2020 年6 月廣西持續(xù)性暴雨的天氣氣候特征

蔡悅幸，何 慧，陸 虹，朱麗云，陸芊芊

（1.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，南寧 530022）

引言

近年來，持續(xù)性暴雨頻繁在我國南方夏季出現(xiàn)，因其降雨持續(xù)時間長、總量大、范圍廣，往往造成嚴重的洪澇災(zāi)害，給人民生活和社會生產(chǎn)帶來不利影響。廣西因其復(fù)雜的地形、特殊的地理位置，是我國持續(xù)性暴雨的多發(fā)區(qū)，常常造成嚴重的山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟損失。持續(xù)性暴雨的研究備受氣象學(xué)者關(guān)注，劉國忠等［1］利用綜合診斷分析方法對2015 年廣西一次持續(xù)性暴雨過程進行了多尺度特征分析，提出持續(xù)性暴雨過程是不同尺度大氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。鮑名［2］分析了我國持續(xù)性暴雨特征及其大尺度環(huán)流背景，發(fā)現(xiàn)在華南前汛期發(fā)生的持續(xù)性極端暴雨過程與西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定西伸密切相關(guān)。何草青等［3］分析了2012 年一場持續(xù)性暴雨過程，發(fā)現(xiàn)在副熱帶高壓的穩(wěn)定維持背景下高原上短波槽東移可為暴雨提供動力條件。還有很多學(xué)者對廣西暴雨過程進行了研究［4-10］，發(fā)現(xiàn)廣西大范圍持續(xù)性暴雨過程與南亞高壓、高低空急流、夏季風(fēng)環(huán)流、水汽輸送等配置有關(guān)。此外，還有部分氣象工作者通過分析環(huán)流的氣候異常分布特征來尋找廣西持續(xù)性暴雨的成因。何慧等［11］還利用OLR 異常氣候特征研究廣西一次持續(xù)性暴雨過程，發(fā)現(xiàn)華南地區(qū)上空OLR 為異常負值，有利于對流發(fā)展，廣西易發(fā)生強降雨。

以上研究對廣西持續(xù)性暴雨的預(yù)報有著重要的意義，但以往的研究較少在考慮天氣氣候背景的同時，利用氣候異常特征分析持續(xù)性暴雨成因。本文將基于NCEP／NCAR 逐日再分析資料的位勢高度場、風(fēng)場，NOAA 對外長波輻射（OLR）等格點資料，采用天氣學(xué)分析和動力診斷方法，對“2020 年5 月30日—6 月10 日”廣西大范圍持續(xù)性暴雨期間副熱帶高壓的演變、短波槽東移作用、冷空氣影響及對流活動等方面進行研究，探討中低緯度不同尺度大氣系統(tǒng)的活動特征及相互作用，為今后短期氣候預(yù)測方向提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料

（1）廣西90 個國家氣象觀測站1981—2020 年5 月30 日—6 月10 日逐日降水量和2020 年廣西災(zāi)情記錄資料。

（2）美國國家環(huán)境預(yù)報中心和大氣研究中心（NCEP／NCAR）提供的第一套全球逐日再分析資料（Reanalysis 1）［12］，包括位勢高度場、風(fēng)場、相對濕度和比濕等數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.5°×2.5°。

（3）美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）提供的向外長波輻射（OLR）逐日資料［13］，水平分辨率為2.5°×2.5°。

1.2 方法

本文采用氣候?qū)W分析和動力診斷方法，對2020年5 月30 日—6 月10 日廣西大范圍持續(xù)性暴雨期間副熱帶高壓的演變、冷空氣影響、水汽輸送以及對流活動等方面進行研究，探討中低緯度不同尺度系統(tǒng)活動特征及相互作用對廣西暴雨的影響。采用1981—2010 年同一時段內(nèi)平均降雨作為氣候平均值。

2 雨情和災(zāi)情

2020 年5 月30 日—6 月10 日廣西出現(xiàn)了大范圍持續(xù)性強降雨過程，此次大范圍強降雨過程具有過程頻繁、強降雨區(qū)高度重疊、局地降雨強度大、持續(xù)時間長、累計雨量大等特點。5 月30 日到6 月10 日，廣西各地降雨量為0-803.5mm，全區(qū)平均222.3mm，其中強降水落區(qū)主要分布在我區(qū)北部的桂林、柳州、河池、百色等地，其中6 月7 日，陽朔和富川的雨量分別為327.7mm、237.0mm，均打破了當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠碜畲笕战邓繗v史記錄。與常年同期相比，桂北多市降水偏多1 至5 倍，引發(fā)了桂北不同程度的洪澇災(zāi)害。而與此同時，廣西南部多市偏少2 成至1 倍，出現(xiàn)了北澇南旱，旱澇并存的現(xiàn)象。

