黃巾旗，黃子航，黃干淇

（1.貴港市氣象局，廣西 貴港 537100；2.廣西氣象培訓(xùn)中心，廣西 南寧 530022；3.上思縣氣象局，廣西 上思 535599）

1 引言

暴雨是中尺度天氣過(guò)程，是幾種不同尺度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。暴雨的分析和預(yù)報(bào)一直是氣象工作關(guān)注的重點(diǎn)。針對(duì)廣西的區(qū)域性暴雨天氣，陳見(jiàn)、高安寧等進(jìn)行了研究［1-10］，并得出了很多有意義的結(jié)論，何華［11］等分析了高低空急流在大范圍暴雨中的作用，高安寧［12］還分析了弱環(huán)境風(fēng)場(chǎng)下華南西部大范圍暴雨的產(chǎn)生原因，徐雙柱［13］、李曉容［14］就中尺度系統(tǒng)、雷達(dá)特征和地形等方面分析暴雨的成因。本文利用自動(dòng)站雨量、NCEP/NCAR 1°×1°間隔6h再分析數(shù)據(jù)、多普勒雷達(dá)等資料對(duì)2017年7月1～3日廣西大范圍暴雨天氣過(guò)程的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行診斷分析，為日常預(yù)報(bào)該類(lèi)暴雨過(guò)程提供依據(jù)。

2 降雨概況

根據(jù)廣西氣象局規(guī)定每日雨量圖上（08～08時(shí)或20～20時(shí)）廣西境內(nèi)的89個(gè)市縣氣象觀測(cè)站中有≥10個(gè)站日雨量≥50mm為區(qū)域性暴雨、有≥20個(gè)站則為全區(qū)性暴雨。6月30日20時(shí)～7月3日20時(shí)，廣西遭遇了一次大范圍的區(qū)域性暴雨到大暴雨，局部特大暴雨的降雨過(guò)程。根據(jù)89個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站每日20時(shí)～20時(shí)雨量統(tǒng)計(jì)：7月1日有11個(gè)站出現(xiàn)暴雨，為區(qū)域性暴雨；7月2日有38個(gè)站出現(xiàn)暴雨，其中13個(gè)站出現(xiàn)≥100mm的大暴雨，為全區(qū)性暴雨，區(qū)域性大暴雨；7月3日有10個(gè)站出現(xiàn)暴雨，區(qū)域性暴雨。本次降雨過(guò)程具有降雨范圍大，局地降雨強(qiáng)度強(qiáng)的特點(diǎn)。根據(jù)2879個(gè)廣西氣象觀測(cè)站和區(qū)域氣象站每日20時(shí)～20時(shí)雨量統(tǒng)計(jì)：7月1日有261個(gè)站出現(xiàn)暴雨，占所有站的9.1%，最大日雨量為270.9 mm；7月2日有929個(gè)站出現(xiàn)暴雨，占所有站的32.3%，最大日雨量為606.1 mm；7月3日有253個(gè)站出現(xiàn)暴雨，占所有站的8.8%，最大日雨量為306.2mm。從2017年6月30日20時(shí)～7月3日20時(shí)累計(jì)降雨量圖（圖1）可以看出，此次降雨過(guò)程大于100 mm以上的中心主要集中在110E以東的廣西東部地區(qū)，其中還有三個(gè)大于250 mm的特大暴雨中心，分別位于桂林永福、賀州-梧州-貴港北部、玉林博白北部。過(guò)程最大降雨出現(xiàn)在桂林永福羅錦鎮(zhèn)金雞河水庫(kù)618.8 mm。從7月1日08時(shí)～3日20時(shí)最大小時(shí)降雨量和小時(shí)雨強(qiáng)大于20 mm的自動(dòng)站總數(shù)疊加的時(shí)序圖（圖2）可以看出，最大小時(shí)雨強(qiáng)大部在40mm·h-1以上，有兩個(gè)時(shí)次小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)100 mm，3日08時(shí)北海山口118.1mm和2日10時(shí)柳州鹿寨106.4mm。小時(shí)雨強(qiáng)大于20mm的自動(dòng)站在2日凌晨開(kāi)始增多，到2日早上達(dá)到最多，為140站，隨后開(kāi)始遞減。根據(jù)時(shí)間段分析，此次暴雨過(guò)程可以分為三個(gè)階段，30日20時(shí)～1日20時(shí)，暴雨出現(xiàn)在桂西北，屬于局地性強(qiáng)降雨；1日20時(shí)～2日20時(shí)，暴雨向南擴(kuò)展，為此次暴雨過(guò)程的主要降雨時(shí)段，范圍廣，強(qiáng)度強(qiáng)；2日20時(shí)～3日20時(shí)，暴雨南壓至廣西東南部玉林和沿海地區(qū)。

