張凌云 劉蕾 蘇小玲

摘要 利用NECP再分析資料、常規(guī)資料和區(qū)域自動氣象站資料，分析了2019年6月5～13日桂北地區(qū)的持續(xù)暴雨天氣過程特點(diǎn)，從環(huán)流形式場、重直速度場、散度場以及經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)等方面深入分析持續(xù)暴雨的動力和觸發(fā)機(jī)制。結(jié)果表明：（1）暖區(qū)暴雨階段的觸發(fā)機(jī)制主要是高空槽疊加在低空急流上的動力作用，這一階段高空西風(fēng)槽具有主導(dǎo)作用;（2）在鋒面暴雨階段，為高空西風(fēng)槽、低空切變線和地面冷空氣共同觸發(fā)，西風(fēng)槽表現(xiàn)得比暖區(qū)暴雨階段更加明顯;（3）散度場的低層輻合、高層輻散特征在暖區(qū)暴雨階段表現(xiàn)得較弱，在鋒面暴雨階段表現(xiàn)得較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 西風(fēng)槽;低空急流;經(jīng)向風(fēng);緯向風(fēng)

中圖分類號：P426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0049–04

持續(xù)性暴雨易引發(fā)江河洪澇，造成嚴(yán)重的災(zāi)害損失，其成因和機(jī)制一直是氣象科學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。陶詩言等學(xué)者[1-4]研究了季風(fēng)涌對持續(xù)性暴雨的作用，認(rèn)為季風(fēng)涌為我國南方持續(xù)性暴雨提供了必需的水汽。較多學(xué)者通過對華南地區(qū)大量持續(xù)性暴雨的個例研究認(rèn)為，華南持續(xù)性暴雨的水汽來源主要有3個，分別是西太平洋的東風(fēng)轉(zhuǎn)向輸送、南海上空的西南風(fēng)輸送、索馬里越赤道氣流的西風(fēng)轉(zhuǎn)向輸送[5-8]。較多學(xué)者深入研究了2005年6月華南特大持續(xù)性暴雨，認(rèn)為南半球冷空氣爆發(fā)、副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏西偏南、高低空急流等是持續(xù)暴雨的主要成因[9-13]。此外，也有較多學(xué)者研究了廣西的持續(xù)性暴雨，李向紅等[14]認(rèn)為，孟加拉灣旺盛對流對廣西持續(xù)性暴雨具有前兆信號。劉國忠等[15]認(rèn)為2015年7月廣西持續(xù)性暴雨與副高強(qiáng)度、位置密切相關(guān)。其他學(xué)者也從不同角度研究了廣西持續(xù)暴雨的成因和預(yù)報著眼點(diǎn)[16-18]。

2019年6月，桂北地區(qū)發(fā)生了一次持續(xù)性暴雨過程，多條河流超警戒水位，城鎮(zhèn)內(nèi)澇嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)44億元。運(yùn)用常規(guī)資料、區(qū)域自動站資料及NECP再分析資料深入研究此次持續(xù)性暴雨過程，以探尋此類長時間持續(xù)暴雨的物理?xiàng)l件和觸發(fā)機(jī)制，為今后的預(yù)報服務(wù)提供參考。

1 持續(xù)暴雨過程特點(diǎn)

受高空槽、低空急流、低空切變線、地面弱冷空氣影響，2019年6月5—13日，桂北地區(qū)出現(xiàn)了一次持續(xù)暴雨天氣過程，最大過程累積雨量達(dá)863.5 mm（圖1），最大24 h雨量達(dá)327.8 mm，最大1 h雨量達(dá)134.4 mm，9日13：00出現(xiàn)在桂林市山水陽光城（圖2）。此次持續(xù)暴雨過程具有局地性強(qiáng)、暴雨落區(qū)不確定、局地暴雨強(qiáng)度大等特點(diǎn)，整個過程并沒有在某一個時段內(nèi)出現(xiàn)大范圍暴雨，而是呈現(xiàn)出區(qū)域性特點(diǎn)，且還有短時間的間歇期。根據(jù)不同時段形成桂北暴雨的天氣系統(tǒng)不同，可以將此次持續(xù)暴雨過程劃分為前期的暖區(qū)暴雨階段和后期的鋒面暴雨階段。

