黃翠銀，賴雨薇，陳劍飛

（1.廣西區(qū)氣候中心，廣西 南寧 530022；2.南寧市氣象局，廣西 南寧 530022；3.廣西區(qū)氣象服務(wù)中心，廣西 南寧 530022）

1 引言

2015年11月7-13日，廣西出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨。7日20時-9日20時，全區(qū)有10站次暴雨3站次大暴雨，暴雨區(qū)位于桂東北和桂東南。11月9日20時-11日20時，全區(qū)出現(xiàn)6站次暴雨，強(qiáng)降雨落區(qū)在桂東北。11月11日20時-13日20時，全區(qū)出現(xiàn)44站次大雨、44站次暴雨和11站次大暴雨，強(qiáng)降雨區(qū)在桂北和桂中。強(qiáng)降雨期間，共有19站次打破當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠?1月最大日降水量歷史記錄。

本次強(qiáng)降雨過程歷時較久，范圍較大，尤其11日至13日，強(qiáng)范圍之廣歷史少見，產(chǎn)生的災(zāi)害較為嚴(yán)重。這次強(qiáng)降雨過程的環(huán)流形勢如何，影響系統(tǒng)是怎么生消、更替的？為什么引起這么長時間的強(qiáng)降雨，桂東北為什么一直是強(qiáng)降雨中心？本文利用NCEP1×1、2.5×2.5資料以及常規(guī)觀測資料來分析揭示引起本次秋季長時間強(qiáng)降雨的原因。

2 環(huán)流形勢

強(qiáng)降水前期，500hPa中高緯是兩槽一脊的形勢。我國中緯度有兩次華北槽的東移過程，一次是7-8日，一次是12-13日；期間配合有兩次南支槽的東移，第一次以東移北收為主，第二次加深東移，13日晚與華北槽合并東移出海。另外，10-11日，高原有低槽東移影響桂北。強(qiáng)降水前期，副熱帶高壓（以下簡稱副高）588dagpm等值線伸展到桂北，南海處于592dagpm的控制下，副高強(qiáng)盛控制范圍大；9日之后副高稍減弱南落，588dagpm等值線在桂中和華南沿海之間擺動。由于副高減弱，高原槽和第二次南支槽伸展到桂中，強(qiáng)降雨落區(qū)向南擴(kuò)到桂中。

11月6日850hPa形成強(qiáng)勁的西南急流延伸到長江中下游，桂北處于西南急流入口區(qū)。8日，隨著華北槽的東移，切變線逐漸南壓到桂林南部。9日夜間切變線進(jìn)一步南壓過桂東，白天北抬減弱。10日冷空氣變性出海，廣西轉(zhuǎn)為偏南氣流影響，風(fēng)力加大形成急流。11日南風(fēng)稍減弱，切變線在黔桂之間擺動，12日隨著第二次華北槽東移，新一輪切變線南下影響廣西。由于副高強(qiáng)盛850hPa南風(fēng)較強(qiáng)，切變線南壓到桂中后即減弱北抬，強(qiáng)降雨在桂中以北地區(qū)。

地面，7日晚，第一次冷空氣從桂東北侵入影響廣西。10-11日，冷高變性出海，廣西由變性高壓脊控制轉(zhuǎn)為高壓后部影響。11日晚開始第二輪冷空氣南下影響。

3 南北風(fēng)演變特征

從強(qiáng)降雨落區(qū)和850hPa切變線的演變可以看出，強(qiáng)降雨落區(qū)和850hPa切變線位置息息相關(guān)，強(qiáng)降雨落區(qū)一般位于切變線的南側(cè)。通過850hPa南北風(fēng)變化情況分析切變線的演變。桂林位于110.30°E、25.33°N，一直處于強(qiáng)降雨中心，因而沿25°N作經(jīng)向風(fēng)的經(jīng)度-時間剖面圖。從圖中看出（圖1），8日之前廣西受偏南氣流影響，風(fēng)速很大，6日形成急流，8日08時后由南風(fēng)轉(zhuǎn)為北風(fēng)，但僅影響到108°E以東地區(qū)，以西仍然是南風(fēng)控制，說明第一次切變線南下僅影響桂東北地區(qū)，水汽和不穩(wěn)定能量在桂東北大量輻合，因而8日強(qiáng)降雨落在桂東北。此時北風(fēng)風(fēng)速很小，僅2m·s-1，切變線強(qiáng)度較弱。9日晚上到11日白天，廣西受南風(fēng)控制，風(fēng)速大部在8-10m·s-1之間，較強(qiáng)的南風(fēng)有利于洋面水汽和能量的往北輸送。11日晚上，南風(fēng)再次被北風(fēng)替換，切變線第二次南壓，從受影響的經(jīng)度發(fā)現(xiàn)，切變線第二次南壓影響的區(qū)域更廣，影響到了104°E附近，寬度上影響了整個廣西，且強(qiáng)度更強(qiáng)，北風(fēng)最大有6m·s-1，比第一次強(qiáng)得多，使強(qiáng)降雨落區(qū)向南擴(kuò)展。

