廣州地區(qū)一次特大暴雨過程的降水特征和極端性分析

摘 要：利用廣州市452個氣象觀測站降水資料，分析了廣州市2023年9月7—8日特大暴雨過程中降水的時空分布特征及極端性。分析表明：本次降水過程具有累積雨量大、持續(xù)時間長、暴雨范圍廣、極端性明顯等特點，三個鎮(zhèn)街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前七名，多個測站打破歷史記錄，其中，番禺區(qū)國家觀測站的3 h、6 h、24 h、9月降水量均打破歷史記錄，9月總降水量是歷史平均值的4倍。降水的極端性主要是由持續(xù)時間較長的短時強(qiáng)降水產(chǎn)生的，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在9月7日夜間。強(qiáng)降水落區(qū)大致先是自東向西向南移動，然后長時間停滯在番禺地區(qū)，從而使得極端強(qiáng)降水中心主要出現(xiàn)在番禺區(qū)。

關(guān)鍵詞：特大暴雨；降水；極端性

中圖分類號：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

隨著全球氣候變暖，大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，包括我國在內(nèi)的陸地極端降水事件增多[1-2]。廣東省地處低緯，屬于熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，南鄰南海，北依南嶺，地勢呈北高南低之勢。豐富的水汽輸送和地形作用，使得廣東暴雨發(fā)生季節(jié)之長、強(qiáng)度之大、頻次之多皆居全國前列[3]。廣東3 h、1 h極端強(qiáng)降水出現(xiàn)頻率呈上升趨勢，其中，1 h極端強(qiáng)降水頻率在后汛期呈顯著增加趨勢，廣州處于極端強(qiáng)降水頻次大值區(qū)[4]。

近年來，廣州發(fā)生了多次極端強(qiáng)降水事件，如在弱天氣尺度背景下暖區(qū)中發(fā)生的2017年5月7日（北京時，下同）特大暴雨過程、中層下滑槽配合低層切變線和低空急流產(chǎn)生的2020年5月22日特大暴雨過程等，多個測站刷新了廣州甚至廣東的歷史記錄[5-15]。

2023年9月7日至8日，廣州經(jīng)歷了一次特大暴雨降水過程，多地出現(xiàn)嚴(yán)重的城市內(nèi)澇現(xiàn)象，多個測站降水量打破歷史記錄。業(yè)務(wù)上幾個主要數(shù)值預(yù)報模式（ECWMF、NCEP和CMA）均未提前24、36、48、72 h預(yù)報出此次極端強(qiáng)降水過程，原因在于當(dāng)前對極端降水發(fā)生發(fā)展的機(jī)理、多尺度系統(tǒng)相互作用的機(jī)制認(rèn)識還不夠清晰。深入分析此次特大暴雨降水的時空分布特征和極端性，不僅有助于認(rèn)識強(qiáng)降水及其變化特征，還為后續(xù)進(jìn)行深入機(jī)理的研究提供基礎(chǔ)。

1 資料與方法

使用的資料為5個廣州市國家氣象觀測站和447個區(qū)域氣象觀測站建站以來的1 h降水量、2023年9月8日01：00～02：00和2017年5月7日05：00～06：05降水量，數(shù)據(jù)經(jīng)過了質(zhì)量控制。

降水等級采用中央氣象臺的定義標(biāo)準(zhǔn)，暴雨、大暴雨、特大暴雨對應(yīng)的24 h雨量分別為50～100 mm、100～250 mm、≥250 mm，1 h雨量超過20 mm的降水定義為短時強(qiáng)降水。通過統(tǒng)計分析、對比歷史極端降水個例等，分析此次特大暴雨過程中降水的時空分布特征及極端性。

2 天氣過程概況

2023年9月7—8日，受臺風(fēng)“海葵”殘渦和西南季風(fēng)共同影響，廣州市出現(xiàn)了一次特大暴雨過程，暴雨以上降水覆蓋率高達(dá)97%，多個測站降水量打破歷史記錄。圖1為9月7日16：00—8日16：00累計降水量空間分布。由圖1可以看出，過程累積雨量大，大暴雨范圍廣。除從化區(qū)以暴雨量級降水為主外，其余各區(qū)以大暴雨及以上量級降水為主；強(qiáng)降水中心量級達(dá)特大暴雨以上，主要出現(xiàn)在番禺區(qū)。特大暴雨達(dá)76站（占比16.8%），大暴雨達(dá)276站（占比61%），暴雨達(dá)87站（占比19.2%）。

