廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水特征與天氣學分型研究

李華實，王東海，陸虹，陳思蓉，曾智琳，張春燕

(1. 中山大學大氣科學學院/廣東省氣候變化與自然災害研究重點實驗室/南方海洋科學與工程廣東省實驗室，廣東 珠海 519082；2. 廣西壯族自治區(qū)氣候中心，廣西 南寧 530022；3.崇左市氣象局，廣西 崇左 532200)

1 引言

持續(xù)性強降水極易造成洪澇災害，同時極易引發(fā)泥石流、塌方和滑坡等次生災害，更具高致災性，直接或間接地對人民生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴重影響，甚至對人民生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅，因此持續(xù)性強降水一直是當今國內(nèi)外氣象領域研究的重點和熱點。近年來一些研究[1-3]表明，全球氣候變暖大背景下，有些區(qū)域極端降水和極端持續(xù)性強降水頻發(fā)，極端性有增強的趨勢。此外，不少學者也對持續(xù)性強降水的統(tǒng)計特征、機理和預測技術進行了研究，以及對其進行分型研究，揭示了持續(xù)性強降水的潛在特征規(guī)律，取得了一些有意義的成果。張瑜等[4]利用HYSPLIT 模式揭示江淮持續(xù)性強降水的水汽源地和輸送通道統(tǒng)計特征，形成初步水汽輸送概念模型；Zhao 等[5]利用大尺度環(huán)流的動力學特征，研究華南的持續(xù)性強降水機理，得到不同類型的環(huán)流背景場下羅斯貝波的時空分布特征。Zhao 等[6]利用等熵位渦(IPV)的季節(jié)內(nèi)振蕩(CISOs)分析持續(xù)性強降水中兩個氣候型對應的持續(xù)性正季節(jié)內(nèi)振蕩(PPCISOs)前的對流層頂附近的擴展信號，發(fā)現(xiàn)IPV CISOs比未濾波的IPV能更好地觀測到前兆信號。Zhao 等[7]和王東海等[8]提出了一系列動力延伸預測技術，暴雨及以上量級的持續(xù)性強降水時效得到較明顯提高。張端禹等[9]根據(jù)南亞高壓形態(tài)以及夏季風開始時間，將華南前汛期持續(xù)強降水劃分夏季風降水前、后南亞高壓東部型，夏季風降水后南亞高壓帶狀、西部型共4 個類型，并從150 hPa 和500 hPa 位勢高度場、高空急流以及降水差異進行特征分析。戴澤軍等[10]將湖南區(qū)域持續(xù)性強降水進行聚類合成分析，得到湘西北型、湘中偏北型、湘中偏南型及湘東南型等4類空間型，同時指出近地層切變和強水汽輻合中心能較好指示四類型落區(qū)。周璇等[11]運用客觀分類將華北區(qū)域持續(xù)性極端強降水為經(jīng)向型、緯向型、減弱的登陸熱帶氣旋型和初夏型4類，揭示了不同持續(xù)性強降水的鋒面結(jié)構、大氣不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)以及水汽輸送特征。以上研究有利于我們認識持續(xù)性強降水的特征規(guī)律，同時對持續(xù)性強降水的預報預測技術提供一些重要理論參考。

牛若蕓等[12]研究指出在不同的天氣系統(tǒng)和地形影響下，持續(xù)強降水具有較明顯的地域和特征差異。華南地區(qū)南臨熱帶海洋，北接南嶺山地，西延云貴高原，地形復雜，廣東、廣西的海陸地形與熱力差異較大，觸發(fā)兩地暴雨的機制以及特征也不盡相同[13-15]。另外，陳見等[16]指出季風低壓引起廣西區(qū)域性以上暴雨過程較少，而曾智琳等[17]和李明華等[18]研究表明季風低壓能觸發(fā)長生命周期的線狀MCS，造成華南南部大范圍持續(xù)性強降水，且具有一定極端性，預報難度大，也值得引起關注。綜上所述，雖然學者對華南強降水進行了不少的分型研究，但廣西強降水的特征及影響系統(tǒng)又有其獨特一面。因此，相較前人對華南以及廣西暴雨的分型，本文亦結(jié)合實際環(huán)流背景將考慮季風低壓影響的持續(xù)性強降水，擬利用1979—2019 年91 個廣西國家級氣象觀測站日降水資料、CMA 熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集以及ERA5 再分析資料豐富持續(xù)性強降水天氣學分型研究，為廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水的預報預測提供依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)與資料

