“海葵”臺風殘渦極端暴雨的對流組織特征及成因

摘要 基于多源觀測數據揭示了臺風“海葵”殘渦極端降水過程中的對流組織和發展特征，并從環流熱動力特征和渦度收支分析了大灣區極端降水成因。粵港澳大灣區極端暴雨發生在“海葵”減弱殘渦環流背景下，在累計降水量、短時雨強等方面具有顯著極端性特征。2023年9月7—8日臺風殘渦環流在珠江口北側停滯回旋并重新增強，珠江口地區附近出現罕見的準靜止“人”字形的組織化對流結構，對流單體在港島南側合并增強，并自南向北經過港深地區造成極端強降水。雨滴譜觀測表明降水具有高粒子密度的海洋型對流降水特征，在降水增強時段雨滴直徑顯著增加，有效提升了暖云降水強度。雷達觀測表明對流垂直結構具有低質心特征，云頂高度超過8 km，深厚暖云中的降水粒子的碰并增長特征明顯，產生了高數密度、大直徑的雨滴特征。在弱環境場引導氣流下臺風殘渦移動緩慢，殘渦低層環流的復蘇增強與對流層中層潛熱垂直梯度有直接關系;7日夜間開始粵東沿海邊界層東風急流快速增強，在殘渦旋轉作用下與來自南海的西南暖濕季風氣流匯合為渦旋東部的東南急流，邊界層中尺度東南風急流脈動風速超過20 m·s-1，急流出口區的中尺度輻合和鋒生作用導致了氣流交匯點附近出現持續性的對流觸發和增強。

關鍵詞臺風殘余環流;極端暴雨;對流;低空急流

臺風是影響我國的最主要災害性天氣之一，平均每年有7～8個臺風在我囯登陸，登陸地點集中在華南至華東南部沿海地區，一般情況下臺風登陸后受摩擦等因素影響而趨于衰亡，但在特定天氣環流系統配置條件下，部分登陸臺風衰減后的殘余低壓獲得復蘇加強，造成比登陸時更為嚴重的暴雨洪澇災害（陳聯壽和許映龍，2017）。我國內陸地區歷史極端降水事件往往與熱帶氣旋活動相關，歷史上7503號臺風Nia登陸福建后深入內陸，在河南省林莊造成了1 062 mm的中國大陸地區日雨量極值（陶詩言，1980）;9608號臺風Herb（孫建華等，2006）、0613號臺風“碧利斯”（錢傳海等，2009）、0808號臺風“鳳凰”（姚晨等，2010;周冠博等，2012）登陸后在內陸地區移動緩慢或者停滯，都導致了極端強降水并誘發嚴重洪澇災害。2023年超強臺風“杜蘇芮”登陸福建后持續北上，殘余環流深入至華北地區，造成京津冀地區大范圍極端性暴雨過程，太行山前局地累計降水量超過1 000 mm，海河流域出現特大洪水災害（陳濤等，2024）。熱帶氣旋一直以來都是全球變化的研究熱點，近年《Nature》刊文表明在全球變暖背景下，上升的海面溫度導致熱帶氣旋登陸后具有持續更長時間的趨勢（Chavas and Chen，2020;Chan et al.，2022），深入內陸臺風造成的災害影響引起了科學界廣泛重視。

