2023 年廣西暴雨強(qiáng)度極端性分析

劉國(guó)忠，覃衛(wèi)堅(jiān)，董良淼，陳業(yè)國(guó)，李生艷，梁存桂，梁嘉穎

（1.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022）

在全球氣候變暖的背景下，極端暴雨天氣氣候事件強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了平均態(tài)，往往引發(fā)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，特別是北京“7·21”、河南“7·20 ”［1-2］、華北“7·31”極端暴雨事件［3-4］造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失之后，極端暴雨受到了極大的關(guān)注［5-9］，廣西也發(fā)生了多次極端暴雨事件［10-12］，極端暴雨天氣氣候事件呈現(xiàn)頻發(fā)、重發(fā)、常態(tài)化的變化趨勢(shì)。針對(duì)暴雨極端性研究，很多專家從水汽通量、位渦、Q 矢量、散度等物理量診斷分析暴雨的極端性［13-16］，取得了一定的成果，對(duì)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供了有益的指導(dǎo)，但是暴雨強(qiáng)度指數(shù)極端性研究還不多見。暴雨極端性研究為氣象業(yè)務(wù)所急需，如中國(guó)氣象局在《中國(guó)氣象科技發(fā)展規(guī)劃（2021—2035）》《“十四五” 氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃》《暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力提升工作方案（2021—2025 年）》提出“制定全國(guó)分區(qū)域極端暴雨事件標(biāo)準(zhǔn)，分析全國(guó)極端暴雨事件分布特征和變化規(guī)律”，廣西壯族自治區(qū)氣象局《廣西氣象事業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》和《廣西暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力提升工作方案（2022—2025 年）》中提出“加強(qiáng)極端暴雨大尺度環(huán)流異常特征及維持機(jī)制研究，建立廣西極端暴雨歷史個(gè)例數(shù)據(jù)庫(kù)”?！皬V西壯族自治區(qū)氣象局極端暴雨形成機(jī)理及預(yù)報(bào)技術(shù)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”制定了廣西極端暴雨事件的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，開展了極端暴雨形成機(jī)理研究，取得了豐富的研究成果。

本文利用1961—2021 年地面氣象觀測(cè)站逐日降水觀測(cè)資料，建立廣西極端暴雨事件強(qiáng)度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，開展2023 年廣西暴雨強(qiáng)度極端性分析，加深對(duì)廣西暴雨災(zāi)害極端性的整體性、規(guī)律性認(rèn)識(shí)，以期對(duì)廣西極端暴雨災(zāi)害業(yè)務(wù)及研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

包括2023 年1—12 月廣西3 075 個(gè)地面氣象觀測(cè)站（其中89 個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站，簡(jiǎn)稱“國(guó)家站”）逐日降水觀測(cè)資料。

1.2 方法

（1）單站暴雨定義:氣象觀測(cè)站點(diǎn)24 h（北京時(shí)20—20 時(shí)，下同）雨量≥50 mm。

（2）區(qū)域性暴雨過程定義:廣西89 個(gè)國(guó)家站24 h逐日降雨量≥50 mm 的站數(shù)在4 站以上，至少有1 d出現(xiàn)10 站及以上日降雨量≥50 mm，持續(xù)天數(shù)≥2 d。

（3）根據(jù)廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)業(yè)務(wù)規(guī)定，按暴雨發(fā)生范圍將暴雨日劃分為局地性暴雨日、區(qū)域性暴雨日及全區(qū)性暴雨日三種類型。局地性暴雨日:廣西國(guó)家站89 站中1～9 站24 h 雨量≥50 mm。區(qū)域性暴雨日: 廣西國(guó)家站89 站中10～19 站24 h 雨量≥50 mm。全區(qū)性暴雨日:廣西國(guó)家站89 站中≥20 站24 h雨量≥50mm。區(qū)域性暴雨日和全區(qū)性暴雨日統(tǒng)稱為區(qū)域性以上暴雨日。

（4）“廣西壯族自治區(qū)氣象局極端暴雨形成機(jī)理及預(yù)報(bào)技術(shù)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”將廣西極端暴雨分為三種類型:站點(diǎn)極端暴雨、區(qū)域性極端暴雨日、區(qū)域性極端暴雨過程，分別對(duì)應(yīng)局地暴雨災(zāi)害、單日大范圍暴雨災(zāi)害、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)范圍廣的暴雨災(zāi)害過程三種暴雨災(zāi)害，其中站點(diǎn)極端暴雨又分為1、3、6、24 h 極端暴雨。

