盧小丹，岑妍妍，黃開剛，劉國忠

（1.百色市氣象局，廣西 百色 533000；2.廣西壯族自治區(qū)氣象臺，南寧 530022）

在全球變暖的氣候背景下，極端降水事件呈現(xiàn)頻發(fā)、廣發(fā)趨勢，特大暴雨在極端降水事件中致災風險高、發(fā)生概率小、預報難度大［1-3］。產(chǎn)生極端強降水的條件有穩(wěn)定的環(huán)流形勢、天氣尺度系統(tǒng)的維持、多尺度系統(tǒng)的疊加以及地形的抬升等［4-5］。許多氣象工作者對華南和廣西的極端強降水天氣從不同方面進行研究［6-10］，取得許多成果，對提高廣西極端降水天氣預報水平有很好的借鑒作用。張凌云等［11］分析指出，地面輻合線是暴雨觸發(fā)的重要機制，迎風坡抬升和喇叭口地形對暴雨有重要增幅作用。陳紹河等［12］研究表明，山區(qū)大暴雨的出現(xiàn)和低層西南急流、地面中尺度輻合線密切相關(guān)。肖志祥等［13］對1415 號臺風“海鷗”暴雨開展地形降水訂正研究，為復雜地形下的暴雨預報提供更有利的客觀參考。黃瀅等［14］分析指出，低空急流脈動是暖區(qū)暴雨的重要觸發(fā)機制。

百色市地處廣西西部，地形復雜，南北為山區(qū)，中部為河谷。暴雨是百色市最主要的災害性天氣之一，在山區(qū)經(jīng)常因暴雨引發(fā)山洪、滑坡、泥石流等災害。素有“桂西屋脊”之稱的岑王老山位于百色市東北部，其東南側(cè)有向河谷地區(qū)開口的喇叭口狀分支，位于其東南側(cè)的凌云縣成為百色市暴雨中心之一。2023 年8 月22—25 日，百色市出現(xiàn)持續(xù)性強降雨天氣過程，單站過程累計降水量超過400 mm，單站日降雨量超過250 mm。受特大暴雨影響，凌云縣、靖西市等出現(xiàn)嚴重洪澇，凌云縣災害突出，多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)道路橋梁損毀、電力和通信中斷、房屋受損、農(nóng)作物受災等災情。此次強降雨過程持續(xù)時間長、地形的作用機制復雜、數(shù)值模式預報效果不理想，給防災減災帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，本文針對此次持續(xù)性強降雨，特別是23 日晚上至24 日早上的特大暴雨成因進行分析，揭示降水發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵條件，以期為此類極端降水天氣過程預報提供參考。

1 資料與方法

（1）利用“天擎”系統(tǒng)提供的常規(guī)地面和高空氣象觀測資料、逐日和逐小時地面氣象自動觀測站（包括國家站和區(qū)域站）資料，通過統(tǒng)計方法，分析強降雨過程特征。

（2）利用歐洲中期數(shù)值預報中心（ECMWF）間隔1h、分辨率0.25°×0.25°的全球再分析資料（ERA5），通過天氣診斷方法，分析特大暴雨成因。

2 結(jié)果與分析

2.1 強降雨過程特征分析

2023 年8 月22—25 日，百色市出現(xiàn)大范圍持續(xù)性強降雨天氣過程，具有持續(xù)時間長、影響范圍廣、累計雨量大、夜雨明顯等特征，降水極值分布與岑王老山地形有密切關(guān)系，累計降雨量、日降雨量、小時雨強等在歷年8 月同期具有一定的極端性。

2.1.1 降水影響范圍廣、累計雨量大、小時雨強大

通過氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，22 日08 時—25日08 時，百色市大部出現(xiàn)累計100 mm 以上的強降水，凌云縣和靖西市局地累計降雨量達250 mm 以上。全市495 個氣象站中，過程累計降雨量250 mm以上有11 站，100～250 mm 有158 站，累計400 mm以上2 個站出現(xiàn)在岑王老山東南側(cè)的凌云縣，最大過程累計降雨量（442.8 mm）出現(xiàn)在凌云縣朝里鄉(xiāng)蘭臺村，為2008 年以來凌云縣8 月下旬降雨量第二位。

