弱引導(dǎo)氣流背景下廣西西部特大暴雨天氣過程分析

陸小曉，農(nóng)孟松，唐昌秀，屈梅芳，蔣亞平，李華實(shí)

(1.崇左市氣象局，廣西 崇左 532200；2.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，南寧 532200)

引言

4—6 月為華南前汛期，源于孟加拉灣和南海暖濕氣流開始活躍，向華南上空輸送大量的水汽和不穩(wěn)定能量，同時(shí)北方冷空氣也很活躍，冷暖氣流在華南一帶交匯，形成強(qiáng)烈天氣，產(chǎn)生大量降水［1］。不少專家和學(xué)者已有對(duì)華南地區(qū)前汛期暴雨的研究成果［2-8］。吳玉霜［9］等對(duì)廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的月際特征及環(huán)流差異性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明廣西大范圍持續(xù)性暴雨期間，上升運(yùn)動(dòng)明顯加強(qiáng)，低層的溫度梯度大，對(duì)應(yīng)的不穩(wěn)定能量不斷增加累積，為廣西暴雨的產(chǎn)生提供了有利抬升條件。

2019 年5 月27—28 日，廣西西部出現(xiàn)特大暴雨天氣過程。利用區(qū)域自動(dòng)站資料、常規(guī)高空資料、地面觀測資料、雷達(dá)和云圖，對(duì)該過程的物理量條件、中尺度系統(tǒng)及環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行分析，探討此次特大暴雨天氣過程成因。

1 過程概況

2019 年5 月27 日20 時(shí)至28 日20 時(shí)，受弱冷空氣和低渦切變的共同影響，廣西西部地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨天氣過程，造成當(dāng)?shù)貒?yán)重的內(nèi)澇，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1 億元。27 日20 時(shí)至28 日08 時(shí)(圖1a)，12h 暴雨到大暴雨落區(qū)主要集中在廣西西部偏北地區(qū)，特大暴雨落區(qū)在崇左市北部；28 日08 時(shí)至28日20 時(shí)(圖1b)，雨勢(shì)減弱，暴雨區(qū)向南部移動(dòng)，落區(qū)零散。據(jù)27 日20 時(shí)至28 日20 時(shí)崇左自動(dòng)氣象觀測站雨量統(tǒng)計(jì)，天等縣有12 個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站雨量≥250mm；主要降水時(shí)段為27 日22 時(shí)至28 日08 時(shí)，小時(shí)雨量超過20mm，持續(xù)了5～7h，最大雨強(qiáng)在50～80mm 之間。此次過程具有雨強(qiáng)強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)。強(qiáng)降雨中心位于天等縣龍茗鎮(zhèn)龍英村，24h 累積雨量為364.1mm；最大小時(shí)雨強(qiáng)為84.8mm，出現(xiàn)在27 日22 時(shí)的天等縣進(jìn)遠(yuǎn)鄉(xiāng)。此次過程的24h 降雨量打破了天等縣有氣象記錄以來的日雨量記錄。

圖1 2019 年5 月28 日08 時(shí)(a)、20 時(shí)(b)前12h 廣西累積雨量(單位：mm)變化圖

2 環(huán)流形勢(shì)及影響天氣系統(tǒng)

27 日08 時(shí)，500hPa 高度場(圖略)，中高緯度為兩槽一脊形勢(shì)，副高位于華南沿海，四川到貴州一帶受槽后弱的偏北氣流控制，廣西北部處于兩高之間的輻合區(qū)中，輻合線南北之間的風(fēng)速4～6m·s-1；從暴雨開始到結(jié)束廣西6 個(gè)探空站及周邊探空站的風(fēng)速2～4m·s-1，有別于廣西大部分5 月份暴雨個(gè)例，這次過程500hPa 一直維持較小風(fēng)速，中層引導(dǎo)氣流弱。

27 日20 時(shí)，850hPa(圖略)切變線在廣西北部，廣西東北部為東北氣流控制，西南部受風(fēng)速4m·s-1的偏東南氣流影響；暴雨發(fā)生期間邊界層有弱的冷空氣南壓到廣西中部偏北地區(qū)；蒙自—百色—貴陽—宜賓維持著較大的溫度梯度，△T(蒙自—宜賓)=16℃，冷暖平流的共同作用，有利于暴雨上空熱力不穩(wěn)定條件維持。

