李彩玲 蔡康龍,2 黃先香,2 植江玲 陳志芳 麥文強

1 廣東省佛山市氣象局/佛山市龍卷風研究中心，佛山 528315 2 中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室,北京 100081

提 要： 2019年3月21日廣西桂林市臨桂區(qū)發(fā)生一次極端大風天氣過程(以下簡稱“3·21”臨桂大風)，當日21:13臨桂觀測站記錄最大陣風風速為60.3 m·s-1(17級)。通過風災現(xiàn)場調(diào)查判斷這是強度為EF2級的微下?lián)舯┝鬟^程。應用常規(guī)觀測資料以及加密自動氣象站、探空、多普勒雷達等資料，分析了“3·21”臨桂大風的環(huán)流背景與影響系統(tǒng)及其形成原因。結果表明：低層暖濕氣流活躍，中層顯著干層，強的低層垂直風切變是大風發(fā)生的有利條件，地面中尺度輻合線、冷鋒南壓為其提供了觸發(fā)機制。“3·21”臨桂大風由2個超級單體風暴合并加強造成，在下?lián)舯┝靼l(fā)生前，風暴單體最強反射率因子核心高度(HGT)超過6 km，有中等強度中氣旋伴隨，中層徑向輻合明顯，輻合值達36 m·s-1；當反射率因子減弱、風暴頂高下降、HGT下降時，下?lián)舯┝靼l(fā)生；當HGT劇降，一個體掃間隔下降3.5 km，17級極端大風發(fā)生，低層0.5°仰角在強中氣旋的出流區(qū)觀測到強的徑向輻散，其值達27 m·s-1；中氣旋表現(xiàn)出最強切變加強，底高迅速下降到1 km以下等特征。本次下?lián)舯┝靼l(fā)生與極端強降水和冰雹的拖曳作用有密切關系，冰雹與雨水粒子的拖曳和融化蒸發(fā)作用使下?lián)舯┝骷訌姟．敺昼娊邓看笥? mm 時，風速超過12級；當分鐘降水量大于6 mm時，則出現(xiàn)17級極大風速。

引 言

Fujita and Byers(1977)、Fujita and Wakimoto(1981)總結了強對流風暴導致的3類災害性大風包括：龍卷大風、直線大風和下?lián)舯┝鞔箫L。龍卷大風路徑一般相對比較狹窄，通常是高度輻合的旋轉性風場，而下?lián)舯┝鞔箫L是有明顯輻散特征的直線或曲線型大風(鄭永光，2016b)。下?lián)舯┝鞫喈a(chǎn)生于發(fā)展成熟的強雷暴云中，是一種局部性的強下沉氣流，風速超過17.9 m·s-1，地面氣流為輻散或直線型的災害大風，根據(jù)下?lián)舯┝鳛暮Ψ秶陀绊憰r間，又可分為微下?lián)舯┝骱秃晗聯(lián)舯┝?，微下?lián)舯┝骺臻g尺度小于4 km，時間尺度小于10 min，而宏下?lián)舯┝骺臻g尺度大于4 km，時間尺度大于10 min。

