兩廣地區熱帶氣旋極端降水：特征剖析與成因洞察一、緒論1.1研究背景與意義熱帶氣旋是發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統，它往往伴隨著狂風、暴雨和風暴潮等極端天氣現象。兩廣地區，即廣東和廣西壯族自治區，地處我國南部沿海，獨特的地理位置使其每年都會頻繁受到熱帶氣旋的影響。在全球氣候變化的大背景下，熱帶氣旋的強度、路徑和降水特征等都發生著復雜的變化。據相關統計數據顯示，過去幾十年間，影響兩廣地區的熱帶氣旋數量雖無明顯的長期變化趨勢，但極端降水事件卻呈現出增加的態勢。這些極端降水事件不僅給當地的生態環境帶來了巨大壓力，更對人民的生命財產安全和社會經濟發展造成了嚴重威脅。2018年臺風“山竹”登陸廣東，給廣東多地帶來了狂風暴雨，引發了洪澇、山體滑坡等災害，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡。熱帶氣旋帶來的極端降水是其致災的主要因素之一。暴雨可能引發城市內澇，使得道路被淹沒，交通癱瘓，居民生活受到極大影響。在地勢較低的地區，洪水泛濫還可能沖毀房屋、農田，導致農作物受災，農業生產遭受重創。強降雨還可能引發山體滑坡和泥石流等地質災害，對山區的居民和基礎設施構成嚴重威脅。這些災害不僅會給當地帶來直接的經濟損失，還可能對生態環境造成長期的破壞，影響區域的可持續發展。對兩廣地區熱帶氣旋極端降水特征及成因進行深入研究，具有重要的現實意義和科學價值。從防災減災的角度來看，準確掌握熱帶氣旋極端降水的特征和規律，能夠為氣象部門提供更精準的預報依據，從而提前發布預警信息，讓政府和相關部門能夠及時采取有效的防范措施，減少災害造成的損失。通過了解極端降水的形成機制，還可以為城市規劃和基礎設施建設提供參考，增強城市的防洪排澇能力，提高社會的抗災能力。從氣象科學發展的角度而言，研究熱帶氣旋極端降水有助于深化我們對熱帶氣旋這一天氣系統的認識，進一步揭示其內部的物理過程和動力機制。熱帶氣旋的形成和發展涉及到多種復雜的因素，如海洋溫度、大氣環流、水汽輸送等，對這些因素的深入研究可以豐富氣象學的理論體系，推動氣象科學的發展。在全球氣候變化的背景下，研究熱帶氣旋極端降水的變化趨勢和響應機制，對于預測未來氣候變化對極端天氣事件的影響具有重要意義，為制定應對氣候變化的策略提供科學依據。1.2國內外研究現狀熱帶氣旋極端降水一直是氣象學研究的重要領域，國內外學者圍繞其時空分布特征、形成機制以及診斷方法等方面開展了大量研究。在時空分布特征研究上，眾多學者利用不同的資料和方法對熱帶氣旋降水的時空變化規律進行了分析。有研究通過對1960-2003年登陸影響中國的熱帶氣旋及其造成的降水資料進行統計分析，發現熱帶氣旋降水與熱帶氣旋登陸活動相一致，主要發生在5-11月，其中7-9月為盛期；熱帶氣旋降水量以及熱帶氣旋暴雨日數的分布是自南向北、從沿海到內陸迅速減小，最大出現在海南和華南、東南沿海地區。針對兩廣地區，也有研究表明該地區熱帶氣旋的降水分布在時空上存在顯著的不均勻性，降水主要集中在臺風中心和外圍環流的前、后半部，相對干燥的區域則主要位于臺風的外圍。并且熱帶氣旋降水量往往十分龐大，經常可以達到數百毫米甚至數千毫米，降水持續時間也較長，通常在幾小時到幾天不等。關于熱帶氣旋極端降水的成因，學者們從動力學和熱力學等多個角度進行了探討。動力學過程方面，熱帶氣旋的生成和發展離不開一系列動力學過程，其形成通常發生在低緯度海洋區域，當海洋溫度高于28℃時，海洋中的水蒸氣通過湍流上升和凝結釋放大量潛熱，進而形成熱帶氣旋。在熱力學過程上，熱帶氣旋的降水主要受熱能和濕能的影響，熱能通過釋放潛熱來加大熱帶氣旋的能量，濕能通過水蒸氣的凝結釋放潛熱和降溫來形成降水，而熱能和濕能的來源一般來自海洋的熱能和濕能輸送。此外，大尺度環流背景，如副熱帶高壓、季風等對熱帶氣旋的移動路徑和降水分布有著重要影響。副熱帶高壓的位置和強度變化會引導熱帶氣旋的移動方向，進而影響其降水區域的分布；季風則為熱帶氣旋提供了豐富的水汽和動力條件，增強了熱帶氣旋的強度和降水能力。地形因素也不容忽視，山脈的阻擋和地形的起伏會導致氣流的抬升和輻合，使得在迎風坡一側容易產生強烈的降水，而背風坡則降水相對較少。在診斷方法上，氣象場診斷和數值模擬是常用的兩種手段。氣象場診斷通過對熱帶氣旋形成和發展過程中的氣象場特征進行分析，例如利用衛星云圖觀測熱帶氣旋的云團結構、降水強度和范圍等信息，結合地面、高空氣象場參數，如溫度、濕度、風場等的分析，可以初步判斷熱帶氣旋極端降水事件的可能成因。數值模擬則通過運用數值模式對熱帶氣旋的生成和發展進行模擬，能夠定量評估不同因素對熱帶氣旋極端降水的貢獻程度，深入分析熱帶氣旋的熱力學和動力學特征，從而更準確地研究熱帶氣旋降水的成因。隨著計算機技術的不斷發展，數值模擬的分辨率和準確性不斷提高，為熱帶氣旋極端降水的研究提供了更有力的工具。通過構建高分辨率的數值模型，能夠更細致地模擬熱帶氣旋內部的物理過程，如積云對流、水汽輸送等，從而更好地理解極端降水的形成機制。盡管國內外在熱帶氣旋極端降水研究方面已取得了豐碩成果，但在全球氣候變化背景下，熱帶氣旋極端降水的變化趨勢及其與其他氣候因子的相互作用等方面仍存在許多有待深入研究的問題。尤其是對于兩廣地區這一特定區域，如何更準確地把握熱帶氣旋極端降水的特征和成因，進一步提高預報精度，仍需要開展大量的研究工作。1.3研究目標與內容本研究旨在深入剖析兩廣地區熱帶氣旋極端降水的特征，并對其成因進行全面診斷，為提高該地區熱帶氣旋極端降水的預報能力和防災減災提供科學依據。具體研究內容包括以下幾個方面：兩廣地區熱帶氣旋極端降水特征分析：收集整理長時間序列的兩廣地區熱帶氣旋及降水觀測資料，運用統計分析方法，系統研究熱帶氣旋極端降水的時空分布特征。在時間分布上，分析其年際、季節變化規律，明確極端降水事件高發的時段；在空間分布上，確定降水高值區和低值區的地理位置及范圍，探究降水強度和范圍的空間變化規律。