INFLUENCE OF TOPOGRAPHY ON WARM-SECTOR HEAVY RAINFALL IN NORTHERN GUANGDONG
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摘要: 地形对暖区暴雨的发生发展有着重要影响。以粤北一次暖区暴雨为例，从大尺度背景、中尺度特征及预报难点等方面分析了地形的作用，并利用CMA-GD模式进行了地形敏感性试验。结果表明: 此次暴雨在副高与西风槽之间的双低空急流下发生，南岭地形对低空急流的动力作用、对θse舌和水汽的阻滞拦截作用，为暴雨出现在粤北创造有利条件；地形热力作用下产生的中尺度辐合线是对流触发的机制。敏感性试验显示南岭地形对暖区暴雨的落区影响显著，降水落区随南岭地形升高（降低）而往南（北）偏移。西南急流在经过南岭时，低层风速、散度、温度以及垂直速度都会随地形改变而发生明显变化。当南岭地形高度降低时，正面阻挡和摩擦作用减弱，急流、辐合及上升运动区向北推进到西风槽附近，导致雨区往北偏移；南岭地形高度升高时，地形阻挡和摩擦作用增强，辐合及上升运动区被阻隔在南岭南侧，暖区对流提前触发，雨区发生在粤北。可见，此次暴雨过程主要来自大尺度环流背景的影响，但其落区与南岭地形密切相关。Abstract: Topography has a significant impact on the initiation and development of warm-sector heavy rainfall. Taking a warm-sector heavy rainfall event in northern Guangdong as an example, the present study analyzed the role of terrain in terms of large-scale current, mesoscale characteristics, and forecasting difficulties based on the ERA5 reanalysis data and observed data. Furthermore, the terrain sensitivity to this heavy rainfall was discussed using the CMA-GD model with a horizontal resolution of 3 km. The results showed that the rainstorm occurred due to the presence of a double low-level jet between the subtropical high and the westerly trough. The dynamic effect of Nanling terrain on the low-level jet and its blocking effect on θse tongue and water vapor created favorable conditions for the rainstorm in northern Guangdong. The thermal effect of the terrain led to the formation of a mesoscale convergence line, which served as the triggering mechanism for convection. Sensitive tests showed that the terrain of the Nanling Mountains had a significant impact on the rainfall area. The rainfall area shifted southward (northward) with the increase (decrease) of the elevation of the terrain of the Nanling mountains. When the southwest jet passed through the Nanling Mountains, the low-level wind speed, divergence, temperature, and vertical velocity significantly changed with the variation of terrain. The frontal blocking and friction of the Nanling mountains weakened when the height of the terrain decreased. The location of the southwest jet and convergence as well as the ascending motion area moved northward to the vicinity of the westerly trough, causing the rain area to shift northward. When the terrain height of the Nanling mountains increased, the terrain blocking and friction effect strengthened. The convergence and ascending movement area were blocked in the south of the Nanling mountains, resulting in the convection in the warm area being triggered in advance and the rain area occurring in northern Guangdong. It can be seen that the rainstorm was mainly affected by the large-scale circulation background, but its falling area was closely related to the Nanling Mountain topography.
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图 2 6月20日20:00500 hPa（a，彩色填色为涡度、单位：10-5·s-1，红实线为位势高度，单位：10gpm，黑实线为槽线）、700 hPa（b，彩色填色为风速，单位: m/s，蓝实线为850 hPa温度，单位：℃，黑实线为槽线）形势场和113 ºE垂直剖面流场（c，彩色填色为风速，单位: m/s）
图 3 6月20日20:00沿113ºE经向垂直剖面的θse (a，单位：K)、湿位涡（b，单位：10-6m2·K/(s·kg)，黑色线为MPV1，彩色填色为MPV2）
黑色阴影区为地形。
图 5 南岭周边地形（a，蓝色箭头为主导风向，褐实线为地面辐合线，黑实线为南岭山脉位置）和MCS生成阶段20日21:00（b，空心三角为大麦山）、发展阶段21日06:00（c, 椭圆区为暖区新生对流单体）、成熟阶段21日09:00（d）、减弱阶段21日13:00（e）对应的地面风场、辐合线位置（褐实线）和雷达基本反射率(单位：dBZ)示意图以及20日21:00沿辐合线上的雷达反射率垂直剖面图（f）