臺風暴雨形成機制復雜，臺風渦旋環流內結構特征、臺風周圍環流和天氣系統影響、下墊面地形強迫作用是與臺風暴雨相關的最主要三類影響因子（陳聯壽和孟智勇，2001）;臺風移動特征也影響到降水持續時間以及累計降水量時空分布，如在多尺度天氣系統影響或弱環境引導氣流下的2106號臺風“煙花”（王海平，2023）、2212號臺風“梅花”（王皘等，2023）的移向、移速具有明顯預報不確定性，增加了臺風降水預報的復雜性。當登陸臺風與季風涌相互作用，臺風渦旋獲得大量水汽潛熱和渦度輸送，能使登陸臺風維持不消或使殘渦復蘇從而增強臺風暴雨，與臺風相連的西南急流強度和垂直分布被認為是影響暴雨強度、落區的重要因子（程正泉等，2009）;當弱冷空氣侵入導致臺風變性為強烈發展的溫帶氣旋，或臺風環流移入有利的高空輻散區情況下，也有利于登陸臺風環流系統維持較長時間并形成強降雨（李英等，2004;吳海英等，2015）。臺風內核眼墻的非對稱結構、內外中尺度螺旋雨帶的精細特征也導致了臺風降水時空分布的復雜性（Dong et al.，2010;朱佩君等，2010;丁治英等，2018;王詠青等，2018;），1909號臺風“利奇馬”極端暴雨與臺風內核對流精細結構、以及中緯度鋒生導致的持續性臺風外圍螺旋雨帶相關（向純怡等，2020;陳濤等，2021;Dai et al.，2021;劉希等，2023）;1513號臺風“蘇迪羅”登陸次日的分散性強降水與低層風場非均勻輻合、中緯度冷空氣影響過程相關（楊舒楠等，2019）;基于遙感觀測和高分辨率數值模擬，地形及重力波也被認為對臺風渦旋的對流結構和組織產生了復雜影響（Tang et al.，2012;Yu and Cheng，2013）。目前大氣科學界對登陸臺風極端降水機理的認識仍然有限，數值模式對臺風極端降水預報的準確性和提前量存在明顯不足，臺風以及臺風殘渦誘發的極端降雨機制仍然是大氣科學領域極具挑戰的難題（李澤椿等，2020）。

2023年9月4—12日，2311號臺風“海葵”在福建東部沿海登陸后橫掃整個華南，形成大范圍、持續性、極端強度的降水過程，其中9月7—8日，“海葵”殘余環流在隸屬粵港澳大灣區的香港、深圳、澳門、珠海、佛山等地造成大暴雨到特大暴雨，導致嚴重城鎮內澇災害及其他社會經濟損失。歐洲中期數值預報中心（ECMWF，European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）評估（Tim，2023）表明，多家高分辨率數值預報系統和集合預報系統對于“海葵”極端暴雨強度預報均顯著偏弱。本文將利用多源觀測資料分析此次極端降水精細特征，闡明極端降水過程中的對流觸發和組織過程;從熱動力角度分析殘渦復蘇并造成極端暴雨的熱動力條件，尤其是邊界層急流對極端暴雨的影響，深化對此次臺風殘渦極端暴雨預報科學認識。

1 資料和方法

本文采用的數據時間段為2023年9月7日08時—8日20時（北京時，下同），降水觀測資料采用國家氣象信息中心整編的全國區域氣象自動站觀測小時級和分鐘級降水量觀測數據;基于華南地區國家級地面氣象觀測站雨滴譜儀觀測數據，按照標準程序計算了降雨粒子歸一化數濃度（lgNw）、粒子質量平均直徑（Dm）等雨滴譜DSD（drop size dsitribution）參數。在對層云降水和對流性降水分類方法以及統計結果基礎上（Bringi et al.，2003），新增了10、15、20、50 mm·h-1降水強度閾值診斷DSD參數［Dm，lgNw］。

基于ERA5再分析資料（時間分辨率1 h，水平分辨率0.25°×0.25°，垂直方向37層）進行臺風殘渦復蘇機制分析，應用包含潛熱作用的相對渦度傾向方程（Shen et al.，2020）進行診斷，垂直相對渦度傾向取決于方程右側的平流項ADV、垂直輸送項VERT、伸展項或散度項STR、傾側項TILT以及潛熱項LH：

