蘇兆達(dá)，賴雨薇，韋覃武，李菁

（1.南寧市氣象局，廣西 南寧 530022；2.上林縣氣象局，廣西 上林 530500；3.廣西氣象臺(tái) 南寧 530022）

一次邊界層急流觸發(fā)的大范圍暴雨過程診斷分析

蘇兆達(dá)1，賴雨薇1，韋覃武2，李菁3

（1.南寧市氣象局，廣西 南寧 530022；2.上林縣氣象局，廣西 上林 530500；3.廣西氣象臺(tái) 南寧 530022）

利用常規(guī)氣象資料、雷達(dá)資料和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料，采用天氣動(dòng)力診斷分析方法，對(duì)2015年5月22-23日廣西中部大范圍暴雨過程的成因進(jìn)行分析，結(jié)果表明：這次暴雨過程是在中高緯兩槽一脊環(huán)流背景下，切變線快速移入，并與西南急流迎面相遇，發(fā)生強(qiáng)烈抬升凝結(jié)作用造成的；邊界層西南急流為暴雨提供了充足的暖濕水汽、不穩(wěn)定能量和抬升條件；低空850hPa和925hPa切變線的南北分離、間距適宜，兩者之間區(qū)域是暴雨的主要落區(qū)；低層輻合、中高層輻散及整層強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)有利于大量暖濕氣流在桂中一帶輻合抬升凝結(jié)；雷達(dá)資料的應(yīng)用對(duì)暴雨預(yù)報(bào)和中尺度天氣系統(tǒng)的識(shí)別和跟蹤有重要參考價(jià)值。

邊界層急流；暴雨；診斷分析；廣西

引言

暴雨洪澇作為華南區(qū)域最主要的氣象災(zāi)害之一，歷來受到兩廣氣象專家［1-10］的重點(diǎn)關(guān)注，并認(rèn)為暴雨發(fā)生與西南急流、切變線等密切相關(guān)。國內(nèi)其他專家如孫繼松［11］、鄭祚芳［12］等研究指出：強(qiáng)降水與邊界層急流之間存在正反饋?zhàn)饔?，降水過程通過改變局地大氣溫度場(chǎng)的分布，導(dǎo)致邊界層氣流加速和急流的形成。而邊界層氣流的加速又加強(qiáng)了急流前方的風(fēng)速輻合，為降水提供更多的水汽和更有利的動(dòng)力條件。朱乾根等［13］、魏紹遠(yuǎn)［14］、邵玲玲［15］等研究發(fā)現(xiàn)，邊界層急流不僅有利于低層水汽的輸送和輻合，還可能會(huì)影響到垂直速度的強(qiáng)度和上升的高度。同時(shí)大量研究表明［16-22］，邊界層急流對(duì)與暴雨天氣過程密切相關(guān)的中小尺度系統(tǒng)活動(dòng)有重要的指示意義。但每次由邊界層急流引發(fā)的暴雨過程，其強(qiáng)度、落區(qū)范圍都有所不同，需要通過新的個(gè)例分析，總結(jié)歸納出預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，形成可供業(yè)務(wù)應(yīng)用與借鑒的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。為此，本文利用常規(guī)氣象資料，結(jié)合多普勒雷達(dá)產(chǎn)品、歐洲細(xì)網(wǎng)格格點(diǎn)資料，對(duì)2015年5月22-23日廣西一次邊界層急流觸發(fā)的大范圍暴雨天氣過程進(jìn)行診斷分析，為日常預(yù)報(bào)該類暴雨過程提供依據(jù)。

1 過程概況

2015年5月22-23日，受高空槽、切變線、地面弱冷空氣的共同影響，廣西中部出現(xiàn)了一次暴雨到大暴雨，伴有短時(shí)雷電大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。此次過程強(qiáng)降雨落區(qū)主要位于百色、河池南部、南寧北部、柳州南部、桂林南部、梧州北部等地，最大降雨出現(xiàn)在百色平果耶圩鄉(xiāng)306mm；在崇左、南寧、桂林、梧州、玉林等地多次出現(xiàn)短時(shí)大風(fēng)天氣，其中憑祥在23日1時(shí)26分出現(xiàn)極大風(fēng)速為23.1m.s-1的大風(fēng)。該過程強(qiáng)降雨主要集中出現(xiàn)在22日20時(shí)至23日08時(shí)，并以22日23時(shí)至23日05時(shí)最為強(qiáng)烈，其中武鳴縣陸斡鎮(zhèn)忠黨水庫最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)95.5mm/ h。此次暴雨過程具有強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、小時(shí)雨強(qiáng)大、造成災(zāi)害嚴(yán)重的特點(diǎn)。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 天氣尺度環(huán)流特征