位于岑王老山東南側(cè)的凌云縣出現(xiàn)2 站日降雨量超過250 mm 的特大暴雨，最大日降雨量（271.7 mm）出現(xiàn)在朝里鄉(xiāng)蘭臺村（23 日08 時—24 日08 時），為百色市2008 年以來8 月同期最大的日降雨量。靖西市國家氣象觀測站23 日08 時—24 日08 時日降雨量為171.7 mm，打破該站歷年8 月同期日降雨量極值?？梢?，累計雨量和日雨量均具有一定的極端性。

分析小時雨強分布特征，大部地區(qū)出現(xiàn)20 mm·h-1以上的短時強降水，大部小時雨強為20～50 mm·h-1；最大小時雨強50 mm·h-1以上站點主要出現(xiàn)在凌云、田林、靖西、那坡等縣（市），局地出現(xiàn)80 mm·h-1以上雨強，最大達83.2 mm·h-1，出現(xiàn)在田林縣八渡鄉(xiāng)（24 日04 時），為歷年田林縣8 月小時雨強最大?？梢娦r雨強也有一定的極端性。

2.1.2 降水過程持續(xù)時間長、夜雨特征明顯

22 日08 時—25 日08 時持續(xù)3d 出現(xiàn)日降雨量50 mm 以上的強降雨，統(tǒng)計各站降水持續(xù)時間（降水量≥0.1 mm·h-1）發(fā)現(xiàn)，有62%的站點降水時間在24 h 以上，最長降水時間達到47 h。

強降雨分為三個階段，第一階段出現(xiàn)在23 日00—08 時，強降雨區(qū)分散，出現(xiàn)局地性大暴雨，小時雨強強，個別站點達到70 mm·h-1以上。第二階段發(fā)生在23 日23 時—24 日08 時，為影響范圍最廣、日降雨量最大時段，出現(xiàn)大范圍大暴雨，凌云縣出現(xiàn)特大暴雨，最大日降雨量271.7 mm；凌云、田林縣出現(xiàn)大范圍50 mm·h-1以上的雨強，最大小時雨量83.2 mm·h-1，凌云縣出現(xiàn)嚴重洪澇災害。第三階段發(fā)生在24 日20 時—25 日08 時，雨帶呈西南-東北走向，大部地區(qū)雨強為20～40 mm·h-1，最強降雨出現(xiàn)在靖西市，個別站點雨強達到50 mm·h-1以上。

從凌云縣朝里鄉(xiāng)蘭臺村的小時雨量演變趨勢（圖1）看，強降雨具有明顯的夜雨特征，白天雨勢弱或者基本無降雨，夜間雨勢明顯加強。第一階段和第二階段雨強較強，但第一階段降雨時間較短，第二階段強降雨持續(xù)時間長，導致累計日雨量大，出現(xiàn)特大暴雨；第三階段雨強比前兩個階段弱。

圖1 2023 年8 月22 日20 時—25 日08 時凌云縣朝里鄉(xiāng)蘭臺村逐小時降雨量

2.2 天氣形勢分析

22—25 日，200 hPa 南亞高壓主體位于青藏高原，百色位于南亞高壓東側(cè)的輻散區(qū)，穩(wěn)定的南亞高壓為強降水提供穩(wěn)定而強大的高空輻散條件。500 hPa 亞歐大陸中高緯呈“一脊一槽”阻塞形勢，低渦在我國東北地區(qū)維持，高壓脊前偏北氣流引導冷空氣南下影響我國南方地區(qū)。西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）呈東北-西南向帶狀分布，西界到達華南東部，百色市處于副高邊緣。中低緯地區(qū)有高原槽東移，副高位置的穩(wěn)定維持使高原槽受到阻擋，停滯在西南地區(qū)東部到華南西部，有利于百色市強降水的持續(xù)。22 日20 時，高原槽東移至桂西北一帶；23 日形成低渦，停滯在桂北；24 日低渦西南移至云南東部；25 日中高緯高空槽東移，阻塞形勢逐漸崩潰，副高減弱東退，低渦也逐漸減弱消失。