27 日20 時(shí)，海平面氣壓場分析(圖略)可以看出，1020hPa 冷高壓中心位于陜西南部，暖低壓在云南南部，廣西處于向西開口的倒槽中，地面冷鋒位于桂林南部到河池一線，28 日08 時(shí)，冷鋒逐漸南壓到廣西的中部偏南地區(qū)。

綜合以上分析，在暴雨期間有切變和地面弱冷空氣影響廣西，邊界層有暖平流輸送到廣西上空，大大增強(qiáng)了大氣不穩(wěn)定和中低層水汽輸送；對(duì)流層中層風(fēng)速小，引導(dǎo)氣流弱，導(dǎo)致對(duì)流發(fā)展之后中尺度系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，有利于大暴雨到特大暴雨的產(chǎn)生。

3 物理量條件

3.1 不穩(wěn)定條件分析

27 日20 時(shí)，925hPa 的假相當(dāng)位溫等值線呈東西向分布，在中南半島向廣西西部有暖濕舌，θse≥85℃，超過歷年同期5 月下旬暴雨過程平均θse 值3℃～4℃；暴雨前廣西上空具備強(qiáng)不穩(wěn)定條件，大暴雨區(qū)落在暖濕舌的頂端；850hPa 水汽通量散度負(fù)值大值區(qū)位于貴州西南部到廣西西北部，廣西西部水汽通量散度約為-12×10-6～-22×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1之間。以上分析表明，特大暴雨期間，廣西西部對(duì)流層低層有明顯水汽輻合維持。

3.2 T-logp 分析

南寧27 日20 時(shí)的探空?qǐng)D(略)可以看出，濕層伸展高度在300hPa，濕層深厚；0～6km 的垂直風(fēng)切變12m·s-1，小的垂直風(fēng)切變有利于暴雨上空水汽凝結(jié)潛熱的聚集，從而有利于不穩(wěn)定條件長時(shí)間地維持；抬升凝結(jié)高度低，0℃高度大約在4500m 的高度，說明暖云層深厚，降水效率高；CAPE 值大約在770J左右，K 指數(shù)為36℃?？梢娺^程前期有一定的能量且不穩(wěn)定，容易發(fā)生對(duì)流。

3.3 天氣尺度抬升條件分析

梁維亮等［10］在廣西一次區(qū)域性強(qiáng)對(duì)流天氣的診斷分析中表明，通過對(duì)比渦度平流項(xiàng)和溫度平流項(xiàng)的大小，來分析兩者對(duì)上升運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)。

27 日20 時(shí)，ω 方程強(qiáng)迫項(xiàng)分析，850hPa 和925hPa 的渦度平流差別不大，渦度平流的垂直差動(dòng)較小，渦度平流對(duì)該層抬升運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)較小。兩個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)的總和與溫度平流分布形態(tài)相似，可見抬升運(yùn)動(dòng)主要是溫度平流的作用。南寧探空顯示，自由對(duì)流高度(LFC)約3000m，雖然對(duì)流凝結(jié)高度較低，但是夜里不具備加熱到對(duì)流溫度的條件，所以天氣系統(tǒng)的抬升尤為重要。

以上分析可以看出，在暴雨發(fā)生期間，廣西低層有明顯不穩(wěn)定能量積聚和水汽輻合條件，暴雨發(fā)生前廣西的西部到南部濕層深厚，垂直風(fēng)切變小，暖云厚度厚，有利于大暴雨和特大暴雨的產(chǎn)生。