國內(nèi)外很多學者對下?lián)舯┝鬟M行過相關研究?？祶沟?2018)、盛杰等(2019)從下?lián)舯┝靼l(fā)生的環(huán)境條件和形成機理進行了詳細分析，指出中層干冷，大的溫度垂直遞減率，高低空急流耦合等有利于下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生；孫凌峰等(2003)、劉洪恩(2001)利用數(shù)值模式模擬指出，下?lián)舯┝鳟a(chǎn)生的直接原因是降水的重力拖曳作用引起, 其次是冰雹的融化和雨水蒸發(fā)的冷卻作用。Potts(1989)認為下?lián)舯┝髯羁煽康奶卣魇堑孛孑椛?，在多普勒速度圖上表現(xiàn)為在雷達徑向上的“牛眼”回波，并針對下?lián)舯┝飨陆档姆瓷渎室蜃雍诵暮偷蛯訌娸椛⒌牧鲌鎏卣?，開發(fā)了基于多普勒天氣雷達資料的下?lián)舯┝髯詣幼R別算法。由于環(huán)境風場的影響，這種特征并不一定非常對稱。Schmocker et al(1996)也提出，中層徑向輻合(MARC)是下?lián)舯┝鞯囊粋€重要特征，可以用于弓狀回波識別下?lián)舯┝?。Roberts and Wilson (1989)在研究了31個發(fā)生在美國科羅拉多州的下?lián)舯┝骷捌湎鄳娘L暴單體后，得出結論：利用下降的反射率因子核、反射率槽口、雷暴云中徑向輻合以及旋轉可以預報下?lián)舯┝?。Eilts et al(1996)研究了85個在不同環(huán)境體制中形成的災害性下?lián)舯┝骱螅玫搅伺cRoberts相類似的結論?？梢灶A報下?lián)舯┝鞯奶卣魇牵阂粋€迅速下降的反射率因子核；強并且深厚的中層輻合(地面上2～6 km)；產(chǎn)生下?lián)舯┝鞯膯误w的反射率因子核往往出現(xiàn)在比其他單體的反射率因子核更高的高度。近年來，俞小鼎等(2006b)、畢旭等(2007)、吳芳芳等(2009)、李向紅等(2010)、刁秀廣等(2011)、伍志方等(2014)、羅輝等(2015)、唐明暉等(2016)、費海燕等(2016)、李強等(2019)利用我國新一代天氣雷達資料分析了發(fā)生在安徽、陜西、江蘇、山東、湖北等地的下?lián)舯┝鬟^程, 指出下降的反射率因子核心并伴隨云底以上的速度輻合的雷達回波特征,以及等效位能差、出流強度等可以用來提前預警下?lián)舯┝鳌?/p>

2019年3月21日21:13(北京時，下同)廣西壯族自治區(qū)桂林市臨桂區(qū)出現(xiàn)了17級極端大風，臨桂區(qū)國家氣象觀測站(以下簡稱臨桂觀測站)及其附近的桂林師范高等?？茖W校臨桂校區(qū)(以下簡稱桂林師專)等地出現(xiàn)了明顯災情，由于風災發(fā)生在夜間，沒有直接清晰的視頻或照片資料佐證風災類型，引起了社會對風災類型的熱議，佛山市龍卷風研究中心在風災發(fā)生后趕赴現(xiàn)場，匯同桂林市氣象局進行了詳細的災情調(diào)查，綜合分析判斷這是一次微下?lián)舯┝魈鞖膺^程，蔡康龍等(2021)對本次過程的風災調(diào)查進行了詳細分析，本文補充說明了本次下?lián)舯┝鳜F(xiàn)場災情調(diào)查特征和氣象觀測特征，并應用常規(guī)觀測資料以及加密自動氣象站資料、探空資料、多普勒雷達資料等對這次風災過程進行分析，總結雷達監(jiān)測特征以及初步探討了下?lián)舯┝鞯某梢颍瑸榻窈箫L災現(xiàn)場調(diào)查和下?lián)舯┝鞯亩虝r臨近預警提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 天氣實況與災情調(diào)查概況

2019年3月21日20—22時，廣西壯族自治區(qū)柳州市融水、柳城，桂林市臨桂、臨川、全州等縣區(qū)自西北向東南出現(xiàn)了短時強降水、雷雨大風、冰雹等強對流天氣(以下簡稱“3·21”臨桂大風)，強降水主要集中在臨桂中部幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，有3個國家氣象觀測站和5個自動氣象站記錄8級以上大風，其中臨桂觀測站出現(xiàn)了17級的極端大風。

從臨桂觀測站的氣溫、氣壓、相對濕度、風向、風速、降水量六要素變化可見(圖1)，臨桂觀測站3月21日21:08記錄最大陣風風速為17.4 m·s-1(8級)，隨后風速直線上升，21:09、21：10、21：11、21：12、21：13最大陣風風速分別為24.3 m·s-1(9級)、32.0 m·s-1(11級)、34.0 m·s-1(12級)、44.7 m·s-1(14級)、60.3 m·s-1(17級)，而21:13 相距幾米外的備份測風儀測得59.5 m·s-1的極大風速，期間風向從東北風轉西北風再轉偏西風，出現(xiàn)了逆時針旋轉；21:00—21:30的30 min降水量為44.3 mm；21:10—21:12氣壓在2 min內(nèi)下降了3 hPa，21:12—21:14氣壓又在2 min內(nèi)上升了6.4 hPa，其中21:13氣壓數(shù)據(jù)為缺測值，對缺測原因做分析，氣壓儀1 min采集30個數(shù)值，氣壓陡降陡升，采樣差值大，采集器認為出現(xiàn)錯誤數(shù)值，按缺測進行了質(zhì)量控制。盡管有缺測，但前后數(shù)據(jù)說明在短時間內(nèi)出現(xiàn)了巨大氣壓差，證明發(fā)生了猛烈的大風。由此可見，臨桂觀測站在21:10—21:12降水逐漸增強，氣壓下降，氣溫下降，風速直線上升，濕度上升，21:12—21:14降水驟增，氣壓陡升，風速達到最大值。

