廣西一次大范圍西南渦暴雨過程多尺度特征分析

李佳穎，翟麗萍，覃月鳳，何珊珊

（廣西氣象臺，南寧530022）

關鍵字：西南渦；低渦切變；暴雨；多尺度特征分析

1 引言

暴雨是在多種尺度系統(tǒng)相互作用的條件下發(fā)生發(fā)展的，即在一定大尺度環(huán)流形勢下由嵌入天氣尺度系統(tǒng)的中小尺度系統(tǒng)直接造成，而西南低渦是造成中國南方暴雨的重要天氣系統(tǒng)之一[1-2]。西南低渦是指在一定的環(huán)流形勢下形成于我國西南地區(qū)700或850hPa上的中尺度渦旋系統(tǒng)，其水平尺度一般為200～500km[3-4]。有專家稱：“西南低渦重要性位居第2 的暴雨系統(tǒng)，僅次于臺風及殘余低壓”[5]。因此，對于西南低渦的形成與發(fā)展及其造成的洪澇災害等，一直是氣象學家和預報員分析研究的重點之一[6-8]。何林宴等[9]對貴港一次低渦配合高空槽、低空急流造成的大暴雨過程進行分析，指出從衛(wèi)星云圖上可以看出暴雨區(qū)內，β-MCS 對流雨團不斷生成、合并和更迭，造成多個單體經過同一區(qū)域是造成區(qū)域大暴雨的主要中尺度系統(tǒng)。何草青等[10]對廣西一次全區(qū)性暴雨過程前后低渦的發(fā)展、結構及雷達回波特征進行分析，發(fā)現(xiàn)暴雨的落區(qū)、強度和持續(xù)時間受低渦的發(fā)展、移動速度和方向的影響，通過低渦附近的各物理量場、層結特征及雷達回波特征可對暴雨預報有很好的指示作用。劉國忠等[11]對影響華南地區(qū)的西南低渦以及致洪低渦活動進行系統(tǒng)性的統(tǒng)計研究，給出影響低渦活動的頻率、生成地、移動路徑、降雨特點等，建立影響低渦致洪暴雨天氣系統(tǒng)配置及其模式圖。

受高空槽和西南渦共同影響，2014年8月18～20日廣西多地普降暴雨，經歷了一次大范圍暴雨過程。受降雨影響，廣西柳州、河池、來賓、南寧、桂林、百色市等6市13個縣（市、區(qū)）出現(xiàn)洪澇災害，直接經濟損失達1258.3萬元。

本文利用常規(guī)觀測資料、地面自動站資料、FY2E衛(wèi)星云圖、雷達資料等對此次大范圍西南渦暴雨過程的大尺度環(huán)境特征、中小尺度系統(tǒng)特征等多尺度多角度進行分析，增加對西南渦暴雨的了解和認識，總結經驗，為今后類似條件下的暴雨過程提供參考依據，提高預報能力。

2 降水概況

根據8月18日08時至20日08時廣西自動站雨量統(tǒng)計，廣西北部、中部和沿海大部累積雨量50mm以上（圖略）。本次過程強降水集中出現(xiàn)在18日20時～19 日20 時，該時段內全區(qū)33.9%的自動站出現(xiàn)暴雨以上降水，暴雨落區(qū)主要在廣西中北部和沿海，呈東北—西南向的帶狀分布，沿海和中北部觀測到的最大雨量分別為東興市東興氣象站舊址309.2mm、忻城縣城關鎮(zhèn)加仁村231.2mm。全區(qū)縣級以上氣象觀測站中有40站出現(xiàn)暴雨以上降水，是建國后有氣象記錄以來8月份日暴雨站數最多的一次。

3 大尺度環(huán)境特征

3.1 環(huán)流形勢分析

18 日08 時500hPa 中高緯呈現(xiàn)兩槽一脊形勢，經向度大，貝湖至青藏高原一帶為暖高壓脊，槽后脊前有冷平流；高空槽位于河套以東地區(qū)，發(fā)展較為深厚，槽底可達華南北部，冷溫槽略落后于高空槽，有利于高空槽的發(fā)展加深，引導冷空氣南下。副熱帶高壓588dagpm 控制我國東部、南部沿海。副熱帶高壓形成高壓壩，使得高空槽移動緩慢，槽后偏北氣流不斷將冷空氣向南輸送，為南北冷暖空氣交匯和增強位勢不穩(wěn)定提供了有利的大尺度環(huán)流背景條件（圖1a）。850hPa 西南地區(qū)有西南渦生成，低渦位于高空槽槽線延長線上，構成“北槽南渦”的形勢，有利于低渦的發(fā)展東移[4]，廣西中北部位于低渦切變線南部和東部的氣流輻合區(qū)中（圖1b）。

