柳州2022年6月極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程分析

摘要 利用FNL再分析資料、高空和地面觀測資料、區(qū)域氣象站雨量資料，對柳州市2022年6月16—22日的極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程進行分析，用統(tǒng)計分析等方法研究持續(xù)暴雨過程的特點，用天氣學診斷分析等方法研究持續(xù)暴雨的成因機制。結果表明：此次持續(xù)暴雨過程極端性強，其中3、6、12 h最大降水量均突破柳州市有氣象記錄以來的歷史極值，1和24 h最大降水量居歷史第2位，且夜雨明顯，具有暖區(qū)暴雨的特征。500 hPa短波槽是此次持續(xù)暴雨高層重要的動力強迫系統(tǒng)，短波槽周期為24 h左右，基本規(guī)律是夜間影響、白天移出，造成柳州降水夜強晝?nèi)醯奶卣鳌?50 hPa強盛的西南氣流為暴雨發(fā)生提供了源源不斷的水汽輸送，長時間維持的深厚濕層為持續(xù)暴雨、極端暴雨提供了較好的濕度條件，同時850 hPa西南急流在白天減弱、夜間增強這種時間上的脈動，又為氣流的輻合上升創(chuàng)造了較好的低層動力條件，是暖區(qū)暴雨的一種重要觸發(fā)機制。該研究揭示的500 hPa短波槽24 h周期變化、850 hPa西南急流夜強晝?nèi)醯臅r間脈動，是造成柳州暴雨持續(xù)和夜雨特征的重要觸發(fā)和維持機制，為今后預報持續(xù)暴雨提供了較好的理論支撐。

關鍵詞 持續(xù)性；暖區(qū)暴雨；極端降水；短波槽；急流脈動

中圖分類號 P 458.3 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）22-0201-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.042

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of the Extreme “Dragon Boat Water” Continuous Rainstorm Process in Liuzhou in June 2022

ZHANG Ling-yun1，ZHAO Long-jie2，ZHANG Xin1

（1.Liuzhou Meteorological Bureau，Liuzhou，Guangxi 545001;2.Liujiang District Meteorological Bureau，Liuzhou，Guangxi 545100）

Abstract Using FNL reanalysis data，high-altitude and ground observation data and rainfall data of regional meteorological stations，the extreme “Dragon Boat Water” sustained rainstorm process in Liuzhou on June 16-22，2022 was analyzed，statistical analysis and other methods were used to study the characteristics of the continuous rainstorm process，and synoptic diagnostic analysis and other methods were used to study the mechanism of the continuous rainstorm.The results showed that the continuous rainstorm process was extremely extreme，of which the maximum precipitation in 3，6 and 12 h had exceeded the historical extreme value since the meteorological records in Liuzhou City，and the maximum precipitation in 1 and 24 h was the second in history，and the night rain was obvious，with the characteristics of rainstorm in warm regions.The 500 hPa short wave trough was an important dynamic forcing system in the upper layer of the continuous rainstorm.The short wave trough period was about 24 hours.The basic rule was that the influence at night and the movement out in the day lead to the characteristics of strong precipitation at night and weak precipitation at day in Liuzhou.The strong 850 hPa southwest airflow provided continuous water vapor transportation for rainstorm，and the long maintained deep wet layer provided better humidity conditions for continuous rainstorm and extreme rainstorm.At the same time，the 850 hPa southwest jet weakened in the daytime and strengthened at night，which created better low-level dynamic conditions for the convergence and rise of airflow，and was an important trigger mechanism for rainstorm in warm regions.The 24-hour periodic variation of 500 hPa short wave trough and the time fluctuation of 850 hPa southwest jet during the night and the day revealed by this study were important trigger and maintenance mechanisms for the persistence of rainstorm in Liuzhou and the characteristics of night rain，providing a better theoretical support for the prediction of sustained rainstorm in the future.