低空急流對極端強降水的發(fā)生起著非常重要的作用［15-17］，但是分析此次過程發(fā)現(xiàn)，對流層低層925～700 hPa 偏南風風速較小，未達到急流標準，但有明顯日變化，有白天風速小、夜間風速增大現(xiàn)象。22 日850 hPa 切變線南移到桂北，廣西上空為西南氣流影響，風速僅為2～4 m·s-1，夜間增大至4～6 m·s-1。23日切變線繼續(xù)南移并形成低渦，20 時低渦中心位于云南東南部與百色交界一帶，強降雨區(qū)出現(xiàn)在低渦東側(cè)，百色北部有東北風和東南風輻合，24 日凌晨低渦東側(cè)的東南風風速明顯增大到10 m·s-1左右，本次過程最強降水時段出現(xiàn)在東南風增大時。第一和第二階段強降水期間，850 hPa 百色市比濕維持在16 g·kg-1以上。24 日20 時，低渦減弱，百色為東南氣流影響，風速為6～8 m·s-1，比濕略有減小，但仍利于強降水發(fā)生。25 日后，隨著低渦的減弱，產(chǎn)生強降水的動力條件轉(zhuǎn)差，強降水過程趨于結(jié)束。

圖2 2023 年8 月22 日08 時—25 日20 時區(qū)域（104°～108°E，22.5°～25.5°N）平均水汽通量（陰影，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）、水汽通量散度（虛線，單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1）及平均風場（風向桿）的高度-時間剖面

2.3 環(huán)境條件分析

2.3.1 不穩(wěn)定層結(jié)分析

對三個階段強降水最近時次的探空資料進行分析（表1），22 日20 時—24 日20 時，探空曲線顯示百色上空為深厚濕層，濕層厚度達到400 hPa 附近，整層可降水量60～65 mm，對流有效位能CAPE在1 500～3 000 J·kg-1之間，在23 日20 時達到2 965 J·kg-1，有利于產(chǎn)生強降水的能量和水汽條件。22 日20 時和23 日20 時，抬升凝結(jié)高度在0.6 km 以下，自由對流高度在925 hPa 以下，0 ℃層高度在5.0 km以上，0～6 km 垂直風切變小于2 m·s-1，較低的抬升凝結(jié)高度和自由對流高度使得不需要很強的抬升即可觸發(fā)對流，而弱的垂直風切變和厚的暖云層有利于提高降水效率。24 日20 時CAPE 仍有1 502 J·kg-1，抬升凝結(jié)高度和自由對流高度抬高到900 hPa 附近，0～6 km 垂直風切變加大到8 m·s-1左右，仍屬于弱垂直風切變。23 日20 時參數(shù)條件比另兩個時次更加有利于極端強降水的發(fā)生，這也是第二階段強降水雨強更強、累計雨量更大的原因之一。

表1 2023 年8 月22—24 日百色氣象探空站環(huán)境參數(shù)