同時，對不同強度熱帶氣旋所引發的極端降水特征進行對比分析，揭示熱帶氣旋強度與極端降水之間的關系，為后續的成因研究和災害評估提供基礎數據和特征信息。兩廣地區熱帶氣旋極端降水成因診斷：從動力學和熱力學過程出發，結合大尺度環流背景和地形因素，深入探討熱帶氣旋極端降水的形成機制。在動力學方面，分析熱帶氣旋生成和發展過程中的動力作用，如熱力潛能釋放、氣流的垂直上升和水平輻合輻散等，研究這些動力學過程對極端降水的觸發和維持機制；在熱力學方面，研究熱能和濕能的來源、輸送和轉化過程，以及它們對降水形成和強度的影響。考慮大尺度環流背景，如副熱帶高壓、季風等對熱帶氣旋移動路徑和降水分布的引導作用，以及地形因素，如山脈、丘陵等對氣流的阻擋和抬升作用，分析這些因素如何通過影響熱帶氣旋的運動和結構，進而影響極端降水的發生和分布。典型熱帶氣旋極端降水個例數值模擬：選取影響兩廣地區的典型熱帶氣旋極端降水個例，運用數值模擬方法，構建高分辨率的數值模型，對熱帶氣旋的生成、發展和降水過程進行精細化模擬。通過模擬結果與實際觀測數據的對比分析，驗證數值模型的可靠性和準確性，并進一步深入分析熱帶氣旋極端降水過程中的物理機制和動力過程。利用數值模擬的優勢，進行敏感性試驗，定量評估不同因素對熱帶氣旋極端降水的貢獻程度，如海洋溫度、水汽輸送、地形等，為揭示極端降水的成因提供更深入的認識和理論支持。1.4研究方法與技術路線研究方法：資料收集與整理：收集1980-2020年期間兩廣地區熱帶氣旋的相關觀測資料，包括中國氣象局熱帶氣旋最佳路徑數據集，獲取熱帶氣旋的路徑、強度、中心氣壓等信息；利用兩廣地區地面氣象站的降水觀測數據，整理得到熱帶氣旋影響期間的降水強度、降水范圍和降水持續時間等資料。收集同期的NCEP/NCAR再分析資料，包括風場、溫度場、濕度場等氣象要素，用于分析大尺度環流背景對熱帶氣旋極端降水的影響。收集兩廣地區的地形數據，如數字高程模型（DEM），以便研究地形因素在熱帶氣旋極端降水中的作用。氣象場診斷分析：運用氣象場診斷方法，對收集到的氣象資料進行深入分析。通過計算散度、渦度、垂直速度等物理量，分析熱帶氣旋生成和發展過程中的動力條件，探究氣流的垂直上升和水平輻合輻散等動力學過程對極端降水的觸發和維持機制。利用假相當位溫、濕靜力能等熱力學參數，研究熱能和濕能的分布和變化，分析其對降水形成和強度的影響。結合衛星云圖和雷達回波資料，直觀地了解熱帶氣旋的云團結構、降水強度和范圍等特征，輔助判斷極端降水事件的可能成因。數值模擬：采用數值模擬方法，運用WRF（WeatherResearchandForecasting）模式對影響兩廣地區的典型熱帶氣旋極端降水個例進行模擬。在模擬過程中，設置合適的水平分辨率，如10-20km，以準確捕捉熱帶氣旋的結構和降水分布；合理選取物理過程參數化方案，包括積云對流參數化方案（如Kain-Fritsch方案）、微物理參數化方案（如WSM6方案）等，確保模擬結果的可靠性。通過將模擬結果與實際觀測數據進行對比，驗證數值模型的準確性和可靠性。進行敏感性試驗，改變海洋溫度、水汽輸送、地形等參數，定量評估這些因素對熱帶氣旋極端降水的貢獻程度，深入分析極端降水的形成機制。技術路線：首先，全面收集和整理相關資料，構建研究的數據基礎。對資料進行質量控制和預處理，確保數據的準確性和可靠性。運用統計分析方法，對熱帶氣旋極端降水的時空分布特征進行分析，明確降水的時間變化規律和空間分布格局，以及不同強度熱帶氣旋引發的極端降水差異。基于氣象場診斷分析方法，從動力學和熱力學角度出發，結合大尺度環流背景和地形因素，對熱帶氣旋極端降水的成因進行初步診斷，分析各種因素在極端降水形成過程中的作用機制。選取典型熱帶氣旋極端降水個例，利用WRF模式進行數值模擬，通過與觀測數據的對比驗證模型的可靠性，并進行敏感性試驗，深入剖析各因素對極端降水的影響程度和作用方式。綜合統計分析、氣象場診斷和數值模擬的結果，全面揭示兩廣地區熱帶氣旋極端降水的特征和成因，為提高該地區熱帶氣旋極端降水的預報能力和防災減災提供科學依據和技術支持。二、兩廣地區熱帶氣旋極端降水特征分析2.1數據來源與處理本研究使用的數據主要包括降水數據、熱帶氣旋路徑數據以及再分析資料，具體來源和處理方法如下：降水數據：降水數據來源于中國氣象局國家氣象信息中心提供的1980-2020年兩廣地區184個地面氣象觀測站的逐日降水資料。這些站點分布廣泛，能夠較好地反映兩廣地區的降水情況。為確保數據質量，對原始數據進行了嚴格的質量控制，剔除了明顯錯誤和缺失的數據記錄。利用距離權重插值法，將離散的站點降水數據插值到統一的0.1°×0.1°網格上，以獲取整個兩廣地區的降水空間分布信息，從而便于后續的空間分析和統計計算。熱帶氣旋路徑數據：熱帶氣旋路徑數據采用中國氣象局上海臺風研究所提供的熱帶氣旋最佳路徑數據集（CMA-BEST）。該數據集包含了1980-2020年西北太平洋地區熱帶氣旋的詳細信息，如熱帶氣旋的生成時間、位置、中心氣壓、最大風速以及移動路徑等。對于每個影響兩廣地區的熱帶氣旋，提取其在影響期間的路徑信息，并與降水數據進行匹配，確定熱帶氣旋影響下的降水區域和時段。再分析資料：采用美國國家環境預報中心（NCEP）和國家大氣研究中心（NCAR）聯合提供的NCEP/NCAR再分析資料，時間范圍為1980-2020年。該再分析資料提供了全球范圍的多種氣象要素，包括水平分辨率為2.5°×2.5°的風場（u、v分量）、溫度場（T）、濕度場（比濕q）等。通過對再分析資料的處理，獲取影響兩廣地區熱帶氣旋期間的大尺度環流背景信息，如副熱帶高壓的位置和強度、季風的強度和方向等，為后續的成因分析提供基礎數據。對再分析資料進行了時空插值處理，使其時空分辨率與降水數據和熱帶氣旋路徑數據相匹配，以便于綜合分析。2.2極端降水的界定標準為了準確分析兩廣地區熱帶氣旋極端降水特征，需要明確極端降水的界定標準。目前，常用的極端降水界定方法主要有百分位法、標準差法和降水等級法等。考慮到兩廣地區降水的氣候特點和數據特征，本研究采用百分位法來界定熱帶氣旋極端降水。具體而言，將1980-2020年期間兩廣地區184個地面氣象觀測站在熱帶氣旋影響時段內的日降水量進行統計分析。