貓兒山突發(fā)暴雨災害成因分析

摘 要：以2017年7月29日廣西壯族自治區(qū)桂林市興安縣貓兒山致災大到暴雨為例，討論分析山區(qū)特征的中小尺度的強對流天氣特征及成因。闡述了貓兒山概況及2017年7月29日山洪概況，介紹了國外預報產品及國內區(qū)、市、縣天氣預報對此次災害的相關情況，分析了引發(fā)強降水的氣象要素和物理量，探討山洪災害成因，為今后中小尺度強對流天氣預報提供參考。

關鍵詞：山洪；重大災害；成因分析；強對流

中圖分類號：P642.23 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

隨著全球天氣變暖加劇，極端天氣事件頻發(fā)，氣象預報工作的重要性日益顯現。其中，中小尺度強對流天氣的預報工作是重難點。中小尺度強對流天氣往往伴隨雷暴、大風、冰雹及帶有較強的雷暴現象的短時強降水等災害性天氣，易引發(fā)泥石流、山洪等次生災害，對經濟社會發(fā)展和人民生命財產安全構成威脅[1-3]。

對此，以2017年7月29日廣西壯族自治區(qū)桂林市興安縣貓兒山致災大到暴雨為例，探討導致山洪重大災害成因，以及中小尺度強對流天氣預報中需要考慮的基本問題。

1 貓兒山概況

1.1 山地地形特征

貓兒山位于廣西壯族自治區(qū)桂林市興安縣西北部，跨興安、資源2縣，面積5.3萬hm2。既廣西第一峰，也是華南第一峰。貓兒山山體狹長，山峰高峻，氣勢雄偉，因山頂峰酷似蹲伏的貓兒而得名。貓兒山山脈為漓江、資江的發(fā)源地，水能資源豐富。

貓兒山屬于越城嶺山脈，其西北方為資源縣中峰鄉(xiāng)，東南方為興安縣華江瑤族鄉(xiāng)。兩鄉(xiāng)之間有斷裂帶分隔（斷裂帶分界就是一條溝）。貓兒山山上分布著密集的大小溝壑，溝壑又有眾多個分支。其山脈在越城嶺的中支，與東支（越城嶺的主干）、西側支都有溝壑作分界線。貓兒山山峰眾多，海拔＞2 000 m的山峰有10座，海拔＞1 000 m的山峰有68座。

1.2 氣候特征

貓兒山山地氣候特征明顯，隨著海拔的變化，各氣象要素發(fā)生明顯變化。

統(tǒng)計了2006—2024年興安縣部分自動氣象站平均氣溫、最高氣溫、雨量的相關數據，如表1所示。2006—2024興安華江水廠（海拔280 m）年平均溫度為17.8 ℃，興安貓兒山東南側海拔1 250 m處的自動氣象站年平均溫度為13.6 ℃，兩者相差4.2 ℃；興安貓兒山東南側海拔1 600 m處的年平均溫度為12.8 ℃，比華江水廠低5 ℃，最高氣溫（32.4 ℃）比華江水廠最高氣溫（38.8 ℃）低6.2 ℃。

綜上所述，在沒有逆溫層出現情況下，貓兒山氣溫從山腳向山頂遞減；同一時間段，貓兒山不同高度的相對濕度存在較大差異。

表1" 2006—2024年興安縣部分自動氣象站平均氣溫、最高氣溫、雨量實況統(tǒng)計

站名 站號 平均氣溫/℃ 最高氣溫/℃ 累計降水量/mm

興安 57955 18.8 39.4 3 4972.4

興安華江水廠 N3004 17.8 38.8 4 1221.6

興安嚴關 N3544 18.4 40.8 2 9376.5

興安貓兒山東南側海拔1 250 m N3554 13.6 34.6 3 9558.2

興安貓兒山東南側海拔1 600 m N3584 12.8 32.4 4 4277.8

2 貓兒山2017年7月29日山洪概況

2.1 山洪災害情況

2017年7月29日14：00左右，興安縣貓兒山局地出現了短時強降雨，造成華江鄉(xiāng)同仁村委大竹坪村河水迅速上漲，貓兒山局地突發(fā)山洪。該縣自行戶外徒步人員26人被困，4人被洪水沖走且因溺水死亡。此次山洪災害造成直接經濟損失20萬元，其中家庭財產損失20萬元。