（5）利用1961—2021 年地面氣象觀測(cè)站逐日降水觀測(cè)資料，建立廣西極端暴雨事件強(qiáng)度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算每次站點(diǎn)暴雨、區(qū)域性以上暴雨日、區(qū)域性暴雨過程綜合強(qiáng)度。

暴雨事件強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算公式［17］:

D 為暴雨過程持續(xù)天數(shù)，St為第t 天出現(xiàn)暴雨站數(shù)，Rt，i為暴雨過程中第t 天的第i 站日降水量≥50 mm 的日降水量。

采用百分位數(shù)計(jì)算法，選取最強(qiáng)5%各類型暴雨為極端暴雨，利用公式（1）統(tǒng)計(jì)并建立了各類極端暴雨事件閾值標(biāo)準(zhǔn)。可以看出，站點(diǎn)暴雨綜合強(qiáng)度與降雨量值有關(guān)，數(shù)值與雨量值一樣；區(qū)域性暴雨日綜合強(qiáng)度與暴雨站數(shù)和各站點(diǎn)降雨量有關(guān)；區(qū)域暴雨過程強(qiáng)度與暴雨站數(shù)、各站點(diǎn)降雨量和持續(xù)天數(shù)有關(guān)。計(jì)算得到區(qū)域性極端暴雨日綜合強(qiáng)度指數(shù)閾值為535.60，區(qū)域性極端暴雨過程綜合強(qiáng)度指數(shù)閾值為701.30，廣西3 075 個(gè)地面氣象觀測(cè)站有各自極端暴雨強(qiáng)度指數(shù)閾值。

2 2023 年暴雨強(qiáng)度極端性分析

2.1 站點(diǎn)暴雨強(qiáng)度極端性分析

2023 年廣西3 075 個(gè)地面氣象觀測(cè)站共出現(xiàn)24 h 極端暴雨928 站次，分布在3—12 月的31 個(gè)時(shí)段，共65 d，平均每天約14 站次（表1），各縣（區(qū)）均有出現(xiàn)，具有發(fā)生數(shù)量多、時(shí)間跨度長(zhǎng)、空間分布廣、時(shí)空分布不均等特征。從89 個(gè)國(guó)家站（城市站）24 h極端暴雨（表2）可見，全區(qū)出現(xiàn)站點(diǎn)極端暴雨14 站次，分布在5—10 月的8 個(gè)時(shí)間段，共19 d，大多持續(xù)1～2 d，最多持續(xù)4 d，平原、城市與山區(qū)、鄉(xiāng)村極端暴雨的差異明顯，山區(qū)、鄉(xiāng)村比平原、城市多發(fā)，這可能與地形相關(guān)。因此，對(duì)于站點(diǎn)極端暴雨發(fā)生需要特別關(guān)注特殊地形下中小尺度天氣系統(tǒng)影響。

