柳州市一次大暴雨天氣過程成因分析

馮曉玲　姜殿榮

摘要 利用常規(guī)天氣圖、新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品等資料，綜合分析了2021年5月3—4日出現(xiàn)在柳州市的一次較為典型的前汛期大暴雨天氣過程。結(jié)果表明：這次大暴雨過程的主要影響系統(tǒng)是高空槽、低空切變線、低空急流和地面冷空氣;各系統(tǒng)配置良好，為大暴雨的出現(xiàn)提供了有利的動力、水汽和不穩(wěn)定能量條件;前傾槽、高層干侵入、地面冷空氣的南下促發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放。此次過程中，雷達(dá)回波上出現(xiàn)了2次列車效應(yīng)和鋒前對流單體合并增強效應(yīng)，在暴雨的短時臨近預(yù)報的過程中，這2種效應(yīng)的疊加影響應(yīng)引起特別關(guān)注。

關(guān)鍵詞 柳州;大暴雨;影響系統(tǒng);列車效應(yīng)

中圖分類號：P458.1+21.1 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）01–0043–03

廣西柳州地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，屬于亞熱帶濕潤性氣候，汛期常出現(xiàn)的暴雨及其引發(fā)的洪澇災(zāi)害對社會經(jīng)濟、人民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴(yán)重的影響。2021年5月3日20：00～4日20：00柳州市出現(xiàn)了一次典型的前汛期大暴雨天氣過程，局部有特大暴雨（圖1）。大暴雨主要出現(xiàn)在柳州市北部的融安縣、融水縣中南部、三江縣北部、鹿寨縣北部等地區(qū)。根據(jù)自動氣象站資料統(tǒng)計，柳州有100個站出現(xiàn)了暴雨，35個站出現(xiàn)了大暴雨，1個站出現(xiàn)了特大暴雨，最大雨量263.8 mm（融水和睦古頂村），最大1 h雨量68.7 mm（融安大坡福上村，4日02：00）。利用常規(guī)天氣圖、雷達(dá)回波等氣象資料，綜合分析了此次大暴雨過程的環(huán)流形勢、動力、水汽、能量條件以及雷達(dá)回波特征，探討了此次大暴雨過程的成因，以期為該地區(qū)前汛期暴雨預(yù)報預(yù)警提供有益的參考。

1 環(huán)流形勢分析

從200 hPa環(huán)流來看，強降雨發(fā)生時，桂北處于西風(fēng)槽前西南氣流與南亞高壓東北部的西北氣流之間的分流區(qū)，高空存在明顯的輻散形勢。從500 hPa形勢來看，強降雨發(fā)生前及發(fā)生過程中，副高在中南半島—南海北部維持，588線北界位于華南沿海。5月2—3日高原冷槽東移，溫度槽落后于高度槽，高原槽后有明顯的冷平流，高原槽東移過程中加深，并且與南支波動出現(xiàn)了同位相上的疊加，徑向度明顯增強（圖2）。5月3日夜間至4日，低槽北段移出，南段在云桂一帶維持。700 hPa高原槽位置、移動與500 hPa類似，2—3日也出現(xiàn)了高原槽與南支波動的疊加，但從3日20：00的形勢可知，疊加槽南段在700 hPa的位置明顯滯后于500 hPa，且2—3日700 hPa槽前西南氣流顯著增強，3日20：00桂東北桂林站700 hPa風(fēng)速達(dá)到20 m/s。3日夜間至4日，700 hPa疊加槽東移過境。

從低空的形勢來看，2日850 hPa西南急流建立;3日西南急流增強，08：00急流軸達(dá)到18～20 m/s。在高空冷槽的引導(dǎo)下，低層切變線加強南壓，3日20：00，切變線位于黃淮—四川盆地東部—貴州中部一線，切變線南北側(cè)均存在急流。3日夜間至4日，切變線快速南壓至華南南部。925 hPa急流于3日凌晨建立，較850 hPa略晚，但3日20：00，桂西南風(fēng)速也達(dá)到18 m/s，桂北正處于這支急流前端;4日08：00，850 hPa和925 hPa切變線均南壓至桂中一帶，南北兩側(cè)急流均維持。柳州正處于切變線南側(cè)、850 hPa低空急流左側(cè)、925 hPa超低空急流前端。

