2020年5月17日崇左市極端強(qiáng)降雨過程分析

蘇彥 唐昌秀 陳少斌 周冬靜

摘 要：運(yùn)用常規(guī)氣象觀測資料，對2020年崇左“5·17”極端強(qiáng)降雨過程進(jìn)行成因分析。研究表明：在“5·17”崇左極端強(qiáng)降雨過程中，華北深槽引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下，高原不斷有短波槽移入廣西;低層低渦切變線位于桂中，崇左長時(shí)間處于低渦東南側(cè)，西南氣流加大，為強(qiáng)降雨輸送充沛的水汽和能量;地面場上，強(qiáng)降雨中心與中小尺度輻合中心基本一致。環(huán)境條件分析表明，過程中不穩(wěn)定能量大，抬升凝結(jié)高度低，低層有暖平流，暖濕層深厚，對流層中高層有干冷空氣侵入，有利于對流的發(fā)展和維持。桂西南位于能量舌軸心附近;總溫度變溫中心對強(qiáng)降雨區(qū)有較好的指示作用;中南半島一帶的西南氣流是此次強(qiáng)降雨過程的水汽主要來源，桂西南為水汽輻合大值區(qū)。衛(wèi)星云圖顯示，沿切變有多個(gè)中尺度對流云團(tuán)激發(fā)，呈后向傳播形勢，低層西南氣流在強(qiáng)盛暖平流中激發(fā)出對流單體;系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，對流云團(tuán)匯合形成MCC，長時(shí)間在崇左上空，造成致災(zāi)性強(qiáng)降水。雷達(dá)回波特征可見：強(qiáng)降雨云團(tuán)為回波中心強(qiáng)、回波高度高、VIL值大的深厚對流系統(tǒng)，列車效應(yīng)使降雨明顯增大。

關(guān)鍵詞：極端強(qiáng)降雨;中尺度低渦;西南氣流

Abstract： Based on the conventional meteorological observation data， the cause of "5·17" Extreme Heavy Rainfall in Chongzuo in 2020 was analyzed. The results show that： during the "5.17" Extreme Heavy Rainfall in Chongzuo， the deep trough in North China led the cold air to diffuse southward， and the short wave trough in the plateau moved into Guangxi continuously. The low-level vortex shear line is located in the middle of Guangxi， Chongzuo is in the south. east of the vortex for a long time， and the southwest airflow increases， which transports abundant water vapor and energy for heavy rainfall. On the ground field， the center of heavy rainfall is basically consistent with the center of small and medium scale convergence. The analysis of environmental conditions shows that the process is characterized by high unstable energy， low rise and condensation height， warm advection in the lower layer， deep warm and wet layer. And invasion of dry and cold air in the middle and upper troposphere， which is conducive to the development and maintenance of convection. Southwest Guangxi is located near the axis of energy tongue; The total temperature variation center is a good indicator of heavy rainfall area; The southwest air flow in Indo China Peninsula is the main source of water vapor in this heavy rainfall process， and Southwest Guangxi is the area with high value of water vapox convergence. The satellite images show that there are several mesoscale convective cloud clusters along the shear， which propagate backward， and the low-level southwest airflow stimulates convective cells in the strong warm advection; The system moved slowly， convective clouds converged to form MCC and stayed over Chongzuo for a long time resulting in disastrous heavy rainfall. The radar echo characteristies show that the heavy rainfall cloud cluster is a deep convective system with strong echo center， high echo height and large VIL value， and the train effect makes the rainfall increase significantly.