Key words Persistence;Rainstorm in warm region;Extreme precipitation;Short wave slot;Jet pulsation

暴雨是影響我國的重要災害天氣之一，由暴雨引發(fā)的洪澇、山洪、城鄉(xiāng)積澇及地質(zhì)災害等嚴重威脅著人民群眾的生命財產(chǎn)安全。長期以來，暴雨研究一直受到氣象工作者的高度重視^［1-8］，在連續(xù)性暴雨、致洪暴雨的成因、機制及其影響等方面，氣象工作者也進行了大量研究^［9-11］，較多學者專門針對廣西暴雨開展了深入的研究工作，并取得了很多有意義的成果^［12-19］。截至目前，暴雨的研究工作已日趨成熟，但暴雨的發(fā)生又往往具有很強的地域性，柳州市以其特有的地形地貌成為廣西暴雨中心之一，局地暴雨成因也較為復雜^［20］。2022年6月16—22日，廣西出現(xiàn)極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程，致災較嚴重，社會影響大，廖勝石等^［21］分析了此次持續(xù)暴雨過程與夏季風的關系，劉國忠等^［22］分析了持續(xù)暴雨過程的環(huán)境場特征，何莉陽等^［23］從氣候角度分析了持續(xù)暴雨的成因。位于桂北的柳州市是此次極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程的重災區(qū)，連續(xù)7 d出現(xiàn)暴雨。筆者將利用FNL再分析資料、高空和地面觀測資料、區(qū)域氣象站雨量資料，專門針對柳州區(qū)域2022年6月16—22日極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程的特點和成因進行分析，以期為極端降水和持續(xù)性暴雨預報服務提供技術支撐。

1 天氣過程概況

受高空槽、低渦切變和低空急流共同影響，2022年6月16—22日廣西柳州市出現(xiàn)入汛以來持續(xù)時間最長、影響范圍最廣、降雨強度最強、致災情況最重的一次持續(xù)性“龍舟水”暴雨天氣過程，全市大部出現(xiàn)暴雨到大暴雨、局部特大暴雨（圖1a），過程最大累計雨量749.9 mm，最大24、12、6、3、1 h雨量分別為498.2、489.0、427.6、271.6、149.4 mm，均出現(xiàn)在融水縣香粉鄉(xiāng)。此次過程最強降雨中心出現(xiàn)在融水縣中部（圖1b、圖1d～h），共有6 d出現(xiàn)暴雨以上降水，且強降雨區(qū)高度重疊在香粉、四榮、懷寶、安陲、安太等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，累計雨量均在400 mm以上，上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)均位于元寶山南麓迎風坡。強降雨次中心位于鹿寨縣（圖1c、圖1f），共有2 d出現(xiàn)大暴雨，累計雨量在300～500 mm。

2 暴雨的變化特征

2.1 暴雨的日際變化特征

從逐日降水量分布（圖1b～h）以及逐日暴雨以上降水總站數(shù)分布（圖2）來看，此次過程暴雨落區(qū)日際變化明顯。暴雨強度最強的是6月18日，共有58個站出現(xiàn)了暴雨以上降水，其中23個站出現(xiàn)了大暴雨、5個站出現(xiàn)了特大暴雨，過程最大日雨量和最大1、3、6、12 h雨量均出現(xiàn)在18日。暴雨范圍最廣的是6月20日，全市各縣（區(qū)）均出現(xiàn)了暴雨，共有129個站出現(xiàn)了暴雨以上降水，其中25個站出現(xiàn)了大暴雨。暴雨范圍最小的是6月22日，共出現(xiàn)暴雨10站、大暴雨4站；其次是6月16日，其出現(xiàn)暴雨16站。

2.2 暴雨的日變化特征

從柳州市6月16—22日逐12 h暴雨以上降水總站數(shù)分布情況（圖3）來看，大部分時段夜間暴雨站數(shù)明顯多于白天，夜間時段平均暴雨站數(shù)為27.6站，白天時段平均暴雨站數(shù)為10站，其中16日夜間、17日夜間、19日夜間暴雨總站數(shù)均超過40站，17日夜間暴雨站數(shù)達到63站，為過程暴雨站數(shù)最多的時段。白天時段暴雨站數(shù)最多的是20日，共有41站，次多的是16日，共有13站，其余白天時段暴雨站數(shù)均在10站以下，局地性較強。從逐12 h累計雨量、最大1 h雨量、最大3 h雨量分布情況（圖4）來看，大部分時段夜間最大降水量均大于白天，其中最大12 h雨量489.0 mm，也出現(xiàn)在17日夜間。由此可見，柳州此次持續(xù)暴雨過程具有明顯的夜雨特征，符合柳州市暖區(qū)暴雨的特點。

