廣西強(qiáng)天氣氣候特征及其探空特征物理量分析

趙金彪　黃榮成　梁維亮

摘要 通過統(tǒng)計(jì)歷年實(shí)況資料，得出廣西強(qiáng)天氣的氣候分布特征及其變化規(guī)律，然后利用大量樣本的探空資料計(jì)算有利于強(qiáng)天氣發(fā)生的特征物理量。結(jié)果表明，廣西強(qiáng)天氣有明顯的地域分布特征，主要表現(xiàn)為雷暴南部多、北部少，其中桂東南和沿海地區(qū)是雷暴的高發(fā)區(qū)；冰雹主要出現(xiàn)在北部，桂南降雹少；廣西東部和沿海地區(qū)為大風(fēng)頻發(fā)區(qū)；歷年龍卷風(fēng)天氣發(fā)生次數(shù)不多，且集中在潿州島及沿海地區(qū)；強(qiáng)降水呈南北2個(gè)高頻帶。雷暴、降雹和強(qiáng)降水的月變化均具有“單峰型”特征，大風(fēng)月分布具有“雙峰型”特征；強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在夜間至次日08：00，大風(fēng)、雷暴和冰雹天氣則主要出現(xiàn)在午后至傍晚；廣西強(qiáng)天氣發(fā)生前在不同地域和不同天氣系統(tǒng)影響下的溫度層結(jié)和不穩(wěn)定能量等探空特征物理量均有較大差異。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)天氣；氣候特征；探空；物理量

中圖分類號 S161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06734-03

Analysis on Climatic Characteristics of Severe Weather and Feature Physical Parameters of Sounding in Guangxi

ZHAO Jinbiao et al

（Guangxi Meteorological Observatory， Nanning， Guangxi 530022）

Abstract Based on the statistics of historical observed data， the spatial distribution of climate and its changing regularity during the severe weather in Guangxi have been found， and then feature physical parameters， which were conducive to appearance of severe weather， were calculated on the sounding data. The results showed that： The severe weather of Guangxi has obvious characteristic of regional distribution， such as： more thunderstorm in south， and less in north， furthermore， the southeast and coastal areas are the frequent thunder areas； more hail in north， less in north； the eastern and coastal areas are the frequent gale areas； few tornado weather seldom in history， and mainly occurred near the Weizhou island and coastal areas； the heavy rain mainly appeared in southern and northern areas. The monthly variations of thunderstorms， hail and strong rain all have “singlepeak” characteristic， but the variations of gale is “Doublepeak”. The heavy rain mainly happened between nighttime to 08：00， the gale， thunderstorms and hail weather primarily occurred from afternoon to evening. There are different temperature stratification and instability energy accumulation in different area or under the influence of weather system before the appearance of severe weather in Guangxi.

Key words Severe weather； Climatic characteristics； Sounding； Physical parameters

廣西地處低緯度，丘陵錯(cuò)落，河谷縱橫，海拔250 m以上的丘陵地占總面積的65%；北依南嶺山脈，西靠云貴高原；北回歸線橫貫中部，夏季太陽直射天頂，太陽輻射強(qiáng)，熱量豐富；南部瀕臨北部灣，水汽充沛。這些自然地理環(huán)境給強(qiáng)對流天氣的發(fā)生提供了有利的熱力條件和水汽條件，每年冰雹、雷雨大風(fēng)和局地短時(shí)暴雨等強(qiáng)對流天氣十分活躍[1]，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)近5年的統(tǒng)計(jì)，每年僅冰雹和龍卷風(fēng)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已占年平均自然災(zāi)害的9.6%，強(qiáng)降水常造成局地山洪、地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)帶來的城市氣象災(zāi)害日益頻繁，社會(huì)對強(qiáng)天氣預(yù)警和減輕其災(zāi)害損失的要求越來越高。

針對廣西強(qiáng)對流天氣的研究，近年來許多學(xué)者也做過大量的工作。如覃衛(wèi)堅(jiān)等用小波分析了歷年雷雨大風(fēng)的分布及變化規(guī)律，結(jié)論表明2006年之后的幾年廣西將處于多雷區(qū)[1]。李向紅等對2004年后廣西強(qiáng)對流天氣的天氣形勢和雷達(dá)產(chǎn)品特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類[2]。強(qiáng)對流天氣一般都是由中小尺度天氣系統(tǒng)直接產(chǎn)生的，Charles等對造成強(qiáng)對流天氣的環(huán)境條件、能量參數(shù)和動(dòng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究[3-7]。筆者通過統(tǒng)計(jì)歷年實(shí)況資料，得出廣西強(qiáng)天氣的氣候分布特征及其變化規(guī)律，然后利用大量樣本的探空資料計(jì)算有利于強(qiáng)天氣發(fā)生的特征物理量，為廣西強(qiáng)天氣的潛勢預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 資料與方法