(1) 經(jīng)廣西氣象信息中心質(zhì)控的1979—2019年91 個國家級氣象觀測站的日降水數(shù)據(jù)集，以前一天20 時至當天20 時(北京時間，下同)的24 小時累積降水量為當天的日降水量，主要用于篩選廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程以及特征分析。

(2) 1979—2019年CMA 熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集(https://tcdata.typhoon.org.cn)，用于篩選持續(xù)性強降水過程的熱帶氣旋個例。

(3) 1979—2019 年歐洲中期天氣預報中心(簡稱ECMWF)提供的ERA5 逐小時(水平分辨率0.25 °×0.25 °、垂直37層)再分析資料數(shù)據(jù)集，主要用于天氣學分類合成平均分析，探究不同類型過程的關鍵環(huán)流特征與影響系統(tǒng)。

2.2 分析方法

(1) 本研究中單站暴雨是指國家級氣象觀測站的日降水量大于或等于50 mm。目前廣西大范圍持續(xù)性強降水過程的定義尚無標準，但從降水強度、持續(xù)時間和影響范圍三個方面判定各氣象學者達成了共識。陶詩言[19]定義單站連續(xù)3 d 或以上出現(xiàn)暴雨稱為單站持續(xù)性暴雨過程，而鮑名[20]進一步指出持續(xù)性強降水是在一定區(qū)域范圍內(nèi)連續(xù)3 d或以上出現(xiàn)暴雨的事件。根據(jù)《廣西天氣預報技術和方法》[21]中判定持續(xù)性強降水事件方法，本研究定義廣西汛期(4—9 月)大范圍持續(xù)性強降水過程為：廣西91個國家級氣象觀測站中，暴雨站數(shù)大于3站且持續(xù)天數(shù)在3 d 以上(含3 d)，同時過程中至少有1 d 的暴雨站數(shù)在10 站次以上(含10 站次)，且過程中出現(xiàn)暴雨在40 站次以上(含40 站次)的降水過程。通過以上定義和指標，本文從1979—2019 年資料中篩選得到51 次大范圍持續(xù)性強降水過程。

此外，在統(tǒng)計和處理發(fā)生月份時，如果廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程橫跨兩個月，則此兩個月中各計發(fā)生0.5 次，如2017 年6 月30 日—7 月3日的廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程，2017年6、7月各計發(fā)生0.5次。

(2) 根據(jù)持續(xù)性強降水過程發(fā)生首日的08 時的環(huán)流形勢、鋒生結(jié)構、水汽條件以及降水差異特征對51 個過程進行天氣學分型，然后利用ERA5再分析資料開展分類型格點對格點的加權平均合成分析。

(3) 本研究參考Miller[22]、朱乾根等[23]以及段旭等[24]采用相當位溫θe為熱力參數(shù)計算鋒生函數(shù)，|?θe|表示位溫水平和垂直梯度的絕對值，則p坐標下的鋒生函數(shù)F如式(1)所示：

其中，

式(1)中F1、F2、F3 和F4 分別表示為非絕熱加熱項、垂直運動傾斜項、水平散度項和水平形變項，其中在持續(xù)性強降水過程中空氣濕度較大，垂直運動接近濕絕熱過程，因此非絕熱加熱項F1 在濕絕熱條件下可忽略[25]，本文以動力鋒生分析為主。式(3)中ω表示p坐標下的垂直速度，式(4)和(5)中u表示緯向風、v表示經(jīng)向風。計算過程中采用中央差分格式，鋒生函數(shù)F及其各分項大于0表示鋒生，反之表示鋒消。

3 大范圍持續(xù)性強降水基本氣候特征

1979—2019 年的41 年中(圖1，見下頁)，大范圍持續(xù)性強降水過程平均每年發(fā)生1.2 次，最多的年份有4 次(1994 年)，共有12 年則沒有出現(xiàn)(如1980、1992、2003、2013、2018 年等)；廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程年頻次略有增加的趨勢，但其線性變化趨勢不明顯，變化速率為0.004 次/年，這與李慧等[26]研究同樣表明華南大部地區(qū)持續(xù)性強降水過程有增加趨勢的研究結(jié)論較一致。