圖1 沿25°N作經(jīng)向風(fēng)的經(jīng)度－時間剖面圖（單位：m·s－1）

4 500hPa高度場及其距平特征

圖2 2015年11月7－13日500hPa平均高度場（等值線）及其距平（陰影）（單位：dagpm）

分析2015年11月7-13日500hPa高度場及距平場（圖2）可見，副高588dagpm等值線北界控制到廣西中部23°N附近，比歷年同期偏強(qiáng)，有利于西南氣流攜帶暖濕氣流在副高邊緣的廣西上空輻合；在巴爾喀什湖北側(cè)有一個寬廣強(qiáng)大的負(fù)距平中心，高度場上該地是低渦低槽，說明強(qiáng)降水期間低渦深厚西風(fēng)槽活躍，西風(fēng)槽分裂小槽東移引導(dǎo)低層切變線和地面冷空氣南下；距平場上在我國東北和日本北部之間有一個18dagpm的正距平中心，2015年11月強(qiáng)降水期間對應(yīng)正距平中心的是很弱的高壓脊，高壓脊與強(qiáng)盛的副高一起阻止低渦和西風(fēng)槽快速東移和南壓，使得切變線只能南壓到桂北、桂中一帶擺動，地面冷空氣不能大舉南下，在東移南壓過程中強(qiáng)度被削弱從而只能緩慢擴(kuò)散南下。海平面氣壓距平圖上（圖略）華南是-3dagpm的距平，證實了2015年11月強(qiáng)降雨期間冷空氣強(qiáng)度比往年弱。活躍的西風(fēng)槽、副高的阻擋、較弱的冷空氣使得冷暖干濕空氣長時間在副高北界附近對峙，造成桂東北及桂中長時間強(qiáng)降雨。

5 副高減弱原因分析

副高強(qiáng)度和位置對強(qiáng)降雨落區(qū)有很大影響［1］。強(qiáng)降水期間副高北界588dagpm等值線有兩次明顯的減弱南落過程：9日南落到桂中，10日進(jìn)一步退到沿海。從位勢傾向方程來分析副高北界變化的原因。如不考慮非絕熱加熱，位勢傾向方程如下：

簡化后，位勢高度的變化主要取決于相對渦度平流和厚度平流（或溫度平流）隨高度的變化。計算相對渦度平流和溫度平流分析副高減弱的原因。

11月8日08時，華北槽移到110°E以西，高原槽和南支槽合并到四川東部和云南西部；渦度平流場中（圖3），槽前有大范圍的正渦度平流，在副高北側(cè)的河南東部經(jīng)湖北、湖南一直到貴州南部都是正的渦度平流區(qū)。沿110°E作溫度平流剖面，8日08時，26°N 以北 900hPa下是冷平流；14 時 （圖 4），冷平流擴(kuò)展到25°N以南，副高北側(cè)800hPa以下是冷平流，其上暖平流隨高度增強(qiáng)。槽前的正渦度平流向東南方向輸送，冷平流向南向上擴(kuò)展，迫使500hPa26°N以南的等壓面下降，因此9日副高減弱，北界南退到桂中。10日，中低緯小波動?xùn)|移，10日20時低槽位于四川東部-廣西西北部，槽前正渦度平流隨低槽東移南壓，桂東北到粵中有條正渦度帶，正渦度中心位于桂東北。溫度平流場上，10日14時前，桂中以北的對流層低層仍是冷平流控制，20時，廣西上空500hPa附近是冷平流，-4×10-5K·s-1位于25°N的500hPa上空，650hPa以下廣西受暖平流影響，暖平流隨高度增強(qiáng)。受10日渦度平流和溫度平流配置影響，500hPa等壓面進(jìn)一步降低，副高北界再次向南撤退，在華南沿海維持，為11日晚到13日大范圍強(qiáng)降雨能夠向南深入創(chuàng)造了條件。