2.3.2 水汽條件分析

此次過程的水汽主要來源于西南季風的輸送。分析22—25 日水汽通量、水汽通量散度和風場發(fā)現(xiàn)，低層雖未形成急流，但是西南季風使得水汽從孟加拉灣到強降雨區(qū)形成水汽輸送通道，向雨區(qū)輸送強降雨維持所需要的水汽。850 hPa 上，22 日白天水汽輸送較弱，夜間增強；23 日02 時，桂西出現(xiàn)水汽通量大值中心，中心值在12 g·cm-1·hPa-1·s-1以上，云南東部至桂西形成水汽通量輻合區(qū)，有超過-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽輻合中心。24 日02 時，隨著西南季風增強水汽輸送也增強，桂西強水汽通量中心達到18 g·cm-1·hPa-1·s-1以上，在低渦和偏南風加強的作用下，在桂西北有超過-18×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽輻合中心。24 日晚，隨著低層偏南風和低渦的減弱，水汽輸送和水汽輻合也有所減弱，25日02 時，桂西水汽通量中心和水汽輻合中心分別為12 g·cm-1·hPa-1·s-1和-9×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。水汽通量中心和水汽輻合中心位置和強度變化與三個階段強降水的發(fā)生和雨強變化有很好的對應關(guān)系。

選取百色區(qū)域（104°～108°E，22.5°～25.5°N）水汽通量、水汽通量散度、風場進行平均并分析發(fā)現(xiàn)（圖2），三者均有明顯日變化，夜間加強，白天減弱。水汽輸送集中在600 hPa 以下，水汽輻合集中在700 hPa以下，最強水汽輸送在850 hPa 附近，最強水汽輻合中心則位于900 hPa 附近。第一階段的水汽輸送和水汽輻合為最弱；第二階段為最強，平均水汽通量達到8～9 g·cm-1·hPa-1·s-1，平均水汽輻合達到-40×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，利于極端暴雨的發(fā)生。夜間低層偏南風的加強有利于增強水汽的輸送和輻合，與此次強降水過程的階段性特征和夜雨特征有密切關(guān)系。

2.3.3 動力條件分析

持續(xù)性強降水的發(fā)生需要多尺度過程相互作用下的持久動力抬升，在有利的環(huán)流背景下，高原槽停滯和低渦的維持為持續(xù)強降水提供持久的動力條件。從區(qū)域（104°～108°E，22.5°～25.5°N）平均水平散度、垂直速度的高度-時間剖面可以看出，22 日20時—25 日08 時，強降雨區(qū)維持低層輻合、高層輻散的配置，特別在23 日20 時—24 日08 時，低層輻合和高層輻散程度都明顯增強，低層平均輻合中心達到-2×10-5s-1以下，高層平均輻散中心達到5×10-5s-1以上；垂直上升運動延伸至200 hPa 高度，平均垂直上升速度達到-0.5 Pa·s-1以下。第一階段和第三階段強降水的動力條件比第二階段弱，第一階段的垂直上升運動也延伸到200 hPa，但平均上升速度強度最大僅達到-0.3 Pa·s-1左右；第三階段上升運動最高只達到400 hPa，中心最大值僅為-0.2 Pa·s-1。

分析第二階段強降水期間的動力條件，24 日02時925 hPa 輻合區(qū)主要分布在低渦的東南風風速輻合的東南象限和東南風與東北風輻合的東北象限，輻合中心強度在-0.9×10-4s-1以下。沿106.5°E 的垂直剖面（圖3）上，600 hPa 以下為輻合區(qū)，輻合中心強度在-1.2×10-4s-1以下，600 hPa 以上為輻散區(qū)，中心值達到1.2×10-4s-1以上；上升運動延伸到200 hPa，最強上升運動在500～600 hPa 之間，達到-1.2 Pa·s-1以下。低層輻合、高層輻散的配置有利于上升運動發(fā)展，低渦的存在以及夜間東南氣流的加強增強輻合上升運動，是第二階段特大暴雨發(fā)生的重要原因之一。

圖3 沿106.5°E 水平散度（陰影，單位：10-4 s-1）、垂直速度（虛線，單位：Pa·s-1）及風場的經(jīng)向垂直剖面

2.4 地形對暴雨的增幅作用

許多研究表明，極端強降水的發(fā)生常與地形的增幅作用有關(guān)。此次特大暴雨站點出現(xiàn)在岑王老山東南側(cè)的凌云縣。岑王老山東南分支在凌云縣呈喇叭口狀向河谷地區(qū)開口，在有利的環(huán)境條件下，低層東南風與“喇叭口”地形和迎風坡耦合，極易觸發(fā)對流。

