梁嘉穎，董良淼，覃月鳳，梁依玲

（廣西壯族自治區(qū)氣象臺，南寧，530000）

引言

廣西是我國暴雨出現(xiàn)最多的地區(qū)之一，每年4-6 月受夏季風爆發(fā)影響進入前汛期，暴雨引發(fā)洪澇災害造成重大損失。國內外學者對華南前汛期暴雨做了大量研究［1-12］，如王東海等［13］將2008 年華南前汛期降水過程分階段研究，結果表明各階段暴雨落區(qū)的不同特點主要取決于環(huán)流形勢差異。對于開汛前的廣西暴雨天氣過程則分析較少，在西南季風還未爆發(fā)時，廣西區(qū)域性暴雨的成因與水汽來源是一個值得探討的問題。

1 資料與方法

本文利用分辨率為0.25°×0.25°逐小時歐洲中期天氣預報中心高分辨率預報模式（ECWMF）第五代大氣再分析資料（ERA5），結合高空地面常規(guī)氣象觀測資料、衛(wèi)星云圖及雷達資料等，對2020 年廣西首場區(qū)域性暴雨天氣過程進行分析，從環(huán)境場、水汽和動力的條件等方面分析本次暴雨過程的特點與成因，以期為今后類似暴雨預報提供參考思路。

2 暴雨過程概況

2020 年3 月2—3 日，受高空槽、切變線、弱冷空氣共同影響，廣西出現(xiàn)當年首次區(qū)域性暴雨天氣過程，并伴有雷暴大風、冰雹等強對流天氣，局地日雨量打破當?shù)赝诩o錄。其中，3 月2 日20 時—3 日20 時，12 站國家氣象觀測站降雨量超過50mm，最大過程降雨量為融安雅瑤國家氣象觀測站117mm。3 月3 日17 時武鳴鑼圩氣象觀測站測得最大小時雨強47.3mm，3 月3 日河池、融安站的日雨量均刷新本站3 月最大日雨量記錄。百色市右江區(qū)、田陽、凌云、平果等地出現(xiàn)冰雹，另外，百色、西林、柳州等地出現(xiàn)8 級以上大風，其中百色站極大風速達19.9m·s-1。本次暴雨過程由鋒面降水及鋒后穩(wěn)定性降水兩種降水類型組成，3 月2 日20 時—3 日08 時主要為桂東北的鋒后降水，3 日08—20 時的降水則包括桂西的鋒面對流性降水及桂東北鋒后穩(wěn)定性降水。

3 天氣形勢分析

暴雨過程前500hPa 中高緯為兩槽一脊形勢，3月1 日20 時貝加爾湖以南的橫槽逐漸轉豎，并且向東南移動，2 日20 時槽已經(jīng)移過河套平原，槽后的西北氣流引導冷空氣南下。同時，在90°E 孟加拉灣附近存在一個寬廣南支槽，云貴高原東側小槽緩慢東移，2 日08 時該小槽槽底已位于桂西北，廣西主要受偏西急流影響。在2 日20 時200hPa 廣西上空存在一個急流軸，最大風速在60m·s-1以上，較強的輻散場表明高空已經(jīng)具備了利于上升運動產(chǎn)生的條件。通過前人對華南前汛期暴雨環(huán)流特征的總結，造成廣西前汛期暴雨的環(huán)流型大致可分為兩脊一槽、兩槽一脊及波動型［9］，其中兩槽一脊型與本次過程相比，二者在烏拉爾山均有低壓槽，中亞地區(qū)均為高壓脊區(qū)，且西風帶較為活躍，均有槽后東路冷空氣南下影響，可見在大尺度環(huán)流形勢場上，早春時節(jié)廣西暴雨與廣西前汛期暴雨環(huán)流特征中的兩槽一脊型是相似的。

3 月2 日08 時850hPa 切變線位于貴州北部，隨著高空槽東移，2 日20 時切變線南壓至黔桂交界一帶，而切變線南側偏南氣流加強為急流，河池站偏南風速達到16m·s-1，偏南風與東北風的輻合加強，低空急流將暖濕氣流不斷輸送至降雨區(qū)，逐漸形成對流不穩(wěn)定層結，3 日08 時925hPa 偏南急流加強至12m·s-1，3 日08—20 時切變線自桂北南壓至桂中。