1.1 6月5—9日暖區(qū)暴雨階段

6月9日前，850 hPa廣西為一致的偏南氣流或偏南急流控制，切變線未進(jìn)入廣西，因此6月5—9日劃分為暖區(qū)暴雨階段（圖3）。在暖區(qū)暴雨階段，強(qiáng)降雨的局地性更加明顯。6月5日，分別在桂東北和桂西北出現(xiàn)了2個暴雨中心，最大雨量169 mm。6月6日，暴雨區(qū)略有擴(kuò)大，局地性仍較強(qiáng)，最大雨量為182.5 mm。6月7日，暴雨連成片，但范圍仍較小，最大雨量為224.9 mm。6月8日，僅在桂東北有一個范圍很小的暴雨點(diǎn)，桂北大部地區(qū)都沒有明顯降雨，強(qiáng)降雨出現(xiàn)短暫的間歇期。6月9日，降雨再次增強(qiáng)，暴雨范圍仍集中在桂東北，并出現(xiàn)了此次持續(xù)暴雨過程的最強(qiáng)24 h雨量（327.8 mm）和1 h雨量（134.4 mm），桂西北只出現(xiàn)了幾個零星的暴雨點(diǎn)。

1.2 6月10—13日鋒面暴雨階段

6月10日后，850 hPa切變線逐漸南壓進(jìn)桂北，地面弱冷空氣也逐漸入侵桂北，因此將6月10—13日劃分為鋒面暴雨階段（圖4）。鋒面暴雨階段，強(qiáng)降雨范圍擴(kuò)大，區(qū)域性明顯。6月10日，暴雨范圍明顯比前期大，整個桂北地區(qū)暴雨成片分布，最大雨量為215.7 mm。6月11—12日切變線減弱北抬，強(qiáng)降雨減弱，再次出現(xiàn)間歇期。6月13日，切變線和冷空氣再次南壓進(jìn)廣西，在桂東和桂西地區(qū)再次出現(xiàn)較大范圍的區(qū)域性暴雨，最大雨量為214.3 mm。

2環(huán)流形勢分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

6月4—13日持續(xù)暴雨過程期間，500 hPa高度場中高緯為兩槽一脊，低緯地區(qū)為多波動形勢，副高東西環(huán)斷裂，東環(huán)副高脊線位于20°N左右，西脊點(diǎn)到達(dá)中南半島北部，其形成的高壓壩非常有利于孟加拉灣的水汽源源不斷地向桂北地區(qū)輸送，而云貴高原又不斷分裂出小槽，向下游桂北地區(qū)東移，為暴雨的形成提供了持續(xù)的動力和觸發(fā)作用。根據(jù)20°N作588線的經(jīng)向時間剖面圖（圖5），6月13日以前，副高一直維持在110°E以西，在6月5—9日暖區(qū)暴雨階段，副高甚至西伸至90°E附近，而到了6月11—13日鋒面暴雨階段，副高維持在110°E附近，說明在暖區(qū)暴雨階段高空槽較淺，而在鋒面暴雨階段高空槽較深。6月13日以后，副高明顯東退，持續(xù)暴雨過程隨之結(jié)束。