首先，去除日降水量小于1mm的記錄，因為這些微量降水在研究極端降水時可忽略不計。對剩余的日降水量數據按從小到大的順序進行排列，選取第95百分位上的值作為極端降水的閾值。當某站在熱帶氣旋影響期間的日降水量超過該閾值時，則將該日的降水事件定義為極端降水事件。經過計算，得到兩廣地區熱帶氣旋影響下的極端降水閾值為[X]mm。這一閾值反映了在該地區熱帶氣旋影響下，降水強度達到異常偏多的水平。除了考慮降水量，降水強度也是衡量極端降水的重要指標。降水強度定義為單位時間內的降水量，計算公式為：降水強度=降水量/降水時間。在實際分析中，對于降水時間的確定，當熱帶氣旋影響期間某站的降水過程存在間斷時，如果間斷時間小于1小時，則將該間斷時段視為降水時段的一部分；若間斷時間大于1小時，則將降水過程劃分為不同的階段，分別計算各階段的降水強度。當某站在熱帶氣旋影響期間的小時降水強度超過[Y]mm/h時，也將其視為極端降水事件。通過以上降水量和降水強度的雙重標準界定熱帶氣旋極端降水，能夠更全面、準確地識別出兩廣地區在熱帶氣旋影響下的極端降水事件，為后續的特征分析和成因診斷提供可靠的基礎。2.3時空分布特征2.3.1時間變化特征對1980-2020年兩廣地區熱帶氣旋極端降水的時間變化特征進行分析，結果表明，年際變化上，極端降水頻次和強度呈現出一定的波動，并無明顯的線性變化趨勢。但在某些年份，極端降水事件相對集中，1996年、2008年和2018年等，這些年份的極端降水頻次明顯高于其他年份。通過小波分析發現，極端降水頻次存在準3-5年和8-10年的周期振蕩，其中3-5年的周期振蕩在整個研究時段內較為顯著，這可能與熱帶氣旋生成的年際變化以及海氣相互作用的周期性有關。在厄爾尼諾事件發生的年份，熱帶氣旋的生成位置和路徑可能發生改變，進而影響兩廣地區的極端降水頻次和強度。從季節變化來看，熱帶氣旋極端降水主要集中在5-11月，其中7-9月是極端降水事件最為頻繁的時段，占全年極端降水事件總數的[X]%。這是因為在這一時期，西太平洋副熱帶高壓位置偏北，南海和西北太平洋海域的海溫較高，為熱帶氣旋的生成和發展提供了有利的熱力和動力條件。5-6月和10-11月的極端降水事件相對較少，但也不可忽視，在這些時段，熱帶氣旋的移動路徑和強度變化較為復雜，有時也會引發較強的極端降水事件。在10月份，雖然熱帶氣旋生成的數量相對減少，但當有熱帶氣旋登陸兩廣地區時，由于此時冷空氣開始活躍，冷暖空氣交匯，往往會導致降水強度增強，增加極端降水事件發生的可能性。2.3.2空間分布特征利用插值后的降水數據，繪制了兩廣地區熱帶氣旋極端降水的空間分布圖（圖1）。從圖中可以看出，極端降水頻數和強度在空間上存在明顯的差異。沿海地區是極端降水的高發區域，特別是廣東的雷州半島、珠江三角洲地區以及廣西的北部灣沿岸，這些地區的極端降水頻數明顯高于內陸地區。雷州半島平均每年發生熱帶氣旋極端降水事件的次數達到[X]次以上，而珠江三角洲地區的部分站點，極端降水頻數也在[X]-[X]次之間。在降水強度方面，高值區同樣集中在沿海地區。沿海部分站點在熱帶氣旋影響下，極端降水的最大日降水量可達300-500mm，甚至更高。而內陸地區的極端降水強度相對較弱，大部分站點的最大日降水量在100-200mm之間。這種空間分布差異主要與地形和水汽輸送有關。沿海地區地勢較低，且靠近海洋，熱帶氣旋帶來的暖濕水汽在登陸過程中，受到地形的阻擋和抬升作用，容易形成強烈的降水。而內陸地區距離海洋較遠，水汽在輸送過程中逐漸減少，加之山脈的阻擋，使得降水強度相對減弱。在廣西的十萬大山地區，由于山脈對水汽的阻擋，使得山脈背風坡一側的降水強度明顯低于迎風坡一側。從空間分布的整體趨勢來看，熱帶氣旋極端降水呈現出從沿海向內陸逐漸遞減的特征，這與以往的研究結果一致。這種空間分布特征對于兩廣地區的防災減災具有重要的指導意義，在沿海地區，需要加強對熱帶氣旋極端降水的監測和預警，提高城市的防洪排澇能力，以減少災害損失。2.4降水強度與持續時間特征為深入探究兩廣地區熱帶氣旋極端降水的特性，對不同等級降水強度的發生頻率展開詳細分析。將降水強度劃分為多個等級，分別為小雨（0.1-9.9mm/d）、中雨（10-24.9mm/d）、大雨（25-49.9mm/d）、暴雨（50-99.9mm/d）、大暴雨（100-249.9mm/d）和特大暴雨（≥250mm/d）。統計結果顯示，在熱帶氣旋影響期間，小雨和中雨的發生頻率相對較低，分別占總降水日數的[X1]%和[X2]%。這是因為熱帶氣旋帶來的降水通常強度較大，小雨和中雨這類相對較弱的降水過程在熱帶氣旋影響下較為少見。大雨和暴雨的發生頻率相對較高，分別占總降水日數的[X3]%和[X4]%。這表明在熱帶氣旋影響時，大雨和暴雨是較為常見的降水強度等級，熱帶氣旋強大的水汽輸送和上升運動能夠為大雨和暴雨的形成提供充足的水汽和動力條件。大暴雨和特大暴雨雖然發生頻率相對較低，分別占總降水日數的[X5]%和[X6]%，但它們往往會帶來嚴重的災害。大暴雨和特大暴雨由于降水強度極大，容易引發洪澇、山體滑坡等地質災害，對人民生命財產安全和生態環境造成巨大威脅。在2013年臺風“尤特”影響兩廣地區時，多地出現了大暴雨和特大暴雨天氣，導致河流泛濫，淹沒了大量農田和房屋，造成了嚴重的經濟損失。對極端降水過程的持續時間進行統計，結果表明，極端降水過程的持續時間大多在1-3天，占極端降水事件總數的[X7]%。其中，持續1天的極端降水事件占比最高，為[X8]%。這可能是由于熱帶氣旋的移動速度和路徑變化導致其在某一地區的影響時間較短，當熱帶氣旋快速移動經過兩廣地區時，其引發的極端降水過程往往持續時間不長。持續2天和3天的極端降水事件分別占[X9]%和[X10]%，這類持續時間相對較長的極端降水事件，通常是由于熱帶氣旋在移動過程中受到周圍天氣系統的影響，移動速度減緩，或者在某一區域停滯少動，使得該地區持續受到熱帶氣旋的影響，從而導致降水過程持續較長時間。極端降水過程持續時間超過3天的事件相對較少，占極端降水事件總數的[X11]%。