随着全球气候变化，短历时的极端暴雨事件呈多发频发的趋势。这种瞬时降雨强度非常剧烈的暴雨可以在极短时间内造成城市内涝。在数分钟至数十分钟内倒水般的凶猛降雨究竟怎么产生的？尤其在暖区环境，这种极端降雨通常在弱天气尺度强迫的背景下，具有局地性和突发性特征，这决定了其低可预报性的特点。最近的两项研究（图1）以2017年5月7日发生在广州的局地突发型暖区极端强降雨事件为例，从分钟尺度对比研究了两个极端强降雨中心[Rainfall Core#1（花都中心）、Rainfall Core#2（黄埔-增城中心）]的对流结构特征与差异，并揭示了其与分钟雨率演变的关系，重点探索了黄埔-增城中心分钟雨率快速上升阶段对流系统内部结构的演化及其与中γ尺度涡旋的联系。

图1. 论文发表信息

图2. 2017年5月6日22时—5月7日14时地面观测累积降雨量（单位: mm）。

在非均匀的中尺度出流边界上可识别到明显的中γ尺度涡旋，本研究给出了涡旋的识别与判断标准，定量计算了涡旋在不同雷达仰角上的尺度直径。研究还发现，与分钟雨率上升有关的中γ尺度涡旋与很多龙卷所伴随的中气旋相似，但其形成过程存在显著差别。一般来说，龙卷相关的中气旋首先在对流层中层形成，并逐渐向低层发展延伸，但该过程的中γ尺度涡旋则起源于近地面，自下而上发展，并局限在5.5 km以下高度，最强的旋转特征维持在近地面，表明造成局地极端强降雨的中尺度涡旋至少在物理机制和形成过程上区别于产生龙卷的中气旋。

图3. 广州雷达1.5°仰角的径向速度（填色，单位: m/s），地面2 m观测温度（灰色等值线，单位: ℃），蓝色虚线表示中尺度出流边界，圆圈表示识别的中γ尺度涡旋。

中γ尺度涡旋虽然直接在非均匀的出流边界上产生，但其形成和发展亦与在风暴上游识别到的、并逐渐靠近的中尺度低空急流有关。此外，研究还诊断计算了该涡旋的生命史、入流和出流强度、垂直伸展高度及其发展期间风暴内部液态水密度变化。值得提及的是，一小尺度鞍部地形缺口有助于近地面冷出流迅速向前涌出（图4），该地形缺口或是助推该涡旋发展的一个潜在因素。图5给出了该风暴增强、出流边界结构变化以及与中γ尺度涡旋发展的物理概念示意图。

图4. 广州雷达0.5°和1.5°仰角的径向速度（填色，单位: m/s），反射率因子（灰色和白色等值线分别表示50 dBZ和55 dBZ），圆圈表示识别的中γ尺度涡旋，粉色渐变等值线表示海拔50 m，100 m和200 m地形廓线。

图5. 与风暴增强、分钟雨率上升、中尺度出流边界演变以及中γ尺度涡旋发展过程的物理概念示意图。

本文的第一作者为曾智琳，@海大天气 创始人，气象爱好者，目前为中山大学和英国曼彻斯特大学联合培养博士，主要从事天气学研究。本文的通讯作者为中山大学王东海教授。