2.2 降水情況

據興安縣自動氣象站監(jiān)測：2017年7月29日13：00

～15：00，興安縣貓兒山局地出現了短時強降雨。貓兒山區(qū)域自動站雨量記錄顯示：13：00～15：00，貓兒山海拔1 995 m處的降水量為28.9 mm；13：00的小時降水

量為0.1 mm（小雨量級），14：00的小時降水量為13.3 mm

（大雨量級）、15：00的小時降水量為15.5 mm（暴雨量級）。

2.3 天氣形勢

2017年7月29日，興安縣受副熱帶高壓邊緣不穩(wěn)定氣流影響，500 hPa副熱帶高壓與大陸高壓合并；7月29—31日，850 hPa廣西地區(qū)受偏北氣流控制。

3 國外預報產品及國內區(qū)、市、縣天氣預報

（1）日本數值預報、歐洲細網格、上海預報模式等各類預報模式預報結論：桂林全市多云，局部地區(qū)有陣雨。

（2）廣西壯族自治區(qū)氣象臺于2017年7月28日12：00、

7月29日12：00發(fā)布高溫黃色預警信號。桂林市氣象臺、興安縣氣象臺于2017年7月23—29日，每日發(fā)布高溫橙色預警信號，發(fā)布高溫橙色預警信號與天氣實況相符合，預警正確。以上3家氣象臺天氣預報結論：2017年7月29—31日，興安縣多云，局部地區(qū)有雷陣雨天氣。天氣預報與天氣實況對比一致。

4 引發(fā)較強降水的基本因素

4.1 氣溫

2017年7月27—29日，興安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最高氣溫為29.7

～40.6 ℃。其中，貓兒山一帶最高氣溫為29.7～38.2 ℃。全縣多日處于高溫熱浪狀態(tài)，空氣團包含有較大的擾動能量。

4.2 濕度

降水的本質是大氣中的水汽被凝結。降水量的大小與大氣中水汽的含量、凝結效率和持續(xù)的時間有關。分析大氣中的水汽狀況，包括水汽含量的分布和水汽的輸送量。一般情況下，空氣中水汽含量多少用相對濕度大小來表示。相對濕度實質上是溫度露點差（T-Td）的另一種表述。當空氣中的水汽達到完全飽和時，濕度露點差為零，相對濕度為100%。而這種水汽飽和可以理解為當溫度下降到與露點溫度相等時，空氣中水汽達到完全飽和[4-7]。

根據相關氣象站數據顯示，2017年7月27—29日，

興安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)相對濕度較大，最大相對濕度在87%～

90%時易引發(fā)降水。

4.3 風速

2017年7月27—29日，興安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的風速均較大，最大風速在3.9～7.2 m/s，風向大部分為南風，少部分吹北風。7月29日，貓兒山1 995 m處吹東南風，與7月28日08：00相比，風速較大。這給水汽的輸送提供了有利的條件。

5 對桂林市高空探測圖的相關物理量分析

5.1 假相當位溫

假相當位溫（θse）是指濕空氣通過假絕熱過程將其水汽全部凝結降落后所具有的位溫。在假相當位溫中，不僅考慮了氣壓對溫度的影響，還考慮了水汽的凝結和蒸發(fā)對溫度的影響。它實際上是包括溫度、氣壓、濕度的一個綜合物理量，也是一個保守量（即在假絕熱過程中，假相當位溫的值保持不變，只取決于空氣塊的初始狀態(tài)）[8-9]。

根據圖1可知，2017年7月28—29日，各層的假相當位溫數值均為正值。從地表到高空的假相當位溫數值呈垂直遞減狀態(tài)，即遞減率＜0，表明氣團具有不穩(wěn)定性，由此可以判斷貓兒山低空氣團處于高溫高濕不穩(wěn)定的狀態(tài)。

a.7月28日07：15；b.7月28日19：15；c.7月29日07：15；d.7月29日19：15

圖1" 2017年7月28—29日桂林市高空探測

5.2 K指數

K指數為氣團指數，K=（T850-T500）+（Td）850-（T-Td）700。其中，T為溫度，Td為露點。K值的大小反映對流層中下層（700～850 hPa）的濕度廓線，濕度越大，K值越大，氣團越不穩(wěn)定[10]。