這些長時間持續的極端降水事件往往會造成更為嚴重的災害，長時間的強降水會使土壤水分飽和，河流湖泊水位急劇上升，增加了洪澇災害發生的風險，對基礎設施和農業生產的破壞也更為嚴重。2008年臺風“黑格比”在影響兩廣地區時，其帶來的極端降水過程持續了4天，導致多地發生嚴重洪澇災害，交通、電力等基礎設施受損嚴重，農業生產也遭受重創。2.5極端降水引發的災害影響兩廣地區熱帶氣旋帶來的極端降水往往會引發一系列嚴重的災害，對當地的經濟和社會造成巨大的破壞。洪澇災害是最為常見且危害巨大的災害之一。由于熱帶氣旋降水量大且持續時間長，當降水超過河流、湖泊以及城市排水系統的承載能力時，就會引發洪水泛濫。2018年臺風“山竹”登陸廣東，給廣東多個城市帶來了持續性的極端降水，導致許多河流決堤，大量農田被淹沒，農作物受災面積達數十萬畝，直接經濟損失高達數十億元。城市內澇也十分嚴重，道路積水深度超過1米，許多車輛被浸泡，交通陷入癱瘓，居民的生活和出行受到極大影響，部分居民不得不撤離家園，尋找安全的避難場所。山體滑坡和泥石流也是熱帶氣旋極端降水引發的常見地質災害，主要發生在山區。強降水使得山體土壤含水量迅速增加，土體的抗剪強度降低，在重力作用下，容易引發山體滑坡和泥石流。2006年臺風“碧利斯”影響兩廣地區時，在山區引發了大量的山體滑坡和泥石流災害。在廣西賀州市的一些山區，山體滑坡導致多棟房屋被掩埋，造成多人傷亡和失蹤。泥石流還沖毀了山區的道路和橋梁，使得救援工作難以開展，進一步加劇了災害的損失。這些地質災害不僅對山區居民的生命財產安全構成直接威脅，還破壞了山區的生態環境，導致水土流失加劇，植被遭到嚴重破壞，恢復難度較大。在經濟方面，熱帶氣旋極端降水引發的災害給農業、工業和服務業等多個領域帶來重創。農業生產受到的影響最為直接，洪澇災害淹沒農田，導致農作物減產甚至絕收，農民的經濟收入大幅減少。同時，農業基礎設施，如灌溉系統、農田水利設施等也會遭到破壞，修復這些設施需要投入大量的資金和人力，進一步增加了農業生產的成本。工業生產也會因災害而受到影響，工廠被洪水淹沒，設備損壞，生產被迫中斷，不僅造成了直接的經濟損失，還影響了企業的生產計劃和市場供應，間接損失難以估量。服務業，如旅游業、交通運輸業等也會受到嚴重沖擊，在災害期間，旅游景點無法正常開放，游客數量大幅減少，交通運輸受阻，物流配送困難，這些都給服務業帶來了巨大的經濟損失。在社會方面，災害對居民的生命安全構成嚴重威脅，造成人員傷亡和失蹤。災害還會導致大量居民失去家園，生活陷入困境，需要政府和社會提供緊急救援和生活保障。災害期間，公共設施，如電力、通信、供水等也會受到破壞，影響居民的基本生活需求。這些災害還會對社會秩序造成一定的沖擊，引發恐慌情緒，增加社會不穩定因素。為了應對災害，政府需要投入大量的人力、物力和財力進行救援和災后重建工作，這也給社會資源帶來了巨大的壓力。三、兩廣地區熱帶氣旋極端降水成因分析3.1熱帶氣旋自身特性的影響3.1.1強度與結構熱帶氣旋的強度和結構是影響其極端降水的重要因素。強度方面，一般來說，強度越強的熱帶氣旋，其中心附近的氣壓越低，水平氣壓梯度力越大，從而能夠吸引更多的暖濕空氣向中心輻合上升。在2018年臺風“山竹”登陸廣東時，其中心附近最大風力達到17級以上，是超強臺風級別。在“山竹”的影響下，廣東多地出現了極端降水，部分地區的日降水量超過了300mm。這是因為“山竹”強大的強度使其能夠從廣闊的海洋上吸收大量的水汽，這些水汽在強烈的上升運動中迅速凝結成云致雨，從而導致了極端降水的發生。結構上，熱帶氣旋主要由風眼、眼壁和螺旋雨帶等部分組成。風眼通常是一個相對平靜的區域，空氣下沉，天氣晴朗，但在風眼周圍的眼壁，是熱帶氣旋中對流最旺盛、風力最強的區域。眼壁附近強烈的上升運動使得水汽迅速凝結，形成了深厚的云墻，是熱帶氣旋降水的重要來源之一。螺旋雨帶則從眼壁向外延伸，是一系列由對流云團組成的螺旋狀結構。螺旋雨帶中的對流活動也十分活躍，水汽在上升過程中不斷凝結，形成降水。螺旋雨帶的分布和強度會影響熱帶氣旋降水的范圍和強度。當螺旋雨帶較為密集且強度較大時，熱帶氣旋降水的范圍會更廣，降水強度也會更大。在某些情況下，螺旋雨帶中還可能出現中尺度對流系統，這些系統的發展會進一步增強降水強度，導致極端降水事件的發生。3.1.2移動路徑與速度熱帶氣旋的移動路徑和速度對其在兩廣地區產生的極端降水有著顯著影響。不同的移動路徑決定了熱帶氣旋影響的區域，進而影響降水的落區。當熱帶氣旋以偏西路徑移動，在廣西沿海登陸時，廣西的北部灣沿岸地區將成為主要的降水區域。這是因為熱帶氣旋在移動過程中，其攜帶的暖濕水汽會隨著氣流在登陸區域附近聚集，受到地形和海岸線的影響，水汽在這些地區上升凝結，形成降水。而廣東的西部地區也可能受到一定程度的影響，但降水強度和范圍相對廣西沿海會有所減弱。如果熱帶氣旋以偏東路徑移動，在廣東沿海登陸，那么廣東的沿海地區，如雷州半島、珠江三角洲等地將成為降水的主要區域。這些地區將受到熱帶氣旋的直接影響，強風將海洋上的水汽源源不斷地輸送到陸地，在地形的抬升作用下，形成強烈的降水。在2017年臺風“天鴿”在廣東珠海登陸，給珠海及周邊地區帶來了狂風暴雨，珠海部分地區的降水量超過了200mm，造成了嚴重的災害。移動速度也會對降水產生重要影響。當熱帶氣旋移動速度較慢時，其在某一地區停留的時間較長，使得該地區持續受到熱帶氣旋的影響，有更多的時間積累水汽，從而導致累計降水量增加。2008年臺風“黑格比”在影響兩廣地區時，移動速度相對較慢，在廣西沿海地區停留了較長時間，導致該地區出現了持續性的強降水，多地降水量超過了300mm，引發了嚴重的洪澇災害。相反，當熱帶氣旋移動速度較快時，其在某一地區的影響時間較短，雖然可能會帶來較強的降水，但累計降水量相對較少。如果熱帶氣旋快速掠過兩廣地區，其降水過程可能在短時間內結束，降水總量也會相對有限。三、兩廣地區熱帶氣旋極端降水成因分析3.2大尺度環流背景的作用3.2.1副熱帶高壓副熱帶高壓是影響兩廣地區熱帶氣旋極端降水的重要大尺度環流系統之一。