強(qiáng)天氣（severe Weather）包括強(qiáng)對流天氣和強(qiáng)降水天氣。在此分析的強(qiáng)天氣有雷暴、冰雹、大風(fēng)、龍卷、短時(shí)強(qiáng)降水等5類，所用的觀測數(shù)據(jù)從廣西氣象檔案館提供的A0文件中提取，時(shí)段為1951～2012年。其中，短時(shí)強(qiáng)降水按1 h降水量25 mm以上進(jìn)行分級統(tǒng)計(jì)，時(shí)段為1991～2012年。

選取廣西6個(gè)探空氣象站的常規(guī)觀測資料，根據(jù)強(qiáng)天氣的地域分布特點(diǎn)，以百色、河池、桂林等站點(diǎn)代表桂北，南寧、北海、梧州等站代表桂南，逐站進(jìn)行特征物理量統(tǒng)計(jì)分析。

2 強(qiáng)天氣的氣候統(tǒng)計(jì)特征

2.1 地域分布

2.1.1 雷暴日數(shù)。由圖1a可見，

廣西雷暴地域分布特征主要為南部多、北部少；桂東南的玉林、貴港、梧州市的南部地區(qū)及沿海的防城港、欽州平均年雷暴日數(shù)≥90 d，其中東興市最高，為103 d，均達(dá)到了強(qiáng)雷區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)（年雷暴日數(shù)>90 d），桂林市北部山區(qū)和河池市北部雷暴日數(shù)相對較少，平均年雷暴日數(shù)<60 d，但也達(dá)到了多雷區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)（年雷暴日數(shù)>40 d）；其余地區(qū)的年平均雷暴日數(shù)在60～90 d。由此可見，廣西是雷暴多發(fā)區(qū)，桂東南和沿海地區(qū)地勢相對平坦且易受來自海洋上的西南暖濕氣團(tuán)影響，加上海陸地形差異的作用，成為廣西雷暴的高發(fā)區(qū)。

2.1.2 冰雹。圖1b顯示，廣西西北部是冰雹的高發(fā)區(qū)，各站降雹總次數(shù)>20次，其中隆林、樂業(yè)、南丹分別達(dá)53、46、45次，平均一年降雹1次；東北部是廣西另一個(gè)冰雹相對多發(fā)區(qū)，興安縣總降雹次數(shù)達(dá)31次，其他縣市總降雹次數(shù)在10～20次；而廣西南部降雹次數(shù)較少，大部地區(qū)總降雹次數(shù)在10次以下，平均10年降雹才1次。

2.1.3 大風(fēng)。由圖1c可見，廣西東部和沿海地區(qū)為大風(fēng)頻發(fā)區(qū)，大風(fēng)總?cè)諗?shù)普遍大于200 d，有3個(gè)中心，一是桂東北地區(qū)，桂林大風(fēng)總?cè)諗?shù)為558 d，年平均約10 d；二是沿海地區(qū)，潿州島、北海分別達(dá)1 068和528 d，年平均出現(xiàn)大風(fēng)天氣約20和10 d；第三為桂東南地區(qū)，梧州、玉林兩市大部地區(qū)大風(fēng)總?cè)諗?shù)超過300 d，梧州本站達(dá)383 d，年平均出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)為7 d。

2.1.4 強(qiáng)降水。

廣西強(qiáng)降水分布呈南北2個(gè)高頻區(qū)（圖1d）。以1 h降雨量≥25 mm為強(qiáng)降水統(tǒng)計(jì)，廣西沿海到玉林市南部地區(qū)的強(qiáng)降水次數(shù)年平均大于8次，其中東興市是廣西強(qiáng)降水次數(shù)之最，達(dá)20次；北部則以凌云至都安、融安到永福為中心的一條東北—西南向強(qiáng)降水頻發(fā)區(qū)，1 h降雨量≥25 mm的年平均次數(shù)在8～10次；廣西其他地區(qū)的強(qiáng)降水年均大部2～6次。

