，造成强的辐合和垂直上升运动（图2c）。东莞西部也出现强辐合中心，与东莞的大暴雨落区对应。20：00低层西南季风加强并向内陆推进，珠三角的强降雨趋于减弱结束。

从5月31日08：00清远站t-logp图（图略）可见，湿层深厚，大气水汽含量充足，CAPE值达到1 960.1 J／kg，呈狭长型，说明不稳定层深厚，且08：00和20：00广东省中部地区K指数均超过36℃，说明中部地区长时间维持着不稳定层结，有利于中尺度对流系统的发展和维持。0～6 km垂直风切变较弱，不利于雷暴大风、冰雹等强对流天气发生，但弱的环境垂直风切变配合深厚的湿层，有利于强降水发生［18］。此外，从水汽通量来看，珠三角低层一直维持着水汽通量辐合，14：00随着沿海西南风的加强，水汽通量进一步增强，广州北部、惠州西部以及东莞西南侧出现三个强水汽通量辐合中心（图2d），江门和珠江口比湿超过14 g／kg的湿舌向陆地延伸，佛山和东莞正好位于湿舌前端（图略）。因此，西南季风为珠三角的强降水提供了充足的水汽和不稳定能量。

图2 2020年5月31日14：00各层物理量分布

对比数值模式预报的环流场（图略），ECMWF模式预报出中层副高边缘的波动及低层的西南风场，但未预报出珠三角高层的辐散及低层的风速和水汽辐合区，导致模式中的垂直上升运动及水汽偏弱，预报的降雨量比实况小，仅为中雨、局部大雨量级。而Grapes模式虽能预报出高层辐散及低层辐合，但其位置偏北，预报的强降水落区仅在广州北部，与实况也有较大偏差。

2 中尺度特征分析

2.1 多普勒雷达回波演变特征

1）广州强降雨雷达回波演变特征。

广州第1轮强降雨出现在08：30—11：18，广州西部不断有分散对流发展加强并向东北方向移动（图略），广州中北部地区连续3 h出现20 mm以上的强降雨，增城录得最大时雨量38.1 mm。11：30—14：30，佛山北部、肇庆东部和广州西南部不断有单体新生、合并加强并向东北方向移动，影响广州白云、黄埔和增城，广州出现第2轮强降雨，白云和黄埔3 h雨量达到100 mm以上。其中13：00佛山的3个新生对流合并强烈发展（图3a），与白云、黄埔两个对流风暴一起陆续影响广州中东部，造成50 mm以上的强降雨，白云录得最大时雨量71.7 mm。1.5°仰角的雷达径向速度图上可观察到12：30白云、黄埔出现几块中-γ尺度的负速度区，负速度区南侧形成较强辐合，13：00时负速度区合并成中-β尺度（图3c），随后强对流风暴后侧开始出现辐散区（图3d），北侧径向速度达到17.5 m／s，高度在1 km以下，为对流风暴后侧下沉气流导致的冷池出流，佛山北部、广州西南部近地面出现6～7级，局部8级的阵风。从强回波的反射率因子剖面图（图略）来看，回波中心强度达60 dBz，高度在2～3 km，回波质心在5 km以下，31日08：00 0℃层高度为4.5 km左右，大部分强回波位于0℃层以下，呈暖云降水的结构特征。15：36—17：30广州出现第3轮强降雨，肇庆与佛山的新生对流在白云区合并，强度迅速加强，随后与其他对流单体一起东移，影响黄埔和增城，增城出现50 mm以上的时雨量。

2）东莞强降雨雷达回波演变特征。

东莞第1轮强降雨出现在08：00—12：00，其西南部低层径向速度辐合区附近不断有对流生成并在东北移的过程中逐渐发展加强，持续影响北部地区（图略），使北部地区连续3 h出现40 mm以上的强降雨，企石镇累积雨量达123.9 mm。第2轮强降雨在12：00—15：00，东莞西南部再次出现低层辐合区，对流生成后迅速加强，且新单体不断在对流风暴移动方向后侧生成，形成后向传播，使强雷暴长时间影响西南部，造成厚街镇105.5 mm的1 h滑动雨量。在第3轮强降雨过程中（16：00—21：00），佛山附近先后有3个对流单体发展东移，呈东北-西南走向陆续进入东莞。从17：30雷达径向速度图上可见单体B、C嵌有气旋式涡旋（图3e），且维持两个体扫以上。单体B的涡旋旋转速度为13 m／s，达到弱中气旋标准［19］，单体C的涡旋在东移过程中进一步加强。18：06单体C发展成弱HP型超级单体（图3b），低仰角可观察到其前进方向前侧低层有“V”型缺口（图略），此时中气旋被强降水包围，旋转速度加强到17 m／s（图3f），达到中等强度中气旋标准。从单体C的垂直剖面来看（图3g），回波呈倾斜结构，低层出现弱回波区和回波穹隆，说明此时维持着强盛的上升气流，55～60 dBz强回波位于穹隆区上方。径向速度剖面图上中气旋的伸展高度达到6 km（图3h），超过风暴体的1／3。19：30单体C移到东莞东部后减弱消散，生命史达到2 h以上。随后广州南部又有新生单体发展东移，进入东莞后也发展成嵌有气旋式切变的强单体。在强单体和弱HP型超级单体的连续影响下，东莞自西向东出现了时雨量40 mm以上的强降水。