图 8 各试验模拟21日08:00的850 hPa风场(a、b、c, 填色为风速，单位：m/s)、700 hPa散度场(d、e、f，单位：10-6 ·s-1，椭圆区域为主要的辐合区)、925 hPa温度场(g、h、i, 单位：℃)
其中，a、d、g为0%南岭地形；b、e、h为100%南岭地形；c、f、i为200%南岭地形。
表 1 2022年6月20日08、20时清远、郴州、阳江探空站物理量
时间 站点 CAPE/CIN(J/kg) K指数/SI(℃) 湿层厚度（m） LCL(m) 08:00 阳江 2 725/0.9 39/-0.31 8 003 308 清远 1 876/3 39/-1.36 6 920 299 郴州 484/84 40/-1.25 6 189 383 20:00 阳江 2 782/0.2 35/-1.21 2 115 308 清远 2 469/16 43/-4.06 10 336 161 郴州 376/81 39/-1.18 8 673 391 
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表 2 不同高度不同特征的南岭地形的敏感性试验设计
试验组 地形改变方案/% 目的 控制试验 原地形方案 参考对照 试验1 0% 地形高度 消除南岭山脉地形 试验2 50%地形高度 降低南部山脉高度50% 试验3 150%地形高度 提升山脉高度增至1.5倍 试验4 200%地形高度 提升山脉高度增至2倍 试验5 ≤500 m不变，>500 m降至500 m 削平高于500 m的南岭山脉 试验6 ≥200 m不变， < 200 m填至200 m 填充低洼河谷（峡谷） 试验7 南部和沿海150%地形高度 南部沿海地形高度增至1.5倍 试验8 南部和沿海250%地形高度 南部沿海地形高度增至2.5倍
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[1] 蒙伟光, 张艳霞, 戴光丰, 等. 华南沿海一次暴雨中尺度对流系统的形成和发展过程[J]. 热带气象学报, 2007, 23 (6): 521-530. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20070601 [2] 夏茹娣, 赵思雄. 2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究[J]. 大气科学, 2009, 33 (3): 468-488. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200903005.htm [3] 刘瑞鑫, 孙建华, 陈鲍发. 华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究[J]. 大气科学, 2019, 43 (1): 119-127. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK201901026.htm [4] 张晓惠, 倪允琪. 华南前汛期锋面对流系统与暖区对流系统的个例分析与对比研究[J]. 气象学报, 2009, 67(1): 109-116. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB200901013.htm [5] 陈涛, 陈博宇, 于超, 等. 华南前汛期锋面对流系统和暖区对流系统的多尺度特征和集合预报敏感性对比分析[J]. 气象, 2020, 46(9): 1 130-1 140. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXX202009001.htm [6] 何立富, 陈涛, 孔期. 华南暖区暴雨研究进展[J]. 应用气象学报, 2016, 27(5): 559-569. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQX201605005.htm [7] 林良勋. 广东省天气预报技术手册[M]. 北京: 气象出版社, 2006: 143-152. [8] 葛晶晶, 钟玮, 杜楠, 等. 地形影响下四川暴雨的数值模拟分析[J]. 气象科学, 2008, 28(2): 176-183. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKX200802008.htm [9] 陈潜, 赵鸣. 地形对降水影响的数值试验[J]. 气象科学, 2006, 26(5): 484-492. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKX200605002.htm [10] 高珩洲, 李国平. 黔东南地形影响局地突发性暴雨的中尺度天气分析与数值试验[J]. 高原气象, 2020, 39(2): 301-310. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX202002010.htm [11] 钟水新. 地形对降水的影响机理及预报方法研究进展[J]. 高原气象, 2020, 39(5): 1 122-1 129. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX202005020.htm [12] 吴乃庚, 温之平, 邓文剑, 等. 华南前汛期暖区暴雨研究新进展[J]. 气象科学, 2020, 40(5): 605-614. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKX202005005.htm [13] LUO Y L, ZHANG R H, WAN Q L, et al. The southern China monsoon rainfall experiment[J]. Bull Amer Meteor Soc, 2017, 98(5) : 999- 1 013. [14] 汪海恒, 张曙, 伍志方, 等. 2019年韶关"5·18"局地特大暴雨极端性成因分析[J]. 热带气象学报, 2021, 37(1): 50-56. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.005 [15] 叶桂苓, 张宇, 徐建军, 等. 阳江复杂地形对特大暴雨影响机理的数值研究[J]. 热带气象学报, 2022, 38(1): 133-142. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.012 [16] 王坚红, 杨艺亚, 苗春生, 等. 华南沿海暖区辐合线暴雨地形动力机制数值模拟研究[J]. 大气科学, 2017, 41(1): 784-794. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK201704010.htm [17] 李博, 刘黎平, 赵思雄, 等. 局地低矮地形对华南暴雨影响的数值试验[J]. 高原气象, 32 (6): 1 638-1 650. [18] 罗娟, 邓承之, 高松, 等. 武陵山区一次暖区强降水触发和维持机制分析[J]. 热带气象学报, 2022, 38(5): 754-763. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.070 [19] 陈子健, 林文实, 蒋宝林, 等. 华南珠三角地区海岸线和地形对暖区暴雨的影响[J]. 中山大学学报(自然科学版), 2022, 61(3): 62-73. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSDZ202203008.htm [20] 陈芳丽, 姜帅, 张东, 等. 相似环流背景下粤西沿海暖区降水迥异的对比分析[J]. 气象, 2022, 48(10): 1 257-1 267. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXX202210010.htm [21] 付炜, 唐明晖, 叶成志, 等. 强西南急流背景下南岭山脉一次暖区大暴雨数值模拟分析析[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 203-214. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.019 [22] 曾琮, 谢宝永. 清远市前汛期24小时暴雨预报[J]. 中山大学学报论丛, 1994, 14(5): 67-70. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSDL199405012.htm [23] 梁钟清, 陈洁雯, 罗律, 等. 清远"5·23"大暴雨过程的成因分析[J]. 广东气象, 2015, 37(4): 1-5. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDCX201504001.htm [24] 陈子通, 戴光丰, 钟水新, 等. 热带高分辨率模式(TRAMS-V3. 0)技术方案及其系统预报性能[J]. 热带气象学报, 2020, 36(4): 444- 454. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.041 [25] 徐道生, 陈子通, 戴光丰, 等. 对流参数化方案的改进对GRAPES模式台风预报的影响研究[J]. 热带气象学报, 2014, 30(2): 210-218. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20140202 [26] ZHANG Y X, CHEN Z T, MENG W G, et al. Applicability of Temperature Discrete Equation to NMRF Boundary Layer Scheme in GRAPES Model[J]. J Trop Meteor, 2022, 28(1): 12-20. [27] 陈子通, 戴光丰, 钟水新, 等. 中国南海台风模式(TRAMS-v2. 0)技术特点及其预报性能[J]. 热带气象学报, 2016, 32(6): 831-840. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20160605 [28] 钟水新, 陈子通, 黄燕燕, 等. 地形重力波拖曳参数化方案在华南中尺度模式(GRAPES)中的应用试验[J]. 热带气象学报, 2014, 30(3): 413-422. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20140302 [29] 徐道生, 陈子通, 钟水新, 等. 对流参数化与微物理过程的耦合及其对台风预报的影响研究[J]. 气象学报, 2014, 72(2): 337-349. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB201402011.htm [30] 戴光丰, 陈子通. GRAPES模式中地面通量在一次台风数值模拟中的敏感性试验研究[J]. 热带气象学报, 2013, 29(3): 403-410. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20130306 [31] 丁治英, 刘彩虹, 沈新勇. 2005—2008年5、6月华南暖区暴雨与高、低空急流和南亚高压关系的统计分析[J]. 热带气象学报, 2011, 27 (3): 307-316. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20110303 [32] 朱乾根, 林锦瑞, 寿绍文. 天气学原理和方法[M]. 北京: 气象出版社, 2000. [33] 智协飞, 李佳, 张玲. 双低空急流影响下华南初夏降水日变化的时空分布特征[J]. 大气科学学报, 2022, 45(3): 444-455. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NJQX202203011.htm [34] ZHANG M R, MENG Z Y. Warm-sector heavy rainfall in southern China and its WRF simulation evaluation: a low-level-jet perspective[J]. Mon Wea Rev, 2019, 147(12): 4 461-4 480. [35] 孙建华, 赵思雄. 华南"94·6"特大暴雨的中尺度对流系统及其环境场研究Ⅱ. 物理过程、环境场以及地形对中尺度对流系统的作用[J]. 大气科学, 2002, 26(5): 633-646. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200205004.htm [36] 吴国雄, 蔡雅萍. 湿位涡和倾斜涡度发展[J]. 气象学报, 1995, 53(4): 387-405. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB504.001.htm [37] 赵思雄. 2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究[J]. 大气科学, 2009, 33(3): 468-488. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200903005.htm [38] WU N G, DING X, WEN Z P, et al. Contrasting frontal and warm-sector heavy rainfalls over South China during the early-summer rainy season[J]. Atmos Res, 2020, 235: 104693. [39] 付智龙, 李国平, 姜凤友, 等. 四川盆地西部一次暖区山地暴雨事件的动力过程分析与局地环流数值模拟[J]. 大气科学, 2022, 46(6): 1 367-1 377. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK202206017.htm [40] 丁一汇. 高等天气学[M]. 北京: 气象出版社, 2004. -
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