圖1 廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程頻次年變化

從發(fā)生月份來看(圖2a，見下頁)，4 月未發(fā)生過持續(xù)性強降水，原因是此時廣西高空為較平直的副熱帶西風急流，大氣層結(jié)相對穩(wěn)定，降水強度整體偏弱[27]。持續(xù)性強降水多發(fā)生在6—7 月，達32 次，占總數(shù)51 次的62.8%，前汛期發(fā)生頻率52.0% 要略大于后汛期(48.0%)。5 月有明顯增多的趨勢，與平均日期在第4候即5月16—20日建立的南海夏季風有密切關系[28-29]，季風爆發(fā)后南亞高壓北跳至青藏高原，廣西處于南亞高壓東部以及高空急流出口區(qū)右側(cè)的強輻散區(qū)，西南季風輸送豐富的孟加拉灣和南海水汽，大氣層結(jié)趨于強的不穩(wěn)定，鋒生增強，對流旺盛，6—7 月達到盛期；8月開始持續(xù)性強降水明顯減少，與南海夏季風緩慢撤退有一定關系[30]，此時北方冷空氣開始頻繁南下，降水強度趨于減弱。其中持續(xù)6 d 以上(含)(圖略)，同樣多發(fā)生在6—7月，達7 次，占總數(shù)8次的85.7%，因此持續(xù)性的極端性多發(fā)在6—7月。

圖2 廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程發(fā)生月份頻率分布(a)和持續(xù)天數(shù)頻率分布(b)

從持續(xù)天數(shù)來看(圖2b)，大范圍持續(xù)性強降水過程平均持續(xù)天數(shù)為4.4 d，大多為3～5 d，達42 次，占總數(shù)51 次的82.4%，其中持續(xù)天數(shù)又以3 d、4 d最多(66.7%)，持續(xù)9 d以上僅有2次(4.0%)。

從范圍來看(圖3a，見下頁)，廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程多出現(xiàn)40～54 站次暴雨事件，達43次，占總數(shù)51次的84.3%，所有過程中最大范圍暴雨站數(shù)達72 站，歷史僅出現(xiàn)一次(1988 年6月)。從單日降水強度看(圖3b)，廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程最大日降水量多在100～400 mm ，占總數(shù)的96.0%，其中最大日降水量在300 mm 以上的過程占23.6%，日降水量單站極值達509.2 mm，出現(xiàn)在北海(1981年7月24日)。

圖3 廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程的暴雨范圍(a)和最大日降水量(b)

4 大范圍持續(xù)性強降水的天氣學分型與降水特征

4.1 大范圍持續(xù)性強降水的六種主要類型

根據(jù)挑選的51次廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程，綜合分析其天氣尺度環(huán)流背景、影響系統(tǒng)以及強降水發(fā)生的環(huán)境條件，本文將廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水歸納總結(jié)為六種常見類型，即華北槽型、南支槽型、低渦切變型、副高邊緣型、熱帶氣旋型以及季風低壓型。