2.3 暴雨的極端性分析

柳州此次持續(xù)性暴雨過程呈現(xiàn)出較強的極端性，主要表現(xiàn)在極端降水出現(xiàn)頻次多，且多個時效最大降水量創(chuàng)新歷史極值。經(jīng)統(tǒng)計，6月16—22日持續(xù)暴雨過程期間，1、3、6、12、24 h 5個不同降雨歷時均出現(xiàn)超極端閾值降水，各時效極端降水分別出現(xiàn)14、13、14、10、5站次，極端降水主要出現(xiàn)在融水縣（40站次），其次是鹿寨縣（11站次）和融安縣（5站次），其他縣（區(qū)）沒有出現(xiàn)超極端閾值的降水。其中，3、6、12 h最大降水量分別為271.6、427.6和489.0 mm，均突破柳州市有氣象記錄以來的歷史極值，且有3個站6 h降水量突破歷史極值，1和24 h最大降水量分別為149.4和498.2 mm，均居歷史第2位。極端降水最強的時段出現(xiàn)在6月17日20：00—18日08：00，各時效最大降水量均出現(xiàn)在此時段內(nèi)，極值全部出現(xiàn)在融水縣香粉鄉(xiāng)（圖5）。

3 環(huán)流形勢分析

3.1 500 hPa環(huán)流形勢分析

持續(xù)強降雨過程前期（16—18日），500 hPa副高脊線位于18°N附近，西脊點位于115°E附近，柳州處于副高西北側的西南氣流水汽輸送帶中。19日開始，副高逐漸東退，脊線北抬至20°N附近，西脊點位于130°E以東，柳州上空多西風短波槽活動。22日，副高加強西伸逐漸控制柳州，此次持續(xù)性暴雨過程隨之結束（圖6）。整個持續(xù)暴雨過程期間，副高位置動蕩，但584 dagpm等位勢線始終呈緯向分布，平均位置位于20°～30°N，在廣西位于桂中附近，其存在使得500 hPa中低緯地區(qū)不斷有西風短波槽分裂東移，短波槽造成的高層動力強迫抬升，是此次柳州持續(xù)暴雨的重要動力機制。從柳州區(qū)域平均緯向風、經(jīng)向風的高度-時間剖面圖（圖7）可以看出，暴雨過程期間，中層西風十分強盛，而經(jīng)向風較弱，說明西風氣流占主導地位。同時從經(jīng)向風的高度-時間剖面圖也可以看出，中層較弱的南北風交替出現(xiàn)，說明短波槽活動頻繁。

3.2 低層環(huán)流形勢分析

從柳州區(qū)域平均經(jīng)向風的高度-時間剖面圖（圖7b）可以看出，持續(xù)暴雨過程期間，低層始終維持強盛的西南氣流，并存在時間上的急流脈動。850～925 hPa風場演變特征也表明，低空急流的脈動和切變線是造成低層輻合上升運動的主要機制，同時低空急流也為強降雨的維持提供了充足的水汽和能量條件。以6月17日柳州南部暴雨階段為例，這一階段的暴雨主要出現(xiàn)在16日20：00—17日08：00，16日20：00強降水開始前（圖8a1、b1），850和925 hPa切變線均位于柳州南部，850 hPa急流位于中南半島北部—桂東南；17日02：00（圖8a、b），850 hPa風向輻合有所減弱，但同時西南急流加強北推至桂中，最強風速中心為14 m/s，柳州南部位于急流左側，風速輻合明顯增強，925 hPa切變線仍維持在柳州南部；17日08：00（圖8a3、b3），850 hPa急流達到最強盛，范圍覆蓋桂中、桂南大部，急流軸和急流核均位于桂東南，急流中心強度達到16 m/s，925 hPa切變線仍存在減弱。同時從925 hPa風場的演變（圖8b）也可以看出，16日夜間至17日早晨，邊界層急流在夜間也有明顯的增強趨勢。因此，低空急流脈動和切變線是6月17日柳州南部暴雨的重要觸發(fā)和維持機制。