200hPa 南亞高壓中心穩(wěn)定在于90°E，32°N附近（圖略），其脊線向東伸至華南地區(qū)，廣西位于南亞高壓東側的分流區(qū)，輻散條件好，有利于低層減壓和氣流輻合上升。

圖1 8月18日08時（a）500hPa和（b）850hPa形勢場

3.2 西南渦和切變線活動特征

圖2 16日20時至19日20時西南渦移動路徑

西南渦及其切變線是造成此次廣西大范圍暴雨天氣的直接影響系統(tǒng)。16日西南渦在川黔渝交界附近生成，受高空冷槽后部西北氣流引導，向東南方向移動，17 日進入貴州，18 日夜間低渦經湘黔桂交界移入廣西，自北向南影響廣西，19 日白天低渦沿著切變線東移，經湖南南部進入江西（圖2）。降水主要包括西南渦本體降水和切變線降水，此次過程西南渦位置略偏北，本體沒有深入廣西，強降水主要在廣西中北部。受到西南暖濕氣流以及地形增幅的影響，沿海也出現(xiàn)了一個強降水中心。

由850hPa低渦切變線和未來12h降水分布圖可以看出，18 日白天（圖3a，見彩頁）低渦中心位于貴州東部，廣西850hPa 為西南氣流控制，強降水主要出現(xiàn)在低渦東部和低渦切變線南側氣流輻合區(qū)，低渦切變線的西段進入廣西北部，廣西強降水從黔桂交界開始出現(xiàn)；18 日夜間（圖3b，見彩頁）隨著低渦切變線東移南壓，雨帶由北向南緩慢推進，影響廣西北部、中部，此時為降雨強度最強、范圍最大的時段；19日白天（圖3c，見彩頁），西南渦主體移出廣西，低渦切變的西段仍位于廣西的中南部，降水仍然持續(xù)，廣西中東部出現(xiàn)了強降水。

圖3還顯示，此次暴雨過程水汽條件較好，水汽通量散度負值區(qū)主要出現(xiàn)在低渦東部和切變線附近，隨著低渦切變東移南壓，水汽輻合區(qū)也向東、向南移動。強降雨區(qū)大多落在水汽輻合區(qū)中。強降雨與低渦東部和切變線東段附近的水汽通量散度負值區(qū)位置和中心強度對應較好，強降雨易產生在輻合中心和水汽通量散度等值線密集區(qū)；切變線西段后側的水汽輻合中心不在切變線移動方向一側，因此強降雨易出現(xiàn)在切變線移動方向一側的等值線密集區(qū)（大多為南側），而不是輻合中心。

以上分析表明，西南渦暴雨過程主要降雨區(qū)在西南渦東部、切變線附近和南側，上述地區(qū)最有利于水汽輻合抬升形成暴雨。雨帶呈東北—西南向，與切變線走向一致，大多出現(xiàn)在切變線移動方向一側，可見雨帶與850hPa低渦切變線活動密切相關。

4 中小尺度特征分析

此次強降水過程主要發(fā)生在桂北、桂中及沿海地區(qū)，這里選取廣西中北部累積降水量較大的柳江站，利用自動站、衛(wèi)星、雷達等非常規(guī)資料進行中小尺度特征分析。

4.1 自動站雨量

從24 小時柳江站逐小時雨量分析可知（圖4），18 日20 時～19 日20 時，柳 江 站 累 積 雨 量 達 到143.5mm，其中19 日07～09 時的小時雨量均超過20mm，最大雨強出現(xiàn)在19日08時，達63.7mm/h。

4.2 衛(wèi)星云圖分析

圖4 18日20時～19日20時柳江站逐小時雨量圖

具有高時空分辨率的氣象衛(wèi)星能觀測到中小尺度系統(tǒng)的移動、發(fā)展演變等重要特征。從FY2E 紅外云圖演變可以看到，低渦切變線西端即云南東部首先有中α尺度對流云團發(fā)展，18日20時其最低亮溫達197K，廣西中東部的對流云團逐漸減弱東移（圖5a，見彩頁）；19日01時（圖5b，見彩頁），該中α云團進一步加強并向東北發(fā)展、移動進入我區(qū)，結構緊密，邊緣較為光滑，強降水從廣西西部開始增強，柳江附近也生成一個中β尺度的對流云團；19日04時（圖5c，見彩頁），中α 云團197K 亮溫范圍進一步擴大，強度加強，柳江附近的對流云團也不斷發(fā)展壯大并與西側的中α 云團合并，柳江開始出現(xiàn)降水且雨強增大，對流云團主要位于低渦切變線附近，與影響系統(tǒng)對應較好，柳江東側也新生成了一個中β 尺度的對流云團，沿著切變線不斷有小的云團生成、發(fā)展、合并；19 日下午（圖5d，見彩頁），云團的顏色不再發(fā)白，邊緣也不再光滑，表明云團的高度降低，結構變得松散，降水也開始減弱。中小尺度對流云團移入廣西或在廣西生成、發(fā)展、合并，是造成大范圍暴雨的重要原因。