此次暴雨過程導(dǎo)致西江流域部分地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害，局部地區(qū)由旱轉(zhuǎn)澇。桂江、柳江、紅水河的一些中小河流水位暴漲，部分地區(qū)發(fā)生農(nóng)田被淹、城鎮(zhèn)內(nèi)澇、交通中斷等，嚴重影響人民生命財產(chǎn)安全和生產(chǎn)生活，造成150.9 萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失達100.9億元。與歷年6 月持續(xù)性強降雨過程造成的損失相比，此次過程造成的直接經(jīng)濟損失僅次于1998 年6月16—27 日的西江大洪水的損失，是1999 年以來經(jīng)濟損失最嚴重的暴雨洪澇過程。

3 成因分析

3.1 西太平洋副熱帶高壓

在2020 年5 月30 日—6 月10 日500hPa 平均位勢高度場上，歐亞大陸中高緯度地區(qū)呈現(xiàn)兩脊一槽的分布形勢，兩脊分別位于烏拉爾山至里海一帶和鄂霍次克海附近，均處于正位勢高度距平區(qū)，其中烏拉爾山至里海一帶為較強的正距平區(qū)，中心距平達10dagpm，鄂霍次克海附近為一弱正距平區(qū)，在兩個高壓脊之間的中、東西伯利亞地區(qū)受到一個深厚的低槽控制，其位勢高度距平最低達-10dagpm。以上環(huán)流形勢造成中、西西伯利亞之間大氣環(huán)流經(jīng)向度增加，冷空氣勢力增強。低層弱冷空氣駐留在華南及南海北部，它對觸發(fā)暴雨發(fā)生可能起到重要作用。

歐亞大陸中低緯度地區(qū)也呈現(xiàn)兩脊一槽的環(huán)流形勢，一高壓中心位于阿拉伯半島至伊朗高原一帶，中心為5920gpm，正距平為1-2dagpm；副熱帶高壓中心位于臺灣島以東，其中心也達到5920gpm，正距平為2dagpm，副高較常年同期強度偏強、西伸脊點偏西，維持在華南南部。兩個高壓中心之間的多短波槽東移，造成暴雨期間平均位勢高度負距平不明顯。在整個持續(xù)暴雨期間，廣西處在短波槽前，受槽前偏西南氣流影響，與副高西北側(cè)的西南暖濕氣流在中南半島北部到南海北部匯合，使大氣不穩(wěn)定度增加［3］，為持續(xù)性暴雨帶來不穩(wěn)定能量。

上述可知，此次暴雨過程中副熱帶高壓異常偏強、位置偏南，可為廣西持續(xù)暴雨天氣的建立提供有利的大尺度環(huán)流條件［2，14，15］。為進一步研究副高的強度及位置隨時間的變化，據(jù)500hPa 位勢高度沿20—27.5°N 平均的時間—經(jīng)向剖面圖（略）可看出，副熱帶高壓在5 月30—6 月10 日表現(xiàn)為兩次西伸-東退過程，586dagpm 線在持續(xù)暴雨開始前期5月27—29 日逐漸西伸加強，在暴雨開始期5 月30日西伸至100°E 以西，5 月30 日—6 月1 日維持在100°E 以西，6 月1 日—7 日逐漸東退，從100°E 退到120°E，隨后副高突然西伸，6 月7 日—10 日586dagpm 線在華南消失。過程降水量最大的3 日就發(fā)生在副高東退過程中的6 月5 日、6 月7 日和6月10 日。副熱帶高壓東退，短波槽東移，配合著來自孟加拉灣和印度洋的暖濕氣流與來自北方的干冷氣流交匯，并源源不斷地匯入云南、貴州和廣西，增加了這些地區(qū)上空氣層的不穩(wěn)定性，易產(chǎn)生降水［16］。

3.2 西南季風(fēng)和水汽輸送

在5 月30 日—6 月10 日850hPa 平均風(fēng)矢量的水平場上，從阿拉伯海東部到印度半島、孟加拉灣、中南半島、北部灣到華南為顯著的偏西風(fēng)或西南風(fēng)。南海北部至華南一帶強盛的西南季風(fēng)是由中南半島的西南氣流與南海季風(fēng)槽槽前的西南氣流匯合而成。從距平場上可看到，印度洋、孟加拉灣地區(qū)以及南海至西太平洋一帶均存在反氣旋式距平環(huán)流，表明該時段內(nèi)西太平洋副熱帶高壓位置偏西、強度偏強，控制整個華南南部地區(qū)，而西南季風(fēng)強度偏弱，向東輸送的西南季風(fēng)氣流較氣候同期偏弱。因此，華南地區(qū)的西南氣流主要來自短波槽前和南海季風(fēng)槽前的西南氣流。它不斷把孟加拉灣和南海洋面上的水汽、能量大量輸送到廣西上空，為桂北暴雨區(qū)上空提供了源源不斷的水汽條件。