2 “海葵”極端降水的精細特征

2.1 降水分布多尺度特征

2311號臺風“海葵”（Haikui）于8月28日上午在西北太平洋洋面生成，9月3日15時30分前后在臺灣地區臺東市沿海登陸（登陸時中心附近最大風力15級，強臺風級）;穿越臺灣島后在臺灣海峽內回旋滯留長達24 h，9月5日早晨“海葵”在福建省東山縣沿海登陸（熱帶風暴級，8級風）。“海葵”登陸福建后強度迅速減弱，5日08時減弱為熱帶低壓，6日17時臺風渦旋中心西移至廣東東部，強度減弱至熱帶低壓強度以下，降水也有明顯減弱。臺風“海葵”具有顯著的“風小雨大”特征，登陸福建時強度不大，但在福建省福州、寧德等地造成了極端性降水，9月5日寧德日降水量超過600 mm并突破歷史紀錄。

9月7—8日，“海葵”殘余環流在珠江口地區停滯回旋并復蘇增強，珠江口周邊廣州、深圳、香港、珠海、澳門等地普遍出現大暴雨到特大暴雨。9月7日08時—8日20時珠江口地區累計降水量普遍超過100 mm（圖1），其中珠江口東側的香港、深圳、廣州南部等部分地區降水250～400 mm，局地超過700 mm，香港24 h雨量最大達842 mm突破歷史紀錄，被公眾稱為“世紀暴雨”，深圳24、48、72 h累計降雨量均打破1952年有氣象記錄以來的歷史極值。珠江口地區大部自動站都出現了20 mm·h-1以上的短時強降水（圖2a），深圳、香港局部站點超過100 mm·h-1，香港天文臺錄得最大1 h雨量158.1 mm（9月7日23—24時），為1884年有記錄以來香港最高紀錄。深圳羅湖區小梧桐站（圖2b）從9月7日傍晚開始降水迅速增強，最大小時降水為108.6 mm（7日21—22時），20 mm·h-1以上短時強降水持續了10 h，累計降水量568.3 mm;香港黃竹坑站（圖2c）自7日21時—8日07時11個連續時次的降水強度都達到20 mm·h-1以上，8日00時出現最大短時強降水129 mm·h-1;累計降水量達636 mm。因此，此次過程不但具有極端性的短時降水強度，持續性的高強度降水時長也是導致累計降水量極端性的重要原因。

2.2 極端降水雨滴譜特征

基于珠江口降水核心區域（112.5°～114.5°E，22.0～24.5°N）16個國家站雨滴譜觀測計算表明，在20～50 mm·h-1降水強度閾值區間上，DSD參數［Dm，lgNw］平均為［1.59 mm，3.79 mm-1·m-3］;在50 mm·h-1以上降水強度區間上的DSD平均參數為［1.84 mm，3.81 mm-1·m-3］，雨滴直徑增大15.7％，但雨滴數濃度變化不大。

深圳國家站DSD參數分布（圖3a）表明，在超過50 mm·h-1雨強區間上Dm為1.73 mm，lgNw為4.03 mm-1·m-3，接近Chen et al.（2013）對梅雨暴雨過程的DSD參數估計［1.71 mm，3.8 mm-1·m-3］。深圳國家站分鐘級降水觀測（圖3b）表明降水具有顯著陣性、對流性特征，在5次中小尺度降水脈動過程中，8日00時前后出現最大分鐘級降水量1.9 mm·min-1。

對比同時段雨滴譜分鐘級觀測（圖3c），在每次降水增強階段，都伴有降水數濃度和直徑譜寬的同步增長，大于3 mm直徑的大雨滴在降水強度峰值階段出現頻率最高，其中最大雨滴直徑可達4 mm左右;速度譜表明降水增強階段伴有降水粒子末速度的迅速增長（圖3d），在超過1 mm·min-1降水強度區間上，速度譜寬中心閾值出現在1～5 m·s-1之間，最大粒子末速度可超過10 m·s-1。上述觀測表明在高降水強度區間上，小直徑降水粒子數密度將趨于飽和，但大直徑高速降水粒子明顯增多，在單位時間內能夠碰并結合更多的小水滴，對于提升富含水汽的暖云降水效率極為重要（林文等，2016）。根據經典降雨粒子重力碰并增長理論（Bowen，1950），雨滴直徑增長速度與自身直徑、粒子末速度正相關，在云內2 m·s-1的垂直上升運動和4 km暖云厚度條件下，1 h就足以使初始胚胎云滴通過重力碰并形成3 mm直徑的大雨滴，在定性估計上與本研究觀測較為一致。