4.2 不同類型過程的降水特征與差異

表1列出六種持續(xù)性強降水類型的統(tǒng)計特征，圖4 則顯示各類型的合成日平均降水強度空間分布，可見不同類型的強降水特征差異較明顯。華北槽型(圖4a)年出現(xiàn)頻率最大，但平均持續(xù)時間最短(3.8 d)，持續(xù)性強降水主要發(fā)生在桂東北，主雨帶呈東北-西南走向，合成日平均降水強度在中雨到大雨之間，相對均勻，最大合成日平均降水強度為46.7 mm/d。南支槽型(圖4b)年出現(xiàn)頻率為0.17，平均持續(xù)時間最長，且持續(xù)的極端性明顯，最長持續(xù)時間達11 d，平均影響范圍最廣，桂北和桂南沿海有雙雨帶，桂北雨帶主要呈東北-西南向分布，而桂南沿海暖區(qū)雨帶呈東西分布且局地性更強，合成平均日降水強度達56.7 mm/d。低渦切變型(圖4c)年出現(xiàn)頻率較大(0.27)，但平均持續(xù)時間最短，平均影響范圍最小、日降水極端性最弱，持續(xù)性強降水發(fā)生在桂東北，雨帶分布與華北槽型和南支槽型桂北部雨帶類似，最大合成平均日降水強度為52.1 mm/d，此類型對桂西南影響最小。副高邊緣型(圖4d)年出現(xiàn)頻率為0.15，平均持續(xù)時間為4.2 d，持續(xù)性強降水發(fā)生在桂南沿海，呈東西帶狀分布，且局地性較強，其次桂北有分散的持續(xù)性強降水，降水分布不均勻，最大合成平均日降水強度為64.8 mm/d。熱帶氣旋型(圖4e)年出現(xiàn)頻率為0.24，平均持續(xù)時間4.2 d，持續(xù)強降水主要發(fā)生在桂南，雨帶大致呈東南-西北向分布，最大合成平均日降水強度69.5 mm/d，日降水極端性最強。季風低壓型(圖4f)年出現(xiàn)頻率較低(0.10)，平均持續(xù)時間為5.5 d，持續(xù)性強降水主要發(fā)生在桂南，呈東西帶狀分布，在沿海局地降水強度大，最大合成平均日降水強度達89.4 mm/d，為所有類型中最大。

表1 各類型統(tǒng)計情況表

圖4 廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水分類型合成日平均降水強度空間分布(單位：mm/d)

總體來看，華北槽、南支槽以及低渦切變型的降水強度相當，落區(qū)重疊性較高(主要分布在桂東北)，雨帶大致呈東北-西南走向，副高邊緣型分布具有明顯的不均勻性和分散性特征，熱帶氣旋及季風低壓型降水分布較為類似，集中在桂南地區(qū)，降水強度大且分布在桂南沿海。一些試驗和研究[13-14,31-33]表明前三類型主要由冷空氣南下受特殊地形阻擋并與暖濕空氣交綏而引起鋒生和旺盛對流，強降水主要位于桂北；后三類型則大多由地形抬升暖空氣、狹管效應對氣流的較強輻合以及低層暖濕氣流與地形摩擦輻合作用而引起鋒生和旺盛對流，因此強降水主要位于沿海。此外，各類型持續(xù)性強降水主要落區(qū)與黃海洪等[21]和陳劉鳳[34]指出的暴雨中心較一致。

5 不同類型大范圍持續(xù)性強降水過程的動力、熱力與水汽輸送特征

為了對比不同類型大范圍持續(xù)性強降水過程發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件特征與差異，本節(jié)將從動力、熱力與水汽輸送等方面開展合成分析，以期揭示其分類型的差異化特征，為廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水的預報預測提供依據(jù)。

5.1 動力鋒生結(jié)構特征及熱力差異

鋒生函數(shù)是一個表征大氣動力、熱力特征的綜合性物理量，近年不少學者將其運用于暴雨天氣的診斷分析中。楊秀莊等[35]利用鋒生函數(shù)研究云貴高原東側(cè)引發(fā)初夏暴雨的MCS 演變特征，表明水平輻散項對地面鋒生起關鍵作用，而水平輻散項和水平變形項共同對中低層鋒生起作用。狄瀟泓等[36]指出中尺度暴雨云團往鋒生函數(shù)梯度方向移動，且其梯度大小與降水量有一定正相關。另外，蒙偉光等[37]還發(fā)現(xiàn)中尺度對流系統(tǒng)與鋒生相互反饋作用，即對流使鋒生增強的同時，鋒生又促進MCS 的組織發(fā)展。由此可見，鋒生結(jié)構特征與暴雨云團等中尺度系統(tǒng)的發(fā)展演變有著密切聯(lián)系，對降水產(chǎn)生重要作用。