4.3 雷達特征分析

暴雨、強對流天氣是在有利的天氣尺度系統(tǒng)背景下，由中尺度系統(tǒng)觸發(fā)產生的。降雨過程在一定程度上可以體現(xiàn)為中尺度系統(tǒng)的生消、移動。

強降水的產生需要兩個因素：相對強的雨強和持續(xù)相對長的時間[12]。此次過程雷達回波呈東北—西南走向的帶狀分布，強回波單體鑲嵌在回波帶中。跟蹤柳州雷達組合反射率的演變情況發(fā)現(xiàn)，19日03時之后經過柳江的回波強度不斷增強，雨強較大的時次均有強回波移過柳江上空（圖6，見彩頁）。19 日05:39 和07:15 柳州雷達組合反射率圖上（圖6b、c，見彩頁），經過柳江的雷達回波強度達55dBZ以上，回波質心低，降水效率高，使得柳江出現(xiàn)了短時強降水天氣，其中08 時的雨強達到63.7mm/h。19日9～10時，柳江上空回波強度下降，為30～45dBz，小時雨強不足10mm/h，以穩(wěn)定性降水為主。從風暴追蹤信息來看（圖6，見彩頁），18 日夜間至19 日白天，雷暴單體在測站西南一側不斷生成，并沿著低渦南側的西南氣流向東北方向傳播，或強或弱的對流回波不斷從柳江附近通過，形成“列車效應”，造成降水長時間地持續(xù)。19 日05～07 時不斷有55dBz 以上的強回波經過柳江，強降水得以發(fā)生。上述兩個因素最終導致柳江出現(xiàn)日雨量達143.5mm的強降水。

圖7 19日（a）07：21、（b）09：39和（c）18：39柳州雷達站風廓線圖

雷達風廓線產品圖像展示了不同時刻、不同高度上的風向風速，可更直觀地反應風場的垂直分布和隨時間的演變特征。由圖7 可以看出，19 日06:57前，柳江附近5km 以下為低渦切變南側的西南氣流控制，有利于輸送暖濕空氣形成暴雨；06:57開始，低層風逐漸由西南風轉為東北風，中層仍為西南氣流控制，表明低層低渦切變南移過境，邊界層有弱冷空氣侵入有利于抬升作用，上升運動加強，導致暴雨的產生；09:27邊界層已轉為偏北氣流控制，高層“ND”區(qū)逐漸增厚，此時降水仍持續(xù)但強度已明顯減弱；18:39 低層2.1km 以下已經全部轉為干冷的北風，高空4.6km 以上轉為槽后西北氣流控制，說明高空槽也已東移出境，高層“ND”區(qū)逐漸增厚，高、低空系統(tǒng)配置都已不再有利于降水，水汽條件亦不充足，這與降水進一步減弱趨于停止的實況一致。

5 小結

（1）本次暴雨過程是在高空槽和低渦切變的共同影響下產生的。500hPa 中高緯為兩槽一脊型，高空槽位于河套以東，貝湖暖高壓與副熱帶高壓形成高壓壩，高空槽移動緩慢，槽后冷空氣不斷南下，有利于南北冷暖空氣交匯，增強位勢不穩(wěn)定，提供了有利的大尺度環(huán)流背景條件。廣西上空對流層高層為南壓高壓東側的分流區(qū)，強輻散場的“抽氣”作用使低層輻合不斷加強，從而加強了低層水汽輻合和垂直上升運動，有利于西南渦的發(fā)展、維持。

（2）西南渦及切變線是造成此次廣西大范圍暴雨天氣的直接影響系統(tǒng)。主要降雨區(qū)在西南渦、切變線附近和移動方向前側；雨帶與850hPa低渦切變線活動密切相關。

（3）此次暴雨過程水汽條件較好，水汽通量散度負值區(qū)主要出現(xiàn)在低渦東部和切變線附近，強降雨區(qū)大多落在水汽輻合區(qū)中。850hPa 水汽通量散度輻合中心、等值線密集區(qū)對強降水落區(qū)分布有較好的指示意義。

（4）降雨過程在一定程度上可以體現(xiàn)為中尺度系統(tǒng)的生消、移動。中小尺度對流云團移入廣西或在廣西生成、合并、發(fā)展，是造成大范圍暴雨的重要原因。較強的對流回波和列車效應是造成柳江出現(xiàn)大暴雨的重要因素。使用風廓線圖可更直觀地反應風場的垂直分布和隨時間的演變特征，從而判斷降水過程的減弱，對預報有指示意義。