從臨桂觀測站的監(jiān)控視頻判斷，21日21:00—21:13觀測站附近自西北向東南受強對流天氣影響，風速遞增，21:13前后遭遇了極大風速，致使監(jiān)控信號中斷，風向由東北轉西北，為直線型大風，沒有出現(xiàn)風向旋轉，監(jiān)控視頻拍攝的情況與觀測數(shù)據(jù)相符。受災現(xiàn)場災情指示物倒伏方向有明顯的輻散狀，其中存在多處百米量級的輻散條跡，為下?lián)舯┝鳁l跡(鄭永光等，2016a;2018),受災明顯處有多株直徑大于30 cm的樟樹被連根拔起,鐵皮屋頂被掀翻，砂漿圍墻倒塌等，根據(jù)McDonald and Mehta(2006)EF等級對風災的定級標準判定，此次下?lián)舯┝鲝姸茸顝娺_EF2級，風災強度等級判斷與臨桂觀測站觀測的17級陣風風速相符。

以上分析可見，臨桂觀測站17級極端大風出現(xiàn)前后，其周邊有多個國家氣象觀測站或自動氣象站測得8～11級的瞬時大風，臨桂觀測站風速是線性增加的，且與備份測風儀測得的風速相差較小，由此判斷臨桂觀測站17級大風的風速測量值是合理可信的。通過現(xiàn)場災情調(diào)查并結合觀測站溫壓濕觀測數(shù)據(jù)等，綜合判斷這是一次強度為EF2級，影響長度在2 km 范圍的微下?lián)舯┝鬟^程，影響時間為21:09—21:14(6 min)，其中包含多個β小尺度(40～400 m)下?lián)舯┝鳁l跡。

2 環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2.1 天氣形勢

由3月21日20時綜合分析圖可見(圖2a)：“3·21”臨桂大風發(fā)生前，高層200 hPa高空急流位于長江流域一帶，急流軸由貴州、湖南、江西中北部一直延伸至日本，急流中心風速達60 m·s-1以上，臨桂區(qū)處于其入口右側；在500 hPa，臨桂處于高空小槽前，受西南氣流影響，西南風急流位于廣西中部、湖南南部、江西中南部一帶，臨桂處于急流軸左側；850 hPa從北部灣到北海、梧州一帶有偏西南急流在臨桂一帶輻合；從溫度露點差(T-Td)的高低空配置來看，臨桂恰好處于850 hPaT-Td≤2℃，500 hPaT-Td≥30℃區(qū)域，上干下濕形勢明顯；在地面場上，21日20時冷空氣前鋒南壓至江西中南部、湖南南部至廣西東北部一帶，湖南、廣東、廣西交界處有地面輻合線存在，23時冷空氣前鋒已經(jīng)過境臨桂觀測站到達廣西中部一帶。

圖1 2019年3月21日21:04—21:20桂林市臨桂觀測站各要素演變趨勢(紅框表示下?lián)舯┝靼l(fā)生時段，黃線表示分鐘降水量為3 mm)Fig.1 Variation of weather elements at Lingui Automatic Weather Station in 21:04-21:20 BT 21 March 2019(Red box is the time for downburst, yellow line is 3 mm contour of minutely rainfall)