3 極端降水對流發展精細特征

3.1 極端降水的對流發展過程

根據華南地區多普勒雷達網監測，此次大灣區極端暴雨過程的對流發展過程可分為3個階段，其中9月7日白天為對流系統組織加強階段，9月7日夜間至8日早晨為降水對流系統的穩定維持階段，9月8日午后降水逐步減弱。

7日08時珠江口殘渦環流附近的對流活動分散（圖4a），14時起珠江口陸上地區CR增強（圖4b），渦旋中心東側為層積混合降水區，渦旋中心西側區域內的分散性對流活躍，珠江口西部海岸附近的多個對流單體逐步組織為準東西向的線狀中尺度對流系統（MCS，mesoscale convective system）S1，其緩慢的移動速度明顯區別于快速移動的颮線對流系統。7日20時（圖4c）S1緩慢推進至廣東近海，S1東側出現了新生的東南-西北走向離散回波帶S2，S2由多個向西北方向移動的對流單體構成，相繼與S1回波帶在港深地區發生合并，合并后降水回波范圍增大、強度增強。

7日夜間至8日早上渦旋中心在珠江口北側原地回旋，強降水穩定維持在渦旋中心的東南側地區。7日23時至8日05時（圖4d—f）渦旋系統中的S1和S2回波帶構成穩定維持的“人”字形結構，S2與S1的交匯點維持在香港深圳上空，來自西南、東南兩個方向的對流單體在港島南側近海地區合并增強至45 dBZ以上，由南向北陸續經過香港-深圳地區從而形成“列車效應”（Doswell et al.，1996），形成超過100 mm·h-1極端短時強降雨以及極端累計降水量。此次渦旋環流背景下出現的準靜止“人”型組織化的對流結構較為罕見，既不同于一般臺風的內核或外圍螺旋雨帶，也與造成中緯度地區極端降水的TL/AS型（trainning line/adjoining stratiform）、準靜止Back Building型等MCS結構（Schumacher and John，2005;Schumacher and Rasmussen，2020）存在明顯差異。

8日08—11時（圖4g—h）臺風殘渦中心略有西移，S1和S2對流帶合并為長達400 km的東南-西北走向的線狀對流系統Sn，空間位置維持穩定，殘渦中心附近還出現了復雜的多線狀對流結構，在其南側的季風暖濕氣流中多新生對流單體，香港深圳地區的降水持續但強度開始減弱，8日14時后（圖4i）隨著渦旋中心西移，降水回波跟隨渦旋系統向西推進，珠江口東側香港和深圳地區的降水過程基本結束。

3.2 對流合并增強觀測特征

7日20時前后香港附近出現的對流合并是線狀MCS得以穩定和增強的重要特征。根據深圳多普勒雙偏振雷達7日19時30分0.5°仰角上的基本反射率因子表明（圖5a），港島南側洋面上的3個初生對流系統C0、C1、C2逐步向港島南岸靠近，在其后部陸續出現新生對流單體。20時30分C0范圍增大（圖5b），并與C2基本結合，其后C1又與C2發生對流合并（圖5c）。21時00分（圖5d）合并后的中尺度對流系統P0位于港島上方，基本反射率因子超過50 dBZ，從P0西南側、東南側都不斷有對流單體并入，P0整體穩定維持在港深地區上空;21時后從西南方向、東南方向分布有新生的C4、C5對流單體向港島靠近，并最終與港島上空的強降水回波區融合（圖5e—f），導致了港深地區的持續性強降水。

