周文志，唐熠，王艷蘭，孫瑩，蔣麗娟

(桂林市氣象局，廣西桂林541001)

暴雨是影響我國重大災害性天氣現(xiàn)象之一，也是廣西重大災害性天氣現(xiàn)象之一。由于急流對暴雨有增幅作用，所以其災害性更為嚴重，常給國民經濟和人民生命財產造成嚴重的損失。暴雨是一種中尺度現(xiàn)象，很多學者早就對其作過深入研究[1－19]，巢紀平[1]、Charney[2]、葉篤正等[3]系統(tǒng)地總結了青藏高原對大氣環(huán)流和天氣氣候系統(tǒng)的影響，錢永甫等[4]還用數值試驗方法，驗證了青藏高原對天氣氣候系統(tǒng)各種動力影響的表現(xiàn)方式。在中小尺度地形的動力影響方面，陶詩言[5]、黃士松等[6]就迎(背)風坡、狹谷和喇叭口地形對局地氣流運行方式、降水空間分布、過境冷空氣和雷暴云移動方式的影響做過系統(tǒng)總結。在地形的熱力影響方面，朱抱真[7]對大地形的熱力影響曾有重要論述和總結。錢永甫等[4]用模式試驗結果討論了青藏高原熱力作用對天氣氣候系統(tǒng)的影響，還特別討論了高原地表熱力作用日變化對當地天氣系統(tǒng)日變化的影響。Blackadar[8]用地表溫度變化造成的大氣層結日變化討論了北美低空急流的日變化。周軍則用海陸溫差日變化解釋了南海邊界層急流的日變化。周永生[14]對副熱帶高壓北跳時高壓南側東南氣流加強與東風波槽后的東南氣流疊加形成急流影響下發(fā)生的暴雨進行診斷分析。曾志云等[15]在常規(guī)氣象觀測資料基礎上，應用T213資料對2004年6月23－24日湘西北特大暴雨期間的大尺度環(huán)流形勢和一些基本物理量進行分析;利用精度更高的多普勒雷達、逐小時自記資料和MM5中尺度數值模式輸出資料，初步探討了此次低空急流暴雨過程若干中尺度特征。羅建英等[16]普查1998－1999年6－7月共122 d資料，在確認東亞溫、壓、風場、梅雨降水均存在顯著日變化的基礎上以1998年7月20－22日發(fā)生在長江中游武漢一黃石段的一次持續(xù)時間長、過程總降水量大、日變化明顯的特大梅雨暴雨為對象，就梅雨降水日變化的基本原因展開了研究。王春紅[17]還嘗試在無中尺度資料的情況下利用ECMWF的2.5°×2.5°網格資料做初始場，利用MM4模式模擬一次中－a尺度低空急流引起的華南大范圍暴雨天氣過程。

近幾年，隨著數值預報技術的發(fā)展和衛(wèi)星、多普勒雷達等新型探測資料的綜合應用，對暴雨的發(fā)生、發(fā)展有了進一步的認識，并取得了很大的進展[18－19]。在廣西對急流暴雨天氣概念模型與雷達回波強度資料相結合研究暴雨的工作還不多，而全面認識暴雨發(fā)生、發(fā)展的原因和機制，認識造成暴雨的中小尺度天氣系統(tǒng)，以及分析在中小尺度天氣系統(tǒng)下的雷達回波特征，有利于提高暴雨天氣的監(jiān)測和預報預警能力。本文通過對急流暴雨天氣背景進行分析，形成急流暴雨天氣概念模型，再通過分析天氣概念模型暴雨的雷達回波資料，包括形狀、強度和移動情況，以了解急流暴雨的成因，為急流暴雨預報預警和氣象決策服務提供重要依據。

1 急流暴雨的基本概況

通過對廣西2002－2010年有急流的暴雨時日降水資料進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)24 h降水達到50 mm以上的急流暴雨個例有12個過程。12個過程均發(fā)生在4－7月，這是因為4－8月是中尺度系統(tǒng)頻繁活動時期。所以，通過對12個急流暴雨的降水過程進行分析，對于短期暴雨的研究具有代表意義。