3 降水特征

3.1 降水極端性特征分析

統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，全市有3個鎮(zhèn)街24 h降水量破區(qū)歷史記錄，分別為：番禺區(qū)南村鎮(zhèn)（419.9 mm），天河區(qū)五山街（350.4 mm），海珠區(qū)華洲街（415.5 mm）。天河區(qū)五山街12 h降水量（288.9 mm）達(dá)到天河區(qū)所有測站建站以來最大值。海珠區(qū)華洲街3 h降水量（138.8 mm）達(dá)到海珠區(qū)所有測站建站以來最大值。番禺區(qū)南村鎮(zhèn)、海珠區(qū)華洲街、番禺區(qū)東環(huán)街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前7名。

番禺區(qū)國家觀測站（1959年建站）3 h降水量（8日02：00～05：00）156.4 mm打破了該站歷史紀(jì)錄，歷史最大3 h降水量為117.8 mm，此次過程超近40 mm；最大6 h降水量（7日23：00—8日05：00）252.5 mm打破了該站歷史紀(jì)錄，歷史最大6 h降水量為150.4 mm，此次過程遠(yuǎn)超了近100 mm；最大12 h降水量（7日19：00—8日07：00）309.1 mm打破了該站歷史紀(jì)錄，歷史最大12 h降水量為285.9 mm，此次過程超了23 mm；最大24 h降水量（7日17：00—8日17：00）390 mm也打破了該站歷史紀(jì)錄，歷史最大24 h降水量為355.8 mm（1965年9月27日08：00—28日08：00）。番禺區(qū)國家觀測站2023年9月總降水量724.2 mm也破了歷史記錄，是歷史平均值（178.6 mm）的4倍。

進(jìn)一步對比分析此次不同歷時最大降水值與廣州市歷史最大值（均出現(xiàn)在2017年5月6—7日），發(fā)現(xiàn)此次1、3、6、12、24 h降水強(qiáng)度均沒有超過廣州市歷史極值，但大暴雨及特大暴雨降水面積卻明顯大于2017年5月7日的特大暴雨降水過程（圖略）。2017年5月6日15：00—7日15：00全市平均降水量為74.5 mm，而2023年9月7日16：00—8日16：00全市平均降水量為168.1 mm。自2000年以來，此次過程平均24 h雨量僅小于2018年臺風(fēng)“艾云尼”。廣州地區(qū)這種大范圍的大暴雨以上強(qiáng)降水過程通常是由臺風(fēng)環(huán)流產(chǎn)生的，前汛期暖區(qū)和鋒面強(qiáng)降水范圍往往要比臺風(fēng)的小。

3.2 降水強(qiáng)度及持續(xù)時間特征分析

從逐時最大降水量圖來看（圖略），24 h中有20 h最大時雨量達(dá)到短時強(qiáng)降水量級，8 h最大時雨量達(dá)50 mm，但過程最大時雨量僅為81 mm，出現(xiàn)在9月8日01：00～02：00。80 mm左右的時雨量在廣州地區(qū)每年汛期都會出現(xiàn)，所以不具有極端性。從圖2可以看出，短時強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在9月7日夜間，夜雨特征明顯，是華南地區(qū)強(qiáng)降水的典型特征之一。短時強(qiáng)降水達(dá)50站次數(shù)以上的時間持續(xù)8 h，短時強(qiáng)降水站次數(shù)峰值出現(xiàn)在8日01：00，達(dá)168站次，占總測站數(shù)的37%。

選取24 h降水量排名前三的測站詳細(xì)分析降水逐時變化（圖略），排名第一的番禺區(qū)南村鎮(zhèn)短時強(qiáng)降水持續(xù)出現(xiàn)7 h，最大時雨量為58.9 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的69%；排名第二的海珠區(qū)華洲街短時強(qiáng)降水出現(xiàn)8 h，最大時雨量為65.6 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的69%；排名第三的番禺區(qū)東環(huán)街短時強(qiáng)降水持續(xù)出現(xiàn)7 h，最大時雨量為65 mm，20 mm以上累計降水量占總降水量的71%。進(jìn)一步對比分析2023年9月8日過程與2017年5月7日降水過程最大小時雨量的分鐘級降水（圖略）發(fā)現(xiàn)，2023年9月8日01：00～02：00 5 min雨量主要集中在5～10 mm，最大值為9.6 mm，5 min 10 mm左右的降水在廣州地區(qū)每年汛期都會出現(xiàn)，所以不具有極端性；5月7日05：00～06：00 5 min雨量主要集中在10～20 mm，最大值為20.1 mm，5 min 15 mm以上降水持續(xù)35 min，2017年5月7日5 min雨量明顯高于此次降水過程。可以看出，此次降水過程無論是小時還是分鐘級的降水強(qiáng)度，都沒有出現(xiàn)極端性，總降水量出現(xiàn)極端性主要是由于短時強(qiáng)降水持續(xù)時間較長。