3 天氣背景

圖1 2017年6月30日20時(shí)～7月3日20時(shí)降雨量圖

圖2 7月1日08時(shí)～2日20時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)極大值與雨強(qiáng)大于等于20mm自動(dòng)站站數(shù)時(shí)序圖

從此次暴雨發(fā)生環(huán)流分析可以看出，此次暴雨過(guò)程是在高空槽、切變線和低空西南急流共同影響下產(chǎn)生的，并且地面有輻合線的生成與維持。整個(gè)過(guò)程中廣西都處于200hPa輻散場(chǎng)中,為暴雨的發(fā)生提供了有利的高空輻散抽吸作用。6月30日20時(shí)（圖略），500hPa高空槽位于青藏高原東部-云南-廣西西北邊緣一帶，850hPa、925hPa切變線從四川延伸到云桂交界，桂林處于850hPa急流軸的左側(cè)，降水開(kāi)始從桂林西北部進(jìn)入廣西。1日20時(shí)（圖略），500 hPa高空槽逐漸東移，引導(dǎo)高原冷空氣南下影響廣西，低層（850hPa、925hPa）切變線進(jìn)入廣西，呈東北-西南向位于桂西北，925hPa到400hPa出現(xiàn)深厚西南急流，700hPa西南急流達(dá)20m·s-1以上。200hPa輻散場(chǎng)、高空槽、切變線、西南急流在廣西西北部產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)雨帶從桂林西北部向東向南擴(kuò)展，影響范圍廣，強(qiáng)度強(qiáng)。2日20時(shí)（圖略），高空槽東移至廣西中部，北海-玉林一帶受槽前西南急流影響，中低層切變線南壓至賀州-貴港-欽州一帶，西南急流配合切變線為暴雨南壓至桂東南一帶提供了很好的動(dòng)力抬升條件。

4 水汽診斷分析

對(duì)強(qiáng)降水附近110E做水汽通量和水汽通量散度的徑向垂直剖面圖，強(qiáng)降水進(jìn)入廣西期間初期1日08時(shí)（見(jiàn)圖3a），最強(qiáng)水汽輸送集中在低層800 hPa以下，水汽通量大值區(qū)范圍小，主要集中在24～25N，水汽通量散度最大梯度位于水汽通量大值中心處，與桂林西北部的暴雨中心相吻合，結(jié)合水汽通量散度的垂直分布分析，水汽通量輻合中心與水汽通量大值區(qū)在800～900 hPa對(duì)應(yīng)比較好，水汽的輸送和輻合集中在中低層，說(shuō)明暴雨區(qū)降水效率比較高。其他區(qū)域水汽輸送和水汽輻合均比較弱，降水比較弱；2日20時(shí)水汽通量和水汽通量輻合南移到22～24N，此時(shí)暴雨中心位于水汽通量大值區(qū)與水汽通量散度梯度大值重疊區(qū)，水汽輸入最強(qiáng)中心在800hPa，水汽通量輻合在900 hPa以下（見(jiàn)圖3b），此時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)降水中心從桂林南壓至玉林、沿海一帶。