2 急流暴雨天氣概念模型及其雷達回波特征分析

2.1 低空急流渦旋型

2.1.1 天氣背景

天氣背景(圖1):500 hPa槽在25°～40°N，90°～110°E區(qū)域內有西風槽或低壓，副熱帶高壓588線西伸華南地區(qū)或沿海，華南各站為偏南風，中層700 hPa在重慶附近有低壓或27°N以北為氣旋性低壓或氣旋族，低層850 hPa低渦在貴陽到重慶之間，桂林在12 m/s以上的急流中，風速常常在16 m/s以上，地面桂林本站處于冷鋒前或靜止鋒附近。

圖1 低空急流渦旋天氣模型

2.1.2 雷達回波特征

由于低渦、切變、鋒面等降水系統(tǒng)均自西向東、自北向南移動，最先影響是桂北，再就是桂林，廣西第1部多普勒雷達就安裝在這里，雷達資料比較多，所以，我們分析的雷達資料均為桂林雷達資料;即使是副高西端急流型同樣是以桂林雷達資料分析為例，這樣會更有意義。

回波強度演變特征分析(圖2):由于低層是低渦形勢，所以該型的雷達回波主要是渦旋狀回波，這一類回波移動比較慢，不斷把南部的水汽和能量卷入低渦中心，造成了影響范圍大、持續(xù)時間長、雨強強度大的降水，而且降水量級比較均勻。在渦旋狀回波形成前12 h，責任區(qū)內有分散的塊狀回波，強烈發(fā)展，最強的回波可造成局地暴雨;渦旋狀回波形成前3 h，責任區(qū)內回波出現(xiàn)絮狀回波;渦旋狀回波的形成、發(fā)展、成熟、消亡的時間大概在5 h時左右;強降水主要發(fā)生在渦旋中心附近，但最強的降水往往出現(xiàn)在低渦的東南部、東部，以及東北部方向。

圖2 渦旋狀回波演變

雷達產品特征綜述:在反射率回波圖上(圖略)呈渦旋狀，強中心位于渦旋中心，強度均可達50 dBz以上?；夭ǖ哪喜坑忻黠@的尾狀回波，將水汽、能量卷挾進入渦旋中心。暴雨發(fā)生在渦旋中心強回波經過的路徑上。在徑向速度圖上，高低層吹東南風，風速隨高度增加，近地層低壓中心附近，吹弱東北風，有逆風區(qū)?；夭敻叨酁?～11 km，回波頂最高位于低壓中心位置和尾狀回波處，可達11 km。垂直液態(tài)水在低壓中心位置最強，可達到20 kg/m2。渦旋回波造成的暴雨范圍大、大暴雨站數多，可以造成全區(qū)性暴雨，但最強的降水主要集中在低渦的東南部、東部，以及東北部方向。由于低渦移動的路徑和地形的作用，桂北、桂東大多比桂南降雨量大，特別是湘桂鐵路的桂林段，由于狹管效應的結果，使鐵路沿線興安到永福出現(xiàn)大暴雨，甚至特大暴雨。

低渦系統(tǒng)的前期回波多為零散狀回波，但單體強度較強，能達到40～50 dBz，回波沿西南急流向東北方向移動，在移動過程中逐漸加強，發(fā)展成組織性渦旋狀的強回波塊狀。這類回波出現(xiàn)在系統(tǒng)性降水的前部，后期會逐漸發(fā)展成絮狀或者帶狀回波，造成范圍較大的降水。隨著低渦到達的測站，強回波由西南急流向東北方向移動逐漸轉為隨北風向南移動，回波形成渦旋式運動，覆蓋面大，但強度逐漸減弱。整個回波最后演變成自北向南移動。

這類回波在雷達監(jiān)測范圍內強度比較均勻(圖略)，但在山地的迎風面和喇叭口處有明顯增強現(xiàn)象。強降水落區(qū)決定于低渦的位置和移動路徑以及整個系統(tǒng)的配置，全區(qū)均可以發(fā)生，但以桂北、桂東居多。特別是興安、靈川、桂林、臨桂、永福、融安、融水、昭平等地極易出現(xiàn)暴雨。

