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华南准静止锋暴雨特别是锋前暖区暴雨的形成机理比较复杂,一些强降水过程发生之前,影响系统并不明显,预报信号弱,常常导致预报失败。近年来,华南多次发生前汛期暴雨洪涝灾害,如1994年6月、1998年6月和2005年6月,给国民经济和人民生活造成了重大损失。
华南前汛期降水一般分为两个阶段,即锋面降水阶段和夏季风降水阶段。初步分析发现,上述三年的降水均发生在夏季风降水阶段,均引发了西江流域洪涝灾害,但是三年的雨情各不相同。尤其值得强调的是,2005年不仅在西江流域引发了洪水,而且在广东龙门地区发生了局地性非常强且连续三天日降水量在300 mm以上的特大暴雨,根据国家科技部国家重点基础研究项目(973)(编号:2004CB418300)“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”的需求,本文对这场本世纪最强的华南致洪暴雨开展研究。本文以2005年6月的华南致洪暴雨为主要研究对象,对其环流特征,粤、桂两地致洪暴雨锋前暖区环境场特征异同、广东地区β中尺度系统的活动和结构特征,广东地区B中尺度系统的触发机理等进行了研究和探讨,还将05年与98年和94年的致洪暴雨进行了对比,主要结论如下:
(1)05年经向型环流场对致洪暴雨有更大的影响:在华南前汛期夏季风降水阶段,5∞hPa环流场上经向型环流和纬向型环流,均可产生持续性暴雨,但以经向型更强。但又不能一概而论,因而要对具体环流作具体分析.经向型环流中又因东亚槽的位置不同分为东亚槽位置偏西的经向I型和东亚槽位置偏东的经向Ⅱ型。经向II型华南一般处于槽后脊前的位置,冷空气活动相对较强。经向I型冷空气活动较弱,但有时低纬度暖湿气流活动较强。纬向型环流中低纬度的气流较为平直,但是小槽波动频繁,弱冷平流和暖平流活动也可影响到华南地区。同时,本文还给出了近年来西江流域三次致洪暴雨的环流型:1994年为纬向型环流,1998年过程前一阶段为经向II型,后转为纬向型,05年为经向型I型。
(2)05年比其它年存在更明显的中低纬度相互作用:500 hPa上高纬度地区的阻塞形势有利于大尺度环流的稳定维持,且98年的双阻塞形势相对94年的单阻塞形势对大尺度环流的维持更加有利。05年高纬度地区无阻塞形势维持,因此在三年中降水维持时间最短。
有利于低纬度暖湿气流输送的环流形势相对于有利于弱冷空气输送的环流形势更有利于华南夏季风持续性暴雨过程,但弱冷空气的作用也不可忽视。05年暖湿气流和弱冷空气活动都相对较强,因此,其降水强于98年和94年。表明05年暴雨期间存在明显的中低纬度系统相互作用。
98年和94年云团多由西向东移动,而05年云团多由广西地区向东南方向移入广东地区。这是因为05年东亚槽线位于112° E附近,这相对于纬向型和东亚槽位置偏东的经向II型而言,广西地区更易处于槽后脊前的西北气流控制下,500 hPa的引导气流方向有利于广西境内云团向东南方向移动,进而在广东地区进一步发展加强。
(3)05年粤、桂两地暴雨锋前暖区环境场异同及边界层特征的对比:广西地区雨带位置多移动,而广东地区降水局地性非常强,这与两广地区的云团活动特征一致,即广西地区的云团中心多移动,而广东地区的云团中心非常稳定。此外,由低层(925 hPa)风场分布可见,两广地区边界层均有风速的辐合,广东地区的风速辐合中心较为稳定,而广西地区边界层风速辐合中心多变,风速辐合区域对应降水雨带位置。可见边界层风场在华南降水中有非常重要的作用。
两广地区均为锋前暖区降水过程,所不同的是广西暴雨区恰位于锋线的南侧,而广东暴雨区距锋区稍远。准静止峰西段位于广西附近,其锋生相对东段地区(位于江西——福建一带)较弱。中层大气冷空气活动较强,但路径偏东,小片冷平流侵入广西地区,使得准静止锋西段多摆动,对应广西境内雨带的摆动。
就水汽供应而言,广西地区的水汽辐合主要集中在850 hPa以下的低层区域,略强于广东地区,但广东地区水汽输送层次较广西地区深厚。它们均与南海季风涌的活动有关。强降水发生时,两广地区低层大气均是位势不稳定的。但就降水阶段平均而言,广东低层大气的位势不稳定要强于广西地区。水汽输送条件和位势不稳定条件均有利于广东地区的降水强于广西地区。
(4)β中尺度系统的诊断与地面动力热力作用:本文充分利用雷达、卫星、自动站以及常规观测等资料对05年广东暴雨过程进行综合的天气学诊断分析和数值模拟试验,发现:
β中尺度系统是广东暴雨的直接制造者。它们多自西北向东南移动,在粤中停滞发展。β中尺度系统发展初期有很多结构更为细小的Y中尺度系统的活动,它们形成了带状扰动,逐渐发展合并而成为β中尺度系统。β中尺度系统低层风场辐合,高层风场辐散,这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持。
β中尺度系统的频发区,多见于地面风场东西向的辐合线、南北向的温度密集带和南北向的湿度密集带相交汇的地区。地面辐合线及其上的扰动,还有地面上较强的温度湿度对比的热力作用对于β中尺度系统的触发有一定的作用。地面资料也可能提供很多重要的信息,可以较细地揭示中尺度系统的活动与演变。
数值试验结果表明:伴随中小尺度地形的改变,近地层风场会有明显的变化,而且差异风场的散度场与模拟降水的增减区域对应较好。可见,地形不仅热力作用明显,其动力作用也很重要。辐射参数的改变会明显改变近地层温度梯度和风场,近地层温度梯度的减小减弱了地表热力不均匀状况,从而减弱了对降水中尺度系统的触发作用。
(5)在上述诊断与数值模拟研究的基础上,提出了一类华南前汛期锋前暖区暴雨的多尺度物理模型。
综上所述,由于具备了从环流到中尺度系统等多种有利的条件,使得2005年华南持续性的致洪暴雨得以发生。