強降水發(fā)生前，地面西南暖低壓發(fā)展，1 日20時—2 日08 時暖低壓在四川與云南交界處26°N 附近維持，中心最低氣壓低于1010hPa，此時冷空氣雖已影響桂東北，但西南暖低壓仍控制桂西北，2 日08—20 時的海平面氣壓場顯示桂東北已經(jīng)位于地面冷鋒后部，利用ERA5 再分析資料沿108°E 及110°E 作降水與風場時間-緯度剖面，顯示桂東北降水落區(qū)的地面風向主要為東北風，根據(jù)融水三防洞馬氣象觀測站逐小時雨量，可見過程期間該站有持續(xù)性降水，小時雨強相對較弱，最大小時雨強為29.3mm（圖1），因此該地區(qū)的降水屬于鋒后穩(wěn)定性降水（圖2a）。由于暖低壓的存在，西段冷鋒南下十分緩慢，3 日08 時受南下冷空氣的持續(xù)填塞作用，暖低壓減弱并西退至云南中部，此時冷鋒前端才抵達桂西北（圖略），剖面圖顯示，桂西地區(qū)的降水主要發(fā)生在地面鋒附近，隨著地面鋒的南下，落區(qū)持續(xù)向南推進，從武鳴鑼圩氣象觀測站逐小時雨量圖可見該站過程期間降水時段集中在3 日14—20 時，小時雨強相對較強，最大小時雨強為47.3mm（圖1），因此3 日08 時之后桂西北的降水主要是鋒面對流性降水（圖2b），到了3 日20 時冷鋒已經(jīng)南下至桂南，廣西大部地區(qū)處于鋒后。

圖1 2020 年3 月2 日20 時至3 月3 日20 時自動站過去1h 降水量逐小時變化圖

圖2 2020 年3 月2 日20 時至3 月3 日08 時基于ERA5 資料降水與風場時間-緯度剖面

4 環(huán)境條件分析

大氣層結不穩(wěn)定有利于雷暴的發(fā)生。3 月2 日20 時及3 日08 時百色、桂林站的T-logP 圖（略）顯示，桂林站上空濕層較深厚，925hPa 以上存在逆溫層，訂正后的探空曲線顯示，桂林上空CAPE 值為743.4J·kg-1，且700hPa 與500hPa 的垂直風切變較大。3 日08 時桂林站上空的逆溫層厚度增加，且垂直風切變增大，700hPa 垂直風切變?yōu)?0m·s-1，500hPa 垂直風切變增大至26m·s-1，凍結層厚度達到3112.6m，與高架雷暴的特征相符合［14］；而3 日08 時百色站上空500hPa 的垂直風切變也增加至26m·s-1，700hPa 以下的濕層增厚，CAPE 值達到1062.8J·kg-1，500hPa 與850hPa 之間的溫差達到26.9℃，表明百色上空為不穩(wěn)定層結，不穩(wěn)定能量較強，0℃層與-20℃層分別達到3696m 與6805.3m，有利于該地區(qū)冰雹的產(chǎn)生。

通過中尺度天氣分析，可見3 月2 日20 時500hPa 急流軸位于廣西中部，廣西處于冷槽前，中層為干區(qū)，低層則為濕區(qū)，在地面可見黔西南、桂西北與云南的交界處有輻合線及干線，具備一定的對流觸發(fā)條件；3 月3 日08 時500hPa 急流軸則北抬至廣西北部，850hPa 桂西北存在溫度脊，大氣層結不穩(wěn)定，此時地面冷鋒的西段進入桂西北，百色地區(qū)存在地面輻合線及干線，表明該地區(qū)存在氣流輻合上升運動。

而充足的水汽條件不僅關系到雷暴能否發(fā)生，也是暴雨形成的必要條件。結合3 月2 日20 時、3日08 時925hPa 與850hPa 比濕分布與桂林、百色站T-logP 圖（略）分析暴雨發(fā)生前的水汽條件，可見850hPa 廣西大部比濕均在8g·kg-1以上，桂西和桂南部分地區(qū)比濕超過了11g·kg-1，而925hPa 比濕大部在9g·kg-1以上，比濕大值區(qū)也位于桂西及桂南地區(qū)，最大值超過13g·kg-1；桂林探空站從925hPa 至850hPa 相對濕度≥95%，低層水汽含量接近飽和，而百色探空站850hPa 相對濕度也達到88%。根據(jù)以往的經(jīng)驗與分析，當850hPa 比濕大值中心在10g·kg-1以上，850hPa 相對濕度≥84%，則能滿足廣西發(fā)生大范圍鋒面暴雨的水汽條件，對廣西春季暴雨而言，本次過程的水汽含量顯然已經(jīng)達到了暴雨產(chǎn)生閾值［15］。