2.2 大氣層結條件

分析桂林站3月21日20時的探空資料可見(圖略)，溫度層結曲線是明顯的上干下濕結構，低層暖平流明顯，風場由1 000 hPa弱的西南風(1 m·s-1)順轉為500 hPa強盛的偏西風(31 m·s-1)，0～6 km的垂直風切變達30 m·s-1，850～700 hPa的T-Td<2℃，而700～400 hPa平均和最大的T-Td分別達19.5和35 ℃，遠高于我國極端雷暴大風發(fā)生的平均值13.6和25.7 ℃，表明本次對流發(fā)生前中層處于非常干的環(huán)境，利于極端大風的發(fā)生(馬淑萍等，2019)；850與500 hPa溫度差達25 ℃，溫度垂直遞減率大，有利于強冰雹、區(qū)域性的雷暴大風天氣的出現(xiàn)。用850、700、500和300 hPa這4層的平均風向風速表征風暴承載層的風向風速，21日20時桂林站風暴承載層平均風速達25 m·s-1(平均風向為240°)，已超過2002—2017年我國95個極端大風個例的最大值(馬淑萍等，2019)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，風暴承載層平均風速越大，越有利于中層干冷空氣的夾卷過程，致使下沉氣流動量下傳，對地面大風貢獻也越大(高曉梅等，2018)。

穩(wěn)心顆粒輔助治療不穩(wěn)定型心絞痛療效和安全性的Meta分析 …………………………………………… 習元堂等（22）：3158

3月21日20時強對流天氣發(fā)生前，桂林站K指數(shù)達到39 ℃，SI指數(shù)為-3.02 ℃，二者均表明在強對流天氣發(fā)生前桂林附近大氣層結不穩(wěn)定，對流有效位能(CAPE)為769.4 J·kg-1，雖然不算大，但足以為強對流提供充足的抬升能量，最大上升速度為39.2 m·s-1，而1 km以下有弱的對流抑制有效位能(CIN)，有利于能量的積聚。22日08時強對流天氣發(fā)生后，臨桂觀測站K指數(shù)明顯減小，SI指數(shù)為正值，CAPE和CIN均為0 J·kg-1，從另一方面也反映了此次過程伴有強烈的能量釋放。

2.3 地面中尺度輻合線

從廣西國家氣象觀測站風場分析看(圖2b和2c)，隨著冷空氣東移南壓，21日20:00廣西中北部有一東北—西南走向的中尺度輻合線逐漸南壓，同時，在該輻合線附近開始出現(xiàn)東北—西南向的帶狀云系(圖略)，21:05地面輻合線南壓到臨桂觀測站，風場由東南風逆轉為東北風，同時，21:05—21:20以臨桂為中心，桂林、永福和雁山附近維持一中尺度氣旋式渦旋存在，有利于對流云系在臨桂附近加強發(fā)展。21:25—21:30，中尺度渦旋伴隨地面切變線南壓到雁山以南減弱，降水云系逐漸南壓減弱。

以上分析表明，“3·21”臨桂大風發(fā)生在高空槽前強西南氣流區(qū)，低空暖濕氣流活躍，西南氣流在臨桂附近匯合，中層存在顯著干層，風暴承載層平均風速大，0～6 km垂直風切變強等，均表現(xiàn)出有利于地面極端大風的發(fā)生，而地面中尺度渦旋、冷鋒南壓為本次強對流產(chǎn)生提供了觸發(fā)機制。

圖2 2019年3月21日(a)20:00綜合分析，(b)20:00和(c)21:05地面風場演變Fig.2 (a) Comprehensive analysis at 20:00 BT 21 March, (b, c) evolution of surface wind at (b) 20:00 BT and (c) 21:05 BT 21 March 2019

3 雷達資料分析

桂林雷達站距離臨桂觀測站約16 km，受雷達靜錐區(qū)影響，強對流風暴影響臨桂觀測站附近時，最大探測高度在8 km以下，對回波的垂直結構觀測有一定影響。并且反射率因子強度圖(圖略)顯示，在0.5°和1.5°仰角的230°～270°方向上有遮擋，因此下文分析反射率因子強度演變使用2.4°仰角資料。3月21日21:06—21:12僅在19.5°仰角可觀測到三體散射特征(TBSS)，盡管雹塊擴展到地面，但19.5°以下均未能觀測到TBSS特征，此時風暴距離雷達站在20 km內(nèi)，19.5°仰角以下對風暴的探測高度在6 km以下，三體散射回波可能位于風暴體回波內(nèi)而無法辨認。

文中用到的雷達資料包括反射率因子、徑向速度、風暴編號、風暴參數(shù)、垂直累積液態(tài)含水量(VIL)、最大反射率因子(Rmax)及其所在高度(HGT)以及中氣旋參數(shù)等。