從地面形勢來看，2日，四川、貴州一帶西南暖低壓發(fā)展，3日，四川盆地東部—江南一帶低壓倒槽發(fā)展，隨著北方冷空氣逐步加強南壓，暖低壓有所南落，冷暖空氣強烈交匯，伴隨著明顯的溫度鋒區(qū)和鋒生過程，經(jīng)典的斜壓大氣特征形成，地面在長江下游形成氣旋波，3日夜間至4日，冷鋒南壓，自北向南影響華南地區(qū)。

2 物理量場分析

2.1 水汽條件分析

從低層的比濕場來看，早在2日08：00，850 hPa 12 k/kg的濕舌就已控制廣西大部分地區(qū)，3日濕舌進一步向北延伸，3日20：00，桂東北在850 hPa出現(xiàn)15 k/kg的高濕中心。從GPS水汽產(chǎn)品來看，2日白天廣西上空降水量已達(dá)到50 mm以上，并一直維持至4日13：00前后。從水汽通量散度的情況來看，3日08：00，在925 hPa以下桂西已出現(xiàn)較明顯的水汽輻合，而850 hPa是在20：00切變線逐步逼近廣西后，水汽才出現(xiàn)輻合。縱觀此次強降雨過程，近地面層的水汽輻合出現(xiàn)最早、強度也最強;至4日08：00，廣西上空925 hPa的水汽輻合明顯減弱，850 hPa的水汽輻合仍然維持，且輻合中心正位于柳州上空（圖3）。

2.2 動力條件分析

從散度場上看，5月3日20：00，200 hPa在長江中下游至南嶺一帶散度值顯著上升，湘黔桂交界一帶出現(xiàn)32×10-5S-1的輻散中心，該輻散中心一直維持至4日白天。對照200 hPa形勢可知，該輻散是由于西風(fēng)槽前的西南氣流與南亞高壓東北部的西北氣流之間出現(xiàn)分流所致的，該輻散中心所產(chǎn)生的抽吸作用對強降水是十分有利的。從低層的散度場來看，3日夜間，隨著冷鋒和切變線的南壓，桂北850 hPa以下各層出現(xiàn)明顯的輻合，并且一直維持至4日白天，最強的輻合出現(xiàn)在925 hPa及以下的近地面層。

從渦度場的變化來看，2—3日500 hPa高空槽東移過程中得到發(fā)展，對應(yīng)的渦度值顯著增加，渦度中心隨高空槽東移南壓。3日夜間至4日，桂北出現(xiàn)明顯的正渦度平流。從低層來看，與850 hPa切變線相對應(yīng)的正渦度帶3—4日東移南壓過程中逐步增強，4日08：00達(dá)到最強。而925 hPa與切變線相對應(yīng)的正渦度帶是3日20：00前后才形成的，且4日08：00已明顯減弱后趨于消失。結(jié)合低空環(huán)流形勢分析可知，850 hPa切變線南壓的過程中，南風(fēng)急流、北風(fēng)急流均維持，氣流氣旋性旋轉(zhuǎn)強度得以維持;而925 hPa西南超低空急流在切變線南壓進入桂北后減弱消失，該層次氣流氣旋性旋轉(zhuǎn)強度明顯減弱，4日白天850 hPa降雨動力條件維持，而近地面層的降雨動力條件不足。

2.3 能量條件分析

從K指數(shù)來看，5月2日08：00～20：00，起桂東北桂林站K指數(shù)從負(fù)值猛增至38，3日20：00，廣西北部百色、河池、桂林K指數(shù)分別達(dá)到40.6、36.3、37.5。CAPE值分別達(dá)到1 792.6、1 448.5、1 888.6。這一區(qū)域沙氏指數(shù)從1日起就一直維持負(fù)值。上述情況表明，在強降雨發(fā)生前，桂北層結(jié)不穩(wěn)定，不穩(wěn)定能量條件較好，十分有利于對流的發(fā)展。從桂林站T-LnP圖來看，3日20：00，桂林上空不穩(wěn)定能量充足，濕度層達(dá)到600 hPa，600 hPa以上存在干侵入，且600 hPa以下均為不穩(wěn)定層（圖4）;4日08：00，桂林上空已無對流有效位能，但濕層較厚，達(dá)到350 hPa左右，且對流層頂以下多個層次仍然處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，仍有一定的降水條件。