圖 3 500hPa 渦度平流（單位：10－10s－2），（a）：2015 年 11 月 8 日 08 時；（b）：10 日 20 時

圖 4 500hPa 溫度平流（單位：10－5K·s－1），（a）：2015 年 11 月 8 日 14 時；（b）：10 日 20 時

6 鋒面分析

鋒生是指密度不連續(xù)性形成的一種過程，或是指已有的一條鋒面，其溫度（或位溫）水平梯度加大的過程。鋒生函數(shù)由三部分組成：空氣水平運(yùn)動對鋒生的作用，垂直運(yùn)動對鋒生的作用，非絕熱加熱對鋒生的作用。

圖 5 沿 110°E 的鋒生函數(shù)（單位：10－10K·m－1·s－1）和假相當(dāng)位溫（單位：K）的緯度－高度剖面，（a）：2015年 11月 7日 20時；（b）：2015年 11月 12日 02時

計算分析鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫的演變。沿110°E作鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫的緯度-高度剖面，廣西處于21-26°N緯度范圍內(nèi)。6日開始，27°N附近開始有正的鋒生函數(shù)，假相當(dāng)位溫線逐漸加密，7日20時正的鋒生函數(shù)區(qū)域開始南壓進(jìn)入廣西，等假相當(dāng)位溫線更加密集，鋒區(qū)在900hPa以下，600hPa以下假相當(dāng)位溫隨高度減小，有弱的位勢不穩(wěn)定（圖5）。 8日，正鋒生函數(shù)移到 23°N，數(shù)值稍減小，等假相當(dāng)位溫線密集度減小。9日，鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫線密集度減小，鋒區(qū)減弱。11日，鋒區(qū)從900hPa附近重新加強(qiáng)，并向上向下延伸，12日02時，鋒區(qū)從30°N的400hPa伸展到地面的22°N，鋒生函數(shù)有兩個正值中心， 一個是 18×10-10K·m-1·s-1在 500-400hPa 間， 另一個 12×10-10K·m-1·s-1在 900hPa，結(jié)合天氣圖可知，這是新一輪天氣系統(tǒng)影響廣西，此時廣西上空是位勢穩(wěn)定層結(jié)，假相當(dāng)位溫等值線沒有8日的密集。13日白天，高低空鋒生函數(shù)正值斷開，廣西上空750-500hPa無鋒區(qū)，最大值位于近地層的21°N，地面鋒區(qū)已壓到沿海，高空天氣系統(tǒng)對廣西的影響結(jié)束。

從鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫剖面演變可以看出，8日廣西上空存在位勢不穩(wěn)定區(qū)，高低空鋒區(qū)不連在一起；9-11日白天，鋒區(qū)減弱，影響廣西強(qiáng)降雨的主要是925-850hPa之間的鋒區(qū)；11日晚到13日，高低空鋒區(qū)相連，高低空天氣系統(tǒng)耦合共同影響廣西，造成廣西大范圍強(qiáng)降雨。鋒區(qū)函數(shù)和假相當(dāng)位溫的剖面圖很好地反映了高低空各層次鋒面的生消和移動情況，由此可以判斷強(qiáng)降雨未來走向和落區(qū)。

7 物理量分析

7.1 水汽條件

秋冬季強(qiáng)降雨水汽條件至關(guān)重要［2-10］。從相對濕度的演變看到，強(qiáng)降水區(qū)水汽飽和，強(qiáng)降水區(qū)外水汽迅速降低，從高度上看，11日08時之前，90%以上的水汽飽和區(qū)在600hPa以下，11日之后飽和區(qū)升高到300hPa。與相對濕度相似，水汽通量散度剖面圖上，11日之前，水汽輻合在700hPa下，11日晚上開始，輻合量增多，輻合層增高，12日08時輻合量最多。整個強(qiáng)降水期間，廣西上空的925hPa大部都是水汽輻合區(qū)。

從850hPa水汽通量來看，水汽來源在降水的各個階段不盡相同。強(qiáng)降水前期，水汽來源于西北太平洋和南海；中期水汽通道最多，除了西北太平洋、南海的水汽通道外，還有黃海、東海和孟加拉灣；后期，水汽來源于西北太平洋、南海和孟加拉灣，輻合量比前期中期多，因而降雨更明顯，水汽輻合區(qū)和強(qiáng)降雨帶明顯對應(yīng)。