23 日20 時，925 hPa（圖4）桂西處于高能高濕區(qū)，假相當位溫θse在360 K 以上，岑王老山一帶有364 K 的高值區(qū)，其東側(cè)則為θse低值區(qū)，兩者之間形成能量鋒區(qū)，東南氣流向北推過程中岑王老山以南地區(qū)出現(xiàn)風速輻合，而東側(cè)偏東風與能量鋒區(qū)幾乎正交，有利于產(chǎn)生強烈上升運動。從高度-緯度剖面圖（圖5）看，在岑王老山以南，出現(xiàn)在迎風坡（24°N附近）上升、南側(cè)下沉的垂直環(huán)流，迎風坡強烈的上升運動向上發(fā)展至150 hPa，中心達到-1.2 Pa·s-1以下。分析雷達回波特征發(fā)現(xiàn)，特大暴雨發(fā)生前期在迎風坡不斷有新生對流生成并北移停滯在凌云縣，后期南部雨帶在東南風引導下北移至岑王老山一帶停滯，使降雨維持較長時間。東南風風速輻合、與迎風坡相互作用，以及能量鋒區(qū)的存在，更利于產(chǎn)生強烈上升運動和對流的發(fā)展，同時地形的阻擋使雨帶停滯，有利于強降水的維持。由此可見，岑王老山地形對暴雨的增幅作用導致特大暴雨的發(fā)生。

圖4 23 日20 時925 hPa 假相當位溫θse（等值線，單位：K）、風場（風向桿）和地形（填色，單位：m）

圖5 24 日02 時沿106.5°E 經(jīng)向垂直環(huán)流（v，-100×ω）（箭頭）和垂直速度（等值線，單位：Pa·s-1）剖面

2.5 數(shù)值模式預報偏差及預報難點分析

對此次過程，各級主觀指導預報的效果欠佳，特別是對23 日晚上至24 日早上的特大暴雨過程，強降雨落區(qū)和量級預報都有很大的偏差。中央氣象臺50 mm 以上暴雨中心偏北，百色南部暴雨中心未有體現(xiàn)，廣西壯族自治區(qū)氣象臺和百色市氣象臺僅報全市性的大雨。

歐洲中心數(shù)值模式（EC）和中國氣象局全球同化預報系統(tǒng)（CMA-GFS）等全球模式對環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)的演變預報比較準確，對低層偏南風夜間加強的趨勢也有一定體現(xiàn)，EC 相對于CMA-GFS 預報的偏南風風速更強。

對23 日08 時—24 日08 時降水預報產(chǎn)品進行分析，各模式對百色市的降雨落區(qū)、量級預報都有較大差異。全球模式降雨量級均明顯偏小，EC 強降雨落區(qū)偏北，CMA-GFS 落區(qū)與實況較為接近，且在岑王老山附近和百色市南部分別預報出強降雨中心，整體優(yōu)于EC。中尺度模式中，廣東數(shù)值預報模式（CMA-GD）的落區(qū)偏差大、量級明顯偏小；中國氣象局中尺度數(shù)值預報模式（CMA-MESO）、中國氣象局區(qū)域臺風數(shù)值預報模式（CMA-TYM）降雨量級與實況接近，但是強降雨落區(qū)偏差大，對100 mm 以上的強降雨區(qū)指導意義不大；上海數(shù)值預報模式（CMASH9）預報效果最好，不僅預報出大范圍的暴雨區(qū)，且100 mm 以上降雨落區(qū)與實況比較接近，在岑王老山附近以及百色市南部均報出100 mm 以上的中心。因此，對于此次過程，若能夠結(jié)合CMA-GFS 和CMA-SH9 的落區(qū)和降雨量級進行綜合考慮，對特大暴雨的預報將具有比較大的指導意義。