圖1 廣西年雷暴日數(shù)（a）、總降雹次數(shù)（b）、總大風(fēng)日數(shù)（c）和年強(qiáng)降水次數(shù)（d）地理分布

2.1.5 龍卷風(fēng)。廣西的龍卷風(fēng)天氣發(fā)生次數(shù)不多，且集中在潿州島及沿海地區(qū)。自建站記錄以來，廣西僅觀測到龍卷風(fēng)共90站次，其中潿州島、北海分別記錄42和23次，合浦站也觀測到10次。而廣西內(nèi)陸觀測到龍卷風(fēng)的站點(diǎn)并不多，其中南寧、玉林、武鳴等站分別均觀測到2次，桂林、忻城、桂平、宜州、博白等站各觀測到1次。

2.2 月分布

根據(jù)廣西89個(gè)氣象站的歷年逐日資料統(tǒng)計(jì)，繪制了累年月平均雷暴站數(shù)、降雹總站數(shù)、大風(fēng)總站數(shù)及強(qiáng)降水總站數(shù)的月分布曲線（圖2a）。由圖2a可見，廣西的雷暴、降雹和強(qiáng)降水的月分布均具有“單峰型”的特征，即從1月上升到一定高峰后下降；雷暴主要出現(xiàn)在主汛期（4～9月），高峰期出現(xiàn)在7～8月份，月平均達(dá)1 175站次；冰雹從2月份開始明顯增多，4月最活躍，月平均達(dá)8站數(shù)，5月份明顯減少，6月份后就極少出現(xiàn)冰雹天氣。進(jìn)入汛期后，1 h降水量≥25 mm的強(qiáng)降雨天氣逐月明顯增多，6月達(dá)到高峰，月平均達(dá)148個(gè)站數(shù)；7～8月緩慢減少，10月份后很少出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣。而廣西的大風(fēng)月分布具有“雙峰型”的特征，即從1月上升至4月達(dá)到高峰后略有下降，又上升至7月份達(dá)到

圖2 廣西強(qiáng)天氣月變化（a）和日變化（b）曲線

另一高峰，之后逐步下降；其中，4、7月的大風(fēng)總站數(shù)分別達(dá)1 678、2 449次。

2.3 日變化

根據(jù)廣西各站歷年逐日各時(shí)段資料統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)各類強(qiáng)天氣活動(dòng)的日變化比較明顯。從圖2b可看出，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在夜間至次日08：00，特別是1 h降水量≥50 mm的過程集中在03：00～08：00，07：00～08：00為最頻發(fā)時(shí)段；另外，15：00～20：00也是強(qiáng)降水較頻發(fā)的時(shí)段，其他時(shí)段強(qiáng)降水的次數(shù)較少。大風(fēng)、雷暴和冰雹天氣則主要出現(xiàn)在午后至傍晚，均占總次數(shù)的70%以上，高峰時(shí)段則分別出現(xiàn)在15：00、16：00、17：00。另外，08：00是另一個(gè)多雷暴、降雹時(shí)段。

3 特征物理量分析

由以上分析可知，廣西的冰雹、大風(fēng)等強(qiáng)天氣具有明顯的地域特征分布，與不同季節(jié)的大氣環(huán)流演變相對應(yīng)的。觀測事實(shí)已表明，大尺度環(huán)流背景場下的各種中小尺度天氣系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的強(qiáng)降水差異非常大[2]。因此，筆者選取了2000～2012年典型的強(qiáng)天氣個(gè)例，冰雹和大風(fēng)按地域分類、強(qiáng)降水按主要影響天氣系統(tǒng)進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上利用常規(guī)探空資料計(jì)算出能反映天氣尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與大氣垂直穩(wěn)定度綜合特征的常用物理因子[8]，并進(jìn)行對比分析。由表1可看出，2～5月冰雹發(fā)生前，一般均具有極其不穩(wěn)定的溫度層結(jié)和不穩(wěn)定能量的積累，其中桂西平均的對流有效位能CAPE為950.5 J/kg、抬升指數(shù)LI為-2.7 K、最大上升速度W_CAPE為39.2 m/s，明顯比桂東的偏高和偏強(qiáng)；桂西K指數(shù)和TT值也比桂東的大。相比較而言，桂西的對流有效位能和抬升條件比桂東更有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。另外，這一時(shí)期桂西北也經(jīng)常出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，其平均的CAPE、LI、W_CAPE和K指數(shù)等探空物理量值與冰雹的物理量統(tǒng)計(jì)值大體相當(dāng)。這是由于在這一時(shí)期桂西經(jīng)常受地面西南暖低壓發(fā)展影響，下墊面氣溫明顯比桂東偏高，獲得更多的不穩(wěn)定能量積累，遇空氣入侵易觸發(fā)釋放形成對流，產(chǎn)生冰雹、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。盛夏是廣西東部、南部雷雨大風(fēng)的頻發(fā)期，其平均的對流有效位能CAPE達(dá)1 600.5 J/kg，SI指數(shù)<-1.4 K、LI<-3.8 K。