表1 2023 年1—12 月地面氣象觀測(cè)站24h 極端暴雨時(shí)段

表2 2023 年1—12 月國(guó)家站24h 極端暴雨強(qiáng)度

2.2 暴雨日強(qiáng)度極端性分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023 年廣西共出現(xiàn)暴雨日106 d，其中局地性暴雨日92 d、區(qū)域性暴雨日10 d 及全區(qū)性暴雨日4 d（表3），區(qū)域性以上暴雨日14 d 分布在4—10月，主要集中在6 月，比歷史平均（17.9 d）約少4 d［18］。造成區(qū)域性以上暴雨日的主要天氣系統(tǒng)為熱帶天氣系統(tǒng)8 d（臺(tái)風(fēng)4 d、臺(tái)風(fēng)殘渦2 d、南海熱帶擾動(dòng)2 d）和西風(fēng)帶冷空氣6 d，熱帶天氣系統(tǒng)多于西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)，造成廣西南部暴雨災(zāi)害頻次比北部高，這與常年情況相反。弱于熱帶低壓的臺(tái)風(fēng)殘渦及南海熱帶擾動(dòng)等弱天氣系統(tǒng)也造成區(qū)域性以上暴雨日，這種情況以往較為少見。區(qū)域性以上暴雨日的國(guó)家站最大雨量多為大暴雨，其中南海熱帶擾動(dòng)和2316 號(hào)臺(tái)風(fēng)“三巴”影響時(shí)，國(guó)家站最大雨量為特大暴雨，國(guó)家站日最大雨量為429.9 mm，地面氣象觀測(cè)站日最大雨量553.6 mm，局地降雨強(qiáng)度大。11 次區(qū)域性以上暴雨日國(guó)家站沒有出現(xiàn)站點(diǎn)極端暴雨，3 次有1 次為站點(diǎn)極端暴雨，區(qū)域性以上暴雨日綜合強(qiáng)度指數(shù)為221.10～474.40，最強(qiáng)指數(shù)為2304 號(hào)臺(tái)風(fēng)“泰利”造成的7 月18 日30 個(gè)國(guó)家站暴雨以上降雨的全區(qū)性暴雨日，但強(qiáng)度未達(dá)到區(qū)域性極端暴雨日綜合強(qiáng)度指數(shù)閾值535.60，2023 年度廣西無區(qū)域性極端暴雨日。據(jù)災(zāi)情統(tǒng)計(jì)，這與2023 年度沒有發(fā)生單日大范圍嚴(yán)重暴雨災(zāi)害一致，主要原因是在區(qū)域性以上暴雨日，站點(diǎn)極端暴雨出現(xiàn)偏少。

表3 2023 年1—12 月區(qū)域性以上暴雨日信息表

從表1 和表2 綜合分析可以看出，區(qū)域性以上暴雨日較少出現(xiàn)站點(diǎn)極端暴雨，而大量局地性暴雨日伴有站點(diǎn)極端暴雨，一些局地性暴雨日伴有大量站點(diǎn)極端暴雨，引發(fā)嚴(yán)重局地性暴雨日災(zāi)害，主要個(gè)例如下:

（1）2023 年4 月24 日廣西局地性暴雨日，主要造成玉林一帶的集中災(zāi)害。7 個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)暴雨，暴雨區(qū)主要位于玉林市轄區(qū)，最大24 h 雨量出現(xiàn)在陸川縣良田鎮(zhèn)車田村259.4 mm。分析暴雨的極端性，9個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)極端暴雨，無國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨。24 日10 時(shí)陸川縣良田鎮(zhèn)車田村1h 雨量為166.8 mm，破玉林市1h 雨量歷史極值，為廣西歷史第三位。24 日09 時(shí)博白縣寧潭鎮(zhèn)1h 雨量為143.6 mm，破博白縣1h 雨量歷史極值。

（2）2023 年5 月22 日廣西局地性暴雨日，主要造成桂林一帶的集中災(zāi)害。6 個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)暴雨，暴雨以上降雨區(qū)域主要位于桂林市轄區(qū)，其中桂林國(guó)家站大暴雨，最大24 h 雨量為桂林市秀峰區(qū)甲山琴潭329.4 mm。分析暴雨的極端性，13 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)站點(diǎn)極端暴雨，桂林國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨。5 月22 日06 時(shí)桂林市秀峰區(qū)甲山琴潭1 h 雨量為160.6 mm，22 日06—08 時(shí)桂林市秀峰區(qū)甲山琴潭3h 雨量為300.1 mm，均破桂林城區(qū)歷史極值，為桂林市歷史第二位、廣西歷史第四位。

（3）2023 年8 月24 日廣西局地性暴雨日，主要造成百色市北部山區(qū)的集中災(zāi)害。9 個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)暴雨以上降雨，暴雨區(qū)主要位于百色市轄區(qū)，其中田林、靖西兩站出現(xiàn)大暴雨。分析暴雨的極端性，14 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)極端暴雨，田林、靖西兩個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨，最大24 h 雨量出現(xiàn)在凌云縣岑王老山東南側(cè)249.5 mm，是百色市2008 年以來8 月歷史同期日最大降雨量，24 日04 時(shí)田林縣八渡鄉(xiāng)小時(shí)雨量83.2 mm，為田林縣8 月歷年最大小時(shí)雨量。