3.1 雷達回波演變特征

從3月21日20—22時雷達回波的演變分析可知(圖3a)，“3·21”臨桂大風是由一編號為E0的超級單體風暴引起。21日20：00一條東北—西南向的多單體線狀回波帶自桂林柳州兩市交界處向東南方向移動，回波的走向和移動方向與地面輻合線的一致(圖2b)，回波帶南側有2個強度大于55 dBz的超級單體風暴，其編號分別為A0(268/52)和E0(265/67)，A0和E0向東南方向移動過程逐漸靠近，21:00—21:06回波帶到達臨桂觀測站前，風暴A0并入E0，使E0強度迅速加強，并在隨后的兩個體掃時間里(21:12和21:18)自西北向東南過境臨桂觀測站。

圖3 2019年3月21日(a)20:00—21:12反射率因子演變，(b)21：00—21：18沿雷達徑向過臨桂觀測站的(b1～b4)反射率因子和(b5～b8)徑向速度的垂直剖面，(c)21:12仰角為(c1)2.4°、(c4)0.5°、(c2，c5)9.9°和(c3，c6)19.5°的(c1～c3)反射率因子和(c4～c6)徑向速度Fig.3 (a) Evolution of radar reflectivity at 20:00—21:12 BT, (b) the radial and Lingui Automatic Weather Station cross-section of (b1-b4) radar reflectivity and (b5-b8) racial velocity in 21:00-21:18 BT, (c1-c3) radar reflectivity and (c4-c6) radial velocity at (c1) 2.4°, (c4) 0.5°, (c2, c5) 9.9° and (c3, c6) 19.5° at 21:12 BT March 21 2019

21:00—21:18下?lián)舯┝靼l(fā)生前后，從雷達上連續(xù)識別出中氣旋或三維切變的只有X1和E0兩個風暴單體(圖3a)，從表1可見，與風暴E0相關的中氣旋直徑從3.7 km縮小到2.7 km，逐漸緊縮加強，最強切變從8×10-3s-1加大到15×10-3s-1，底高在21:12—21:18期間迅速下降到0.2 km；而風暴X1的反射率因子強度在50～60 dBz,中氣旋直徑是一個減小又增大的過程，最強切變雖然比較大，但底高維持在2.6 km以上，風暴X1給永?？h帶來短時強降水和5級左右陣風。可見，風暴單體的中氣旋直徑緊縮，強度增加，最強切變加強，中氣旋底高驟降并下降到1 km以下，更利于地面大風的發(fā)生。

表1 2019年3月21日21:00—21:18 中氣旋特征Table 1 Features of mesocyclone in 21:00-21:18 BT 21 March 2019

3.2 風暴特征分析

超級單體風暴A0 并入E0前(20:00—20:54)(圖略)，Rmax在60～67 dBz波動增大，HGT先升后降，風暴強反射率因子核從中層(20:36前)逐漸下降，可見A0強度變化不大，逐漸從中層向地面發(fā)展。

從E0的風暴參數(shù)看(圖4)，E0經(jīng)歷了波動變化到迅速增強的過程，其中20:24—20:48呈現(xiàn)波動變化過程，20:48—21:06隨著A0靠近并入后迅速增強，風暴頂高發(fā)展到6.8 km，底高向下發(fā)展到0.2 km，Rmax增大到71 dBz，HGT達到6.6 km，可見此時風暴體最大、反射率因子最強；21:06—21:12風暴體略有下降、Rmax略減小、VIL略降，HGT略降，降幅為0.6 km，此時段下?lián)舯┝靼l(fā)生，風速線性增加；21:12—21:18風暴體下降、Rmax減小、VIL下降，HGT驟降，從6 km下降到2.5 km，降幅達3.5 km，此時段風速驟增，下?lián)舯┝骷訌姟?/p>

圖4 2019年3月21日20：24—21：18風暴E0各參數(shù)隨時間的變化Fig.4 The parameters of Storm E0 in 20:24-21:18 BT 21 March 2019

圖5為21:12—21:18下?lián)舯┝骷訌娖陂g，各風暴單體HGT及HGT差，可見21:12 HGT超過4 km 的風暴有3個，超過6 km的風暴有2個(E0和Y1); 21:18有2個風暴的HGT上升，其他風暴的HGT均有所下降，下降高度超過1 km的風暴有2個，超過3 km的僅有1個(E0)，可見只有風暴E0同時具有較高的HGT和較快的下降速度，可以判斷該風暴為造成此次強下?lián)舯┝鞯娘L暴。