華南前汛期，暴雨過程的水汽輸送主要來自于印度季風和越赤道氣流，經(jīng)中南半島及南海到達華南上空［16］，此次暴雨過程水汽通量分布表明（圖3），850hPa 水汽主要來源于南海及北部灣，925hPa 水汽來源于南海以東洋面，這支東南風急流是本次暴雨過程水汽輸送的主要輸送帶。經(jīng)分析，3 月2 日20時850hPa 水汽通量大值區(qū)在偏南風與東北風輻合帶南側，此時極大值區(qū)主要在貴州南部至黔桂交界一帶，廣西區(qū)域水汽通量在10g·cm-1·hPa-1·S-1以上，3 日08 時隨著切變線南下，水汽通量大值區(qū)南移至桂北，桂北大部水汽通量在13g·cm-1·hPa-1·S-1以上（圖3a），而桂西北的水汽通量最大值達到16g·cm-1·hPa-1·S-1以上，可見850hPa 水汽通量的大值區(qū)一直在桂北地區(qū)。925hPa 水汽通量分布顯示，3 月2日20 時，東北風與東南風在廣西北部輻合，水汽通量大值區(qū)在輻合區(qū)南側，此時水汽通量最大值為15g·cm-1·hPa-1·S-1，3 日08 時隨著925hPa 偏南急流的加強，洋面水汽進一步向廣西輸送，輻合區(qū)以南的水汽通量等值線梯度明顯加大，廣西南部的水汽通量大部分都達到了16g·cm-1·hPa-1·S-1以上（圖3b），3 日08 時至20 時最大小時雨強出現(xiàn)在廣西南部的武鳴，表明925hPa 東南風氣流的水汽輸送也是該地區(qū)暴雨形成的關鍵之一。

圖3 2020 年3 月3 日08 時基于ERA5 資料水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·S-1）分布

水汽通量散度分析顯示，3 月2 日20 時850hPa水汽通量散度負值大值區(qū)在貴州南部及廣西東北部，3 日08 時隨著切變線的南壓，水汽輻合大值區(qū)也移入廣西北部，水汽通量散度在-15g·cm-2·hPa-1·S-1以下，水汽輻合區(qū)與桂北降水區(qū)基本重合。而2日20 時925hPa 水汽通量散度負值大值區(qū)主要在百色、河池至柳州一帶，水汽通量散度大部分在-10g·cm-2·hPa-1·S-1左右，3 日08 時水汽通量散度大值中心輻合加強并逐漸南壓至桂中一帶，水汽通量散度最強達到-30g·cm-2·hPa-1·S-1以下，對暴雨的形成十分有利，而3 日09 時進入百色的降雨云團也在逐漸東移南壓，并在之后造成了南寧北部的強降水，可見925hPa 水汽輻合區(qū)與強降雨落區(qū)移動基本一致。因此，在對早春時節(jié)廣西暴雨過程預報時，需要特別關注925hPa 東南氣流輸送對強降雨落區(qū)的影響。

5 動力條件分析

強烈的上升運動有利于風暴的維持，也是雷暴和暴雨形成的必要條件之一。沿25°N 作垂直速度緯向剖面，3 月2 日20 時河池至桂林一帶850hPa到700hPa 之間的對流層中低層存在上升運動，上升速度大部分在-0.4Pa·s-1以下（圖4a），最大值出現(xiàn)在850hPa 左右，到了3 日08 時，該地區(qū)的垂直速度明顯增大，強烈的上升運動由850hPa 一直延伸至400hPa 以上，在柳州、桂林地區(qū)的上空700hPa 至500hPa 分別有一個垂直速度的大值中心，其中最大的垂直速度在柳州上空500hPa 附近，最大可達-1.6Pa·s-1以下（圖4b），與柳州融安、融水至桂林一帶的強降水落區(qū)也能較好地對應，較強的上升運動也有利于該地區(qū)強降水的維持。另外，選取隆安至武鳴一帶23°N 做垂直速度緯向剖面（略）可知，3 日08 時，即強降雨發(fā)生前，該地區(qū)上空的中低層也存在較明顯的垂直速度負值區(qū)，垂直速度最大在-0.3Pa·s-1以下，中低層的抬升作用對該地區(qū)強降雨的產(chǎn)生及維持也十分有利。