根據桂林市高空站資料，2017年7月28—29日，K指數分別為39.1、36.2、38.4、40.3，K值較大。由此可判斷桂林地區(qū)上空中下層強對流潛勢較大，出現大到暴雨的可能性較大。

5.3 沙氏指數

沙氏指數（SI）等于T500-TS，其中，T500是指500 hPa的實際溫度，TS指氣塊。沙氏指數是指850 hPa的保守氣塊被抬升到500 hPa時，與環(huán)境溫度的差異。其可判斷對流層中層850～500 hPa中是否存在熱力不穩(wěn)定層結。沙氏指數與對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）有較好的正相關，與自由對流高度以上的浮力大小正相關。沙氏指數越小所表示出來的不穩(wěn)定性越強。

2017年7月28—29日，沙氏指數分別為：-3.1、1.7、1.3，沙氏指數較小。由此可判斷桂林地區(qū)上空中層存在熱力不穩(wěn)定層結，強對流潛勢較大，出現大到暴雨的可能性較大。

6 興安縣57955站各氣象要素的分析

（1）氣溫。2017年7月25—29日，興安縣平均氣溫為30.2～30.6 ℃，日平均氣溫為30.2～31.2 ℃。日最高氣溫為35.3～38.0 ℃。在此期間，全縣5天處于高溫狀態(tài)。

（2）水汽壓。2017年7月25—29日，興安縣平均水汽壓為29.5～30.3 hPa，日平均水汽壓為30.3～30.5 hPa，

水汽壓大，空氣中所能容納的水汽含量較多。

（3）本站氣壓。日最高氣壓與日最低氣壓之差為3.2～5.5 hPa。日氣壓波動較大，氣壓差值引起氣流向低壓定向運動，氣流運動使大氣中的水分與熱量重新分配，從而引起強降水發(fā)生。

7 結論

（1）氣旋、冷鋒、低壓槽、切變線等系統(tǒng)均可觸發(fā)強對流天氣，但在2017年7月28—29日強對流天氣中，以上天氣系統(tǒng)對貓兒山影響較小。同時，57957高空探測圖、57955地面站各氣象要素的分析對預報貓兒山大到暴雨預報貢獻較大，有探討和研究價值。

（2）山區(qū)強對流天氣的形成是一個非常復雜的過程。山區(qū)小尺度強對流天氣系統(tǒng)醞釀、發(fā)生、發(fā)展，消亡的物理過程受大天氣尺度的影響較大，但是在沒有氣旋、冷鋒、低壓槽、切變線等大天氣系統(tǒng)直接影響時，山區(qū)仍然可能觸發(fā)大到暴雨的強對流天氣。

（3）此次強對流天氣的發(fā)生有以下幾個基本條件：不穩(wěn)定層結，垂直風切變，初始的抬升觸發(fā)機制和適當的水汽補充條件。這些基本條件的形成既可能是由天氣尺度系統(tǒng)的演變而形成，亦可能是局地中小尺度環(huán)流演變而形成。

（4）在貓兒山中同樣的陽光強度照射下，山區(qū)墊面質量不同，溫度相差較大，使得山區(qū)冷暖氣團溫度差異明顯。低層的水汽受山體形狀影響導致流場的水平輻合，輻合區(qū)產生向上運動，空氣中水汽發(fā)生凝結，從而出現較強降水天氣。

（5）2017年7月29日貓兒山突發(fā)暴雨導致山洪暴發(fā)，

由于山體遮擋，當天廣西桂林、柳州，以及湖南永州雷達回波沒有觀測到強回波，因此在天氣監(jiān)測時不能用常用的云頂亮溫或者雷達回波頂的強度和高度來判斷是否發(fā)生了強對流過程。除了貓兒山有大到暴雨，興安縣大部分自動氣象雨量站無雨。

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收稿日期：2024-07-12

作者簡介：盧春英（1970—），女，廣西馬山人，高級工程師，研究方向為天氣預報。