3.2 低層環(huán)流形勢

圖6給出的是6月5—13日850 hPa平均風(fēng)矢量場和沿110°E的風(fēng)矢量緯向時間剖面圖。在持續(xù)暴雨過程中，廣西區(qū)域平均為西南氣流，桂北則位于急流左側(cè)的西南氣流輻合區(qū)域內(nèi)，有利于輻合抬升觸發(fā)暴雨。同時，較強(qiáng)的西南季風(fēng)水汽輸送帶自孟加拉灣一直延伸到長江流域以南地區(qū)，為桂北地區(qū)的持續(xù)暴雨提供了源源不斷的水汽。在6月9日之前的暖區(qū)暴階段，季風(fēng)涌幾乎到達(dá)30°N，桂北地區(qū)的暴雨發(fā)生在850 hPa的南風(fēng)區(qū)，而6月10日以后，季風(fēng)涌明顯南落，850 hPa切變線南壓至25°N附近。6月11—12日強(qiáng)降雨間歇期，切變線減弱北抬，偏南氣流增強(qiáng)，6月13日20：00，切變線再次南壓至20°N附近，廣西區(qū)域轉(zhuǎn)為偏北氣流控制，持續(xù)暴雨過程結(jié)束。

3 熱力條件分析

此次持續(xù)暴雨過程的最強(qiáng)降雨中心和最高暴雨頻數(shù)主要位于桂東北，因此選取桂林探空站作為熱力條件分析的主要代表站。由表1可知，6月3日20：00～13日20：00桂林站各時次的穩(wěn)定度指數(shù)和降水量變化情況。暴雨過程開始前，桂林站的K指數(shù)、CAPE值都比較小。在持續(xù)暴雨過程期間，K指數(shù)基本維持在35℃以上，沙氏指數(shù)基本為負(fù)值，CAPE值、Θse值均維持在較高水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，6月4日20：00～12日20：00，桂林站的K指數(shù)、沙氏指數(shù)、CAPE、Θse平均值分別為38.7℃、 -2.1℃、1 415.8 J/kg、80.0℃，而桂林站的12 h平均降雨量也達(dá)25.1 mm，為大雨量級。同時統(tǒng)計(jì)了同時段桂西北河池站的各穩(wěn)定度指數(shù)，6月4日20：00～12日20：00，河池站K指數(shù)、沙氏指數(shù)、CAPE、Θse平均值分別為39.0℃、 -2.4℃、1 584.4 J/kg、83.0℃。由此可見，在持續(xù)暴雨過程期間，整個桂北地區(qū)長時間處于高溫高濕的環(huán)境條件下，有利于不穩(wěn)定能量的積累。13日08：00以后，桂林站的沙氏指數(shù)轉(zhuǎn)為正值、CAPE值降為零，持續(xù)暴雨過程結(jié)束。

4 動力條件分析

4.1 200 hPa南亞高壓

從6月4—13日200 hPa的高度場可以看出，持續(xù)暴雨過程期間，南亞高壓穩(wěn)定盤踞在中南半島—孟加拉灣—云貴高原—華南一帶，桂北位于南亞高壓東北側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)，有利于產(chǎn)生抽吸作用，為持續(xù)暴雨提供較好的高層動力條件。對比同時段的200 hPa和850 hPa的平均風(fēng)矢量場，桂北地區(qū)正好處于高空急流右側(cè)和低空急流左側(cè)的高低急流耦合區(qū)，非常有利于對流觸發(fā)（圖7）。

4.2 低層輻合、高層輻散

沿25°E、25°N作散度的垂直時間剖面圖（圖8），在持續(xù)暴雨過程期間，散度場呈現(xiàn)出低層輻合、高屋輻散的特點(diǎn)，但在降雨局地性偏強(qiáng)的時間段（6月5—7日），低層輻合、高層輻散值較小，在強(qiáng)降雨間歇時段（6月8日、6月11—12日）低層甚至表現(xiàn)出負(fù)散度區(qū)。而在強(qiáng)雨強(qiáng)度較強(qiáng)的6月9—10日和6月13日，則表現(xiàn)出明顯的低層輻合、高層輻散，說明散度場對較大范圍的區(qū)域性暴雨比局地性暴雨具有更強(qiáng)的指示作用。

5.3 明顯的上升運(yùn)動

根據(jù)110°E平均垂直速度剖面圖和平均經(jīng)向垂直環(huán)流剖面圖（圖9）可知，在桂北地區(qū)（25°N～27°N）確實(shí)存在明顯的上升運(yùn)動，垂直速度負(fù)值區(qū)延伸至200 hPa左右，說明在暴雨過程期間，上升運(yùn)動十分強(qiáng)烈。