圖4 基于ERA5 資料沿25°N 垂直速度緯向剖面（單位：Pa·s-1）

6 云圖與雷達特征分析

根據(jù)云圖及雷達回波的演變，本次暴雨過程分為兩個階段。第一階段為3 月2 日20 時—3 日09時，桂北上空已有較弱的降水回波存在，在3 日00時貴州南部的強降雨回波移入桂北，之后緩慢向東南移動，回波對流性不強并且在桂東北停留8 小時以上；從云圖上分析，貴州南部的對流云團向東南方移動至廣西東北部時減弱，3 日03—05 時較為分散的對流云團進入桂東北，3 日04 時云頂最低亮溫達到-48.5℃（圖5a），之后不斷有云團從貴州南部移入桂東北，3 日09 時對流云團逐漸發(fā)展成片（圖5b），主要降水出現(xiàn)在對流云團移動路徑的前側，最大小時雨強為河池市金城江自動站27.9mm。第二階段從3日09 時開始，對流云團首先在滇黔桂交界由鋒面觸發(fā)，之后進入桂西北隨著鋒面逐漸向東南方向移動，其后還有多個對流云團生成，在桂西得到加強并向東南方移動，3 日09 時至13 時桂北較弱的降水回波一直隨地面輻合線緩慢位移，同時地面輻合線上不斷有新生對流生成，并在槽前西南氣流引導下東傳，由于地面輻合線移動緩慢，桂東北的降水回波能夠長時間維持，直到3 日15 時之后才逐漸減弱，3日16 時初始對流云團東移后與桂北的降雨云團合并向東南移，桂西的對流云團也由百色逐漸移入南寧北部，造成該地區(qū)的強降水，3 日20 時移入南寧東部之后逐漸減弱；從云圖可見3 日11 時桂西北有對流云團生成并向東南方移動，此時桂東北的降雨云團仍在維持，云頂最低亮溫為-45.8℃（圖5c），最大小時雨強為河池市東蘭長樂鎮(zhèn)自動站28.3mm，3日13 時桂西北的對流云團在南下過程中快速發(fā)展，云頂最低亮溫達到-49.9℃，此時最大小時雨強為百色市右江陽圩自動站36.3mm，而桂東北的降雨云團則逐漸減弱（圖5d）。

圖5 3 月3 日FY2G 紅外云圖云頂亮溫演變情況

選取3 日10 時桂北降水雷達反射率垂直剖面分析，桂北降水回波雷達反射率不強，最強為45dBZ，質心在4～5km 之間，雷達回波無明顯對流性，該時段融安自動站測得最大小時雨強為29mm，表現(xiàn)出鋒后穩(wěn)定型降水的回波特征。對比3 日16 時桂西強降水的雷達反射率剖面，桂西降水回波的雷達反射率最強為55dBZ，質心在3km 左右，具有一定的對流性，該時段測得武鳴自動站最大小時雨強為47.3mm。

3 月3 日11 時54 分，百色田林觀測到直徑20～30mm 冰雹，分析當時雷達反射率剖面顯示，對流回波表現(xiàn)出多單體強風暴特征，大于65dBZ 的高反射率因子從低到高向入流一側傾斜，回波具有中高層懸垂結構，并出現(xiàn)假尖頂特征，在速度圖（略）上出現(xiàn)了徑向輻合速度對，同時垂直液態(tài)水含量也大于60kg·m-2，均符合冰雹產(chǎn)生特征。

3 月3 日13 時前后，百色觀測到19.9m·s-1的大風，從雷達組合反射率可見12 時24 分，一組呈線狀排列的對流單體群此時經(jīng)過百色上空，對流單體群組織結構較好，并逐漸演變成弓形回波，弓形回波維持時間超過一個小時，在12 時36 分之后，其尾部出現(xiàn)了斷裂，該處易于大風的發(fā)生，而百色站在12時56 分和13 時01 分均測得大于8 級的極大風。桂西北地區(qū)的地面總溫度高且梯度較大，由于中尺度能量鋒和地面輻合線的作用，弓形回波得以在鋒面附近發(fā)展，造成百色地區(qū)的大風，之后回波東移至桂東鋒后地區(qū)，能量減弱，回波也逐漸減弱。

7 結論

通過對2020 年3 月2—3 日開汛前區(qū)域性暴雨分析，得到以下主要結論：

（1）因西南暖低壓影響，冷鋒東西段移速不一致，本次暴雨過程有兩條強降雨帶。前12h 以桂東北鋒后降水及高架雷暴為主，后12h 以桂東北鋒后降水及桂西鋒面對流性降水為主。

（2）暴雨發(fā)生前，廣西上空為高層輻散場，500hPa寬槽前有短波槽東移，利于天氣尺度的上升運動，低層受切變線和偏南急流共同影響，地面有冷空氣配合?？傮w上，環(huán)流形勢與華南前汛期暴雨形勢場相似。

（3）強降雨落區(qū)與925hPa 水汽輻合區(qū)基本一致，表明925hPa 東南急流的水汽輸送是本次暴雨的關鍵條件之一，在預報早春時節(jié)廣西暴雨過程時，應注重分析925hPa 水汽輸送對強降水的貢獻。

（4）造成田林冰雹的回波為多單體強風暴，回波具有傾斜、假尖頂特征及懸垂結構；桂西北地面為總溫度密集帶，弓形回波在鋒面附近發(fā)展，造成百色地區(qū)的大風。