3.3 降水演變特征

從逐3 h降水圖來看（圖3），9月7日16：00～19：00降水分散，從化北部、增城東部開始出現(xiàn)50 mm以上降水，9月7日19：00～22：00 50 mm以上降水向西移動，范圍擴(kuò)大，增城北部和西部、黃埔、從化南部出現(xiàn)50 mm以上降水，增城局部降水甚至達(dá)到100 mm以上，9月7日22：00—8日01：00，50 mm以上降水落區(qū)持續(xù)向西移動，且范圍向南擴(kuò)大，8日01：00～04：00花都、白云區(qū)降水明顯減小，50 mm以上降水主要出現(xiàn)在廣州南部的番禺、南沙，降水強(qiáng)度較前期明顯增強(qiáng)，最強(qiáng)降水中心位于番禺區(qū)，番禺區(qū)多個測站出現(xiàn)100 mm以上降水，8日04：00～07：00 50 mm以上降水主要出現(xiàn)在番禺區(qū)，范圍明顯減小，從9月8日07：00起，全市降水整體趨于減小。顯然，因為短時強(qiáng)降水長時間停留在番禺區(qū)，從而使得極端強(qiáng)降水事件發(fā)生。

分析此次極端降水過程的環(huán)流形勢和中尺度對流系統(tǒng)（圖略）發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水落區(qū)長時間停滯在番禺區(qū)的原因主要有2個：一是臺風(fēng)“海葵”殘渦移動速度緩慢，強(qiáng)降水時段番禺主要位于殘渦東南側(cè)強(qiáng)的風(fēng)向風(fēng)速輻合區(qū)，而西南季風(fēng)又不斷向殘渦環(huán)流東南側(cè)輸送水汽、動量，加上降水凝結(jié)釋放的潛熱使得殘渦在陸地上能夠長時間存在；二是番禺南部地區(qū)不斷有中尺度對流系統(tǒng)生成并向番禺區(qū)移動，存在明顯的列車效應(yīng)，并且番禺區(qū)西南部和東南部的中尺度對流系統(tǒng)在移進(jìn)番禺區(qū)時出現(xiàn)明顯的合并增強(qiáng)現(xiàn)象。

4 結(jié)論

利用廣州市實況降水量資料統(tǒng)計分析了廣州市2023年9月7—8日的特大暴雨降水過程中降水的時空分布特征及極端性，主要得出以下結(jié)論：

（1）此次特大暴雨降水過程具有累積雨量大、持續(xù)時間長、暴雨范圍廣、極端性明顯等特點。76個測站24 h降水量超過250 mm。番禺區(qū)南村鎮(zhèn)、海珠區(qū)華洲街、番禺區(qū)東環(huán)街24 h降水量躋身廣州市歷史降水前七名。多個測站打破歷史記錄，其中番禺區(qū)國家觀測站的3 h、6 h、24 h、9月降水量均打破歷史記錄，9月總降水量（724.2 mm）是歷史平均值（178.6 mm）的4倍。

（2）極端強(qiáng)降水主要是由持續(xù)時間較長的短時強(qiáng)降水導(dǎo)致的，全市短時強(qiáng)降水達(dá)50站次數(shù)以上的時間持續(xù)了8 h，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在9月7日夜間。

（3）強(qiáng)降水落區(qū)大致先是自東向西向南移動，然后長時間停滯在番禺地區(qū)，從而使得極端強(qiáng)降水中心主要出現(xiàn)在番禺區(qū)。強(qiáng)降水落區(qū)長時間停滯在番禺區(qū)的原因是臺風(fēng)“海葵”殘渦長時間存在且移動速度緩慢、中尺度對流系統(tǒng)出現(xiàn)合并加強(qiáng)和“列車效應(yīng)”現(xiàn)象。

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收稿日期：2024-06-24

基金項目：廣東省氣象局科學(xué)技術(shù)研究項目（GRMC2022Q12）；廣州市氣象學(xué)會科學(xué)技術(shù)研究項目（M202204）。

作者簡介：文映方（1990—），女，貴州羅甸人，工程師，研究方向為天氣預(yù)報。