5.4 經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)分析

為進(jìn)一步了解持續(xù)暴雨過程的動力觸發(fā)機(jī)制，對105°～115°E、20°～25°N分別作經(jīng)向風(fēng)（圖10）和緯向風(fēng)（圖11）垂直時間剖面圖?？梢钥闯觯?月5—9日的暖區(qū)暴雨階段，低層偏南風(fēng)和高空西風(fēng)都較強(qiáng)，說明在暖區(qū)暴雨階段，是高空西風(fēng)槽疊加在低空急流上產(chǎn)生的動力觸發(fā)機(jī)制，這一階段西風(fēng)槽的動力作用較明顯，但西風(fēng)不強(qiáng)，說明西風(fēng)槽不深，以小波動為主。在6月10—13日鋒面暴雨階段，低層偏南風(fēng)減弱，并出現(xiàn)偏北風(fēng)，而高空西風(fēng)則明顯增強(qiáng)，說明高空西風(fēng)槽加強(qiáng)，同時低層到地面有切變線與冷空氣共同作用，符合鋒面暴雨的動力觸發(fā)機(jī)制。

5 結(jié)論

分析了2019年6月5—13日桂北地區(qū)的持續(xù)暴雨天氣過程特點(diǎn)，并從環(huán)流形式場、重直速度場、散度場、經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)等方面深入分析了持續(xù)暴雨的動力和觸發(fā)機(jī)制，得出以下結(jié)論：

（1）此次持續(xù)暴雨過程可劃分為暖區(qū)暴雨階段和鋒面暴雨階段，暖區(qū)暴雨階段局地性強(qiáng)、落區(qū)不確定、局地雨大，鋒面暴雨呈現(xiàn)出區(qū)域性。

（2）暖區(qū)暴雨階段的觸發(fā)機(jī)制主要是高空槽疊加在低空急流上的動力作用，這一階段高空西風(fēng)槽具有主導(dǎo)作用。

（3）在鋒面暴雨階段，為高空西風(fēng)槽、低空切變線和地面冷空氣共同觸發(fā)，西風(fēng)槽表現(xiàn)得比暖區(qū)暴雨階段更明顯。

（4）散度場的低層輻合、高層輻散特征在暖區(qū)暴雨階段表現(xiàn)得較弱，在鋒面暴雨階段表現(xiàn)得較強(qiáng)，說明散度場對鋒面暴雨的指示作用較暖區(qū)暴雨明顯。

（5）關(guān)于長時間的持續(xù)暴雨過程，其觸發(fā)和維持機(jī)制、暴雨的落區(qū)等是預(yù)報中的難點(diǎn)，分析得較為粗淺，有待在今后工作中開展更多個例研究，以不斷提升預(yù)報技術(shù)水平。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Process Characteristics and Diagnostic Analysis of a Continuous Rainstorm in Northern Guangxi in June 2019

ZHANG Ling-yun et al （Guangxi Liuzhou Meteorological Bureau， Liuzhou， Guangxi 545001）

Abstract Using NECP reanalysis data， conventional data and regional automatic weather station data， the characteristics of the continuous rainstorm weather process in northern Guangxi from June 5 to 13， 2019 are analyzed. The dynamic and triggering mechanism of continuous rainstorm are deeply analyzed from the aspects of circulation form field， gravity direct velocity field， divergence field， meridional wind and zonal wind. The results show that： （1） the triggering mechanism of rainstorm stage in warm region is mainly the dynamic effect of high-altitude trough superimposed on low-level jet， and the high-altitude westerly trough plays a leading role in this stage; （2） In the frontal rainstorm stage， it is triggered by the upper westerly trough， the low-level shear line and the ground cold air. The westerly trough is more obvious than the warm rainstorm stage; （3） The characteristics of low-level convergence and high-level divergence of divergence field are weak in the warm region rainstorm stage and strong in the frontal rainstorm stage.

Key words Westerly trough; Low level jet; Meridional wind; Zonal wind