随着全球气候变化，近年来极端强降水事件呈多发趋势，尤其是那些突发性的暖区强降水，可在非常短的时间内造成严重的内涝。针对局地雨势快速增强，我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队以2017年5月7日发生在广州的局地突发型极端降水事件为例，探索了极端降水中心（黄埔-增城）分钟雨率快速上升阶段对流结构的变化及其与风暴涡旋演化的联系。

基于对黄埔-增城中心的极端分钟级降雨和其上空对流的分析，我们发现观测到的分钟雨率与距离地面2km高度以内的最大反射率因子以及反射率因子质心（超过50dBZ）厚度是密切相关的（图1），但其相关系数并没有因考虑时间滞后而提升，这可能是由于雷达最低仰角的探测与地面仍有数百米距离，降雨粒子直径和数浓度在下落过程中与上升气流或环境相互作用，最终影响了二者的相关性。

图1 黄埔-增城中心4个地面自动站分钟雨率对应于（a）距离地面2 km以内的最大反射率因子和（b）反射率因子质心厚度

通过探索分钟雨率上升阶段的风暴演变，发现对流系统具有类似超级单体风暴的结构，但持续时间非常短。精细化观测表明，冷池前沿的中尺度出流边界变得弯曲与局地雨强增加造成的近地面出流不均匀有关。在非均匀的中尺度出流边界上产生的风暴尺度涡旋与很多龙卷所伴随的中气旋特征相似，但其形成过程存在显著差别。该涡旋最强的旋转始终维持在近地面，表明造成极端强降水的风暴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。然而，风暴尺度涡旋的发展则与上游逐渐靠近的中尺度低空急流有关。此外，小尺度鞍部地形缺口也是助推该涡旋发展的一个潜在因素（图2）。研究最后凝练了分钟雨率快速上升期间出流边界结构变化与风暴尺度涡旋发展的物理联系（图3）。

图2 广州雷达0.5°和1.5°仰角的径向速度（填色），反射率因子（灰色和白色等值线），圆圈表示风暴尺度涡旋，粉色渐变等值线表示地形廓线

图3 分钟雨率上升期间出流边界演变与风暴尺度涡旋发展过程的物理概念示意图

本研究结果特别强调了风暴涡旋起源于形变的近地面中尺度出流边界，虽然其形成和发展与分钟雨率上升几乎同步，但这些结果将有助于加深局地极端降水成因在物理过程上的认知与理解，也将为探索与讨论风暴尺度涡旋与局地极端降水的潜在联系提供一些新思路。

该研究2022年5月发表在天气学领域国际顶级期刊Monthly Weather Review题目为“On the local rain-rate extreme associated with a mesovortex over South China: Observational structures, characteristics, and evolution”。第一作者为中山大学大气科学学院博士研究生曾智琳，通讯作者为创新团队核心成员王东海教授。该研究得到了国家重点研发计划、南方海洋实验室创新团队建设科研经费、广东省基础与应用基础研究重大项目等的支持。