图3 2020年5月31日广州区域（a，c-d）和东莞区域（白色方框内）（b，e-f）雷达组合反射率因子（单位：dBz）和径向速度图（单位：m／s）；沿图b白色线段的雷达反射率因子垂直剖面图（单位：dBz）（g）；沿图f白色线段的径向速度垂直剖面图（单位：m／s）（h）

2.2 雷暴触发和维持机制

1）地面中尺度切变线作用。

分析5月31日地面自动站风场的变化（图4）可以看出，09：00佛山、广州西南部形成辐合区，东莞西南部、东北部到惠州一带存在中尺度切变线，辐合区附近不断有对流发展并向东北移，靠近东莞东北部-惠州的切变线附近时对流进一步增强。11：00，珠江口西岸西南风略有加强，佛山-广州的辐合和东莞北部-惠州一带的切变线维持，而东莞西南部的切变线消失，东莞西部已不再有对流新生，强对流风暴影响广州东部、东莞北部和惠州。13：00，珠江口西岸西南风进一步加强，出现12 m／s的风速脉动。佛山、广州的辐合区仍维持着，东莞西南部再次出现切变线且维持到14：00左右，而东莞东北部到惠州西南部的切变线移到惠州中南部到河源一带，此时东莞西南部不断有对流发展，造成东莞第2轮强降雨。16：00珠江口西岸维持强西南风，广州的辐合区已减弱，佛山南部到东莞又出现中尺度切变线并维持到19：00，切变线附近有零散单体发展并沿切变线东移，进入东莞后进一步发展成强单体和弱HP型超级单体。20：00切变线南压到深圳一带，同时随着850 hPa的西南季风向北推进，珠三角的强降雨趋于减弱。

图4 2020年5月31日09：00—20：00广东省地面风场演变

2）西南季风风速脉动作用。

西南季风的风速脉动是产生多轮强降水的重要因素之一。从增城站的垂直风廓线（图5）可以看出，地面到中层为深厚的西南气流控制，11：00—13：00中层出现了风向变化，从西南风转为西北风再转西南风，说明有弱波动过境，而低层在10：00—11：00和13：00—14：00出现了西南风脉动，正好对应着广州两次降雨加强的时段。深圳的垂直风廓线上，3 000 m附近在16：00—18：00也有弱波动过境。10：30，2 000～3 000 m西南风开始加强并向地面传播，12：00近地面出现13～14 m／s的脉动。13：00—14：00和17：00—18：00低层再次出现风速脉动，风速达到14～16 m／s，正好对应着东莞第2轮强降雨及第3轮强降雨开始出现强单体的时段。因此，低层西南风的风速脉动不断输送水汽和不稳定能量，使对流不断发展加强。除此以外，15：30—19：00增城站近地面从南风转为北风，而深圳站一直维持南风，说明处于两站之间的东莞持续受地面切变线的影响。

图5 2020年5月31日08：00—20：00广州增城站（a）和深圳石岩站（b）雷达风廓线

综上所述，冷空气的南下渗透诱发了近地面中尺度辐合系统并且长时间维持是该次强降水过程的重要触发因子，而低层西南气流的风速脉动为对流提供源源不断的水汽和不稳定能量，使对流风暴进一步发展加强，珠三角不断受到强雷暴的影响，造成了局部大暴雨。

3 结论

1）2020年5月31日强降水过程是在高层辐散、中层副高边缘弱波动过境、低层西南季风控制的有利天气背景下发生的。地面弱冷空气南下渗透，诱发中尺度辐合系统且长时间维持，不断触发中尺度对流系统，在中层西南引导气流下向东北方向移动，长时间影响珠三角地区，使得珠三角地区在12 h内出现了多轮强降水，其中广州、东莞累积雨量达到暴雨、局部大暴雨。

2）低层的西南风在珠三角地区形成风速辐合和水汽通量辐合，午后沿海西南暖湿气流加强，珠三角的辐合和水汽通量进一步增强，西南气流为对流提供源源不断的水汽和不稳定能量，且西南气流中多次出现风速脉动，在时间上与降水增强时段有很好的对应关系，说明西南季风的风速脉动是对流风暴迅速发展增强并维持的重要影响因素。

3）强降水过程以低质心的暖云降水为主，降水效率高。强降雨后期切变线附近生成的多个对流单体东移进入东莞后加强为嵌有气旋式切变的强单体和较长生命史的弱HP型超级单体，导致东莞自西向东出现强降水。