以上分析表明，21:06—21:12超級單體風暴核心下降，MARC明顯，地面風速線性增大，下?lián)舯┝靼l(fā)生;21:12—21:18超級單體風暴核心進一步下降到地面，中氣旋出流區(qū)出現(xiàn)強輻散，下?lián)舯┝鬟M一步加強，風速劇增達到極大值?？梢姡谙?lián)舯┝鞯竭_地面之前，表現(xiàn)出反射率因子核心持續(xù)下降，徑向速度上有MARC的特征，這與俞小鼎等(2006a)的研究結論一致，可以為下?lián)舯┝黝A警提供重要判定依據(jù)。

4 極端大風成因分析

強烈下沉氣流的產(chǎn)生受到3個因素的影響，包括降水粒子負載、浮力和垂直擾動氣壓梯度力(俞小鼎等，2012)。孫凌峰等(2003)通過數(shù)值模擬得出，有些下?lián)舯┝鞯谋l(fā)以風暴反射率因子核的下降為前兆，因此可以判斷降水(冰雹和雨滴)的拖曳作用是下?lián)舯┝鳟a(chǎn)生的主要初始動力，冰雹融化和雨水蒸發(fā)冷卻作用是次要原因；周后福等(2017)研究指出，當6 min 降水達4 mm以上時，是發(fā)生下?lián)舯┝鞯恼髡字?。通過3.1和3.2節(jié)分析可見，此次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生以反射率因子核心下降為前兆，下文對此次下?lián)舯┝靼l(fā)生前后降水粒子的拖曳作用、浮力和垂直擾動氣壓梯度力等方面進行分析，對下?lián)舯┝鞯男纬稍蜻M行初步探討。

圖5 2019年3月21日21:12—21:18下?lián)舯┝骷訌娖陂g各風暴HGT及ΔHGT(負值表示下降高度，正值則表示上升高度)Fig.5 The HGT of the storms and HGT difference during downburst developing intensification in 21:12-21:18 BT 21 March 2019 (Negative value indicates descending height, positive value indicates ascending height)

4.1 降水粒子的拖曳作用

圖6為臨桂觀測站逐分鐘降水量和風速演變圖，由圖可見，風速變化和降水強度有很好的對應關系，3月21日21:08—21:14降水量迅速遞增，對應風速線性增大，下?lián)舯┝靼l(fā)生。21:11—21:14分鐘降水量在3 mm以上，地面風速在12級以上，其中21:13—21:14的分鐘降水量達6.6 mm，此時段內(nèi)HGT下降速度非常快，空氣中降水粒子較大，拖曳作用強，此時風速增大到極大值(17級)，降水的極端強度遠遠超過周后福等(2017)研究的下?lián)舯┝靼l(fā)生征兆的雨量值，21:15—21:16降水量有所下降，風速明顯下降(4～5級)，21:17—21:18的分鐘降水量再次在3 mm以上，風速對應有增大過程(7級)?？梢?，降水的拖曳作用在本次下?lián)舯┝髦衅饐雍驮鰪娮饔?。?.1節(jié)雷達回波演變分析可知，在下?lián)舯┝靼l(fā)生前，21日21:06反射率因子和徑向速度圖上均出現(xiàn)了TBSS，表明風暴中有大冰雹存在，并在地面出現(xiàn)了2 cm左右的冰雹，21:12 TBSS維持，21:18 TBSS消失。因此，冰雹和雨滴的下降拖曳是本次下?lián)舯┝靼l(fā)生和加強的主要原因。

圖6 2019年3月21日21:01—21:21分鐘降水量和最大瞬時風速(黑色橫線為下?lián)舯┝鲿r間，灰色橫線為分鐘降水量3 mm線)Fig.6 Minutely rainfall and maximum instantaneous wind speed in 21:01-21:21 BT 21 March 2019(Black line is the time for downburst, gray bold line is minutely rainfall 3 mm contour)