4 中尺度系統(tǒng)分析

4.1 云圖分析

27 日22 時(shí)之前，崇左北部到百色東南部開始有弱降雨出現(xiàn)；在中越交界的東興附近，有對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)力發(fā)展，云頂亮溫＜-52℃，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)52mm。23時(shí)(圖2a)，在崇左北部到百色東南部有兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)開始發(fā)展，呈南北向排列，云頂亮溫超過-52℃，崇左天等進(jìn)遠(yuǎn)鄉(xiāng)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到了84.8mm，其北部和南部也有小時(shí)雨強(qiáng)超過30mm。28 日00 時(shí)，對(duì)流繼續(xù)向偏北方向移動(dòng)，此時(shí)強(qiáng)降雨落區(qū)連接起來呈現(xiàn)帶狀。01 時(shí)，對(duì)流繼續(xù)向北蔓延，-52℃的范圍繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)在河池的東南部和來賓的北部也有分散的對(duì)流在發(fā)展；02 時(shí)(圖2b)西部的對(duì)流繼續(xù)發(fā)展，同時(shí)來賓北部＜-52℃云頂亮溫范圍還在擴(kuò)大，此時(shí)分別有東西兩個(gè)強(qiáng)降雨中心，小時(shí)雨強(qiáng)均在50mm 以上，西部的強(qiáng)降雨仍然呈南北向的帶狀。03 時(shí)(圖2c)，東西強(qiáng)降雨中心繼續(xù)發(fā)展，位置少動(dòng)，呈雙眼結(jié)構(gòu)。04 時(shí)(圖2d)，西部對(duì)流云帶持續(xù)發(fā)展，云系組織密實(shí)，而東部的對(duì)流云團(tuán)開始減弱，云系結(jié)構(gòu)松散。西部強(qiáng)降雨雨帶小時(shí)雨強(qiáng)仍然在50mm 以上，東部強(qiáng)降雨最大的小時(shí)雨強(qiáng)開始減弱到40mm 以下。05—06 時(shí)(圖2e)，東部的強(qiáng)降雨繼續(xù)減弱，而西部的對(duì)流云系仍然少動(dòng)，此時(shí)南部對(duì)流云系影響下的天等附近仍然有小時(shí)雨強(qiáng)超過70mm 以上的降水。07—08 時(shí)(圖2f)，東部的降雨減弱消散，西部的對(duì)流云系開始轉(zhuǎn)向，由原來的南北向轉(zhuǎn)為東北-西南走向，對(duì)流云團(tuán)東側(cè)邊界光滑，結(jié)構(gòu)密實(shí)，北段的強(qiáng)降雨東移到南寧的北部，小時(shí)雨強(qiáng)超過60mm，而南段的強(qiáng)降雨仍然維持在天等附近，小時(shí)雨強(qiáng)仍有50mm。從09 時(shí)開始，對(duì)流云系開始緩慢東移，其東南部的云頂亮溫仍然較低，邊界光滑，小時(shí)雨強(qiáng)仍有80mm，而原滯留在天等附近的對(duì)流也開始轉(zhuǎn)向偏東南方向移動(dòng)到大新，小時(shí)雨強(qiáng)也達(dá)到46.5mm。10—11 時(shí)，對(duì)流云系在東移的過程中，仍然維持比較強(qiáng)盛，但強(qiáng)降雨的中心繼續(xù)東移到南寧的西部，呈現(xiàn)東北-西南走向的帶狀分布，小時(shí)雨強(qiáng)超過70mm。12—13 時(shí)，對(duì)流云系開始減弱，并快速東移，云頂亮溫升高，云系開始變得松散。

圖2 FY2 衛(wèi)星云圖

4.2 雷達(dá)資料

通常我們可以用地面總溫度(公式(1))來表示近地面層的能量的分布。27 日22 時(shí)，在廣西中部從北部灣有自南向北伸展的高能舌，在廣西的東北部和西北部，分別有向南的低能舌的存在，其中云南東部到廣西西北部的低能舌是由于27 日凌晨百色南部靖西市特大暴雨后能量耗散的結(jié)果，在崇左的北部到百色的南部有東北-西南向的輻合線，對(duì)流最開始觸發(fā)就在輻合線附近；由于北方冷空氣入侵導(dǎo)致，在來賓北部到柳州也有風(fēng)速的輻合線存在。到了28日02 時(shí)西北部的輻合線少動(dòng)，輻合線附近的對(duì)流向北擴(kuò)展，形成混合性的對(duì)流云，層狀云中夾雜有對(duì)流云單體不斷向東北方向移動(dòng)，形成列車效應(yīng)，此時(shí)在崇左市天等縣進(jìn)遠(yuǎn)鄉(xiāng)，小時(shí)雨強(qiáng)可達(dá)到60mm；東北部的冷舌繼續(xù)向南擴(kuò)展，輻合線附近B 有西北-東南向的對(duì)流開始生成發(fā)展。28 日05 時(shí)，西北部的輻合線仍然少動(dòng)，與輻合線對(duì)應(yīng)的東北-西南向的對(duì)流單體活躍，列車效應(yīng)持續(xù)，小時(shí)雨強(qiáng)仍有58mm，大于30dBZ 的層狀云繼續(xù)擴(kuò)展到百色南部至河池東部；由于冷空氣的入侵，廣西東北部轉(zhuǎn)為東北氣流控制，鋒面西段與原輻合線合并，對(duì)流繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大，沿著鋒面東段也有零散的對(duì)流在發(fā)展，但強(qiáng)度不強(qiáng)。28 日10 時(shí)，東段輻合線減弱消失，西北部的輻合線與鋒面合并，離開天等，向南壓到大新到南寧北部，與鋒面西段對(duì)應(yīng)的對(duì)流也離開天等，形成東北-西南走向弱弓形回波，向偏東方向移動(dòng)，此時(shí)天等的強(qiáng)降水也趨于結(jié)束。