圖5為鋒生、相當位溫θe以及風場的水平分布特征，可見廣西低層均呈現(xiàn)暖濕結(jié)構(θe大值區(qū))，除熱帶氣旋型外，鋒生多在暖濕舌的東側(cè)或東南側(cè)以及θe鋒區(qū)與低層急流重疊附近發(fā)展。各類型鋒生分布特征與持續(xù)性強降水落區(qū)和強度(圖4)有一定對應，但仍有較明顯差異。華北槽(圖5a)、南支槽(圖5b)和低渦切變型(圖5c)水平鋒生結(jié)構相似、強度相當，但對應著桂北、桂南沿海雙雨帶的南支槽型存在桂北鋒生區(qū)和沿海鋒生區(qū)，由于兩者鋒生結(jié)構有較大明顯差異，下文將繼續(xù)分別探討垂直結(jié)構差異(圖5b 黃虛線方框區(qū)域)。副高邊緣型(圖5d)鋒生主要位于桂南沿海，呈現(xiàn)多個橢圓形強鋒生區(qū)且范圍較大，局地鋒生強。熱帶氣旋型(圖5e)鋒生主要位于桂南，強鋒生呈寬廣帶狀且在臺風南側(cè)發(fā)展，其不對稱性結(jié)構也較明顯，與前人研究登陸臺風的非對稱性結(jié)構相類似[38-40]。季風低壓型(圖5f)在沿海有兩個橢圓形強鋒生區(qū)且范圍較大，局地鋒生強，強降水在沿海的強鋒生區(qū)內(nèi)發(fā)展。

圖5 900 hPa正鋒生函數(shù)(填色，單位：10-8 K/(m·s))、875 hPa相當位溫θe(等值線，單位：K)以及風場(箭頭)

為了深入探討各類型鋒生垂直結(jié)構與降水的差異特征，下文將按圖5中的黃虛線所示經(jīng)度作垂直剖面并繪制成圖6，以及黃色方框為平均區(qū)域作垂直鋒生廓線并繪制成圖7，其中將南支槽型分為兩個鋒生結(jié)構存在差異較明顯的強降水區(qū)域討論，即南支槽型桂北鋒生區(qū)和沿海鋒生區(qū)。

圖6 正鋒生函數(shù)(填色，單位：10-8 K/(m· s))、相當位溫θe(單位：K)以及經(jīng)向環(huán)流(v，ω×100)(箭頭，v的單位為m/s，ω的單位為Pa/s)的垂直剖面

圖7 各類型持續(xù)性強降水區(qū)域平均的鋒生函數(shù)垂直廓線特征(單位：10-9 K/(m·s))

圖6為鋒生、相當位溫θe以及風場的垂直分布特征，各類型持續(xù)性強降水結(jié)構特征更立體。由此可見南支槽型桂北鋒生型(圖6b)垂直結(jié)構與華北槽型(圖6a)、低渦切變型(圖6c)較為類似，較強鋒生位于875～850 hPa 之間；而其沿海鋒生與副高邊緣型(圖6d)、熱帶氣旋型(圖6e)以及季風低壓型(圖6f)又存在相似特征，表現(xiàn)為近地層強的鋒生帶，其中熱帶氣旋型和季風低壓型更為深厚，或許正是這些更低的強鋒生即低質(zhì)心降水系統(tǒng)產(chǎn)生高效率的暖云降水[41]，造成熱帶氣旋型和季風低壓型更強烈的降水(圖4)。此外，與水平結(jié)構類似，各類型在鋒區(qū)附近上空都表現(xiàn)出一定的暖濕結(jié)構(暖濕舌、暖濕中心等)，同時華北槽型、南支槽型以及低渦切變型在鋒區(qū)北部的中低層都存在一定干冷空氣的侵入，有利于增強大氣不穩(wěn)定度以及鋒生發(fā)展[42]，其中華北槽型干冷空氣侵入最明顯。

圖7 為各類型持續(xù)性強降水區(qū)域平均的鋒生函數(shù)垂直特征分布，可以更客觀分析各類型的鋒生垂直結(jié)構特征差異。季風低壓型在中低層區(qū)域平均鋒生強度最大，熱帶氣旋型次之，兩者均表現(xiàn)出深厚的鋒生，后者更為強烈；而低層鋒生類似的副高邊緣型和南支槽型沿海鋒生區(qū)在中層以上表現(xiàn)出鋒消，后者更明顯。南支槽型北部鋒生區(qū)與華北槽型、低渦切變型的較強鋒生起始高度較高且不深厚，中層以上鋒消明顯，尤其前者表現(xiàn)更明顯。結(jié)合圖4 的合成平均日降水強度分布特征可知，低的較強鋒生高度和深厚的鋒生結(jié)構在一定程度上指示著更強的降水。