在暴雨過程期間，500hPa在中高緯地區(qū)主要維持兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)（圖略），兩槽分別位于西西伯利亞和鄂霍次克海附近，脊區(qū)位于貝加爾湖附近，系統(tǒng)緩慢東移；低緯地區(qū)以偏西氣流為主，華南沿海位于于副熱帶高壓邊緣，高壓脊線位于16°N附近。

圖1 2015年5月21日20時(shí)—23日08時(shí)850hPa高空形勢(shì)圖

圖2 2015年5月21日20時(shí)—23日08時(shí)925hPa高空形勢(shì)圖（單位：dagpm）

2015年5月21日20時(shí)，在500hPa天氣圖上，廣西位于副熱帶高壓邊緣，以偏西氣流為主，850hPa切變線輻合較弱，主要輻合區(qū)在桂東地區(qū)；至22日08時(shí)，低層偏南氣流加大，850hPa切變線北抬至25°N附近，在桂南沿海出現(xiàn)最大風(fēng)速為18m·s-1的西南風(fēng)急流；于5月22日20時(shí)，850hPa切變線西段變化不大，東段隨著東面偏南氣流的加大，切變線北抬至27°N附近，同時(shí)在河南附近有一個(gè)148hPa的大陸高壓，湖北恩施（148hPa）-廣西南寧（145hPa）=3hPa，在925hPa上恩施（76hPa）與南寧（71hPa）氣壓差僅5hPa，有利于切變線的南壓，并由于500百帕華北槽和南支槽東移，進(jìn)一步引導(dǎo)850百帕切變線和地面弱冷空氣南下影響廣西中北部；到5月23 日08時(shí)，850hPa恩施（148hPa）與南寧（147hPa）氣壓差僅1hPa，不利于850hPa切變線進(jìn)一步南壓，而925hPa恩施（76hPa）與南寧（72hPa）氣壓差仍有4hPa，925hPa切變線將進(jìn)一步南壓。此后，隨850hPa和925hPa切變線的明顯分離，廣西強(qiáng)降水結(jié)束。由圖1、圖2分析得出：此次強(qiáng)降水過程，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在925hPa與850hPa兩層切變線之間，低層偏南急流左側(cè)和急流軸前端的風(fēng)速輻合區(qū)。

2.2 邊界層急流（BLJ）分析

圖3 2015年5月22日EC細(xì)格點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)20時(shí)實(shí)況、22日23時(shí)和23日05時(shí)預(yù)報(bào)圖（單位：m.s-1）

由于此次過程強(qiáng)降水落區(qū)主要出現(xiàn)在925hPa 與850hPa兩層切變線之間、低層偏南急流左側(cè)和急流軸前端的風(fēng)速輻合區(qū)，局地并伴有短時(shí)大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，因此要著重分析強(qiáng)降水時(shí)段廣西境內(nèi)這兩層EC細(xì)格點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)形勢(shì)。

由風(fēng)場(chǎng)的實(shí)況和預(yù)報(bào)圖可見（圖3）：從2015年5月22日20時(shí)開始，850hPa切變線位于24.5°N附近、925hPa切變線位于23.5°N附近；隨著850hPa、925hPa切變線南壓，至22日23時(shí)，850hPa切變線位于23.5°N附近、925hPa切變線位于23°N附近；到23日05時(shí)兩層切變線都持續(xù)維持，位置少變。同時(shí)整個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段，850hPa廣西都維持著南北風(fēng)都大于12m·s-1的急流輻合，但切變線南側(cè)的西南急流軸逐漸由桂東南向西擴(kuò)展，最后包括整個(gè)桂南區(qū)域，同時(shí)急流軸風(fēng)速也逐漸加大至1812m·s-1；從22 日23時(shí)始，925hPa廣西也開始出現(xiàn)南北風(fēng)都大于1212m·s-1的急流輻合。23日08時(shí)后，850hPa切變線開始北抬，而925hPa切變線則東移南壓，兩者間距加大，強(qiáng)降水結(jié)束。邊界層的偏南風(fēng)急流（SBLJ）為此次強(qiáng)降水提供了充足的暖濕水汽和抬升條件，同時(shí)也是對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的建立和維持者及不穩(wěn)定能量的觸發(fā)者。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 散度場(chǎng)