3 雷達(dá)回波分析

5月3日中午前后，桂北上空已出現(xiàn)零散的對流回波，強度中等到偏強，移向東北，移速約為40 km/h。3日傍晚開始，帶狀強回波自黔東南黎平、榕江、從江一帶東移南壓，移速35 km/h左右。22：00前后進入桂北時，回波帶上有多個50～63 dBZ的回波核，回波核頂高達(dá)到16～18 km。此時桂北上空仍不斷有零散的對流回波發(fā)展、東北移，接連影響融安縣和融水縣，并出現(xiàn)了列車效應(yīng)（圖5a）。01：00前后，帶狀回波主體東移南壓過程中與其前部的對流單體在融安縣城上空合并，強度增強，回波主體移速減緩，02：30前后回波核才移出融安縣城。由于回波主體前部對流單體的列車效應(yīng)、回波主體與對流單體合并增強、移速減緩的疊加影響，3日22：00～4日03：00融安縣城降雨量達(dá)到140 mm，4日01：00～02：00融安縣大坡鄉(xiāng)福上村出現(xiàn)了此次過程的最大小時雨強（67.8 mm/h）。

4日04：00～08：00，在鹿寨縣北部也出現(xiàn)了列車效應(yīng)與回波合并增強疊加影響（圖5b），黃冕鎮(zhèn)大端村4 h累計降雨量達(dá)到128 mm。此后，回波南壓的過程中，回波結(jié)構(gòu)變得松散，強度有所減弱，回波頂高從14～16 km，下降到10 km以下，對流發(fā)展明顯減弱。但08：00之后，仍導(dǎo)致融安和融水2個縣的南部、柳城、鹿寨、柳州城區(qū)等地出現(xiàn)了大范圍的暴雨區(qū)。

4 結(jié)論

（1）此次過程的主要影響系統(tǒng)是高空槽、低空切變線、低空急流、地面冷空氣。由于各系統(tǒng)配置良好，副高的存在阻滯了高空槽南段的東移、切變線南壓過程中西南低空急流維持;冷鋒前部西南暖低壓的存在均有利于強降雨的出現(xiàn)。

（2）500 hPa高原冷槽東移過程中由于超前于溫度槽而獲得發(fā)展、與南支槽出現(xiàn)了同位相疊加徑向度增強，切變線南壓過程中低空急流、超低空急流的維持，200 hPa高空輻散場的抽吸作用為強降雨的出現(xiàn)提供了良好的動力條件。

（3）過程發(fā)生前低空急流的建立為強降雨的出現(xiàn)提供了充分的水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)和不穩(wěn)定能量，而前傾槽、高層干侵入、地面冷空氣的南下促進了不穩(wěn)定能量的釋放與對流的發(fā)展。

（5）此次大暴雨過程雷達(dá)回波上出現(xiàn)了2次列車效應(yīng)和鋒前對流單體合并增強效應(yīng)疊加的影響，導(dǎo)致強降雨長時間持續(xù)，進而出現(xiàn)大暴雨、特大暴雨，在暴雨短時、臨近預(yù)報中這2種效應(yīng)疊加影響的情況值得重點關(guān)注。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Cause Analysis of a Heavy Rainstorm in Liuzhou City

FENG Xiaoling et al（Guangxi Liuzhou Meteorological Bureau， Liuzhou， Guangxi 545002）

Abstract Based on the data of conventional weather maps and new-generation weather radar products， a typical heavy rainstorm in the pre-flood season in Liuzhou city on May 3-4， 2021 was comprehensively analyzed. The results showed that the main influencing systems of this rainstorm process were upper trough， low altitude shear line， low altitude jet and surface cold air. Each system was well configured， which provided favorable conditions of power， water vapor and unstable energy for the occurrence of heavy rain. The forward dip trough， high level dry invasion， and the southward movement of cold air from the ground promoted the release of unstable energy. In this process， two train effects and prefrontal convective cell merging and strengthening effect appeared on radar echo. The superposition of these two effects should be paid special attention to in the short-time near forecast of rainstorm.

Key words Liuzhou; Heavy rain; Impact system; Train effect

作者簡介 馮曉玲（1979—），女，廣西柳州人，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報與服務(wù)工作。

收稿日期 2021-10-15