5.2 水汽輸送特征

持續(xù)性強降水的產(chǎn)生需要源源不斷的水汽補充，尤其是低層水汽的輸送和輻合[39-40]。由圖8(見下頁)可知，華北槽型、南支槽型和低渦切變型在廣西大部尤其桂北表現(xiàn)較強水汽輸送和輻合，但華北槽型表現(xiàn)最弱；熱帶氣旋型、季風低壓型強水汽輸送則尚未發(fā)展至廣西，仍在近岸海面，但925 hPa 風場在廣西均表現(xiàn)出氣旋式輻合，其中熱帶氣旋型最強，隨著系統(tǒng)的發(fā)展，旺盛的水汽輸送和輻合將發(fā)展至桂南，從而使沿海強降水發(fā)生和維持。各類型的水汽主要來源于阿拉伯海-孟加拉灣，其中熱帶氣旋型有部分南海水汽補充，季風低壓型則有少量水汽來源于東海；各類型從阿拉伯海-孟加拉灣到廣西附近的850 hPa 水汽通道特征(水汽通量≥8 g/(cm·hPa·s))都明顯，其中熱帶氣旋型水汽輸送表現(xiàn)最旺盛且強水汽通道(水汽通量≥12 g/(cm·hPa·s))最寬廣，季風低壓型次之，旺盛水汽的輸送和補充在一定程度上可以解釋熱帶氣旋和季風低壓型強烈的降水。

圖8 850 hPa水汽通量(填色，單位：g/(cm· hPa· s))和925 hPa風場(箭頭)

6 大范圍持續(xù)強降水過程的環(huán)流與系統(tǒng)配置

利用張小玲等[45-46]的中尺度天氣分析技術規(guī)范，對形成各類大范圍持續(xù)性強降水的環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)以及中尺度關鍵條件進行分析，并結(jié)合前述的統(tǒng)計分析結(jié)果，初步構建了廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程的系統(tǒng)配置關系(圖9)。六種類型的大范圍持續(xù)性強降水過程均有穩(wěn)定的天氣尺度環(huán)流作為背景，并伴有明顯的高層輻散、深厚濕層、低層偏南急流和水汽輻合；此外與前人強降水天氣學分型研究不同的是，本文研究還表明強鋒生多發(fā)生在低空急流區(qū)域內(nèi)或其左側(cè)以及急流前端的切變線附近，使中尺度暴雨云團長時間維持或者不斷重建，但不同類型過程的鋒生結(jié)構特征有較明顯差異，是造成不同類型強降水強度、持續(xù)時間以及影響范圍等差異的原因之一。

圖9 天氣環(huán)流配置

華北槽型(圖9a)是深厚的華北槽引導低層切變線和冷空氣南下，在強盛的帶狀西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)外圍即桂北地區(qū)形成準靜止鋒，低層暖濕不穩(wěn)定配合華北槽底后部干冷空氣的下傳，在切變線和靜止鋒附近對流不穩(wěn)定增強以及鋒生發(fā)展，中低層干冷空氣侵入在所有類型中表現(xiàn)最明顯；在不斷擴散南下的冷空氣受桂北地形阻擋并與暖濕氣流相互交綏作用下，鋒生不斷加強，較強鋒生起始高度較高且不深厚。此時，南亞高壓脊線大致位于23 °N，配合其高空輻散分流區(qū)，抽吸作用較明顯，有利于長時間維持動力上升。

南支槽型(圖9b)是在南亞高壓北抬上青藏高原環(huán)流背景下，南支槽前西南急流與華北槽引導低層偏北氣流在湘黔中部到桂北一帶交匯形成切變；副高位于南支槽的東部且西伸加強，對南支槽的快速東移有明顯阻擋作用，在副高的阻擋下南支槽加深緩慢東移，形成較穩(wěn)定的天氣環(huán)流系統(tǒng)。與華北槽型類似，此類型擴散南下的弱冷空氣受桂北地形阻擋并與暖濕氣流相互交綏，鋒生在切變線附近不斷發(fā)展加強，較強鋒生起始高度較高且不深厚，鋒生與強降水隨南支槽與副高緩慢東移發(fā)展。而南支槽前和副高西側(cè)的偏南暖濕氣流影響桂南沿海，與中高空干冷空氣形成強不穩(wěn)定，能量累積到一定條件，形成強鋒生觸發(fā)對流，強鋒生起始高度低即表現(xiàn)為低質(zhì)心降水系統(tǒng)，降水效率較高，同時桂南沿海地形抬升偏南氣流和狹管效應對降水有增幅作用，使降水局地性增強，林確略等[47]在對比兩次南支槽影響的華南暴雨天氣過程中也發(fā)現(xiàn)這一暖區(qū)強降水雨帶，但前人在華南強降水分型研究中卻忽視了對這一暖區(qū)降水系統(tǒng)的探究。因此，該型在桂北和桂南沿海有明顯的雙雨帶，對應的鋒生結(jié)構差異也較明顯。