圖3 水汽通量和水汽通量散度110 E徑向剖面圖（a、1日08時(shí)；b、2日20時(shí)）

對(duì)流層低層水汽在大氣水汽中占有重要位置。水汽要通過(guò)邊界層輸送，向暴雨區(qū)大量集中，給暴雨提供充足的水汽。由以上分析水汽通量和輻合的高度層主要在700hPa以下，才能對(duì)強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)低層（1000～700hPa）水汽通量和水汽通量散度進(jìn)行分析，從水汽輸送通道看出，1日08時(shí)（圖4a，見(jiàn)彩頁(yè)）廣西存在兩支氣流交匯，一支來(lái)自孟加拉灣的低空西南氣流，另一支來(lái)自105 E的越赤道氣流，提供源源不斷的水汽，同時(shí)水汽通量輻合與水汽通量大值區(qū)在桂林重合，最大水汽通量中心為60 g·（cm·hPa·s）-1，與廣西強(qiáng)降雨開(kāi)始的時(shí)間、地點(diǎn)相吻合；隨著高空槽的東移南壓，槽后干冷空氣入侵廣西，水汽向西向北輸送受到抑制，2日20時(shí)（圖4b，見(jiàn)彩頁(yè)），弱的水汽通量和水汽通量輻合在桂東南和沿海維持；此時(shí)強(qiáng)降雨中心南壓到桂東南和沿海。水汽通量輻合與水汽通量大值區(qū)的變化趨勢(shì)與強(qiáng)降雨中心從桂林向廣西東南部和沿海移動(dòng)的路徑吻合。

5 大氣穩(wěn)定度分析

低空急流提供充足的水汽，而暴雨的產(chǎn)生還需要不穩(wěn)定層結(jié)和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。沿著特大暴雨中心點(diǎn)（110 E，25 N）做垂直速度和散度作時(shí)間垂直剖面（圖5，見(jiàn)彩頁(yè)），可以看出，1日08時(shí)～2日20時(shí)散度場(chǎng)一直維持底層輻合、高層輻散的配置，但是1日08～20時(shí)，底層的上升運(yùn)動(dòng)很弱，因此對(duì)應(yīng)的降水比較小，1日20時(shí)左右開(kāi)始底層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，強(qiáng)降雨期間，上升高度達(dá)到200 hPa。沿特大暴雨點(diǎn)110 E作風(fēng)場(chǎng)、假相當(dāng)位溫和相對(duì)濕度的緯向垂直剖面（圖6，見(jiàn)彩頁(yè)），可以看出，在特大暴雨發(fā)生地區(qū)25 N附近非常暖濕，假相當(dāng)位溫大于等于350 K，500 hPa以下假相當(dāng)位溫隨高度減少，說(shuō)明此時(shí)大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的，在26 N以北干冷空氣從中層向低層入侵，暖濕空氣在26 N附近交匯，桂林處于能量鋒區(qū)內(nèi)，且假相當(dāng)位溫線梯度大，說(shuō)明該地區(qū)有明顯的靜力不穩(wěn)定。以上分析可得，特大暴雨發(fā)生地區(qū)確實(shí)存在中層干入侵現(xiàn)象，受500 hPa高空槽槽后西北氣流帶動(dòng)溫度槽南下影響，干冷空氣從中高層向低層入侵，特大暴雨主要出現(xiàn)在冷暖空氣交匯、能量鋒區(qū)梯度大值區(qū)內(nèi)。