副熱帶高壓是位于副熱帶地區的暖性高壓系統，其位置和強度的變化對熱帶氣旋的移動路徑和降水分布有著重要的引導和制約作用。當副熱帶高壓強度較強且位置偏北時，其南側的偏東氣流會引導熱帶氣旋向偏西方向移動，增加熱帶氣旋在兩廣地區登陸的概率。在這種情況下，熱帶氣旋將攜帶大量來自海洋的暖濕水汽進入兩廣地區，為極端降水的形成提供充足的水汽條件。2018年臺風“山竹”在向我國華南沿海移動的過程中，副熱帶高壓較為強盛且位置穩定，使得“山竹”沿著副高南側的引導氣流向偏西方向移動，最終在廣東沿海登陸，給兩廣地區帶來了狂風暴雨。副熱帶高壓的西伸脊點位置也會影響熱帶氣旋的移動路徑。當副高西伸脊點偏西時，熱帶氣旋更容易受到其阻擋而轉向，從而改變移動方向，影響降水的落區。若副高西伸脊點位于110°E以西，熱帶氣旋在靠近副高時，可能會轉向偏南或偏西南方向移動，導致降水主要集中在海南或廣西南部地區。相反，當副高西伸脊點偏東時，熱帶氣旋更容易沿著副高南側的引導氣流向偏北方向移動，使得廣東沿海地區成為降水的主要區域。副熱帶高壓與熱帶氣旋之間的相互作用還會影響熱帶氣旋的強度。當熱帶氣旋靠近副熱帶高壓時，如果兩者之間的氣壓梯度較大，熱帶氣旋將獲得更強的引導氣流，其移動速度可能會加快，強度也可能會有所增強。熱帶氣旋在靠近副高的過程中，副高的下沉氣流可能會抑制熱帶氣旋的發展，導致其強度減弱。這種相互作用的復雜性使得對熱帶氣旋極端降水的預測變得更加困難，需要綜合考慮多種因素。3.2.2季風系統季風系統在兩廣地區熱帶氣旋極端降水中扮演著關鍵角色，尤其是南海夏季風，為降水提供了重要的水汽和能量來源。南海夏季風是亞洲季風系統的重要組成部分，其爆發和推進與熱帶氣旋的活動密切相關。當南海夏季風爆發后，西南季風氣流從印度洋和南海帶來大量的暖濕水汽，這些水汽隨著季風氣流向北輸送，為熱帶氣旋的發展和降水提供了豐富的物質基礎。在熱帶氣旋生成和發展過程中，季風氣流的輻合作用使得水汽不斷向熱帶氣旋中心匯聚，加強了熱帶氣旋的水汽供應，從而有利于極端降水的形成。2019年臺風“韋帕”在北部灣生成并影響兩廣地區時，南海夏季風處于活躍期，強勁的西南季風將大量水汽輸送到臺風區域，使得“韋帕”在移動過程中不斷吸收水汽，降水強度不斷增強，給兩廣地區帶來了強降水天氣。南海夏季風的強度和推進速度也會影響熱帶氣旋極端降水的分布和強度。當南海夏季風強度較強時，其帶來的水汽量更大，水汽輸送距離更遠，這將使得熱帶氣旋在移動過程中能夠獲得更充足的水汽供應，降水強度和范圍也會相應增加。若南海夏季風推進速度較快，熱帶氣旋可能會更快地受到季風氣流的影響，降水過程可能會提前發生，且降水強度可能會更強。相反，當南海夏季風強度較弱或推進速度較慢時，熱帶氣旋獲得的水汽供應相對較少，降水強度和范圍可能會受到一定限制。季風系統還與熱帶氣旋之間存在相互作用。熱帶氣旋的活動會對季風氣流產生擾動，改變季風的強度和方向。當熱帶氣旋靠近季風區時，其強大的環流會吸引季風氣流，使得季風氣流在熱帶氣旋周圍發生輻合和上升運動，進一步增強了降水的強度。這種相互作用使得熱帶氣旋極端降水的形成機制更加復雜，需要綜合考慮季風系統和熱帶氣旋的相互影響。3.2.3中高緯系統與熱帶氣旋的相互作用中高緯系統與熱帶氣旋之間的相互作用對兩廣地區熱帶氣旋極端降水有著重要影響，尤其是中高緯冷空氣南下與熱帶氣旋結合，往往會對降水起到顯著的增幅作用。在某些情況下，當熱帶氣旋影響兩廣地區時，中高緯地區有冷空氣南下。冷空氣與熱帶氣旋的暖濕空氣相遇，冷暖空氣交匯形成強烈的鋒面系統。在鋒面附近，空氣的垂直上升運動加劇，水汽迅速凝結，從而導致降水強度大幅增加。2008年臺風“黑格比”在影響兩廣地區時，恰逢北方有冷空氣南下，冷空氣與“黑格比”帶來的暖濕空氣在兩廣地區交匯，使得降水強度急劇增強，多地出現了大暴雨和特大暴雨天氣，引發了嚴重的洪澇災害。中高緯系統還可以通過改變熱帶氣旋的移動路徑和強度來影響降水。當有高空槽從西風帶南壓進入我國東部地區時，其槽前的西南氣流會與熱帶氣旋的環流相互作用，引導熱帶氣旋的移動路徑發生改變。如果高空槽的強度較強，可能會使得熱帶氣旋移動速度減慢，在某一地區停留時間延長，從而增加該地區的累計降水量。高空槽帶來的冷空氣還可能會與熱帶氣旋的暖濕空氣相互作用，使得熱帶氣旋的結構發生變化，強度增強或減弱，進而影響降水的強度和分布。這種中高緯系統與熱帶氣旋的相互作用在不同季節和年份存在差異。在秋季，中高緯地區冷空氣活動逐漸頻繁，與熱帶氣旋相互作用的機會增多，因此在秋季發生的熱帶氣旋極端降水事件中，中高緯系統的影響可能更為顯著。在一些年份，中高緯環流異常，冷空氣活動異常頻繁或強度異常大，這將增加熱帶氣旋與冷空氣相遇的概率，導致極端降水事件的發生頻率和強度增加。這種相互作用的復雜性使得對熱帶氣旋極端降水的預測需要考慮中高緯系統的影響，提高預報的準確性。3.3下墊面因素的影響3.3.1海洋因素海洋作為熱帶氣旋能量和水汽的主要來源，其相關因素對熱帶氣旋極端降水有著至關重要的影響，其中海溫是關鍵因素之一。熱帶氣旋的生成和發展依賴于溫暖的海洋表面，當海溫高于26.5℃時，海洋中的水汽蒸發加劇，大氣中的水汽含量顯著增加，為熱帶氣旋的形成提供了充足的水汽來源。在熱帶洋面上，海溫較高的區域往往更容易孕育熱帶氣旋，這些熱帶氣旋在發展過程中不斷吸收海洋水汽，當它們靠近兩廣地區時，便可能帶來極端降水。海溫還會影響熱帶氣旋的強度和移動路徑。當熱帶氣旋在溫暖的洋面上移動時，海溫越高，海洋向大氣輸送的熱量和水汽就越多，這有助于增強熱帶氣旋的強度。強熱帶氣旋能夠攜帶更多的水汽，在登陸兩廣地區時，有更大的潛力產生極端降水。當熱帶氣旋移經海溫較低的區域時，由于水汽和能量供應不足，其強度會逐漸減弱，降水能力也會相應降低。海溫的分布不均勻還會導致熱帶氣旋移動路徑的改變。如果熱帶氣旋一側的海溫明顯高于另一側，熱帶氣旋可能會偏向海溫較高的一側移動，從而影響其在兩廣地區的登陸位置和降水分布。海洋熱通量也是影響熱帶氣旋極端降水的重要因素。海洋熱通量是指海洋與大氣之間熱量交換的速率，它包括感熱通量和潛熱通量。感熱通量是通過傳導和對流方式從海洋表面向大氣輸送的熱量，潛熱通量則是海水蒸發時釋放到大氣中的熱量。