Keywords： extreme heavy rainfall; mesoscale vortex; southwest airstream

近年來，極端天氣事件頻發(fā)，其中極端強(qiáng)降雨出現(xiàn)頻次明顯增多，其引發(fā)的積澇、山體滑坡等次生災(zāi)害威脅人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。極端災(zāi)害性強(qiáng)降雨的預(yù)報(bào)一直以來都是氣象工作者需要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。諶蕓等學(xué)者利用多種常規(guī)和非常規(guī)觀測資料對北京市2012年7月21日大暴雨過程的降水特點(diǎn)、引發(fā)特大暴雨的中尺度對流系統(tǒng)的環(huán)境場條件及其發(fā)生發(fā)展過程進(jìn)行了全面的分析。觀測分析發(fā)現(xiàn)：這次特大暴雨的降水過程由暖區(qū)降水和鋒面降水組成[1]。張萍萍等利用NCEP/NCAR再分析逐日資料和其他常規(guī)觀測資料，對2016年湖北省梅雨期一次罕見極端強(qiáng)降水過程氣象因子的異常特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：異常的高低緯度環(huán)流形勢配合，為此次極端降水過程的發(fā)生提供了有利的環(huán)流背景。最后給出了此次過極端強(qiáng)降水過程的天氣概念模型及氣象因子異常度的定量配置圖[2]。本文通過分析常規(guī)資料，探究2020年5月17日廣西壯族自治區(qū)崇左極端強(qiáng)降雨過程的環(huán)流特征，并分析中尺度對流系統(tǒng)在崇左的演變情況，為今后極端強(qiáng)降雨過程的預(yù)報(bào)提供一定的參考依據(jù)。

1 強(qiáng)降雨實(shí)況

2020年5月17日，廣西壯族自治區(qū)南部出現(xiàn)致災(zāi)性極端強(qiáng)降雨天氣，處于廣西壯族自治區(qū)西南部的崇左市普降暴雨，局部特大暴雨并伴有9級陣風(fēng)。16日20：00到17日20：00，崇左市有1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨，即龍州縣上龍鄉(xiāng)，為271.3 mm，大暴雨有19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，暴雨有37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大雨有16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。此次降雨過程為崇左市2020年暴雨站數(shù)最多的一次（5個(gè)國家站），其中崇左地面站日雨量達(dá)200 mm，突破建站以來的雨量極值。強(qiáng)降雨主要時(shí)段為16日22：00至17日09：00，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在17日03：00崇左地面站，為87.1 mm，江州區(qū)左州鎮(zhèn)出現(xiàn)21.3 m/s陣風(fēng)。

此次過程降雨強(qiáng)度強(qiáng)、范圍大，崇左市多地出現(xiàn)內(nèi)澇積水、水位上漲，其中崇左城區(qū)多個(gè)路段和居民小區(qū)出現(xiàn)積水，水深0.4～1.3 m，造成23輛汽車被水浸泡，兩處約25 m圍墻倒塌，農(nóng)作物受災(zāi)約183 hm2，緊急安全轉(zhuǎn)移21人，直接經(jīng)濟(jì)損失約170萬元。

2 高低空形勢分析

強(qiáng)降雨過程期間，500 hPa高空場上蒙古低渦引導(dǎo)高空槽東移，槽區(qū)徑向加大，引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下;高原附近不斷有短波移入崇左;副熱帶高壓較為強(qiáng)盛，西低東高，有利于短波長時(shí)間維持造成降水增幅。18日冷渦東移入海，槽后西北氣流加大;副熱帶高壓南落，影響廣西的短波減弱北縮逐漸移出廣西，此次降雨過程趨于結(jié)束。

700 hPa高空場可見：切變線位于桂中一帶，桂西為強(qiáng)輻合區(qū);切變線南側(cè)西南氣流大于北側(cè)偏北氣流，有利于系統(tǒng)的停滯，也有利于能量和水汽的補(bǔ)充;桂西溫度露點(diǎn)差（[T-Td]）小于2 ℃，水汽條件優(yōu)于桂東;桂西南有暖舌東北延伸，為強(qiáng)降雨提供充足的能量。17日08：00，黔桂交接附近激發(fā)出輻合環(huán)流，其南段切變線位于桂西交界處，桂西南一帶風(fēng)速切變最大，與強(qiáng)降雨落區(qū)一致。隨后冷空氣過境，暖濕氣流在冷墊爬升，降水逐漸轉(zhuǎn)為層狀云降水，降雨強(qiáng)度、范圍皆明顯減小。

850 hPa上，崇左強(qiáng)降水期間，西南氣流加大，暖濕水汽輸送增強(qiáng)，在越南北部至桂西南一帶呈現(xiàn)低渦環(huán)流，崇左處于低渦東南側(cè)，長時(shí)間維持強(qiáng)輻合環(huán)流是崇左市出現(xiàn)極端強(qiáng)降雨的關(guān)鍵原因。

925 hPa上，桂南處于輻合線南側(cè)暖區(qū)，有暖平流輸送及南風(fēng)輻合;隨著冷空氣活動(dòng)，桂西南溫度鋒區(qū)加大，有利于對流的發(fā)展和維持。