從以上分析，可以看出，從27 日22 時(shí)到28 日08 時(shí)，西北段的輻合線長時(shí)間滯留，與之對(duì)應(yīng)的對(duì)流也在輻合線附近不斷生成，并向東北方向移動(dòng)，形成列車效應(yīng)，導(dǎo)致大范圍大暴雨到特大暴雨。東北段的輻合線也有對(duì)流生成，但是由于冷空氣移動(dòng)速度比較快，對(duì)流維持的時(shí)間較短，導(dǎo)致大暴雨的范圍和強(qiáng)度沒有西北部的強(qiáng)。

以下對(duì)經(jīng)過天等進(jìn)遠(yuǎn)鄉(xiāng)(紅點(diǎn))對(duì)流單體進(jìn)行分析，組合反射率因子在30～45dBZ，剖面圖上質(zhì)心大約在3km 附近，屬于低質(zhì)心的回波，但降水效率高；上個(gè)單體向北移動(dòng)之后，在其西南側(cè)又有新單體生成，并向北移動(dòng)，經(jīng)過進(jìn)遠(yuǎn)鄉(xiāng)形成列車效應(yīng)，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到85mm，強(qiáng)度與上一個(gè)單體類似，在速度圖上，約1.5km 的高度，吹偏南風(fēng)，與對(duì)流單體對(duì)應(yīng)的有小尺度的輻合存在，并且風(fēng)速有脈動(dòng)。從以上分析可以知道，此次特大暴雨過程的回波主要是以混合性的對(duì)流為主，質(zhì)心雖然低但降水效率高。

5 結(jié)論

(1)此次過程受弱冷空氣和低渦切變的共同影響，具有雨強(qiáng)強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)。在暴雨期間有切變和地面弱冷空氣影響廣西，中層有暖平流輸送到廣西上空，是暴雨產(chǎn)生的主要?jiǎng)恿椇咸龡l件；邊界層到對(duì)流層中層風(fēng)速較小，引導(dǎo)氣流較弱，導(dǎo)致對(duì)流發(fā)展之后中小尺度系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，有利于大暴雨到特大暴雨的產(chǎn)生。廣西低層有明顯不穩(wěn)定能量積聚和水汽輻合條件，從探空分析環(huán)境條件，暴雨發(fā)生前廣西的西部到南部濕層深厚，垂直風(fēng)切變小，暖云厚度厚，有利于大暴雨和特大暴雨的產(chǎn)生。弱冷空氣南壓，冷暖氣流交匯，暖濕氣流沿著鋒面抬升，抬升運(yùn)動(dòng)主要是溫度平流的作用。

(2)降雨范圍與對(duì)流云團(tuán)走勢(shì)、形態(tài)相對(duì)應(yīng)。特大暴雨過程發(fā)生期間，由于西北段的輻合線長時(shí)間滯留，與之對(duì)應(yīng)的對(duì)流也在輻合線附近不斷生成，并向東北方向移動(dòng)，形成列車效應(yīng)，導(dǎo)致大范圍大暴雨到特大暴雨的發(fā)生。東北段的輻合線也有對(duì)流生成，但是由于冷空氣移動(dòng)速度比較快，對(duì)流維持的時(shí)間較短，導(dǎo)致大暴雨的范圍和強(qiáng)度沒有西北部的強(qiáng)，而且，此次特大暴雨過程的回波主要是以混合性的對(duì)流為主，質(zhì)心雖然低但降水效率高。