逐日分析此次過程的散度場(chǎng)，可發(fā)現(xiàn)過程期間暴雨區(qū)上空，低層輻合、中高層輻散。5月22日20時(shí)，200hPa的正輻散中心（28.2×10-5s-1）位于桂東，與低層925hPa的負(fù)輻散中心 （-24.7×10-5s-1）配合較好；由圖4A可看出：在25°N以北，700hPa以下為輻合區(qū)，強(qiáng)中心位于925～850hPa之間，強(qiáng)中心為-12.2×10-5s-1，在 22.5°N附近 200hPa有一強(qiáng)度為11.9×10-5s-1的輻散中心，隨著切變線的南壓，低層輻合中心南壓，形成低層輻合、中高層輻散的降水形勢(shì)；在23日08時(shí)，由圖4B可看出：雖在25°N以北，450hPa以下仍為輻合區(qū)，強(qiáng)中心位于500hPa附近，強(qiáng)中心約為-18×10-5s-1，但切變850hPa切變線已位于桂中地區(qū)24°N附近，此處僅在925hPa以下有弱的輻合，并且在700hPa

圖4 2015年5月22日20時(shí)和23日08時(shí)沿107.5°E、20°～27.5°N散度垂直空間剖面圖（單位：10-5s-1）（A： 22日20時(shí)；B：23日08時(shí)）

有一強(qiáng)度為15.1×10-5s-1的輻散中心，降水過程趨于結(jié)束。綜合分析，強(qiáng)輻合輻散中心出現(xiàn)的時(shí)間、范圍、位置與強(qiáng)降雨時(shí)段、范圍和位置都有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 水汽通量散度場(chǎng)

水汽通量散度是診斷降水的重要條件之一，強(qiáng)烈的水汽輻合對(duì)強(qiáng)降水最為有利。通過對(duì)本次大強(qiáng)降水期間的水汽通量散度的垂直空間分布進(jìn)行分析（圖5），結(jié)果表明，22日20時(shí)在107.5°E、25°N附近，925hPa有一中心為-22.2×10-7.g.cm-2.hPa-1.s-1的強(qiáng)水汽輻合中心，與散度場(chǎng)一樣，隨著切變線的南壓，低層水汽通量輻合中心南壓，形成低層水汽通量輻合、中高層水汽通量輻散的降水形勢(shì)；在桂中一帶長(zhǎng)時(shí)間維持的強(qiáng)水汽通量輻合帶為此次暴雨過程聚集了大量的水汽；在23日08時(shí)，雖在24°N以北，450hPa以下仍有水汽通量輻合，但隨著切變線位于24°N附近，同時(shí)24°N以南，在925～500hPa有大片的水汽通量輻散區(qū)，不利強(qiáng)降水的出現(xiàn)。

3.3 垂直運(yùn)動(dòng)

廣西區(qū)域內(nèi)，在強(qiáng)降水前（5月22日20時(shí)），沿107.5°E、22.5°N以北整層都為上升運(yùn)動(dòng)，在27°N附近700hPa強(qiáng)中心達(dá)到-210×10-3.hPa.s-1；在強(qiáng)降水時(shí)段，整層有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)； 23日08時(shí)在23.5°N以南地區(qū)上空800～400hPa出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，隨著切變線在桂中的維持，不利切變線南面的降水，強(qiáng)降水趨于結(jié)束。

4 新一代天氣雷達(dá)資料分析

圖5 5月22日20時(shí)和23日08時(shí)沿107.5°E、20°～27.5°N水汽通量散度垂直速度空間剖面圖

強(qiáng)雷達(dá)回波中心的變化與強(qiáng)降雨中心所對(duì)應(yīng)的時(shí)段、范圍和位置都有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，雷達(dá)回波信息也為強(qiáng)對(duì)流天氣的識(shí)別、跟蹤、預(yù)報(bào)提供了依據(jù)。從雷達(dá)回波強(qiáng)度變化趨勢(shì)可以得知，降水主體回波自西北向東南壓進(jìn)，但是造成上林暴雨的回波是受到西南氣流的影響，自西南向東北移動(dòng)。如圖6A（見彩頁）所示，南部回波經(jīng)過武鳴北部的忠黨水庫、那打水庫后增強(qiáng)，北部回波經(jīng)過馬山東部的六朝水庫后加強(qiáng)。經(jīng)過大明山山脈的地形抬升作用后，影響上林縣城。2時(shí)44分北部降水回波經(jīng)過上林北部的大龍洞水庫后再次增強(qiáng)。由圖7（見彩頁）可看出：23日2時(shí)03分徑向速度圖（圖7B，見彩頁），圓圈區(qū)域?yàn)橹袣庑邓茍F(tuán)，在其爬山前，出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的逆風(fēng)區(qū)，中氣旋的強(qiáng)烈輻合上升運(yùn)動(dòng)為降水云團(tuán)的發(fā)展和維持提供有利條件。VIL（圖7A，見彩頁）在爬坡前達(dá)到最強(qiáng)（55kg.m-2），降水回波自身所具有的強(qiáng)水汽條件，在邊界層西南急流的水汽輸送配合下，形成大范圍強(qiáng)降水。

