來賓市突發(fā)性暴雨成因分析

王淞

摘要 利用常規(guī)氣象資料、衛(wèi)星云圖、雷達資料對2011年6月15—16日廣西來賓地區(qū)出現(xiàn)的局地性強降水天氣進行了分析。結(jié)果表明，高原槽、低層切變線、地面靜止鋒以及西南低空急流是此次強降水的主要影響系統(tǒng)。暴雨發(fā)生前西南水汽通道的打開及不穩(wěn)定能量的積累為此次強降雨的產(chǎn)生提供豐富的水汽、能量條件。物理量場的診斷分析發(fā)現(xiàn)，強降水落區(qū)中低空與正渦度區(qū)對應，在強降水發(fā)生前有指示意義。雷達資料分析可見，過程期間桂中地區(qū)形成了一中尺度對流系統(tǒng)，在速度圖上可以看出有明顯的逆風區(qū)，西南水汽與冷空氣相遇在靜止鋒的區(qū)域不斷有中尺度對流云團生成，且長時間的穩(wěn)定少動是導致來賓市局地性強降水發(fā)生的重要原因。

關鍵詞 強降水；高原槽；切變線；地面靜止鋒；廣西來賓

中圖分類號 P458.1+21 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0220-03

強降水天氣是指短時間（12～24 h）內(nèi)產(chǎn)生≥50 mm降雨的天氣[1]，是廣西多見的一種災害性天氣，4—7月乃廣西強降雨發(fā)生頻數(shù)最多的時期[2]，每年都給人民的生命財產(chǎn)帶來不同程度的損失。強降雨預報一直是天氣預報員最為關心的問題之一，同時也是個復雜的問題。對此，國內(nèi)外的學者做了大量的研究，從不同角度對強降水天氣成因進行分析，但由于氣候背景、地形等因素的不同，得出的結(jié)論也各有特點。

本文專注于在有利于強降水的大尺度天氣背景下，結(jié)合常規(guī)中尺度自動站資料、FY-2E衛(wèi)星、多普勒雷達及其二次分析資料，對2011年6月15—16日廣西中部局地性強降水進行分析。試圖從衛(wèi)星及雷達二次產(chǎn)品分析中找出此次強降水產(chǎn)生的原因，為今后來賓地區(qū)局地性強降水預報提供參考。

1 過程概述

受高空槽、切變線及地面弱冷空氣共同影響，2011年6月15—16日，來賓市大部出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨到特大暴雨。強降雨落區(qū)位于忻城縣東部到興賓區(qū)西北部一帶，最大降雨在忻城縣果遂鄉(xiāng)，為265.7 mm。15日20：00到16日2：00是強降水發(fā)生的主要時段，來賓市忻城縣思練、安東、果遂、大塘4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站在該段時間段內(nèi)降雨量均在100 mm以上。果遂鄉(xiāng)降雨量最大，為235.3 mm，其中16日0：00果遂鄉(xiāng)1 h降雨量為94.7 mm。雨強之強、強降雨之集中、來勢之猛為歷史同期罕見。在強降雨發(fā)生的同時，強降雨區(qū)域也出現(xiàn)強雷電天氣，其雷電之強、持續(xù)時間之長也為歷史同期少見。受此次強降雨的影響，來賓市部分地區(qū)山洪暴發(fā)，災害損失嚴重。據(jù)統(tǒng)計，全市共有16個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）受災，農(nóng)作物受災面積7 849 hm2，受災人口11.192 4萬人，轉(zhuǎn)移人口3 497人，倒塌房屋644間，但無人員傷亡。此次降雨過程具有降雨強度強、災害損失重的特點。

2 成因分析

2.1 環(huán)流形勢特征

圖1給出了6月14日8：00 500 hPa的高度場?？梢钥闯?，6月14日8：00，歐亞大陸500 hPa中高緯開始形成兩槽一脊形勢，脊區(qū)位于貝加爾湖，脊后貝加爾湖以西的西西伯利亞地區(qū)為一深槽，其不斷分裂出小槽加深東移，形成前傾的高原槽東移下擺至長江流域北部，槽后引導低層切變線及地面小股冷空氣南下至長江流域一帶。低緯南支低槽建立，孟加拉灣上空對流發(fā)展活躍；副熱帶高壓跨過臺灣島位于南海以東洋面上。