低渦切變型(圖9c)的顯著環(huán)流背景是500 hPa中低緯地區(qū)環(huán)流平穩(wěn)，以弱波動東傳為主，副高呈帶狀分布，低渦環(huán)流較深厚，在湘黔至桂北一帶緩慢移動南壓，起初MCS 具有渦旋云系特征，降水與低渦位置密切相關，強降水發(fā)生在低渦前進的右前方，但強鋒生高度較高；隨著冷空氣的補充，MCS 演變?yōu)榫€性結(jié)構即切變線系統(tǒng)，逐漸南移減弱，持續(xù)性強降水趨于停歇。此時南亞高壓脊線位置與華北槽型相當，其輻散分流區(qū)主要在桂北一帶，但動力抬升和抽吸作用較弱，較強鋒生起始高度又較高且不深厚，因此在所有類型中強降水平均持續(xù)時間最短、平均影響范圍最小以及日平均強度最弱。值得注意的是，有研究表明[41，48-49]此類型天氣系統(tǒng)影響下，廣東中北部存在與廣西東北部性質(zhì)相類似的強降水，但強度弱于廣西東北部；不同的是，廣東東南沿海伴有強的暖區(qū)雨帶，而廣西沿海未有明顯強暖區(qū)降水雨帶。

副高邊緣型(圖9d)與低渦切變型在低緯有相似環(huán)流，500 hPa 弱強迫，且副高呈帶狀分布，不同的是在500 hPa中緯地區(qū)是明顯的脊區(qū)，整個華南地區(qū)暖性結(jié)構明顯，副高外圍偏南氣流輸送水汽旺盛至長江中游一帶，偏南急流在桂南沿海激發(fā)出鋒生，強鋒生在副高邊緣擺動或維持從而形成中尺度對流云團，但強鋒生相較淺??；與南支槽類似，偏南急流與桂南地形形成增幅作用，形成持續(xù)性強降水。此時南亞高壓穩(wěn)定位于青藏高原南麓，高空急流較北，其輻散分流區(qū)相對寬廣，到達桂南沿海，抽吸作用較明顯。

熱帶氣旋型(圖9e)表現(xiàn)為南亞高壓北抬至青藏高原，其高空急流位置較北，輻散分流區(qū)與副高邊緣型類似，但在桂南表現(xiàn)出更明顯的輻散作用，有利于大氣長時間的穩(wěn)定上升運動。臺風環(huán)流清晰，尖頭狀的副高呈強盛態(tài)勢，其偏東引導氣流較明顯，水汽來源除了孟加拉灣，還有南海水汽的匯入，水汽輸送效率更高，鋒生表現(xiàn)出登陸臺風的明顯不對稱性結(jié)構且深厚，以高效的暖云降水為主，因此在所有類型中日降水極端性最強。強降水主要由臺風本體MCS 引起，降水落區(qū)位于路徑附近，同時低層暖濕氣流與廣西沿海地形摩擦輻合對降水增幅明顯，但下墊面也對臺風有明顯削弱，因此其影響下的強降水平均持續(xù)時間較短。