3.3 極端雨強雙偏振雷達觀測特征

7日23—24時港深地區多站出現超過100 mm·h-1的極端短時強降水。7日23時30分香港上空維持準穩定的β中尺度帶狀MCS，0.5°仰角上基本反射率因子R超過50 dBZ（圖6a），對應差分相移率KDP超過3.1 ℃/km（圖6b），差分反射率ZDR超過2.5 dBZ（圖6c），表征有強降水信號。

從0.5°仰角徑向速度產品看（圖6d），港島東側1 km高度附近出現大范圍超過20 m·s-1的東南低空急流，港島南側線狀MCS附近出現小范圍逆風區，形成中尺度氣旋性切變和中尺度輻合。1.5°仰角上港島南側的逆風區略有縮小，但在3.3°（圖6e）、4.3°（圖6f）仰角上出現了多處疑似γ尺度中氣旋的正負速度對，最強正負速度強度達±27 m·s-1，渦旋水平尺度在1～5 km之間。β到γ尺度的中尺度渦旋在多次極端降水過程中都有出現，其強烈的旋轉和輻合有助于形成強的中小尺度上升運動，形成極端降水強度（Zhang et al.，2022）。

經過圖6a中AB垂直剖面上的回波結構具有層積混合降水性質（圖7a），0 ℃高度位于5.5 km，30 dBZ高度可達7 km，R最大45 dBZ，對應KDP為0.75 ℃／km，在0 ℃層附近ZDR可達1～2 dBZ，而在2 km以下一般低于1 dBZ，表明降水粒子在下落過程中出現破碎，但較高的數密度導致R在近地層仍然接近45 dBZ。在經過圖6a中CD直線的垂直剖面（圖7b）上，30 dBZ回波高度達8.7 km，MCS具有清晰的低質心結構（Vitale and Ryan，2013），50 dBZ以上的對流核在0～4.5 km之間保持直立，對應KDP可達1.7～2.4 ℃／km，而0 ℃層附近的ZDR可達1～2 dBZ，在0～1 km之間ZDR還略有增強，表明降水粒子在下落過程中，碰并增長過程導致了高數密度、大直徑的雨滴特征，這一特征與前文地面雨滴譜觀測分析一致，在降水增強階段往往伴隨有降水粒子數濃度和雨滴直徑的同步增長。

4 大灣區極端暴雨對流發展成因

4.1 “海葵”殘渦環流的維持與增強

臺風殘渦環流維持是造成長時間持續性降水，進而導致局地極端累計降水量的重要原因之一。7日08時500 hPa高度場和850 hPa風場（圖8a）表明，紅色方框內的“海葵”臺風殘渦環流處于大陸高壓、西太平洋副熱帶高壓、赤道輻合帶與中緯度冷渦形成的鞍形場控制下;而在200 hPa上“海葵”臺風殘渦環流處于赤道東風帶與中緯度西風環流之間的弱風區內（圖8b），中高層整體處于弱環境動力場中，臺風殘渦引導氣流弱，導致臺風殘渦環流西移速度整體緩慢。

臺風殘渦環流（113.0°～115°E，21.5°～23.5°N）區域平均相對渦度的時間-高度變化（圖9a）表明，從7日08時開始，925～500 hPa之間的相對渦度明顯增強，表征了臺風殘渦的復蘇增強特征。7日20時后600 hPa相對渦度增強，正渦度分布表現為高低雙中心特征，與典型臺風深厚正渦度柱結構有明顯差異。