至15日8：00，200 hPa高空為南亞高壓東部脊區(qū)輻散氣流控制；500 hPa高原槽繼續(xù)加深東移，廣西上空為槽前偏西氣流控制，歐亞大陸中高緯兩槽一脊形勢仍維持，低緯度南支槽略微東移，副熱帶高壓穩(wěn)定少動，西脊點到達福建東南部，其北界略有加強，在23°N附近，呈帶狀分布；850 hPa低空廣西上空受偏南風影響，有3個探空站的風速>12 m/s，即華南低空急流已建立，切變線南壓至貴州、湖南南部到廣西北部一帶；地面弱冷空氣從中路南下，在桂北一帶形成靜止鋒，桂北開始出現(xiàn)雷陣雨天氣。15日來賓市大部地區(qū)地面最高溫度在30 ℃以上，積累了充足的不穩(wěn)定能量，20：00后，500 hPa高原槽繼續(xù)東移下擺，桂北轉(zhuǎn)為偏北氣流影響；在高原槽的引導下，850 hPa切變線從桂西北開始緩慢東移南下，與地面靜止鋒共同繼續(xù)影響廣西，桂中一帶出現(xiàn)局地性強降雨、強雷電天氣。16日8：00，500 hPa在廣西中西部形成低渦；850 hPa轉(zhuǎn)為西南氣流影響，桂東的風速較桂西大；地面靜止鋒仍位于廣西中北部地區(qū)，桂中局地性暴雨天氣持續(xù)；20：00，地面西南暖低壓發(fā)展，靜止鋒消亡；低層廣西大部為偏南氣流影響；500 hPa低渦依然維持，廣西強降雨基本結(jié)束。因此，此次強降雨過程主要影響系統(tǒng)是地面靜止鋒、低層切變線、高原槽和低空急流，而地面靜止鋒的維持和擺動是強降水局地性的主要成因之一。

2.2 物理量分析

2.2.1 不穩(wěn)定能量及低層總溫度分析。6月15日20：00，廣西上空K指數(shù)均>36 ℃，其中桂西南部分地區(qū)>40 ℃，SI指數(shù)廣西大部為負值，說明在暴雨發(fā)生前，廣西上空聚集了充足的不穩(wěn)定能量，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利條件。6月15日20：00 850 hPa總溫度場已建立西南高、西北低的能量場形勢（圖2）。桂中到桂東北為低能區(qū)與高能區(qū)之間的過渡帶，即高能軸與低能軸出現(xiàn)匯合趨勢的地區(qū)，其集中了大量的濕有效位能，有利于強對流天氣的發(fā)生和發(fā)展。

2.2.2 渦度場分析。逐日分析強降水過程期間的渦度場，發(fā)現(xiàn)過程期間暴雨區(qū)低空存在明顯的正渦度區(qū)。6月15日8：00，700 hPa及以下廣西大部為正渦度區(qū)，其中850 hPa正渦度中心位于桂東北，中心強度為3.0×10-5/s；20：00，隨著高空槽的東移下擺及中低層切變線的南下，正渦度區(qū)進一步加強，正渦區(qū)向上伸展到400 hPa以上的高度，500、700 hPa中心強度達到3.0×10-5/s，位于桂東北到桂中地區(qū)，300 hPa以上高度為負渦度區(qū)，200 hPa負渦度達到最強，中心位于桂中及桂南地區(qū)，中心強度為-4.0×10-5/s；16日8：00，隨著低層轉(zhuǎn)為偏南氣流影響，廣西上空低層的正渦度開始減弱，500、700 hPa正渦度大部在1.0×10-5/s以下，850 hPa正渦度區(qū)域主要位于桂南地區(qū)；16日20：00，廣西上空低層正渦度明顯減弱，由于500 hPa低渦環(huán)流的維持，渦度依然為正值，但缺乏低層水汽的供應，廣西大部的降雨趨于停止。通過分析可知，在此過程中，暴雨區(qū)中低空與正渦度區(qū)對應，強降雨發(fā)生時正渦度區(qū)深厚。