2.2 川槽急流切變型

2.2.1 天氣背景

天氣背景(圖3)。500 hPa槽位于北緯25°～35°N，東經95°～105°E之間，但主要以四川槽(槽的主要部位及冷平流在四川)為主，副熱帶高壓588線西伸華南地區(qū)或沿海，華南各站為偏南風;中層700 hPa在湖北、湖南北部到貴州北部為冷性切變線，切變線后有較明顯的平流;低層850 hPa切變線在湖北南部、湖南南部到貴州南部，芷江、貴陽多為弱偏北風，桂林在低空西南急流中，風速大于16m/s，700 hPa與850 hPa切變線近于垂直，在近地面，桂林以北有靜止鋒或處于冷靜前部暖區(qū)中，SI指數在－3～－5℃左右。

圖3 川槽低空急流切變型天氣模型

2.2.2 雷達回波特征

回波演變特征分析(圖4)?；夭◣чL在300 km以上，寬60～30 km，甚至更窄。長寬比例10∶1左右，有強回波核，直徑約為10 km，強度在50 dBz以上，回波整體以20 km/h左右的速度向東南方向移動，單體向東北方向移動，移速以30 km/h左右。強回波核沿著回波帶狀方向以列車效應式依次影響暴雨站點。這類回波在強降水發(fā)生前4～6 h，責任區(qū)內多以分散的對流回波為主，強降水發(fā)生前2～4 h形成帶狀回波;冷空氣型帶狀回波在原地發(fā)展，造成局地強降水。

圖4 急流切變型帶狀回波演變

強降水發(fā)生后，帶狀回波從西北向東移南壓影響前方測站，移速30 km/h左右。在回波帶接近或通過測站時，降水強度增強，常出現(xiàn)暴雨降水，暴雨以上降水一般在3 h左右完成。地面為暖區(qū)的回波源地是從西北方向移來，強度較強，移速30 km/h以上。在回波帶接近或通過測站時，極易發(fā)生雷雨大風、冰雹等強對流天氣?；夭◣г谀蠅哼^測站后，帶狀回波逐漸演變成絮狀回波，并對下一測站造成較大降水。

在徑向速度圖(圖略)上有逆風區(qū)，形成風向的輻合輻散，引起高低層垂直環(huán)流的發(fā)生，輻合向冷空氣一側傾斜;回波整體較強，降水具有對流性，回波頂發(fā)展高度往往在10 km以上。急流輸送含水量較大，VIL值較大，常在30～50 kg/m2之間;受深厚的西南急流控制，帶來了豐沛的水汽和熱量。風廓線上ND層的高度，與強降水的發(fā)生和結束密切相關。低層有淺薄的冷空氣擴散，使得暖濕氣流得以抬升，從而形成觸發(fā)暴雨的有利條件。

這類形勢的回波源地、路徑有兩種(以桂林為例，圖略)。一是冷空氣型回波源地位于桂林東北方向100 km以內，東北－西南方向，與湘桂走廊相一致的弱回波區(qū)，在原地發(fā)展加強，回波發(fā)展前的回波區(qū)，是暖區(qū)西風急流遇到桂北近于東北西南向的山脈抬升形成的回波，在高空槽東移過程中與低層的對流系統(tǒng)相遇，激發(fā)了對流，使對流加強，帶狀回波發(fā)展;二是以西北方向100 km以外為源地，呈帶狀東南移，東南移過程中強度維持，這類回波在經過桂林后，桂林各測站往往轉變成絮狀回波。這類回波的強降水主要易出現(xiàn)在東北部的全州、興安、灌陽，特殊地形的永福，資源、龍勝和荔浦降雨量都較小。

回波特征綜述:這類回波具有明顯突發(fā)性、生命史短和移動快的特征，回波較接近雷暴、冰雹等強災害性回波，只是強度稍弱，回波發(fā)展高度低，頂高一般低于9～12 km?；夭ㄒ詫α餍曰夭橹?，尺度小，從幾千米到幾十千米。內部結構密實，邊界清晰，回波強度在45～55 dBz，移動速度較快。一般由局地發(fā)展的回波加強到50 dBz以上或者局地回波和上游移來回波塊的合并加強造成。在徑向速度圖上表現(xiàn)為色塊零散，不同于層云、混合云具有大片的連續(xù)風場結構，也沒有明顯的牛眼。零線不連續(xù)，強降水區(qū)與逆風區(qū)、中氣旋區(qū)，輻合區(qū)有關，這類強對流暴雨的預報，應從水平風場上注意中小尺度的擾動，垂直風場存在風向的“巨變”。