圖9b—f為相對渦度傾向方程右側各項隨時間變化，對于中層600～400 hPa渦度增長而言，ADV和TILT均為負貢獻，VERT和STR正貢獻相對明顯，LH項正貢獻相對較小。在925～850 hPa，ADV和VERT項表現為負貢獻，渦度增長的主要貢獻來自STR、TILT和LH項，其中LH項對邊界層渦度增長具有決定性作用。根據LH項數學結構，相對渦度增長最快的區域位于QLH高梯度區，因此潛熱加熱中心下方將出現最快的相對渦度增長。圖9f中QLH中心位于大氣中層400～500 hPa，7日夜間至8日早上500 hPa的QLH超過2 K·h-1，LH項高值區位于QLH中心下方700 hPa至近地面之間的飽和水汽環境中。根據7日20時渦度方程各項的垂直廓線（圖9g），渦度傾向正峰值出現在925和750 hPa左右，合成渦度傾向廓線特征與LH廓線基本一致，因此LH項對邊界層頂部的相對渦度增長起到決定性作用。ERA5再分析數據直接計算的渦度傾向峰值位于900 hPa以及600～400 hPa之間，其中在925～700 hPa再分析數據與診斷計算基本一致，偏差不足30％，

但再分析數據直接計算的中高層渦度傾向遠遠超出渦度方程分項診斷合成結果，產生上述偏差的可能原因在于潛熱診斷計算較為簡化，高估了低層顯式凝結潛熱并低估了中高層對流加熱，有待于進一步研究。

4.2 臺風殘渦精細結構及對對流發展影響

大灣區極端降水與臺風“海葵”殘渦環流中出現的“人”字形對流結構直接相關，其中7日14—20時之間的CI和組織化過程對極端暴雨形成有關鍵影響。7日14時925 hPa“海葵”殘渦環流中心位于珠江口東側（圖10a），渦旋環流具有復雜的中尺度熱動力結構，其中渦旋中心北側有倒槽切變線，渦旋東側由偏東風與南海西南風之間構成風場切變線，渦旋西側的偏北風與南海西南氣流之間構成風場切變線。結合相當位溫（θe）以及地面自動站降水、10 m風場和2 m溫度觀測的Cressman客觀分析（圖10b）表明，渦旋內的風場切變線可視為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個不同性質氣團的分界線，其中：

1）Ⅰ區位于渦旋中心東側θe高值舌頂端，來自南海的西南暖濕氣流與粵東偏東氣流之間形成θe梯度區。ICI分布表明倒槽輻合區東側區域內多CI事件;降水集中出現在I區東南氣流與西南氣流交匯區附近，降水強度一般在5～20 mm·h-1;

2）Ⅱ區由渦旋西側的干暖偏北氣流控制，θe低于346 K，在午后熱力不穩定影響下出現了較多CI事件，ICI指數高，以分散對流性降水為主，降水量普遍不大；

3）Ⅲ區內盛行南海季風暖濕氣流，θe普遍大于350 K，在Ⅱ區與Ⅲ區之間形成強θe鋒區，廣東西南部地面觀測上存在2 m氣溫鋒區，具有類似冷鋒的斜壓結構，鋒區附近出現了集中CI事件，初始分散的對流逐步構成渦旋西側的中尺度線狀對流S1。

7日20時（圖10c）至23時（圖10e）925 hPa渦旋中心位置沒有明顯移動，自廣東東部沿海至珠江口地區建立10～14 m·s-1偏東風急流，在渦旋卷入的南海季風氣流作用下，渦旋中心東側的θe高值舌區梯度有明顯加強，I區東南氣流內的CI事件增多。同時刻地面10 m風場上（圖10d、f），珠江口東側沿海出現偏東風轉東南風的高風速區，珠江口東側海岸至邊界層的強輻合有利于強降水發生發展。進入夜間后渦旋西側Ⅱ區內CI事件減少，渦旋西側的風場切變線推進至華南近海海面，θe鋒區上密集分布的CI事件有利于S1對流降水帶的穩定和增強；在Ⅰ區與Ⅲ區之間偏東風與西南風之間的風場切變線上也出現了集中的CI事件，構成S2線狀對流。渦旋中心東南側的港深地區處于西南暖濕氣流與東南風急流的交匯點，形成類似于風場三合點的準靜止結構（Wakimoto et al.，2006），由于南海西南季風和粵東偏東風急流之間的邊界維持穩定，風場三合點附近產生強烈而持續的低層輻合抬升，在近飽和水汽環境下有利于對流的觸發和維持，形成極端性的累計降水量。