表1給出桂林、梧州、北海探空站2017年7月1日08時(shí)、20時(shí)的穩(wěn)定度參數(shù)。桂林站：1日08時(shí)不穩(wěn)定能量較低，低層有對(duì)流抑制能量，隨著南風(fēng)急流的加大，不穩(wěn)定能量和水汽得到聚集，高空風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流；1日20時(shí)，高空風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流，深層（0～6km）垂直風(fēng)切變?yōu)?m·s-1，較小的垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)降水，K指數(shù)加大到36，對(duì)流有效位能（CAPE值）加強(qiáng)為1343.8J·kg-1，說(shuō)明大氣對(duì)流不穩(wěn)定加大，濕層厚度加大，LI/SI較小，層結(jié)處于弱的不穩(wěn)定狀態(tài)，高層有一定的干冷空氣入侵，且對(duì)流抑制能量為0，有利于本地不穩(wěn)定能量的釋放，暴雨的產(chǎn)生。由抬升凝結(jié)高度到零度層高度之間的厚度可以作為暖云的厚度估計(jì)。故暖云的厚度都在4000m以上，暖云層越厚越有利于高效率降水的產(chǎn)生。以上分析表明桂林上空的大氣擁有較高的降水效率。此時(shí)桂林的北面已開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)降水，為局地性的強(qiáng)降水。梧州站：梧州具有中等強(qiáng)度的對(duì)流有效位能，K指數(shù)超過(guò)38，大氣存在對(duì)流不穩(wěn)定，LI/SI均小于0，層結(jié)具有一定的不穩(wěn)定性，比較有利于強(qiáng)降水的發(fā)生，濕層較厚，1日20時(shí)對(duì)流抑制能量增加為38.2 J·kg-1，說(shuō)明能量進(jìn)一步累積，所以梧州附近的降雨范圍和強(qiáng)度還將進(jìn)一步增加。北海站：由于沿海的強(qiáng)降水開(kāi)始于2日，1日20時(shí)北海站整層風(fēng)場(chǎng)隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流，925～700hPa為西南急流，且對(duì)流抑制能量為42.2 J·kg-1，有利于能量的積累，LI/SI較小，層結(jié)不穩(wěn)定性比較大，K指數(shù)達(dá)到39，對(duì)流有效位能（CAPE值）達(dá)到3000 J·kg-1以上，對(duì)流不穩(wěn)定性很大，整層濕度很大，2日20時(shí)深層（0～6km）垂直風(fēng)切變?yōu)?m·s-1，較小的垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)降水。

6 降水回波分析

從桂林雷達(dá)的組合反射率因子分布圖上看，1日晚上桂林永福附近開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)度大于45dBz的強(qiáng)回波單體，強(qiáng)回波帶與地面輻合線相對(duì)應(yīng)（圖略）。由前文分析可知，中尺度回波帶位于低槽內(nèi)，在西南急流和地面輻合線擾動(dòng)激發(fā)作用下，不斷有中尺度回波單體在桂林南面產(chǎn)生，向東北方向移向永福，形成明顯的“列車(chē)效應(yīng)”。2日05時(shí)59分組合反射率因子（圖7a，見(jiàn)彩頁(yè)）在桂林南部有大范圍的東北-西南向排列的強(qiáng)回波區(qū)，對(duì)應(yīng)時(shí)次0.5仰角的速度圖（圖7d，見(jiàn)彩頁(yè)）上從柳州鹿寨到桂林永福存在一條速度大于15 m/s的西南急流帶，在永福東部有明顯的風(fēng)速輻合，有利于回波的加強(qiáng)；8時(shí)59分（圖7b，見(jiàn)彩頁(yè)）鹿寨到永福的強(qiáng)回波加強(qiáng)到55dBz，由于“列車(chē)效應(yīng)”的作用，強(qiáng)回波不斷的向東北方向移動(dòng)，此時(shí)速度圖（圖7e，見(jiàn)彩頁(yè)）上的西南急流和風(fēng)速輻合依然存在。2日10時(shí)柳州鹿寨出現(xiàn)了一小時(shí)降雨量超過(guò)100 mm的強(qiáng)降雨，對(duì)2日9時(shí)05分（圖7c、f，見(jiàn)彩頁(yè)）組合反射率進(jìn)行剖面分析，從上面桂林探空分析得到的抬升凝結(jié)高度和零度層高度，在剖面圖中可以看出強(qiáng)回波的高度均在暖云高度1～6km以?xún)?nèi)，強(qiáng)回波質(zhì)心較低，降水效率比較高，加上“列車(chē)效應(yīng)”的作用，導(dǎo)致強(qiáng)降雨的發(fā)生。

