2017年7月廣西大范圍暴雨過程分析

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程，是幾種不同尺度系統相互作用的結果。暴雨的分析和預報一直是氣象工作關注的重點。針對廣西的區域性暴雨天氣，陳見、高安寧等進行了研究［1-10］，并得出了很多有意義的結論，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］還分析了弱環境風場下華南西部大范圍暴雨的產生原因，徐雙柱［13］、李曉容［14］就中尺度系統、雷達特征和地形等方面分析暴雨的成因。本文利用自動站雨量、NCEP/NCAR 1°×1°間隔6h再分析數據、多普勒雷達等資料對2017年7月1～3日廣西大范圍暴雨天氣過程的發生機制進行診斷分析，為日常預報該類暴雨過程提供依據。

2 降雨概況

根據廣西氣象局規定每日雨量圖上（08～08時或20～20時）廣西境內的89個市縣氣象觀測站中有≥10個站日雨量≥50mm為區域性暴雨、有≥20個站則為全區性暴雨。6月30日20時～7月3日20時，廣西遭遇了一次大范圍的區域性暴雨到大暴雨，局部特大暴雨的降雨過程。根據89個國家氣象觀測站每日20時～20時雨量統計：7月1日有11個站出現暴雨，為區域性暴雨；7月2日有38個站出現暴雨，其中13個站出現≥100mm的大暴雨，為全區性暴雨，區域性大暴雨；7月3日有10個站出現暴雨，區域性暴雨。本次降雨過程具有降雨范圍大，局地降雨強度強的特點。根據2879個廣西氣象觀測站和區域氣象站每日20時～20時雨量統計：7月1日有261個站出現暴雨，占所有站的9.1%，最大日雨量為270.9 mm；7月2日有929個站出現暴雨，占所有站的32.3%，最大日雨量為606.1 mm；7月3日有253個站出現暴雨，占所有站的8.8%，最大日雨量為306.2mm。從2017年6月30日20時～7月3日20時累計降雨量圖（圖1）可以看出，此次降雨過程大于100 mm以上的中心主要集中在110E以東的廣西東部地區，其中還有三個大于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。過程最大降雨出現在桂林永福羅錦鎮金雞河水庫618.8 mm。從7月1日08時～3日20時最大小時降雨量和小時雨強大于20 mm的自動站總數疊加的時序圖（圖2）可以看出，最大小時雨強大部在40mm·h-1以上，有兩個時次小時雨強超過100 mm，3日08時北海山口118.1mm和2日10時柳州鹿寨106.4mm。小時雨強大于20mm的自動站在2日凌晨開始增多，到2日早上達到最多，為140站，隨后開始遞減。根據時間段分析，此次暴雨過程可以分為三個階段，30日20時～1日20時，暴雨出現在桂西北，屬于局地性強降雨；1日20時～2日20時，暴雨向南擴展，為此次暴雨過程的主要降雨時段，范圍廣，強度強；2日20時～3日20時，暴雨南壓至廣西東南部玉林和沿海地區。

3 天氣背景

圖1 2017年6月30日20時～7月3日20時降雨量圖

圖2 7月1日08時～2日20時小時雨強極大值與雨強大于等于20mm自動站站數時序圖

從此次暴雨發生環流分析可以看出，此次暴雨過程是在高空槽、切變線和低空西南急流共同影響下產生的，并且地面有輻合線的生成與維持。整個過程中廣西都處于200hPa輻散場中,為暴雨的發生提供了有利的高空輻散抽吸作用。6月30日20時（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，降水開始從桂林西北部進入廣西。1日20時（圖略），500 hPa高空槽逐漸東移，引導高原冷空氣南下影響廣西，低層（850hPa、925hPa）切變線進入廣西，呈東北-西南向位于桂西北，925hPa到400hPa出現深厚西南急流，700hPa西南急流達20m·s-1以上。200hPa輻散場、高空槽、切變線、西南急流在廣西西北部產生強烈的輻合上升運動，對應雨帶從桂林西北部向東向南擴展，影響范圍廣，強度強。2日20時（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力抬升條件。