可見，暴雨日的強(qiáng)度及災(zāi)害與站點(diǎn)極端暴雨出現(xiàn)數(shù)量和強(qiáng)度相關(guān)，綜合強(qiáng)度強(qiáng)的暴雨日包含數(shù)量多和強(qiáng)度強(qiáng)的站點(diǎn)極端暴雨，暴雨日災(zāi)害也越強(qiáng)。區(qū)域性極端暴雨日反映單日大范圍極端暴雨及災(zāi)害，預(yù)報(bào)區(qū)域性極端暴雨日可視同于預(yù)報(bào)單日大范圍極端暴雨災(zāi)害。

2.3 區(qū)域性暴雨過程強(qiáng)度極端性分析

2023 年廣西出現(xiàn)區(qū)域性暴雨過程5 次（表4），在6—10 月，持續(xù)天數(shù)2～5 d，國(guó)家站出現(xiàn)暴雨20～86站，國(guó)家站最大累計(jì)雨量223.4～592.2 mm，地面氣象觀測(cè)站最大累計(jì)雨量356.4～914.6 mm，綜合強(qiáng)度指數(shù)為462.90～729.20，所有過程最大累計(jì)雨量具有地面氣象觀測(cè)站大于國(guó)家站的特征，表明暴雨與地形相關(guān)的特點(diǎn)。區(qū)域性暴雨過程由臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)殘渦、南海熱帶擾動(dòng)、冷空氣等4 種主要影響天氣系統(tǒng)造成［19-21］。

表4 2023 年1—12 月區(qū)域性暴雨過程信息表

2.3.1 區(qū)域性極端暴雨過程分析

2023 年6 月22—26 日“龍舟水”天氣過程綜合強(qiáng)度指數(shù)為729.20，超過區(qū)域性極端暴雨過程綜合強(qiáng)度指數(shù)閾值701.30，為2023 年唯一的一次區(qū)域性極端暴雨過程。受冷空氣伴暖區(qū)影響，全區(qū)出現(xiàn)暴雨，過程持續(xù)5 d，國(guó)家站暴雨總站數(shù)86 站，國(guó)家站日最大雨量為22 日宜州139.3 mm，地面氣象觀測(cè)站日最大雨量出現(xiàn)在22 日都安拉烈鎮(zhèn)拉烈村305.9 mm，最大過程雨量為賀州八步蓮塘炭沖487.3 mm；有243 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)極端暴雨，其中宜州、龍州2 個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨。這次暴雨過程具有最大的站點(diǎn)極端暴雨數(shù)，造成全區(qū)大范圍的暴雨災(zāi)害。

2.3.2 其他類型區(qū)域性暴雨過程分析

與暴雨日相似，其他4 次區(qū)域性暴雨過程均伴有站點(diǎn)極端暴雨，一些區(qū)域性暴雨過程伴有大量站點(diǎn)極端暴雨，造成嚴(yán)重局地暴雨災(zāi)害過程。主要個(gè)例如下:

（1）2023 年6 月8—9 日廣西區(qū)域性局地暴雨災(zāi)害過程。受南海熱帶擾動(dòng)影響，北海、欽州、防城港及玉林市出現(xiàn)暴雨，過程持續(xù)2 d，國(guó)家站暴雨總站數(shù)20 站，國(guó)家站日最大雨量為8 日北海429.9 mm，地面氣象觀測(cè)站日最大雨量為9 日鐵山港石頭埠為553.6 mm，最大過程雨量為鐵山港石頭埠714.3 mm。分析暴雨的極端性，34 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)24 h 極端暴雨，其中北海、合浦2 個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)24 h極端暴雨。9 日02—04 時(shí)3 h 北海鐵山港區(qū)興港雨量為272.3 mm，突破北海市3 h 雨量歷史極值，8 日23 時(shí)—9 日04 時(shí)6 h 雨量為440.5 mm，突破廣西6 h歷史極值，24 h 雨量為614.7 mm，突破北海市24 h雨量歷史極值。這次暴雨過程造成沿海至桂東南一帶較大范圍的災(zāi)害。