6月18日柳州北部暴雨階段，這一階段的暴雨同樣出現(xiàn)在17日20：00—18日08：00，此階段暴雨的極端性最強。從低層風場演變（圖9）來看，暴雨開始前，17日20：00，850 hPa切變線位于柳州西北部，西南急流北界伸至柳州中部，急流軸位于桂東南，急流中心達到16 m/s，柳州北部處于急流前端切變輻合區(qū)中，有利于水汽的輻合抬升；18日02：00，850 hPa西南急流加強北推至桂北，柳州北部風速輻合增強；18日08：00，850 hPa 急流達到最強，在柳州中部出現(xiàn)一個16 m/s 的急流核，柳州西北部的強降水中心始終位于急流前端強輻合區(qū)中；925 hPa切變線17日夜間始終維持在柳州北部，為強降水的持續(xù)提供邊界層動力抬升條件。850 hPa 強盛的西南急流為極端暴雨提供了源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量，925 hPa切變線的長時間維持則為極端暴雨提供了持續(xù)的邊界層動力抬升條件，是極端暴雨發(fā)生的重要機制之一。6月20日柳州全市性暴雨階段，低層主導系統(tǒng)主要是850 hPa的急流脈動和風速輻合，19日夜間至20日白天850 hPa西南急流增強，柳州位于急流左側氣旋性風向、風速輻合區(qū)中，925 hPa柳州區(qū)域輻合不明顯。6月21日、22日柳州北部暴雨階段低空風場形勢與6月20日類似，主要是由于850 hPa的急流脈動和風速輻合造成。

3.3 地面形勢場分析

持續(xù)強降雨過程期間，柳州始終位于地面低壓槽前或低壓前部的偏南氣流中，沒有明顯的冷空氣影響。從6月16—22日的平均氣壓場分布（圖10）可以看出，柳州位于1 002.5 hPa低壓前部的不穩(wěn)定區(qū)中，強盛的偏南暖濕氣流為持續(xù)強降雨提供了高溫高濕的能量條件，是強降雨得以長時間維持的一個重要機制。

4 關鍵物理量診斷分析

4.1 水汽條件分析

取桂林、河池2個探空站850 hPa的比濕（q）、露點（Td）和溫度露點差（T- Td）平均值代表柳州區(qū)域的平均狀況，分別統(tǒng)計6月15—22日逐日08：00、20：00的平均值，結果表明，持續(xù)強降雨過程期間，柳州區(qū)域850 hPa的q、Td和T- Td平均值分別為15.5 g/kg、18.4 ℃和1.1 ℃，均達到廣西暴雨天氣的有利指標，其中q大部分時段在14.5 g/kg 以上、Td大部分時段達到18.5 ℃以上、T- Td大部分時段在1.0 ℃以下，水汽條件非常好。為了解持續(xù)暴雨過程期間柳州上空的濕度分布狀況，對柳州區(qū)域的相對濕度進行平均值計算，結果表明，持續(xù)暴雨過程期間柳州上空濕層深厚，大部分時段200 hPa以下相對濕度達到80%以上，最強降水時段18—20日90%以上的濕層到達200 hPa以上，深厚濕層為持續(xù)暴雨發(fā)生提供了良好的水汽條件。持續(xù)暴雨過

程期間，柳州區(qū)域大氣可降水量（PWAT）始終位于高值區(qū)，從6月16—22日PWAT的平均分布狀況（圖11a）可以看出，柳州區(qū)域PWAT均在55 mm以上，最強中心達62 mm。而強降水發(fā)生前PWAT更高，從16—22日逐日20：00 PWAT的平均值（圖11b）可以看出，柳州區(qū)域PWAT在60 mm以上，最強中心達64 mm，水汽含量充沛。