地面場上，降雨過程前暖低強(qiáng)盛，高能高濕，有利于切變南側(cè)對流激發(fā);弱冷空氣西路擴(kuò)散南下，移速緩慢，鞍形氣壓場，利于影響系統(tǒng)長時(shí)間維持。強(qiáng)降水中心與中小尺度輻合中心基本一致。

極端強(qiáng)降水多與中小尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。16日23：00，崇左市北部開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)86.2 mm（天等縣進(jìn)結(jié)鄉(xiāng)）。百色市南部到崇左市北部呈現(xiàn)中小尺度輻合環(huán)流;暖低中心在云南一帶穩(wěn)定少動(dòng)，冷高壓中心強(qiáng)度為1 012.5 hPa，冷空氣移速緩慢，有利于對流云團(tuán)長時(shí)間維持產(chǎn)生強(qiáng)降水。17日02：00—08：00，強(qiáng)輻合中心自北向南移過崇左，所經(jīng)之處轉(zhuǎn)風(fēng)升壓，出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)超過80 mm的強(qiáng)降水并伴有短時(shí)大風(fēng)，09：00，該輻合中心移出崇左，崇左雨勢明顯減弱。

3 環(huán)境條件分析

選取臨近崇左的百色、南寧探空站進(jìn)行分析。16日08：00百色探空圖和16日20：00南寧探空圖如圖1和圖2所示。

16日08：00，兩個(gè)臨近探空站環(huán)境條件特征基本一致：不穩(wěn)定能量大，百色站對流有效位能（[CAPE]）為2 075.5 J/kg、[K]指數(shù)為36.3 ℃、肖沃特指數(shù)（[SI]）為-0.76 ℃，南寧站對流有效位能（[CAPE]）為2 881.2 J/kg、[K]指數(shù)為37 ℃、肖沃特指數(shù)（[SI]）為-3.58 ℃;850 hPa與925 hPa之間有弱逆溫;抬升凝結(jié)高度低于925 hPa，利于對流發(fā)展;低層有暖平流，西南氣流加大，濕層深厚，對流層中高層有干冷空氣侵入，有利于增強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定，激發(fā)對流。

16日20：00，弱冷空氣已過境百色市，低層轉(zhuǎn)冷平流，層結(jié)不穩(wěn)定性高，[K]指數(shù)為40.5 ℃、肖沃特指數(shù)（[SI]）為-2.77 ℃，對流有效位能（[CAPE]）因已出現(xiàn)對流降水而降至620.8 J/kg，濕層升高至500 hPa，對流形勢以強(qiáng)降水為主;南寧站不穩(wěn)定能量較百色大，對流有效位能（[CAPE]）為1 127.8 J/kg-1、[K]指數(shù)為37.8 ℃、肖沃特指數(shù)（[SI]）為-3.52 ℃;500～850 hPa干侵入加大，增強(qiáng)不穩(wěn)定;0 ℃層較高，有利于出現(xiàn)高效暖云降水。

4 能量、水汽條件分析

4.1 能量條件

分析地面總溫度在崇左市出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)段的演變情況：16日20：00，桂西南為高能區(qū)，能量舌為西南-東北向，對應(yīng)低層加大的西南氣流為強(qiáng)降水輸送水汽和能量，總溫度正變溫中心正好對應(yīng)隨后出現(xiàn)極端強(qiáng)降水的江州區(qū);高能區(qū)逐漸南壓東傳，崇左轄區(qū)內(nèi)的強(qiáng)降雨區(qū)也相應(yīng)自北向南移，且變溫中心的移動(dòng)先于后期極端強(qiáng)降水落區(qū)的變化。結(jié)果表明：地面總溫度大值區(qū)與主雨區(qū)對應(yīng)良好，其正變溫中心對未來強(qiáng)對流活動(dòng)中心有較好的指示作用。

崇左市強(qiáng)降水集中時(shí)段（16日20：00—17日08：00）低層假相當(dāng)位溫同樣可見能量舌自中南半島北部東北伸入廣西，其中心強(qiáng)度為88 ℃，崇左市位于能量舌軸心，分布特征與地面總溫度基本一致。