2.3 副高西端急流型

2.3.1 天氣背景

這類急流暴雨的天氣形勢有兩種情況(圖5)。副熱帶高壓西伸，西南氣流明顯加強，500 hPa588線控制華南，廣西位于西南強風帶中，中低層500～850 hPa桂林為偏南風≥12m/s甚至≥16m/s的強急流。850 hPa指數:Si≤0.0℃，KI≥36℃，相對濕度≥85%，地面處于高壓后部或倒槽暖區(qū)中。

圖5 副高西端急流型天氣模型

2.3.2 雷達回波特征

雷達回波演變特征分析，在基本反射率圖上，主要是以塊狀為主(圖6)，在影響前6 h，測站責任區(qū)內主要以悶熱高溫為主，沒有回波。在影響前3～4 h，測站責任區(qū)內，副熱帶高壓西端開始出現(xiàn)零散回波，1 h后回波迅速發(fā)展成帶狀回波，回波帶狀內平均強度40～60 dBz，特別是60 dBz的回波核增多，隨著副熱帶高壓快速西北伸，回波帶也伴隨著雷雨大風、強雷暴、冰雹甚至龍卷風等對流天氣西北移，當遇到迎風坡及喇叭口輻合等有利地形時回波加強，從而造成強降水及強對流天氣;在基本速度圖上，從低層到中高層都是明顯的急流增強，但沒有出現(xiàn)明顯的中氣旋，正負速度對或逆風區(qū)不是很明顯。回波頂高為10～14 km。垂直液態(tài)水普遍為20～35 kg/m2。強對流天氣以桂東南、桂東到桂北居多。

圖6 副高西端型絮狀回波演變

回波特征綜述:兩種影響系統(tǒng)移速都很快，所以整個回波的移動速度也很快。以桂林責任區(qū)為例，前者從影響到結束，只需4～5 h，后者只需2～3 h;前者天氣主要以強降水為主，有的測站會達到大暴雨量級，鋒面過境時會形成雷雨大風、冰雹甚至龍卷風等對流天氣;后者主要是以雷雨大風、冰雹甚至龍卷風等對流天氣為主，也伴隨著強降水，暴雨雨量量級往往在1 h左右完成，但很少達到大暴雨量級。在反射率回波圖上，前者由塊狀回波發(fā)展到絮狀回波到完整的帶狀回波，后者以塊狀回波、絮狀回波為主。在徑向速度圖上，前者南轉北風切換時間很清晰，可見單體發(fā)展、其范圍大約為9 km×9 km中氣旋，有明顯的正負速度對，后者是明顯南風急流往北推進，沒有出現(xiàn)明顯的中氣旋，正負速度對或逆風區(qū)不是很明顯。

3 小結

通過對廣西2002－2010年低空急流暴雨過程的統(tǒng)計分析，認為造成暴雨的天氣概念模型分為三類，對短時臨近的雷達回波按強度回波形狀分為塊狀、帶狀、絮狀、渦旋狀等四種類型。

對每種類型的天氣形勢背景、雷達強度回波、徑向速度回波、回波頂高、垂直液態(tài)水含量、風廓線等多種產品進行綜合分析，歸納主要降水天氣系統(tǒng)、回波強度范圍閾值、回波源地、加強區(qū)、移速等典型特征，初步建立低空急流暴雨天氣概念模型以及在這種形勢下發(fā)展的雷達回波概念模型。

統(tǒng)計分析每種類型降水天氣形勢配置和雷達回波演變平均分布值，對未來進行短期、短時暴雨臨近落區(qū)預報提供一些具體的參考閾值。

低空急流暴雨往往是低空急流與其它天氣尺度相配合相互作用的結果，在與其它天氣尺度相互作用下，雨量出現(xiàn)明顯的增幅。

存在的問題是歷史樣本相對較少，其概念模型不管是以點代面還是預報時效都具有一定的局限性，隨著樣本的增多，要不斷修正模型的相關指標;在回波成熟期之前，其預報準確率比成熟期要低得多，有待于與衛(wèi)星動力結合開發(fā)應用以增加預報時效。另外，短時暴雨預報從落區(qū)再精確到落點還具有很大的研究難度。

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