7 地形及地面輻合線分析

暴雨的發(fā)生發(fā)展不僅需要水汽條件和層結(jié)的不穩(wěn)定條件，還需要一定的觸發(fā)機(jī)制。觸發(fā)機(jī)制包括鋒面抬升、地形抬升、低空急流抬升等。廣西地形復(fù)雜（圖略），特殊的地形對(duì)暴雨有重要的作用，地形的阻塞可以導(dǎo)致對(duì)流和降水的增強(qiáng)。從1日20時(shí)（圖略）自動(dòng)站地面風(fēng)場(chǎng)的變化發(fā)現(xiàn)，在暴雨中心區(qū)附近存在明顯的東北風(fēng)與東南風(fēng)形成的近地層輻合線。此次特大暴雨中心正好位于桂林永福一帶，大瑤山北側(cè)與秦嶺南側(cè)的迎風(fēng)坡地區(qū)。南側(cè)低層的暖濕空氣從西太平洋向廣西東北地區(qū)運(yùn)動(dòng)，北側(cè)冷空氣沿著湘桂鐵路沿線向桂林輸送，在永福一帶形成明顯的輻合線，暴雨地區(qū)特殊的喇叭口地形，地形收縮，輻合氣流加強(qiáng)。1日20時(shí)地面輻合線已經(jīng)達(dá)到桂林永福一帶，造成氣流上升運(yùn)動(dòng)的主要原因可能是天氣系統(tǒng)的強(qiáng)迫抬升和地形抬升共同作用的結(jié)果。此時(shí)在百色河池南部同樣存在一條東北風(fēng)與東南風(fēng)的地面輻合線，從地形上看迎風(fēng)坡的地形加劇了東南風(fēng)的輻合抬升，有利于降水的發(fā)生發(fā)展。2日08時(shí)（圖略），地面輻合線南壓，此時(shí)暴雨出現(xiàn)在大瑤山南側(cè)的迎風(fēng)坡一帶，以及玉林大容山南側(cè)，地形抬升與輻合線抬升相配合。

8 結(jié)論

（1）高空槽、切變線、地面輻合線的東移南壓，西南急流的強(qiáng)盛維持共同作用，造成此次自北向南的大范圍暴雨的發(fā)生。

（2）暴雨中心與水汽通量大值區(qū)、水汽通量散度大梯度區(qū)吻合，并隨之向東南方向移動(dòng)；水汽的輸送和輻合均集中在800hPa以下，有利于高效率降水的發(fā)生。

（3）對(duì)特大暴雨中心進(jìn)行層結(jié)分析，散度場(chǎng)維持低層輻合、高層輻散的配置，輻合層高度較低，在900hPa以下，上升運(yùn)動(dòng)高度達(dá)到250hPa，925hPa暖平流明顯，熱力輸送。

（4）此次降雨過(guò)程桂林站高層有干冷空氣入侵，濕層較厚，層結(jié)處于弱穩(wěn)定狀態(tài)，暖云層結(jié)較厚，降水效率較高，主要以強(qiáng)降雨為主，大風(fēng)、雷暴天氣并不明顯；桂東地區(qū)梧州站層結(jié)和動(dòng)力作用比桂林強(qiáng)，濕層也比較厚，但是高空沒(méi)有干冷空氣的入侵，所以降水沒(méi)有桂林的強(qiáng)；北海站一直處于高能高濕的不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，整層濕度很大，垂直風(fēng)切變很大，但高層沒(méi)有冷空氣入侵，這種層結(jié)結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

（5）由于桂林的“喇叭口”、賀州-貴港的大瑤山、玉林大容山的地形作用容易形成地面輻合線，3個(gè)強(qiáng)降雨中心與地面輻合線的位置相對(duì)應(yīng)。