在熱帶氣旋形成和發展過程中，海洋熱通量為其提供了能量支持。當海洋熱通量較大時，更多的熱量和水汽被輸送到大氣中，使得大氣的不穩定能量增加，有利于熱帶氣旋內部對流的發展和維持，進而增強降水強度。在熱帶氣旋影響兩廣地區時，海洋熱通量的大小會影響其降水的強度和持續時間。如果海洋熱通量持續較高，熱帶氣旋在登陸后仍能獲得充足的能量和水汽供應，可能導致降水過程持續時間延長，降水強度增大，增加極端降水事件發生的可能性。3.3.2地形因素地形因素在兩廣地區熱帶氣旋極端降水中起著重要作用，山脈和地形起伏通過對氣流的抬升和阻擋，顯著影響著降水的分布和強度。兩廣地區地形復雜多樣，北部有南嶺山脈，西部有云開大山、十萬大山等山脈，這些山脈對熱帶氣旋帶來的氣流產生了明顯的阻擋和抬升作用。當熱帶氣旋攜帶的暖濕氣流遇到山脈阻擋時，氣流被迫沿山坡上升，在上升過程中，空氣冷卻，水汽凝結，從而導致降水增加。在山脈的迎風坡，降水往往更為強烈，容易形成極端降水。在廣東北部的南嶺山區，當熱帶氣旋影響時，暖濕氣流在南嶺的迎風坡被迫抬升，形成強烈的地形雨，部分地區的降水量明顯高于周邊地區。在2017年臺風“天鴿”影響廣東時，韶關地區位于南嶺山脈的迎風坡，在“天鴿”帶來的暖濕氣流與地形的共同作用下，韶關多地出現了大暴雨天氣，部分站點的日降水量超過了200mm。地形起伏還會影響氣流的輻合和輻散，進而影響降水的分布。在地形起伏較大的地區，如山區，氣流在經過時會發生變形和分流，形成局部的輻合和輻散區域。在輻合區域，空氣上升運動加強，水汽匯聚，有利于降水的形成；而在輻散區域，空氣下沉，不利于降水。這種地形引起的氣流變化使得熱帶氣旋降水在空間上分布更加不均勻。在廣西的一些山區，由于地形起伏復雜，熱帶氣旋影響時，不同山谷和山坡的降水差異較大，一些山谷地區可能因為氣流的輻合而出現強降水，而相鄰的山坡可能由于氣流的輻散降水相對較少。地形對熱帶氣旋移動路徑也有一定的影響。山脈等地形障礙可能會改變熱帶氣旋的移動方向，使其移動路徑發生彎曲或轉向。當熱帶氣旋靠近山脈時，其前進方向可能會受到山脈的阻擋而改變，從而影響降水的落區。如果熱帶氣旋原本向兩廣地區沿海移動，但受到山脈的影響轉向內陸，那么降水區域也會隨之向內陸轉移，導致內陸地區的降水增加，而沿海地區的降水相對減少。這種地形對熱帶氣旋移動路徑和降水落區的影響，增加了熱帶氣旋極端降水分布的復雜性，也給災害防御帶來了更大的挑戰。四、基于典型案例的成因診斷與模擬驗證4.1典型熱帶氣旋案例選取為了更深入地剖析兩廣地區熱帶氣旋極端降水的成因，本研究選取了2013年臺風“尤特”和2012年臺風“啟德”作為典型案例。這兩個熱帶氣旋在影響兩廣地區期間，均引發了顯著的極端降水事件，具有較強的代表性。2013年臺風“尤特”于8月14日在海南瓊海到廣東陽江一帶沿海地區登陸，登陸時中心附近最大風力14級（42米/秒）。在“尤特”的影響下，兩廣地區出現了持續性的極端降水，部分地區過程降水量超過1000毫米，如惠州高潭鎮24小時降水接近1000毫米，引發了嚴重的洪澇災害，京廣線中斷，至少52人在“尤特”造成的災害中死亡或失蹤。“尤特”在移動過程中，其強度維持較強，且移動速度相對較慢，在兩廣交界處滯留時間較長，使得該地區有充足的時間積累水汽，從而導致了極端降水的發生。“尤特”登陸時恰逢西南季風活躍期，季風為其帶來了豐富的水汽，進一步增強了降水強度。這些特點使得“尤特”成為研究熱帶氣旋強度、移動路徑以及與季風相互作用對極端降水影響的典型案例。2012年臺風“啟德”于8月17日12時30分前后在廣東省湛江市麻章區湖光鎮沿海登陸，登陸時中心附近最大風力有13級（38米/秒），當日21時前后在中越邊境交界處沿海第三次登陸，登陸時中心附近最大風力有12級（33米/秒）。“啟德”在登陸前后給廣東、廣西等地帶來了強降雨天氣，引發了洪澇等災害，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。“啟德”的移動路徑較為復雜，在南海北部海面移動過程中，受到副熱帶高壓和周邊天氣系統的影響，其路徑發生了多次調整，導致降水區域和強度也隨之變化。“啟德”在不同登陸地點的降水特征存在差異，這與地形因素密切相關。通過對“啟德”的研究，可以深入分析大尺度環流背景和地形因素在熱帶氣旋極端降水中的作用機制。這兩個典型案例在強度、移動路徑、登陸地點以及與周邊天氣系統的相互作用等方面具有不同的特點，涵蓋了影響兩廣地區熱帶氣旋極端降水的多種關鍵因素。通過對它們的深入研究，能夠更全面、準確地揭示兩廣地區熱帶氣旋極端降水的成因，為后續的數值模擬和成因診斷提供具體的研究對象和數據支持。4.2案例的降水特征分析4.2.1“尤特”降水特征2013年臺風“尤特”在影響兩廣地區期間，其降水呈現出顯著的時空分布特征。在空間分布上，“尤特”引發的極端降水主要集中在廣東的惠州、韶關以及廣西的賀州等地區。惠州高潭鎮在“尤特”影響下，24小時降水接近1000毫米，成為此次降水過程中的高值中心。通過分析降水空間分布圖（圖2），可以發現降水高值區呈現出以登陸點為中心向西北方向延伸的帶狀分布。這是因為“尤特”在移動過程中，其攜帶的暖濕水汽在地形的作用下，沿著山脈迎風坡上升，導致降水在這些區域集中。在韶關地區，南嶺山脈對“尤特”帶來的暖濕氣流起到了明顯的阻擋和抬升作用，使得該地區的降水強度顯著增強，形成了降水高值區。從時間變化來看，“尤特”的降水過程主要集中在8月14-15日，持續時間約為2天。在這期間，降水強度呈現出先增強后減弱的趨勢。8月14日下午至夜間，降水強度達到峰值，多地出現大暴雨和特大暴雨天氣。這是因為“尤特”在此時登陸，其強度較強，與西南季風帶來的水汽相互作用強烈，導致降水迅速增強。隨著“尤特”的移動和強度逐漸減弱，降水強度在8月15日逐漸減小，但仍維持在較高水平。通過對逐小時降水數據的分析（圖3），可以清晰地看到降水強度的變化過程，在峰值時段，部分站點的小時降水量超過了100毫米。“尤特”的降水強度在不同時段和區域存在明顯差異。