由南寧CINRAD/SA雷達(dá)2015年5月23日風(fēng)廓線圖（圖8，見彩頁）可看出：在23日08時(shí)（圖8A，見彩頁），在南寧上空0.3km處為東北風(fēng)且風(fēng)速較小、0.6km處為偏西風(fēng)，說明南寧已受冷空氣影響，但影響時(shí)間還不長(zhǎng)，冷空氣強(qiáng)度不強(qiáng)；在0.9km以上為西南氣流，風(fēng)速都在12 m.s-1以上，表明925hPa和850hPa切變線位于南寧北面且有急流存在；至23日14時(shí)（圖8B，見彩頁），南寧上空0.9km處為轉(zhuǎn)西北風(fēng)、1.2km處為偏西風(fēng)，但1.5km以上仍為西南氣流，但在2.1km以下風(fēng)速都低于12 m.s-1，表明925hPa和850hPa切變線分別位于南寧南北兩側(cè)，出現(xiàn)明顯的分離，邊界層急流減弱消失，暴雨過程趨于結(jié)束。

5 小結(jié)

（1）在中高緯穩(wěn)定維持兩槽一脊的環(huán)流背景下，華北槽東移引導(dǎo)850hPa切變線和地面弱冷空氣南下影響廣西中北部，暖濕空氣在地面冷墊面上爬行，由于切變線和水汽通量輻合帶在桂中附近長(zhǎng)時(shí)間維持，大量水汽輻合抬升凝結(jié)形成強(qiáng)降雨。

（2）邊界層西南急流的建立和維持為本次暴雨提供了前期充足的動(dòng)力和水汽條件，同時(shí)BLJ也是此次過程對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)的建立和維持者、不穩(wěn)定能量的觸發(fā)者。

（3）底層輻合，中高層輻散及整層強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)了水汽的抬升凝結(jié)。

（4）邊界層急流、切變線和中小尺度渦旋是此次暴雨的直接原因，地面冷空氣對(duì)暴雨起增幅作用。邊界層急流、切變線的長(zhǎng)時(shí)間維持，其上不斷有中小尺度渦旋生成，使得降水云團(tuán)在東移過程中不斷增強(qiáng)、發(fā)展，造成較長(zhǎng)時(shí)間暴雨。

（5）雷達(dá)資料的應(yīng)用有利于中尺度天氣系統(tǒng)的識(shí)別、跟蹤，為暴雨天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供了依據(jù)。利用雷達(dá)風(fēng)廓線資料能及時(shí)準(zhǔn)確的判斷出各層切變線的南北分離、間距加大的時(shí)間，能有效的判斷暴雨過程結(jié)束時(shí)間。

（6）大明山的地形抬升作用，為暴雨云團(tuán)提供一定的動(dòng)力抬升作用，云團(tuán)在經(jīng)過大明山后有明顯的加強(qiáng)，且南北兩塊回波合并，造成上林全縣大范圍持續(xù)性強(qiáng)降水。

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The Diagnostic Analysis of a Large-scale Rainstorm Process Caused by Boundary Layer Jet

Su Zhaoda1，Lai Yuwei1，Wei Qinwu2，，Li Jing3
（1 Nanning Municipal Meteorological Service，Nanning 530029；2 Shanglin County Meteorological Service，Nanning 530500.3.Guangxi Meteorological Observatory，Nanning 530022）

Based on the conventional observation data and the radar data and numerical forecasting products，a heavy rain storm weather process appearing in central Guangxi from May 22 to 23，2015 were analyzed by synoptic dynamic diagnostic analysis.The results show that:under the two-toughs-and-oneridge circulation in middle-high latitude，this rain storm was caused by strong lifting condensation，which was formed by meeting of shear line and southwest jet.The southwest jet of boundary layer provided adequate warm vapor，unstable energy and lifting dynamic；the area of rainstorm appearing is the place between low-level 850hPa and shear line 925hPa separating.Lower convergence and upper divergence and the whole-level strong upward movement make for lifting condensation of warm moist air flows in central area of Guangxi；The application of radar data is significant reference value for rainstorm forecast and recognition of mesosacle weather system.

boundary layer jet，rainstorm，diagnostic analysis，Guangxi

P458.1+21.1

A

1673-8411（2015）04-0053-06

2015-05-17

廣西自然科學(xué)基金（2013GXNSFAA019280）、南寧市科技局科研項(xiàng)目（20153257）、廣西氣象局重點(diǎn)科研項(xiàng)目（桂氣科201302）和華南區(qū)域氣象中心科技攻關(guān)項(xiàng)目（GRMC2014M12）共同資助

蘇兆達(dá)（1978-），男，廣西桂林人，工程師，主要從事中短期、短時(shí)天氣預(yù)報(bào)工作。Email：suada@126.com