4 水汽診斷分析

對強降水附近110E做水汽通量和水汽通量散度的徑向垂直剖面圖，強降水進入廣西期間初期1日08時（見圖3a），最強水汽輸送集中在低層800 hPa以下，水汽通量大值區范圍小，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在800～900 hPa對應比較好，水汽的輸送和輻合集中在中低層，說明暴雨區降水效率比較高。其他區域水汽輸送和水汽輻合均比較弱，降水比較弱；2日20時水汽通量和水汽通量輻合南移到22～24N，此時暴雨中心位于水汽通量大值區與水汽通量散度梯度大值重疊區，水汽輸入最強中心在800hPa，水汽通量輻合在900 hPa以下（見圖3b），此時對應的強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；b、2日20時）

對流層低層水汽在大氣水汽中占有重要位置。水汽要通過邊界層輸送，向暴雨區大量集中，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，才能對強降雨發生時低層（1000～700hPa）水汽通量和水汽通量散度進行分析，從水汽輸送通道看出，1日08時（圖4a，見彩頁）廣西存在兩支氣流交匯，一支來自孟加拉灣的低空西南氣流，另一支來自105 E的越赤道氣流，提供源源不斷的水汽，同時水汽通量輻合與水汽通量大值區在桂林重合，最大水汽通量中心為60 g·（cm·hPa·s）-1，與廣西強降雨開始的時間、地點相吻合；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（圖4b，見彩頁），弱的水汽通量和水汽通量輻合在桂東南和沿海維持；此時強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的變化趨勢與強降雨中心從桂林向廣西東南部和沿海移動的路徑吻合。

5 大氣穩定度分析

低空急流提供充足的水汽，而暴雨的產生還需要不穩定層結和強烈的上升運動。沿著特大暴雨中心點（110 E，25 N）做垂直速度和散度作時間垂直剖面（圖5，見彩頁），可以看出，1日08時～2日20時散度場一直維持底層輻合、高層輻散的配置，但是1日08～20時，底層的上升運動很弱，因此對應的降水比較小，1日20時左右開始底層上升運動加強，強降雨期間，上升高度達到200 hPa。沿特大暴雨點110 E作風場、假相當位溫和相對濕度的緯向垂直剖面（圖6，見彩頁），可以看出，在特大暴雨發生地區25 N附近非常暖濕，假相當位溫大于等于350 K，500 hPa以下假相當位溫隨高度減少，說明此時大氣層結是不穩定的，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，桂林處于能量鋒區內，且假相當位溫線梯度大，說明該地區有明顯的靜力不穩定。以上分析可得，特大暴雨發生地區確實存在中層干入侵現象，受500 hPa高空槽槽后西北氣流帶動溫度槽南下影響，干冷空氣從中高層向低層入侵，特大暴雨主要出現在冷暖空氣交匯、能量鋒區梯度大值區內。

表1給出桂林、梧州、北海探空站2017年7月1日08時、20時的穩定度參數。桂林站：1日08時不穩定能量較低，低層有對流抑制能量，隨著南風急流的加大，不穩定能量和水汽得到聚集，高空風向隨高度順轉，為暖平流；1日20時，高空風向隨高度順轉，為暖平流，深層（0～6km）垂直風切變為4m·s-1，較小的垂直風切變有利于強降水，K指數加大到36，對流有效位能（CAPE值）加強為1343.8J·kg-1，說明大氣對流不穩定加大，濕層厚度加大，LI/SI較小，層結處于弱的不穩定狀態，高層有一定的干冷空氣入侵，且對流抑制能量為0，有利于本地不穩定能量的釋放，暴雨的產生。由抬升凝結高度到零度層高度之間的厚度可以作為暖云的厚度估計。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。此時桂林的北面已開始出現強降水，為局地性的強降水。梧州站：梧州具有中等強度的對流有效位能，K指數超過38，大氣存在對流不穩定，LI/SI均小于0，層結具有一定的不穩定性，比較有利于強降水的發生，濕層較厚，1日20時對流抑制能量增加為38.2 J·kg-1，說明能量進一步累積，所以梧州附近的降雨范圍和強度還將進一步增加。北海站：由于沿海的強降水開始于2日，1日20時北海站整層風場隨高度順轉，為暖平流，925～700hPa為西南急流，且對流抑制能量為42.2 J·kg-1，有利于能量的積累，LI/SI較小，層結不穩定性比較大，K指數達到39，對流有效位能（CAPE值）達到3000 J·kg-1以上，對流不穩定性很大，整層濕度很大，2日20時深層（0～6km）垂直風切變為4m·s-1，較小的垂直風切變有利于強降水。