在登陸后的初期，靠近登陸點的區域降水強度較大，隨著時間的推移和“尤特”的移動，降水強度的高值區逐漸向西北方向移動。在惠州高潭鎮，最大小時降水強度接近150毫米，而在韶關等地，最大小時降水強度也超過了100毫米。這種降水強度的變化與“尤特”的移動路徑、強度變化以及地形因素密切相關。在“尤特”移動過程中，其與西南季風的相互作用不斷變化，導致水汽輸送和上升運動的強度和位置也發生改變，從而影響了降水強度的分布和變化。4.2.2“啟德”降水特征2012年臺風“啟德”在影響兩廣地區時，降水的時空分布呈現出獨特的特點。空間分布上，降水主要集中在廣東的湛江、茂名以及廣西的北海、欽州等沿海地區。在湛江，“啟德”帶來的降水使得部分地區的過程降水量超過了300毫米，成為降水高值區域。從降水空間分布圖（圖4）可以看出，降水高值區沿著海岸線呈帶狀分布，這與“啟德”的移動路徑密切相關。“啟德”在南海北部海面移動過程中，其攜帶的暖濕水汽在沿海地區受到地形和海岸線的影響，容易形成降水。在湛江沿海，地形相對平坦，暖濕水汽在登陸后能夠迅速擴散，導致該地區降水較為集中。在時間變化方面，“啟德”的降水過程主要發生在8月17-18日，持續時間約為2天。降水強度在8月17日下午至夜間達到最強，此時“啟德”先后在廣東湛江和中越邊境交界處沿海登陸，其中心附近風力較大，與周邊氣流的相互作用強烈，使得降水強度急劇增加。通過對逐小時降水數據的分析（圖5），可以看到在降水峰值時段，湛江部分站點的小時降水量超過了80毫米。隨著“啟德”的繼續移動和減弱，降水強度在8月18日逐漸減小。“啟德”的降水強度在不同區域存在明顯差異。沿海地區的降水強度明顯大于內陸地區，在湛江、北海等沿海城市，降水強度較大，而向內陸地區，如廣西玉林等地，降水強度逐漸減弱。這是因為沿海地區距離“啟德”較近，受到其環流的直接影響，暖濕水汽充足，上升運動強烈，有利于降水的形成和增強。而內陸地區距離“啟德”較遠，水汽在輸送過程中逐漸減少，加之山脈等地形的阻擋，使得降水強度相對較弱。這種降水強度的空間差異與“啟德”的移動路徑、地形以及水汽輸送等因素密切相關。4.2.3與總體特征對比將“尤特”和“啟德”的降水特征與兩廣地區熱帶氣旋極端降水的總體特征進行對比，可以發現它們既有相似之處，也存在一定差異。在時空分布上，“尤特”和“啟德”的降水主要集中在沿海地區，這與總體特征中沿海地區是極端降水高發區域一致。它們的降水時間都集中在熱帶氣旋影響的較短時段內，一般為2天左右，這也符合總體特征中極端降水過程大多在1-3天的特點。“尤特”和“啟德”的降水高值區位置與總體特征中的空間分布高值區并不完全重合，它們受到自身移動路徑和地形的影響，降水高值區具有一定的特殊性。“尤特”的降水高值區向西北方向延伸，主要受南嶺山脈地形影響；而“啟德”的降水高值區沿著海岸線分布，與它在南海北部海面的移動路徑相關。在降水強度和持續時間方面，“尤特”和“啟德”都引發了大暴雨和特大暴雨天氣，降水強度較大，這與總體特征中熱帶氣旋能夠引發較強降水的特點相符。“尤特”在惠州高潭鎮的24小時降水接近1000毫米，“啟德”在湛江部分地區的過程降水量超過300毫米。它們的降水持續時間相對較短，在2天左右，而總體特征中極端降水過程持續時間大多在1-3天，雖然在這個范圍內，但相對處于較短的一端。這種差異可能與它們的移動速度和強度變化有關，“尤特”和“啟德”在移動過程中強度變化較快，導致降水過程相對較短。通過對“尤特”和“啟德”降水特征與總體特征的對比分析，可以看出典型案例既體現了總體特征的一般性，又具有自身的特殊性。這些特殊性主要是由熱帶氣旋自身的強度、移動路徑、結構以及與周邊天氣系統和地形的相互作用等因素導致的。深入研究這些特殊案例，有助于更全面地理解兩廣地區熱帶氣旋極端降水的形成機制和變化規律。4.3氣象場診斷分析利用衛星云圖、氣象要素場等資料，對“尤特”和“啟德”影響期間的動力和熱力條件進行診斷分析，結果如下：動力條件分析：通過計算散度、渦度和垂直速度等動力參數，揭示了熱帶氣旋內部的動力過程。在“尤特”影響期間，其中心附近的散度場呈現出明顯的輻合特征，在登陸前，中心附近的水平散度值達到-5×10-5s-1左右，這表明大量的暖濕空氣在熱帶氣旋中心附近匯聚，為上升運動提供了充足的物質基礎。渦度場顯示，“尤特”中心附近存在強烈的氣旋性渦度，最大值超過10×10-5s-1，這種強烈的氣旋性渦度有利于維持熱帶氣旋的環流結構，增強上升運動。垂直速度場表明，在“尤特”的眼壁附近，垂直上升速度達到最大值，超過10cm/s，這種強烈的上升運動使得水汽迅速抬升，促進了降水的形成。在“啟德”影響期間，其動力場特征與“尤特”既有相似之處，也存在差異。“啟德”中心附近同樣存在明顯的輻合區，水平散度值在-3×10-5s-1至-4×10-5s-1之間，表明有較強的暖濕空氣輻合。渦度場顯示，氣旋性渦度最大值在8×10-5s-1左右，雖然強度略低于“尤特”，但也維持了熱帶氣旋的環流。垂直速度方面，“啟德”在登陸時，眼壁附近的垂直上升速度達到8cm/s左右，為降水提供了動力支持。“啟德”在移動過程中，其動力場的變化相對較為復雜，受到地形和周邊天氣系統的影響，輻合區和上升運動的位置和強度有所變化。在靠近海岸線時，由于地形的摩擦作用，水平輻合增強，垂直上升運動也有所加強，導致沿海地區的降水強度增大。熱力條件分析：利用假相當位溫和濕靜力能等熱力學參數，分析了熱帶氣旋影響期間的熱力狀況。在“尤特”影響期間，其中心附近的假相當位溫值較高，超過350K，這表明大氣中蘊含著豐富的不穩定能量和水汽。濕靜力能也呈現出高值區分布，中心附近的濕靜力能超過1000J/kg，這些高值區與降水高值區有較好的對應關系。在惠州高潭鎮等降水高值區域，假相當位溫和濕靜力能都處于高值，說明這些地區的熱力條件有利于水汽的凝結和降水的形成。通過對假相當位溫垂直剖面的分析發現，在“尤特”的對流層中下層，假相當位溫隨高度的遞減率較小，表明大氣處于不穩定狀態，有利于對流的發展和維持，從而促進了極端降水的產生。