廣西強(qiáng)降水的西風(fēng)帶影響系統(tǒng)主要有鋒面和低渦兩類。4～7月當(dāng)冷空氣南下時(shí)易造成鋒面強(qiáng)降水過程，其平均的K指數(shù)、LI、CAPE分別達(dá)38 K、-4.2 K和 1 800.0 J/kg，整層水汽積分IQ為5 700 g/cm2，0 ℃層位勢高度ZH達(dá)5 000 m。而當(dāng)中低層有低渦切變系統(tǒng)南移影響時(shí)，其統(tǒng)計(jì)得到的K指數(shù)、CAPE比鋒面強(qiáng)降水過程的值高一些，如K指數(shù)最高達(dá)39 K，對流有效位能CAPE值達(dá)2 100 J/kg，整層水汽積分IQ為6 100 g/cm2，最大上升速度W_CAPE為66.3 m/s；因此相比較而言，低渦影響時(shí)廣西可能伴有更強(qiáng)的對流不穩(wěn)定能量重建和釋放過程，往往比有鋒面影響時(shí)更容易誘發(fā)大范圍的強(qiáng)降雨天氣，造成洪澇及山體滑坡等次生災(zāi)害。而在后汛期（7～10月），廣西主要受臺風(fēng)等熱帶系統(tǒng)影響易造成強(qiáng)降水天氣過程，其平均對流有效位能CAPE值達(dá)1 900 J/kg，整層水汽積分IQ為5 650 g/cm2，與鋒面系統(tǒng)影響時(shí)大體相當(dāng)，但0 ℃層位勢高度較高，達(dá)5 200 m，K指數(shù)較小，為36.5 K。另外，從總能量TT等其他物理特征量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，差別不是很大。

綜上所述可知，當(dāng)有鋒面、低渦和臺風(fēng)等天氣系統(tǒng)影響時(shí)，廣西均具有非常有利的中尺度對流環(huán)境條件，均有可能造成雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)天氣的發(fā)生，因此，要注意做好以上天氣系統(tǒng)的綜合圖分析，利用衛(wèi)星云圖、多普勒天氣雷達(dá)[9-10]等技術(shù)手段進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，才能提高強(qiáng)天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力，加強(qiáng)防范措施，以減少強(qiáng)天氣災(zāi)害的損失。

4 結(jié)論

（1）廣西強(qiáng)天氣有明顯的地域分布特征，雷暴南部多、北部少，其中桂東南和沿海地區(qū)是雷暴的高發(fā)區(qū)；廣西冰雹主要出現(xiàn)在北部，其中桂西北局部年平均降雹可超過1次，而桂南降雹平均10年才1次；廣西東部和沿海地區(qū)為大風(fēng)頻發(fā)區(qū)，中心在桂林、梧州、北海等市；歷年龍卷風(fēng)天氣發(fā)生次數(shù)不多，且集中在潿州島及沿海地區(qū)；強(qiáng)降水呈南北2個(gè)高頻區(qū)。

（2）廣西的雷暴、降雹和強(qiáng)降水的月變化均具有“單峰型”特征：雷暴高峰期出現(xiàn)在7～8月份；冰雹2月份開始明顯增多，4月最活躍；短時(shí)強(qiáng)降水6月達(dá)到高峰，7～8月緩慢減少。而廣西的大風(fēng)月分布具有“雙峰型”的特征，即從1月上升至4月達(dá)到高峰后略有下降，又上升至7月份達(dá)到另一高峰，之后逐步下降。

（3）廣西強(qiáng)天氣活動(dòng)的日變化比較明顯，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在夜間至次日08：00；大風(fēng)、雷暴和冰雹天氣則主要出現(xiàn)在午后至傍晚，高峰時(shí)段則分別出現(xiàn)在15：00、16：00、17：00。

（4）通過探空特征物理量分析表明，廣西在不同地域的