4.3 邊界層東風急流性質和作用

7日夜間東風急流的建立和快速增強是導致臺風殘渦出現極端降水的重要原因之一。根據圖10c—e，相對于南海季風而言，廣東東部至大灣區的偏東急流是具有相對干冷性質的高動量氣流，925 hPa比濕表明珠江口地區高濕舌主要源自南海季風高濕區（圖11a）;在臺風殘渦旋以珠江口東側風場切變系統影響下，南海西南季風氣流在渦旋中心東側轉向，并與粵東東風急流匯合為東南急流，形成具有高動量、高濕度、高θe性質的邊界層急流。邊界層東南急流在出口區的強烈輻合是造成渦度快速增長的重要動力機制。在渦旋內部不同熱力性質的氣團影響下，鋒生函數呈現為“人”字形分布，對于對流系統的空間分布結構具有指示性意義。在經過渦旋中心的垂直剖面上（圖11b），低θe偏東急流與高θe南海季風氣流在114°E香港附近匯合，近地面至850 hPa出現最強的鋒生強迫，出現強上升運動;由于渦旋東側的垂直環流更為強大，導致臺風殘渦相對渦度發展向西傾斜。

深圳龍崗邊界層風廓線雷達觀測表明（圖12），7日20時后邊界層風速迅速增大，7日22時—8日01時邊界層東南風急流脈動風速達18～20 m·s-1，其中中尺度急流核高度位于600 m與900 m之間，持續時間大于2 h，與雷達徑向速度（圖6d）觀測基本一致。對比圖11，ERA5再分析數據925 hPa風速最大僅為14 m·s-1，對邊界層東南風急流強度低估30％以上，并由此嚴重低估了高θe東南風急流在渦旋東側的輻合、水汽輸送以及對不穩定能量的重建，是造成ECMWF數值降水預報嚴重偏弱的重要原因之一。

5 結論和討論

“海葵”臺風殘渦環流誘發了歷史罕見的粵港澳大灣區特大暴雨過程，大灣區多地24 h降水量超過600 mm，局地雨強達100～158 m·h-1。圖13概括總結了大灣區強降水期間的“海葵”殘渦環流熱動力結構及對流組織特征。9月7日至8日渦旋中心在珠江口北側停滯回旋，7日午后渦旋西側形成組織化線狀對流，南海西南季風與粵東沿海邊界層東風急流之間也形成對流帶，兩條對流帶在珠江口地區附近連接為準靜止“人”字形回波帶，兩路對流單體在港島南側合并增強，并自南向北陸續經過港深地區造成極端降水。追蹤港深地區垂直剖面上的質點軌跡表明，富含水汽的南海西南季風轉向后，匯同粵東沿海東風急流成為渦旋東部的東南急流，急流出口區中尺度輻合和鋒生作用明顯，有利于在氣流交匯點附近產生CI或者對流增強。

1）雨滴譜觀測分析表明降水具有海洋性對流降水性質，在降水高峰時段雨滴直徑有顯著增加，有效提升了富含水汽的暖云降水效率。雷達觀測表明深厚暖云中對流結構具有低質心特征，云頂高度超過8 km，冰相過程參與可能進一步增強降水強度;降水粒子在下落過程中的碰并增長特征明顯，產生了高數密度、大直徑雨滴的降水特征。

2）“海葵”殘渦環流整體處于弱環境動力場中，導致臺風殘渦環流西移速度整體緩慢。渦度診斷表明7日白天開始殘渦開始明顯增強，其中潛熱加熱梯度對于邊界層頂部的渦度增長起決定性作用，但診斷明顯低估了中高層的對流加熱。

3）深圳風廓線雷達觀測表明7日夜間出現邊界層東南風急流脈動，風速達20 m·s-1;再分析數據對渦旋東側邊界層東南風急流風速低估30％以上，并由此嚴重低估了高θe東南風急流在渦旋東側的造成邊界層輻合、水汽輸送以及對不穩定能量的重建，是造成降水預報嚴重偏弱的重要原因之一。