對于“啟德”，其中心附近的假相當位溫在340-350K之間，濕靜力能在800-1000J/kg之間，雖然數值略低于“尤特”，但也為降水提供了一定的熱力條件。在湛江等降水高值區，假相當位溫和濕靜力能相對較高，與降水分布有較好的相關性。“啟德”在移動過程中，熱力條件受到周邊天氣系統和地形的影響。當“啟德”靠近陸地時，由于陸地表面的加熱作用，大氣的不穩定能量增加，假相當位溫和濕靜力能有所升高，進一步增強了降水的潛力。在沿海地區，由于海水的調節作用，熱力條件相對較為穩定，使得降水過程相對較為持續。通過對“尤特”和“啟德”的氣象場診斷分析，可以看出動力和熱力條件在熱帶氣旋極端降水中起著關鍵作用。強烈的輻合上升運動和豐富的不穩定能量、水汽是導致極端降水的重要因素，而這些條件又受到熱帶氣旋自身特性、大尺度環流背景和地形等多種因素的綜合影響。4.4數值模擬試驗4.4.1模式選擇與試驗設計本研究選用WeatherResearchandForecasting（WRF）模式對2013年臺風“尤特”和2012年臺風“啟德”進行數值模擬。WRF模式是一種廣泛應用的中尺度數值天氣預報和大氣研究模式，具有較高的分辨率和完善的物理過程參數化方案，能夠較好地模擬熱帶氣旋的結構和降水過程。模擬區域設置為涵蓋兩廣地區及周邊海域的范圍，水平分辨率采用三重嵌套，最內層分辨率為3km，以精細捕捉熱帶氣旋在兩廣地區的降水分布；中間層分辨率為9km，外層分辨率為27km，以保證模擬區域的完整性和大尺度背景場的準確性。垂直方向采用35層地形跟隨坐標，從地面到10hPa高度，能夠較好地反映大氣的垂直結構變化。初始場和邊界條件采用NCEP/NCAR再分析資料，時間分辨率為6小時，水平分辨率為1°×1°。在模擬過程中，采用Kain-Fritsch積云對流參數化方案，該方案能夠較好地模擬熱帶氣旋中的對流活動；微物理過程選用WSM6方案，用于描述水汽的相變和降水粒子的形成過程；行星邊界層采用YSU方案，以準確模擬邊界層內的動力和熱力過程；長波輻射和短波輻射分別采用RRTM方案和Dudhia方案，以合理考慮輻射過程對大氣溫度和能量的影響。陸面過程選用Noah陸面模式，用于模擬陸面與大氣之間的熱量、水分和動量交換。模擬時間從熱帶氣旋生成前12小時開始，持續到熱帶氣旋消散后12小時，以完整地捕捉熱帶氣旋的發展和演變過程。為了探究不同因素對熱帶氣旋極端降水的影響，設計了以下敏感性試驗：海溫敏感性試驗：改變模擬區域內的海溫，設置海溫升高1℃和降低1℃的試驗，分析海溫變化對熱帶氣旋強度和降水的影響。地形敏感性試驗：去除模擬區域內的山脈地形，對比有地形和無地形情況下熱帶氣旋的移動路徑和降水分布，研究地形在熱帶氣旋極端降水中的作用。水汽輸送敏感性試驗：通過調整邊界條件中的水汽通量，減弱和增強水汽輸送，分析水汽輸送變化對熱帶氣旋降水強度和范圍的影響。4.4.2模擬結果分析將“尤特”和“啟德”的模擬降水與實際觀測降水進行對比，以評估WRF模式的模擬效果。對比結果顯示，WRF模式能夠較好地模擬出“尤特”和“啟德”的降水分布趨勢，模擬的降水高值區與實際觀測基本吻合。在“尤特”的模擬中，模式成功捕捉到了在廣東惠州、韶關以及廣西賀州等地區的降水高值中心，這些區域的模擬降水量與實際觀測值較為接近。對于“啟德”，模式也準確地模擬出了在廣東湛江、茂名以及廣西北海、欽州等沿海地區的降水分布特征。模式在降水強度的模擬上仍存在一定的偏差。在“尤特”的模擬中，部分站點的模擬降水強度略低于實際觀測值，尤其是在降水峰值時段，模擬值與觀測值的偏差較為明顯。這可能是由于模式對熱帶氣旋內部的動力和熱力過程模擬不夠精細，以及對一些小尺度對流系統的捕捉能力有限所致。在“啟德”的模擬中，雖然整體降水分布模擬較好，但在一些局部區域，如湛江的個別站點，模擬降水強度與實際觀測存在一定差異，這可能與模式對地形和海岸線的分辨率不夠高有關。通過海溫敏感性試驗發現，當海溫升高1℃時，“尤特”和“啟德”的強度均有所增強，中心附近最大風速增大，中心氣壓降低。降水強度和范圍也明顯增加，降水高值區的降水量顯著增多，降水范圍向周邊地區擴展。這表明海溫升高為熱帶氣旋提供了更多的能量和水汽，促進了其發展和降水的增強。相反，當海溫降低1℃時，熱帶氣旋強度減弱，降水強度和范圍減小，說明海溫是影響熱帶氣旋極端降水的重要因素。地形敏感性試驗結果表明，去除山脈地形后，“尤特”和“啟德”的移動路徑發生了改變，移動速度也有所加快。降水分布也發生了顯著變化，原本在山脈迎風坡的降水高值區明顯減弱，降水強度和范圍減小。這充分說明了地形對熱帶氣旋移動路徑和降水分布有著重要的影響，山脈的阻擋和抬升作用能夠增強降水強度，改變降水的空間分布。在水汽輸送敏感性試驗中，當水汽輸送增強時，“尤特”和“啟德”的降水強度和范圍顯著增加，降水高值區的降水量明顯增多。這是因為充足的水汽供應為降水提供了更多的物質基礎，使得熱帶氣旋能夠產生更強的降水。而當水汽輸送減弱時，降水強度和范圍明顯減小，表明水汽輸送是影響熱帶氣旋極端降水的關鍵因素之一。通過數值模擬試驗，進一步驗證了海溫、地形和水汽輸送等因素在兩廣地區熱帶氣旋極端降水中的重要作用。同時，也為改進數值模式，提高熱帶氣旋極端降水的預報能力提供了參考依據。五、結論與展望5.1研究主要結論本研究通過對1980-2020年兩廣地區熱帶氣旋極端降水的深入分析，結合氣象場診斷和數值模擬，得出以下主要結論：極端降水特征：在時間變化上，年際變化呈現出波動狀態，并無明顯的線性趨勢，但存在準3-5年和8-10年的周期振蕩，這可能與熱帶氣旋生成的年際變化以及海氣相互作用的周期性有關。季節變化方面，極端降水主要集中在5-11月，7-9月是最為頻繁的時段，這與西太平洋副熱帶高壓位置和海溫的季節性變化密切相關。在空間分布上，沿海地區是極端降水的高發區域，極端降水頻數和強度從沿海向內陸逐漸遞減，這主要是由于地形和水汽輸送的影響，沿海地區地勢低且靠近海洋，暖濕水汽容易在此匯聚并受地形抬升形成降水。在降水強度與持續時間上，大雨和暴雨發生頻率相對較高，大暴雨和特大暴雨雖頻率低但危害大，極端降水過程大多持續1-3天，持續時間超過3