2.2.3 水汽條件分析。良好的水汽條件是強降水發(fā)生的基礎條件之一，影響廣西的水汽多來自于孟加拉灣及南海[3-5]。分析2011年6月15—16日的850 hPa水汽通量圖發(fā)現(xiàn)，從6月15日起，已有2支水汽輸送帶形成：一支來自孟加拉灣的水汽越過中南半島向華南輸送；另一支從南海東部沿氣旋式環(huán)流向華南地區(qū)輸送，并在北部灣一帶匯合影響廣西。6月15日8：00，850 hPa孟加拉灣一帶為偏西風控制，水汽通量中心>30 g/（s·cm·hPa），其沿著中南半島的西南風不斷往廣西輸送。此時，廣西的水汽通量達到最大，中心 >20 g/（s·cm·hPa），其水汽輻合中心主要位于桂東、桂北。顯然這2支水汽是由于南海季風暴發(fā)后西南季風和南海副熱帶高壓邊緣偏南氣流對水汽的輸送引起。正是這2支來自印度洋和南海上空的暖濕氣流在廣西上空匯合，形成強烈的水汽輻合，為強降水提供了充沛的水汽條件。

3 衛(wèi)星云圖和雷達回波分析

3.1 中尺度對流系統(tǒng)演變特征與TBB

華南特大暴雨是在多種尺度系統(tǒng)相互作用、轉(zhuǎn)換、反饋和制約下所形成的，中尺度對流系統(tǒng)是直接的制造者之一[6]。從衛(wèi)星云圖分析發(fā)現(xiàn)，造成來賓市局地性強降水的對流云團具有典型的中β尺度對流系統(tǒng)特征[7-9]，經(jīng)歷了從γ中尺度對流單體到β中尺度對流云團的發(fā)展過程，其中15日夜間和16日白天來賓市分別出現(xiàn)1次β中尺度對流云團強烈發(fā)展的過程，且其最小黑體輻射云頂亮溫TBB<-90 ℃。

15日19：00來賓市主要降水區(qū)域的云團還與桂東北的云團連成一體；20：00隨著地面靜止鋒南下到達來賓市北部，在主要降水區(qū)的東側(cè)向西方向新生出一個中尺度極小的γ中尺度對流單體，并開始發(fā)展，有云頂上沖，最小TBB達 -70 ℃以下；22：00主要降水區(qū)云體發(fā)展壯大，TBB<-70 ℃的云團面積也隨之西擴，最小TBB達-80 ℃以下，呈現(xiàn)出β中尺度對流云團特征；23：00來賓市興賓區(qū)的西北部到忻城縣的東部開始出現(xiàn)1 h降雨量>80 mm的強降雨。16日0：00—2：00由于地面及低層的強烈輻合抬升作用，使得云團發(fā)展旺盛且穩(wěn)定少動，呈準靜止狀態(tài)，此時TBB最小值<-90 ℃，且TBB<-80 ℃的云團面積也達到最大，來賓市此次過程最大雨強發(fā)生在這個時段。

16日2：00后主要降水區(qū)的對流云團逐漸消散，至16日7：30在其上空基本上沒有TBB<-70 ℃的云團。9：00在主要降水區(qū)的南部及北部分別有1個γ中尺度對流單體重新生成并發(fā)展；11：00連成一體，短暫出現(xiàn)β中尺度對流云團，此階段來賓市興賓區(qū)南部及象州縣西部出現(xiàn)短時強降雨，之后隨著西南氣流逐漸向東北方向移動；16：00對來賓市的影響基本結(jié)束。

3.2 多普勒雷達回波特征

根據(jù)來賓市中尺度自動站資料分析，強降水過程可分為2個時段。2個時段均為對流性降水，雨強較強，持續(xù)時間較短。第1個時段出現(xiàn)在6月15日20：00到16日2：00，該時段降雨面積不大，但雨強之強乃歷史罕見；第2個強降雨時段出現(xiàn)在16日9：00—14：00，由局地性對流云團發(fā)展引起，主要降水區(qū)域出現(xiàn)在來賓市興賓區(qū)的南部及象州縣的東部地區(qū)，但強度與之前相比小了許多。本文主要分析第1個強降水時段的雷達回波特征。

3.2.1 基本反射率因子及基本速度分析。利用柳州市多普勒天氣雷達產(chǎn)品并結(jié)合自動站降水資料，分析造成來賓市忻城縣東部局地特大暴雨天氣的雷達回波特征。