7.2 動力條件

沿25°N做散度、垂直速度的經(jīng)度-高度剖面。強(qiáng)降雨過程中，桂林低層是負(fù)值，氣流輻合，上升氣流中心自北向南壓，8日20時 （圖6），桂林上空500hPa以下有一對散度場的正負(fù)中心，800hPa是分界線，其下是-4×10-5s-1，其上是 5×10-5s-1，200hPa 桂林處于西南氣流和偏西到西北氣流的分散區(qū)，高層輻散低層輻合配置形成抽吸作用引起氣流強(qiáng)烈上升。垂直速度場上，上升氣流逐漸加強(qiáng)，8日20時，對應(yīng)正負(fù)散度中心有一個-1.5Pa·s-1的上升氣流中心，上升氣流伸展到600hPa。強(qiáng)降雨過程中，隨著天氣系統(tǒng)的移動、更替，桂林上空的散度場所變化，但低層一直存在垂直上升運(yùn)動。12日02時，第二次切變線南下，400hPa以下產(chǎn)生一對5×10-5s-1的正負(fù)散度中心，負(fù)中心就在桂林上空的750hPa，正中心傾斜到104°E的550hPa上，傾斜的散度場使得上升氣流也向西傾斜，-3Pa·s-1的上升氣流中心位于桂林上空的700hPa上，強(qiáng)烈的大范圍的上升氣流引起廣西強(qiáng)降雨。

圖 6 沿 25°N 的散度（等值線，單位 10－5s－1）、垂直速度（陰影，單位：Pa·s－1）的經(jīng)度－高度剖面，左：2015年11月8日20時；右：12日02時

7.3 熱力條件

7日08時強(qiáng)降水前一天，桂林K指數(shù)為36℃，cape 值為 545J·kg-1，20 時驟升到 1081J·kg-1；8 日 08時，K值增加到38℃，SI指數(shù)為-1.55℃，這在秋季是相當(dāng)不穩(wěn)定的。8日白天850hPa切變線南下造成桂東北5站暴雨2站大暴雨的強(qiáng)降雨天氣，桂林本站12小時降雨量為97.5mm，接近大暴雨。強(qiáng)降雨后，8日20時，桂林 K指數(shù)仍然有 37℃，SI指數(shù)為-0.61℃；梧州K指數(shù)為38℃，SI指數(shù)為-2.31℃，cape值為2139J·kg-1，各個數(shù)值均顯示其上空為極不穩(wěn)定的狀態(tài)。9日，3站暴雨出現(xiàn)在梧州附近的桂東南。11月是深秋，經(jīng)過2天的強(qiáng)降雨，cape基本為0，但10-13日桂林、梧州k指數(shù)仍大于35℃，SI大部分時候仍然是負(fù)值，說明還存在不穩(wěn)定的狀況，有觸發(fā)機(jī)制仍會引發(fā)強(qiáng)降水。

8 結(jié)論

（1）從環(huán)流形勢的演變分析發(fā)現(xiàn)，2015年11月7日-13日長時間的強(qiáng)降雨主要是由兩次華北槽引導(dǎo)兩次低層切變線和地面冷空氣南下并配合有南支槽東移造成，強(qiáng)降雨中期則是高原槽東移和切變線北抬南風(fēng)加大輻合引起。

（2）通過850hPa南北風(fēng)演變和副高變化可見，8日和12日有兩次切變線的南壓過程，8日由于副高更強(qiáng)切變線只壓到桂北，12日副高南退到沿海后切變線南壓到桂南，且強(qiáng)度更強(qiáng)，因而造成的強(qiáng)降雨范圍更大。

（3）通過位勢傾向方程分析發(fā)現(xiàn)，槽前的正渦度平流和冷平流隨高度減弱使得副高北界出現(xiàn)兩次南退；鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫能夠判斷未來鋒面走向從而預(yù)報強(qiáng)降雨的落區(qū)。

（4）物理量場的分析說明強(qiáng)降雨過程的水汽有三個來源通道，源源不斷地為廣西上空輸送水汽并輻合；低層輻合高層輻散的散度場造成強(qiáng)降雨區(qū)上空強(qiáng)勁的上升氣流；強(qiáng)降雨期間廣西上空存在不穩(wěn)定能量。

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