4.2 熱力與能量條件分析

選取桂林、河池2個探空站的對流有效位能（CAPE）與K指數(shù)平均值代表柳州區(qū)域的平均狀況，分別統(tǒng)計6月15—22日逐日20：00、08：00的平均值，結果表明，持續(xù)暴雨過程期間，柳州區(qū)域K指數(shù)20：00和08：00平均值分別為39.1和39.0 ℃，除15日20：00 K指數(shù)為34.1 ℃以外，其余均在37.2～43.8 ℃，大氣層結極不穩(wěn)定。20：00和08：00 CAPE平均值分別為436.8和1 128.4 J/kg，持續(xù)暴雨過程期間CAPE呈波動變化（圖12），大部分時段是20：00高于08：00，其中16日20：00和20日20：00 CAPE較小，是由于受到降水造成的降溫所致，其余大部分段20：00的CAPE均在1 000 J/kg以上。CAPE的波動性變化與持續(xù)暴雨過程的夜雨特征密切相關。

4.3 動力條件分析

從6月16—22日柳州區(qū)域平均散度的高度-時間剖面（圖13a）來看，持續(xù)暴雨過程期間柳州上空低層始終存在較強的負散度，且最強輻合中心位于925 hPa，18—22日中層輻合也比較明顯，高層為正散度，在最強降雨時段18日高層輻散非常強烈，有利于產(chǎn)生抽吸作用維持強降水。從柳州區(qū)域平均渦度的高度-時間剖面（圖13b）來看，持續(xù)暴雨過程期間柳州上空基本為正渦度，對應18日、20日2個最強降雨時段，分別有2個強的正渦度柱，其頂部到達200 hPa附近，中高層的強渦度有利于低層輻合產(chǎn)生對流上升運動。從柳州區(qū)域平均垂直速度的高度-時間剖面（圖13c）來看，持續(xù)暴雨過程期間柳州上空為一致的上升運動主導，18日最強降雨時段上升運動最強烈，20日、22日也對應有較強的上升運動。南亞高壓為高層的動力系統(tǒng)，主要造成高層強輻散，產(chǎn)生抽吸作用，對垂直上升運動起到維持機制的作用。從6月16—22日200 hPa平均位勢高度場來看，此次強降雨過程期間，200 hPa南亞高壓強大，控制印度半島、中南半島至我國西南、華南地區(qū)及中南半島北部，為此次持續(xù)暴雨過程提供了非常好的高層動力條件。

5 結論與討論

該研究通過對柳州市2022年6月16—22日的極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程特點及環(huán)流形勢、關鍵物理量進行診斷分析，結果表明：①此次持續(xù)暴雨過程極端性強，其中3、6、12 h 最大降水量均突破柳州市有氣象記錄以來的歷史極值，1和24 h最大降水量居歷史第2位，且夜雨明顯，具有暖區(qū)暴雨的特征。②500 hPa短波槽是此次持續(xù)暴雨高層重要的動力強迫系統(tǒng)，短波槽周期為24 h左右，對柳州的影響基本規(guī)律是夜間影響、白天移出，造成夜間降雨增強、白天減弱的降水規(guī)律。850 hPa強盛的西南氣流為暴雨的發(fā)生提供了源源不斷的水汽輸送，長時間維持的深厚濕層為持續(xù)暴雨和極端降水提供了較好的濕度條件。同時850 hPa西南急流在白天減弱、夜間增強這種時間上的脈動，又為氣流的輻合上升創(chuàng)造了較好的低層動力條件，是暖區(qū)暴雨的一種重要觸發(fā)機制。

持續(xù)性暴雨和極端降水造成的災害影響大，是氣象科學領域的重點研究課題和難題，在大尺度大氣環(huán)流背景下，不同復雜地形和下墊面對持續(xù)暴雨和極端降水的影響機理機制差別較大。該研究選取2022年6月的一次極端“龍舟水”持續(xù)暴雨過程進行診斷分析，對柳州區(qū)域的持續(xù)暴雨和極端降水觸發(fā)和維持機制有了初步認識，為開展更深入的研究工作奠定了基礎。在今后的工作中，需要收集更多的極端降水個例，對天氣形勢、物理量場、中小尺度系統(tǒng)及雷達回波等開展系統(tǒng)性研究，找到一些定性的預報著眼點和定量的預報指標，為今后預報極端降水提供參考。

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