4.2 負浮力和氣壓梯度力作用

本次過程中對流層中上層存在明顯干層，且風暴承載層風速大，風暴周邊相對干的空氣被夾卷進入風暴，使得下沉氣流內(nèi)雨滴或冰雹迅速蒸發(fā)造成下沉氣流降溫，下沉氣流內(nèi)溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的負浮力，導致下沉氣流加速下降，同時對流層中下層環(huán)境溫度垂直遞減率大，利于下沉氣流負浮力進一步加大(俞小鼎等，2012；章國材，2011)。從下?lián)舯┝靼l(fā)生前后地面氣溫的明顯降低，大致可以說明負浮力情況。下?lián)舯┝靼l(fā)生前，臨桂觀測站氣溫為25.5 ℃，21:08氣溫下降到22.4 ℃，降幅達3.1 ℃，21:13極大風發(fā)生時，氣溫下降到最低(20.1 ℃)后維持，可見下?lián)舯┝鬟^程前后降溫幅度達5.4 ℃，按1 ℃溫差造成的浮力可抵消約 4 g·kg-1水物質(zhì)產(chǎn)生的重力拖曳，5.4 ℃的溫差造成的負浮力效應大致相當于21.6 g·kg-1的重力拖曳作用。另外，本次過程超級單體發(fā)展成熟時中氣旋底高向地面發(fā)展，導致21:12地面中氣旋附近氣壓下降，與下沉氣流在地面附近形成的高壓間產(chǎn)生強的氣壓梯度，雷暴內(nèi)下沉氣流到地面后在該強烈氣壓梯度作用下風速也得以進一步加強。

以上分析可見，本次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生以反射率因子核下降為前兆，且雷暴云中有冰雹下降到地面，在下?lián)舯┝鲉訒r，分鐘降水量大于3 mm，氣溫下降大于3℃，風線性增大，降雨和冰雹的拖曳及水成物的蒸發(fā)造成的負浮力效應為下?lián)舯┝鞯膯犹峁┲饕暙I；下?lián)舯┝骷訌姇r，分鐘降水量大于6 mm，冰雹等各種水凝物在重力拖曳作用加速下沉，氣溫在3 min內(nèi)降幅大于2℃，2 min氣壓上升大于6 hPa，風速劇增，出現(xiàn)17級極大風速，由此可以推斷，本次下?lián)舯┝魇紫扔捎谟晁捅⒘Ｗ拥耐弦纷饔糜|發(fā)產(chǎn)生，伴隨大的降水粒子和冰雹的下降，水成物蒸發(fā)造成的負浮力增大以及強大氣壓差使得下?lián)舯┝鞯靡约訌姟?/p>

5 結 論

(1)2019年3月21日桂林市臨桂區(qū)17級極端大風過程是一次空間尺度在2 km范圍內(nèi)、時間尺度為6 min、強度為EF2的微下?lián)舯┝鬟^程，其中包含多個β小尺度下?lián)舯┝鳁l跡，現(xiàn)場災情調(diào)查和氣象觀測實況吻合。

(2)“3·21”臨桂大風是發(fā)生在高空槽、切變線及地面冷空氣共同配合的大尺度環(huán)境條件下，具有低空暖濕氣流活躍，中層存在顯著干層，大的溫度垂直遞減率，強的低空垂直風切變等有利條件，地面中尺度輻合線、冷鋒南壓為本次強對流產(chǎn)生提供了觸發(fā)機制。

(3)本次下?lián)舯┝魇怯?個超級單體風暴合并加強后引起，下?lián)舯┝靼l(fā)生前超級單體風暴具有反射率因子核心下降、MARC特征，當反射率因子開始減弱、風暴頂高下降、HGT下降時，下?lián)舯┝靼l(fā)生；當HGT劇降時，下?lián)舯┝骷訌姡?7級大風發(fā)生地位于中氣旋出流區(qū)強輻散中心，輻散值達27 m·s-1，中氣旋有最強切變加強，底高迅速下降到1 km以下等特征。

(4)下?lián)舯┝髟斐傻牡孛骘L速線性增加與雨強有密切關系，本次過程出現(xiàn)極端的分鐘級降水量，當分鐘降水量大于3 mm·min-1時，風速超過12級，當分鐘降水量大于6 mm·min-1時，出現(xiàn)17級極大風速。初始大風首先由雨水和冰雹粒子的拖曳作用引起，在下降過程中負浮力的熱力不穩(wěn)定和氣壓梯度力也加劇了下沉運動。

致 謝:感謝桂林市氣象局在現(xiàn)場災情調(diào)查過程給予的大力支持和協(xié)助。