在未來的工作中將從殘渦暴雨發展機理方面入手，進一步分析邊界層急流的發生發展機制，通過數值模擬等方法分析中尺度急流脈動對臺風殘渦暴雨強度和落區影響，深入極端降水的數值可預報性研究。

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·ARTICLE·

Structure and organization of convection during extreme precipitation associated with the remnant vortex of typhoon Haikui

CHEN Tao 2，3，LI Jiarui XU Xianhuang CHEN Yun

National Meteorological Center，China Meteorological Administration，Beijing 100081，China;

2State Key Laboratory of Severe Weather Meteorological Science and Technology，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China;

3Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory（Zhuhai），Zhuhai 519082，China

Abstract On September 7，extreme torrential rainstorms struckthe Greater Bay Area（GBA），including Hong Kong，Macau，and parts of Guangdong Province near the Peal River Estuary in South China.This event resulted in historical accumulated precipitation exceeding 800 mm within 24 hours in Hong Kong，causing severe social and economic losses.Operational numerical forecast models showed limited skill in predicting the intensity and location of this extreme rainfall.Using multi-source meteorological observations，this study analyzed the precipitation characteristics，convection initiation，organization，and underlying causes of the extreme precipitation through circulation diagnostics，thermodynamic analysis，and vorticity budgeting.The rainfall was primarily associated with remnant vortex of the decayed typhoon Haikui.Synoptic analysis revealed that the typhoon vortex decayed rapidly after landfall in Fujian Province，South China.Due to weak mid-level environmental steering，the westward-moving remnant vortex stagnated over the GBA，north of the Pearl River Estuary，from the morning of September 7 until early evening on September 8.On the night of September 7，an enhanced easterly boundary layer jet combined with southwesterly monsoon airflowfrom the South China Sea，forming an intensified southeast jets tronger than predicted in numerical models.This southeast jet injected large amounts of moist，unstable air into the remnant vortex circulation over the GBA，triggering excessive precipitation.Significant low-level convergence and frontogenesis provided favorable conditions for mesoscale lifting.Late on September 7，a mesoscale jet pulse with boundary-layer wind speeds exceeding 20 m／s was detected by a wind profiler in Shenzhen.The mesoscale convergence and frontogenesis near the jet exit intensified convection initiation and precipitation.Revival of the remnant vortex in the boundary layer was closely linked to latent heat gradients below the mid-level maximum heating center.Weather radar observations revealed that from 14：00 BST on September 7，convection and precipitation intensified，forming a quasi-linear convective belt composed of rapidly growing discrete convective cells along the west shore of the GBA.A secondary，weaker convective line formed along the east shore，organized along the boundary between shallow easterly airflow and southwesterly monsoon winds.These two linear mesoscale convective systems （MCS） merged near Hong Kong’s southern coast，persisting for over 12 hours.A series of northward-moving convective cells repeatedly passed over Hong Kong and Shenzhen along similar tracks，inducing localized extreme rainfall.A maximum rainfall intensity of 158 mm／h was recorded in Hong Kong.After 14：00 BST on September 8，the remnant vortex of Haikui gradually moved westward toward Guangxi Province，leading to weakened rainfall in the GBA.Observation of raindrop size distributions showed that the precipitation had characteristics typical of maritime convection，with significant increases in raindrop size during periods of enhanced rainfall.This increased precipitation efficiency in the deep moist layer.The convection exhibited a low echo centroid structure withstorm tops exceeding 8 km，facilitating rapid growth of raindrops through coalescence during descent.Embedded β- and γ-mesoscale vortices within the linear MCS contributed to the extreme rainfall intensity.These vortices，identified using Doppler radar observations in Shenzhen，warrant further investigations.

Keywords typhoon remnant;extreme precipitation;convection;low-level jet

DOI：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240418002

（責任編輯：張福穎）