研究表明［18-20］，邊界層的水汽輸送異常是華南地區(qū)旱澇的主要原因。為進一步研究西南季風(fēng)輸送情況，據(jù)2020 年5 月30 日—6 月10 日925hPa 水汽輸送通量及水汽通量散度分布（圖略）可得，水汽主要來源于索馬里越赤道氣流經(jīng)阿拉伯海，和90°E附近越赤道氣流經(jīng)印度洋，在孟加拉灣匯合后形成西南氣流源源不斷向東輸送。而中南半島水汽輸送通量散度為正值，水汽輻散，不利于降水產(chǎn)生。從距平場看，云南、廣西北部、長江流域等地上空水汽通量散度是顯著負值區(qū)，中心值在-5×10-8g（hPa·s·cm2）-1以下，形成強烈的水汽輻合帶。廣西位于水汽輻合帶內(nèi)，水汽充沛，有利于暴雨的產(chǎn)生和維持。由此可見，“2020 年5 月30 日—6 月10 日”持續(xù)性暴雨期間，水汽主要來源于孟加拉灣西南氣流向東輸送和南海季風(fēng)槽西南氣流輸送。

3.3 低緯度地區(qū)對流上升運動

短波槽東移，容易造成對流活動頻繁，引起強烈的上升運動，造成降雨。因OLR 資料能較好地反映熱帶大氣中的上升區(qū)與下沉區(qū)［21，22］，通常將OLR 值＜230w·m-2的區(qū)域視為對流活動發(fā)展旺盛區(qū)［23］。本文通過分析OLR 平均場及距平場發(fā)現(xiàn)，除中南半島以東至太平洋上區(qū)域，0°N～30°N 及90°E～110°E 大部區(qū)域處于活躍對流區(qū)，且在我國南方和孟加拉灣東部—中南半島西部分別有一個OLR 值＜190w·m-2的中心，該區(qū)域OLR 值比常年同期偏低10-30w·m-2，對流活躍。同時，在南海和西太平洋區(qū)域OLR 值≥260w·m-2，且比常年同期偏高30～50w·m-2，對流活動受到抑制。由此可見，此階段華南地區(qū)對流旺盛，對流活動頻繁，配合上空異常偏南氣流，有利于對流抬升，易產(chǎn)生強降水［11］。

為進一步探究對流活動頻繁對此次持續(xù)性強降水過程的影響，分析了廣西區(qū)域（20°N～27.5°N，105°E～112.5°E）平均垂直速度（Omega）的時間—高度剖面圖（圖1）。除6 月10 日外，整個持續(xù)性暴雨期間廣西上空的垂直速度Omega 為負值，在6 月2 日—6 月8 日對流層中層垂直速度達到峰值，且出現(xiàn)明顯的負距平，表明廣西區(qū)域上升運動強，配合該時間段內(nèi)強烈的水汽輸送，有利于降水的發(fā)生和維持。

圖1 2020 年5 月30 日—6 月10 日Omega（單位：Pa·s-1）沿廣西區(qū)域平均的時間—高度剖面圖（等值線：平均場，填色：距平場）（單位：Pa·s-1）

綜上，西太平洋副熱帶高壓偏強、偏西，青藏高原上不斷有高空短波槽東移，同時暖濕氣流和弱冷空氣交匯于廣西北部，為桂北暴雨區(qū)上空提供了源源不斷的水汽條件。高溫高濕高能使廣西大氣變得異常不穩(wěn)定，上升運動增強，造成持續(xù)性強降水的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

2020 年5 月30 日—6 月10 日期間，廣西出現(xiàn)大范圍暴雨過程，此次暴雨過程強降雨區(qū)高度重疊、局地降雨強度大、持續(xù)時間長、累計雨量大、暴雨范圍極廣造成桂北地區(qū)發(fā)生嚴重洪澇災(zāi)害，局部地區(qū)由旱轉(zhuǎn)澇；是1999 年以來經(jīng)濟損失最嚴重的暴雨洪澇過程。此次持續(xù)性暴雨過程是中緯度西風(fēng)帶低槽、副熱帶高壓、冷空氣等低緯度系統(tǒng)共同影響造成的，其可能機制如下：

（1）西太平洋副熱帶高壓偏強、偏西，穩(wěn)定控制在華南及南海地區(qū)。同時青藏高原上不斷有高空短波槽東移，不斷把來自孟加拉灣的水汽和能量輸送到廣西上空，為廣西暴雨區(qū)提供了源源不斷的水汽。廣西處在短波槽槽前和西太平洋副熱帶高壓西側(cè)，大量水汽和能量沿短波槽前和南海季風(fēng)槽前的西南氣流向廣西輸送，有利于暴雨天氣維持。

（2）暴雨期間歐亞大陸中高緯度地區(qū)呈現(xiàn)兩脊一槽的分布形勢，大氣環(huán)流的經(jīng)向度增加，冷空氣勢力增強。弱冷空氣持續(xù)南下到達廣西北部，冷暖空氣在廣西北部交匯，誘發(fā)暴雨發(fā)生。

（3）暴雨期間高溫高濕高能使廣西大氣變得異常不穩(wěn)定。廣西處于強對流活躍區(qū)，上升運動增強，配合強烈的水汽輸送，為廣西持續(xù)性暴雨天氣產(chǎn)生提供了有利條件。