4.2 水汽條件

在此次過程中，西南氣流是強(qiáng)降雨的主要水汽來源。崇左出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)段，850 hPa水汽通量場上中南半島北部維持通量中心，隨著西南氣流的加大，桂西南水汽通量也增大;水汽輻合中心位于高原短波槽區(qū)一帶，桂西水汽輻合大于桂東，在切邊線南壓過程中，水汽輻合在桂南呈帶狀，軸向與降雨云團(tuán)移動(dòng)方向基本一致。

5 衛(wèi)星云圖及雷達(dá)回波

5.1 衛(wèi)星云圖演變特征

16日20：00，切變線到達(dá)桂中附近，云系呈東西向，其南側(cè)邊緣光滑，冷暖空氣勢力相當(dāng)，云系南壓速度較慢;對流云團(tuán)傳播方向與系統(tǒng)移動(dòng)方向趨于垂直，左后側(cè)有多個(gè)中小尺度對流云團(tuán)發(fā)展并逐漸匯入切變降雨云系中，有利于強(qiáng)降雨的維持。22：00降雨云系中不連續(xù)的中小尺度對流云團(tuán)到達(dá)崇左市北部，崇左市開始出現(xiàn)強(qiáng)降水;高原短波槽后西北氣流引導(dǎo)弱冷空氣的擴(kuò)散南下，切變云系向南彎曲，在崇左北部附近出現(xiàn)斷口，冷暖空氣強(qiáng)烈交匯激發(fā)對流，強(qiáng)降雨云團(tuán)由高空風(fēng)引導(dǎo)逐漸向東南移動(dòng);17日00：00，云體向東北突起，表明西南氣流加大匯入，有利于對流云團(tuán)的維持;越南北部的絮狀白點(diǎn)云體在強(qiáng)盛暖平流中激發(fā)對流，隨后與桂西北附近的對流云團(tuán)一起匯入切邊線西段云團(tuán)中形成中尺度對流復(fù)合體（MCC），在崇左造成極端強(qiáng)降雨。

5.2 雷達(dá)回波特征分析

極端強(qiáng)降雨出現(xiàn)時(shí)段回波特點(diǎn)：回波中心在55～60 dBZ，最強(qiáng)達(dá)到66 dBZ;垂直累積液態(tài)水含量（VIL）值維持在20～40 kg/㎡，最大值曾躍升至60;回波頂高為6～12 km;回波移速慢，左后方有強(qiáng)回波生成匯入形成列車效應(yīng)，使降水增幅。

崇左城區(qū)地面站雨量突破日雨量歷史極值，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)87.1 mm。結(jié)合其單站逐小時(shí)雨量分布情況可知，小時(shí)雨量強(qiáng)度波動(dòng)較大，對應(yīng)受多個(gè)對流云團(tuán)影響，列車效應(yīng)明顯（見圖3）。

6 結(jié)語

①在“5.17”崇左極端強(qiáng)降雨過程中，華北深槽引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下，高原不斷有短波槽移入廣西;低層低渦切變線位于桂中，崇左市長時(shí)間處于低渦東南側(cè)，西南氣流加大，為強(qiáng)降雨輸送充沛的水汽和能量;地面場上，強(qiáng)降雨中心與中小尺度輻合中心基本一致。

②環(huán)境條件分析表明，過程中不穩(wěn)定能量大，抬升凝結(jié)高度低，低層有暖平流，暖濕層深厚，對流層中高層有干冷空氣侵入，有利于對流的發(fā)展和維持。

③桂西南位于能量舌軸心附近;總溫度變溫中心對強(qiáng)降雨區(qū)有較好的指示作用;中南半島一帶的西南氣流是此次強(qiáng)降雨過程的水汽主要來源，桂西南為水汽輻合大值區(qū)。

④衛(wèi)星云圖顯示，沿切變有多個(gè)中尺度對流云團(tuán)激發(fā)，呈后向傳播形勢，低層西南氣流在強(qiáng)盛暖平流中激發(fā)出對流單體;系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，對流云團(tuán)匯合中尺度對流復(fù)合體（MCC），長時(shí)間在崇左上空，造成致災(zāi)性強(qiáng)降水。雷達(dá)回波特征可見：強(qiáng)降雨云團(tuán)為回波中心強(qiáng)、回波高度高、VIL值大的深厚對流系統(tǒng)，列車效應(yīng)使降雨明顯增大。

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