（2）2023 年9 月11—14 日廣西區(qū)域性局地暴雨災(zāi)害過程。受2311 號(hào)臺(tái)風(fēng)“海葵”殘渦影響，玉林、北海、欽州、防城港等市出現(xiàn)暴雨，過程持續(xù)4 d，國(guó)家站暴雨總站數(shù)30 站，國(guó)家站日最大雨量為11 日博白329.3 mm，地面氣象觀測(cè)站日最大雨量為11日博白水鳴新和404.7 mm，最大過程雨量為鐵山港進(jìn)港航道大牛石燈樁516.2 mm。分析暴雨的極端性，138 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)極端暴雨，其中博白國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨。博白國(guó)家站24 h 雨量374.2 mm 和11 日20 時(shí)日雨量329.3 mm 均突破歷史極值。這次暴雨過程造成沿海至桂東南一帶較大范圍的災(zāi)害。

（3）2023 年10 月19—22 日廣西區(qū)域性局地暴雨災(zāi)害過程。受2316 號(hào)臺(tái)風(fēng)“三巴”伴冷空氣影響，過程持續(xù)4 d，北海、玉林、欽州、梧州、貴港等市出現(xiàn)暴雨，國(guó)家站暴雨總站數(shù)30 站，國(guó)家站日最大雨量為20 日北海295.0 mm，地面氣象觀測(cè)站日最大雨量為20 日北海銀海僑港亞平453.5 mm，最大過程雨量為北海銀海僑港亞平914.6 mm。分析暴雨的極端性，276 個(gè)地面氣象觀測(cè)站出現(xiàn)極端暴雨，其中北海國(guó)家站出現(xiàn)極端暴雨。北海銀海僑港鎮(zhèn)亞平氣象觀測(cè)站24 h 雨量780.3 mm，打破廣西有觀測(cè)記錄以來24 h 最大降水量紀(jì)錄，玉林博白東平氣象觀測(cè)站24 h 雨量522.1 mm，破博白縣24 h 最大降水量紀(jì)錄。北海銀海僑港亞平過程雨量914.6 mm 破北海記錄。這次暴雨過程造成沿北海、玉林一帶嚴(yán)重集中災(zāi)害。

可見，區(qū)域性暴雨過程的強(qiáng)度及災(zāi)害也與站點(diǎn)極端暴雨出現(xiàn)數(shù)量和強(qiáng)度相關(guān)，綜合強(qiáng)度強(qiáng)的區(qū)域性暴雨過程包含數(shù)量多和強(qiáng)度強(qiáng)的站點(diǎn)極端暴雨，暴雨過程災(zāi)害也越強(qiáng)。區(qū)域性極端暴雨過程反映暴雨過程大范圍極端暴雨災(zāi)害，預(yù)報(bào)區(qū)域性極端暴雨過程可視同于預(yù)報(bào)大范圍區(qū)域性極端暴雨災(zāi)害過程。

3 結(jié)論

文中利用地面氣象觀測(cè)站逐日降水觀測(cè)資料，建立廣西極端暴雨事件強(qiáng)度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，開展2023 年廣西暴雨強(qiáng)度極端性分析，得到以下結(jié)論:

（1）2023 年站點(diǎn)極端暴雨具有發(fā)生數(shù)量多、時(shí)間跨度長(zhǎng)、空間分布廣、時(shí)空分布不均及山區(qū)多于平原等特征。無區(qū)域性極端暴雨日及單日全區(qū)性大范圍災(zāi)害，有一次區(qū)域性極端暴雨過程和全區(qū)性持續(xù)性災(zāi)害。

（2）在站點(diǎn)極端暴雨頻發(fā)背景下，由于時(shí)空分布不均，造成嚴(yán)重局地性暴雨災(zāi)害日和局地暴雨災(zāi)害過程。

（3）區(qū)域性以上暴雨日和區(qū)域性暴雨過程主要發(fā)生在西風(fēng)帶冷空氣、南海熱帶擾動(dòng)、臺(tái)風(fēng)及其殘渦等四種天氣系統(tǒng)影響下。由于熱帶天氣系統(tǒng)多于西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)，造成南部暴雨災(zāi)害頻次比北部高，這與常年情況相反。

（4）區(qū)域性極端暴雨日及區(qū)域性極端暴雨過程分別與單日大范圍暴雨災(zāi)害和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的大范圍暴雨災(zāi)害相關(guān)，研究區(qū)域性極端暴雨日及區(qū)域性極端暴雨過程的成因有重要意義。