6 降水回波分析

從桂林雷達的組合反射率因子分布圖上看，1日晚上桂林永福附近開始出現強度大于45dBz的強回波單體，強回波帶與地面輻合線相對應（圖略）。由前文分析可知，中尺度回波帶位于低槽內，在西南急流和地面輻合線擾動激發作用下，不斷有中尺度回波單體在桂林南面產生，向東北方向移向永福，形成明顯的“列車效應”。2日05時59分組合反射率因子（圖7a，見彩頁）在桂林南部有大范圍的東北-西南向排列的強回波區，對應時次0.5仰角的速度圖（圖7d，見彩頁）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速輻合，有利于回波的加強；8時59分（圖7b，見彩頁）鹿寨到永福的強回波加強到55dBz，由于“列車效應”的作用，強回波不斷的向東北方向移動，此時速度圖（圖7e，見彩頁）上的西南急流和風速輻合依然存在。2日10時柳州鹿寨出現了一小時降雨量超過100 mm的強降雨，對2日9時05分（圖7c、f，見彩頁）組合反射率進行剖面分析，從上面桂林探空分析得到的抬升凝結高度和零度層高度，在剖面圖中可以看出強回波的高度均在暖云高度1～6km以內，強回波質心較低，降水效率比較高，加上“列車效應”的作用，導致強降雨的發生。

7 地形及地面輻合線分析

暴雨的發生發展不僅需要水汽條件和層結的不穩定條件，還需要一定的觸發機制。觸發機制包括鋒面抬升、地形抬升、低空急流抬升等。廣西地形復雜（圖略），特殊的地形對暴雨有重要的作用，地形的阻塞可以導致對流和降水的增強。從1日20時（圖略）自動站地面風場的變化發現，在暴雨中心區附近存在明顯的東北風與東南風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，大瑤山北側與秦嶺南側的迎風坡地區。南側低層的暖濕空氣從西太平洋向廣西東北地區運動，北側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，暴雨地區特殊的喇叭口地形，地形收縮，輻合氣流加強。1日20時地面輻合線已經達到桂林永福一帶，造成氣流上升運動的主要原因可能是天氣系統的強迫抬升和地形抬升共同作用的結果。此時在百色河池南部同樣存在一條東北風與東南風的地面輻合線，從地形上看迎風坡的地形加劇了東南風的輻合抬升，有利于降水的發生發展。2日08時（圖略），地面輻合線南壓，此時暴雨出現在大瑤山南側的迎風坡一帶，以及玉林大容山南側，地形抬升與輻合線抬升相配合。

8 結論

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

（2）暴雨中心與水汽通量大值區、水汽通量散度大梯度區吻合，并隨之向東南方向移動；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生。

（3）對特大暴雨中心進行層結分析，散度場維持低層輻合、高層輻散的配置，輻合層高度較低，在900hPa以下，上升運動高度達到250hPa，925hPa暖平流明顯，熱力輸送。

（4）此次降雨過程桂林站高層有干冷空氣入侵，濕層較厚，層結處于弱穩定狀態，暖云層結較厚，降水效率較高，主要以強降雨為主，大風、雷暴天氣并不明顯；桂東地區梧州站層結和動力作用比桂林強，濕層也比較厚，但是高空沒有干冷空氣的入侵，所以降水沒有桂林的強；北海站一直處于高能高濕的不穩定層結狀態，整層濕度很大，垂直風切變很大，但高層沒有冷空氣入侵，這種層結結構容易出現短時強降水。

（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個強降雨中心與地面輻合線的位置相對應。