15日19：04在桂南有回波生成，之后隨著偏南氣流向北移動，到達忻城縣東部、合山、興賓區(qū)西部一帶后強度明顯加強，并發(fā)展為多單體對流風暴，其最強中心強度在50 dBZ以上；在相應的速度圖上可以看出，在該區(qū)域有徑向速度逆風區(qū)的存在。20：04，強回波區(qū)穩(wěn)定少動，覆蓋興賓區(qū)北部及忻城縣東北部地區(qū)，回波最強處達55 dBZ，最大回波頂高達到14 km；速度圖上逆風區(qū)的面積進一步加大且其南部出現(xiàn)入流速度為17 m/s的強入流區(qū)。22：04興賓區(qū)北部的風向輻合明顯減弱，但風速輻合依然存在，此時興賓區(qū)北部的強回波也隨之減弱，主要風向輻合區(qū)位于忻城縣東北部。至23：04，興賓區(qū)北部降水回波已明顯減弱，回波強度大部在45 dBZ以下；忻城縣東部強回波區(qū)的面積增大，強度加強，最強處達到58 dBZ，最大回波頂高達到17 km。此強度一直在忻城縣東部維持至16日1：00，給該區(qū)域造成高強度的降雨。2：00以后逆風區(qū)逐漸減弱消失，忻城縣境內(nèi)的回波強度也逐漸減弱，大部分在45 dBZ以下，此時段的強降雨基本結(jié)束。通過以上分析發(fā)現(xiàn)，逆風區(qū)與強反射率因子回波幾乎同時出現(xiàn)，對暴雨有較好的指示意義。強回波區(qū)往往位于地面準靜止鋒或輻合線附近，而本次過程地面靜止鋒的維持和擺動是強降水局地性的主要成因。

3.2.2 多普勒雷達導出產(chǎn)品分析。組合反射率、回波頂高和垂直累積液態(tài)水含量等大值區(qū)與暴雨中心相對應[7]。15日20：00強回波區(qū)主要位于興賓區(qū)北部，垂直液態(tài)水含量最大處達到43 kg/m2，對應的回波頂高達到了16 km；21：00該區(qū)域的回波有所發(fā)展，頂高達到17 km，垂直液態(tài)水含量達到了50 kg/m2；22：00后強回波區(qū)逐漸向西移動；23：00忻城出現(xiàn)頂高為18 km的回波，相應的垂直液態(tài)水含量達到44 kg/m2。16日0：00忻城縣北部的回波頂高值逐漸減小，但位于東部果遂鄉(xiāng)附近的回波頂高值依然較大，維持在18 km，位于該處的垂直液態(tài)水含量最大值較15日23：00有所減小，為37 kg/m2；16日1：00全市回波強度明顯減弱，回波頂高大部下降到14 km以下。

4 結(jié)論

（1）此次強降雨天氣過程是在有利的天氣背景條件下發(fā)生的。500 hPa高原槽、850 hPa切變線、低空急流和地面靜止鋒是主要影響天氣系統(tǒng)。其中，地面靜止鋒的維持和擺動是強降水局地性的主要成因之一。

（2）物理量場分析表明，強降雨發(fā)生前廣西低層處于高溫高濕的狀態(tài)，暴雨區(qū)中低空與正渦度區(qū)對應，強降雨發(fā)生時正渦度區(qū)較為深厚。

（3）衛(wèi)星云圖分析發(fā)現(xiàn)，造成桂中局地性強降雨的云團具備在原地生消、穩(wěn)定少動、云體面積小、黑體輻射云頂亮溫低等特點，有典型的中β尺度對流系統(tǒng)特征，短時強降雨落區(qū)與TBB<-80 ℃區(qū)域有較好的對應。

（4）柳州雷達資料分析可見，過程期間廣西中部地區(qū)形成了多單體對流風暴。反射率因子強度中心強度在50 dBZ以上，并存在逆風區(qū)，且強回波區(qū)穩(wěn)定少動。當基本反射率因子>50 dBZ、垂直液態(tài)水含量>40 kg/m2、回波頂高>12 km時，極可能有強降雨天氣發(fā)生。

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