季風低壓型(圖9f)與副高邊緣型類似，在中緯有相似環(huán)流，不同的是在中低緯具有較明顯、結(jié)構深厚的氣旋性環(huán)流即季風低壓，季風低壓移動緩慢，因而在沿海激發(fā)較持久的鋒生和旺盛對流，鋒生結(jié)構深厚，與熱帶氣旋型類似，季風低壓南部的偏南急流與廣西沿海地形作用，使降水增幅，因此強降水主要位于季風低壓南部急流區(qū)。同時，南亞高壓形態(tài)與熱帶氣旋型較類似，中心位于青藏高原，但中心強度較熱帶氣旋型強，其東側(cè)的強輻散區(qū)域廣且為所有類型中最強，大尺度上升環(huán)境好，有利于持續(xù)性強降水的發(fā)生和維持。陳見等[16]、曾智琳等[17]、李明華等[18]和蒙偉光等[50]的研究結(jié)果表明季風低壓影響下的暴雨主要分布在華南沿海，但廣西的暴雨強度和頻次不及廣東，兩者間降水差異原因有待進一步研究明確。

7 結(jié)論與討論

本文利用1979—2019年廣西國家級氣象觀測站日降水資料、CMA 熱帶氣旋最佳路徑集以及ERA5 再分析資料，將挑選的51 個持續(xù)性強降水進行氣候特征分析，再用分類合成法探究其各自的環(huán)流背景下降水差異、水汽特征以及動力鋒生結(jié)構特征差異，將其分為六類即華北槽、南支槽、低渦切變、副高邊緣、熱帶氣旋以及季風低壓型。

(1) 廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水過程平均每年發(fā)生1.2 次，過程平均持續(xù)天數(shù)為4.4 d，但其線性變化趨勢不明顯；大范圍持續(xù)性暴雨從5月開始明顯增多，6—7 月發(fā)生最為頻繁，8 月之后急劇減少，這與南海夏季風的活動密切相關；多出現(xiàn)40～54 站次暴雨事件(84.3%)，最大范圍暴雨站數(shù)達72 站；過程日最大降水量多在100～400 mm(96.0%)，日降水量單站極值達509.2 mm。

(2) 華北槽型發(fā)生頻率最高，但平均持續(xù)時間短；南支槽型平均持續(xù)時間最長，平均影響范圍也最廣；低渦切變型平均持續(xù)時間短，平均影響范圍也最?。粺釒庑腿兆畲蠼邓孔顦O端。華北槽、南支槽和低渦切變型降水強度相當，落區(qū)在桂東北有重疊，主要由冷空氣南下受特殊地形阻擋并與暖濕空氣交綏而引起，但南支槽型在沿海伴有暖區(qū)雨帶；副高邊緣型、熱帶氣旋型和季風低壓型降水強度較大，大多由地形抬升暖空氣、狹管效應對氣流的輻合以及低層暖濕氣流與地形摩擦輻合作用而引起，落區(qū)位于桂南，后兩者強度更大。

(3) 六種類型均有穩(wěn)定的天氣尺度環(huán)流作為背景，并伴有明顯的高層輻散、深厚濕層、低層偏南急流和水汽輻合，強鋒生多發(fā)生在低空急流區(qū)域內(nèi)或其左側(cè)以及急流前端的切變線附近，使降水對流系統(tǒng)長時間維持或者不斷重建，但熱帶氣旋和季風低壓型強鋒生起始高度較低，且兩者均表現(xiàn)出深厚的鋒生，以高效的暖云降水為主；南支槽型沿海鋒生區(qū)和副高邊緣型強鋒生淺薄，南支槽型桂北鋒生區(qū)與華北槽型、低渦切變型的較強鋒生起始高度較高且不深厚。此外，各類型在強鋒生區(qū)附近上空都表現(xiàn)出一定的暖濕結(jié)構，同時華北槽型、南支槽型以及低渦切變型在強鋒生區(qū)北部的中低層都存在一定干冷空氣的侵入，有利于增強大氣不穩(wěn)定度以及鋒生發(fā)展，其中華北槽型干冷空氣侵入最明顯。

在前人工作基礎上，本文考慮季風低壓影響的持續(xù)性強降水，完善廣西汛期大范圍持續(xù)性強降水天氣學分型研究，取得了一些有意義的科研成果，探究得到了不同類型的降水差異、鋒生結(jié)構特征等，為不同類型的強降水預報預測提供了依據(jù)。然而本文尚未利用非絕熱加熱項、垂直運動傾斜項、水平散度項和水平形變項對各類型鋒生的貢獻度做更為細致的研究，對鋒生、降水與地形之間相互作用與觸發(fā)機制研究也尚未深入開展，這些科學問題有待進一步解決。