大尺度全球模式對環(huán)流形勢和天氣系統(tǒng)的預報能力比較穩(wěn)定，基本上能夠準確提前預報其演變過程，但是各家模式的降水量級、落區(qū)等經(jīng)常存在很大差異，如何在把握天氣系統(tǒng)演變的情況下結(jié)合高分辨率數(shù)值模式的降水預報做出更準確的強降水落區(qū)和量級預報，具有很大的難度。在今后的工作中需要對各家數(shù)值模式預報產(chǎn)品進行分區(qū)域、分時段、分季節(jié)甚至分天氣類型等進行評估檢驗，以便在強降水預報中提供更有利的參考。

此次特大暴雨過程發(fā)生在未出現(xiàn)低空急流的情況下，這種情形是否能夠有支撐特大暴雨發(fā)生的水汽條件，是預報的一個難點。岑王老山復雜地形的影響機制也需要更進一步的研究，以期為此類強降水過程提供參考依據(jù)。

3 結(jié)論與討論

對2023 年8 月22—25 日百色市持續(xù)性強降雨過程的特征及成因進行分析，探討其預報難點，得到結(jié)論如下:

（1）此次強降雨過程具有持續(xù)時間長、影響范圍廣、累計雨量大、夜雨明顯等特征，具有一定的極端性。區(qū)域站最大過程累計降雨量、最大日雨量、最大小時雨強在有區(qū)域站數(shù)據(jù)記錄以來8 月降水中排名前三位，個別國家站日降雨量突破歷年8 月日降雨極值。

（2）強降雨發(fā)生在中、低層低渦受副高阻擋在桂西停滯的形勢下，大氣層結(jié)維持深厚濕層，對流有效位能CAPE 達到1 500 J·kg-1以上，較低的抬升凝結(jié)高度和自由對流高度使得不需要很強的抬升即可觸發(fā)對流；適當?shù)?℃層高度使得暖云層較厚，在弱的垂直風切變下有利于提高降水效率。

（3）水汽主要來自西南季風的輸送，強降水在無低空急流的環(huán)境下發(fā)生，但低層偏南風風速具有白天減小、夜間增大的特點，夜間加強水汽輸送和水汽輻合。低渦的停滯提供持久強大的低層輻合，南亞高壓穩(wěn)定維持高層輻散條件，使強的動力抬升條件維持，夜間偏南風的加強也增強低層的輻合和垂直運動，導致強降水具有明顯的夜雨特征。

（4）第二階段強降雨期間，低層風速為本次過程最大，水汽輸送和水汽輻合、垂直上升運動也達到最強，因此小時雨強、日降雨量等為本次持續(xù)性強降雨過程中最強、強降雨范圍最大，出現(xiàn)了特大暴雨。

（5）岑王老山東側(cè)和東南側(cè)低層有能量鋒區(qū)存在，有利于產(chǎn)生強烈上升運動和對流發(fā)展；東南風在迎風坡以南出現(xiàn)風速輻合，并形成迎風坡抬升、南側(cè)下沉的垂直環(huán)流，加劇上升運動，同時岑王老山的阻擋使得雨帶北移時停滯，強降水得以持續(xù)并出現(xiàn)特大暴雨。

（6）數(shù)值模式降水預報產(chǎn)品對強降雨的落區(qū)和量級預報差異大、在沒有低空急流的情況下特大暴雨發(fā)生的水汽條件，以及岑王老山地形的復雜機制，都給本次特大暴雨過程的預報造成很大難度。

特大暴雨等極端強降水是致災極強的事件，也是預報員面臨的極大預報挑戰(zhàn)。本文雖然對特大暴雨發(fā)生過程的動力和水汽條件，以及復雜地形對暴雨的增幅進行分析，但是，在沒有低空急流存在的情況下水汽輸送條件何以能夠維持如此強的降水，岑王老山地形與中小尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，以及地形對降雨的敏感性如何，如何利用高分辨率數(shù)值模式對此類強降水的可預報性進行分析？這些問題都有待進一步深入研究，為此類強降雨過程提供更有利的參考。