吳玉霜，黃小燕，林開平，趙華生，黃 穎

（1.廣西師范學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西區(qū)氣象減災(zāi)研究所，廣西 南寧 530022；3.廣西區(qū)氣象臺，廣西 南寧 530022）

引言

廣西位于華南區(qū)域南部，瀕臨南海，受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，降水量大，常會發(fā)生持續(xù)性暴雨，引發(fā)洪澇災(zāi)害，對人民生命安全和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)造成重大影響。針對廣西的持續(xù)性暴雨［1-4］，吳興國［5］利用1959年至1999年4～6月的降水資料對廣西前汛期暴雨過程進(jìn)行了分析研究。李勇等［6］研究了2012年廣西前汛期3次暴雨過程的環(huán)流和中尺度特征，結(jié)果表明高空槽引導(dǎo)冷空氣的次數(shù)較多，并與低渦和中尺度系統(tǒng)的3類觸發(fā)機(jī)制配合。

綜上所述，目前大多數(shù)都是對廣西暴雨過程的環(huán)流特征進(jìn)行研究，針對廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的月際特征及環(huán)流差異的研究相對較少。4、5和6月份氣候平均場各月之間有所不同［7-12］，而其造成大范圍持續(xù)性暴雨的影響機(jī)制也存在差異［13］，詳細(xì)分析了解這些差異，對掌握前汛期持續(xù)性暴雨的特征以及具體業(yè)務(wù)預(yù)報中預(yù)報員客觀把握和應(yīng)用預(yù)測概念模型非常有幫助。本文利用廣西氣象觀測站降水資料，NCEP/NCAP逐日再分析資料，采用診斷分析方法，對廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的月際特征及環(huán)流差異性進(jìn)行分析，為廣西前汛期暴雨的預(yù)報工作提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

本文根據(jù)廣西的氣候特征以及站點(diǎn)歷史雨量數(shù)據(jù)的完整和延續(xù)性，主要選取使用的資料包括：（1）廣西87站1961～2017年4～6月20時至20時（北京時）地面觀測逐日降水資料，資料來源于廣西壯族自治區(qū)氣象局；（2）1961～2017年4～6月NCEP/NCAP逐日再分析資料，分辨率為0.5°×0.5°。

1.2 廣西大范圍持續(xù)性暴雨的定義

參考高安寧等［14］劃定廣西汛期大范圍暴雨過程的方法，將暴雨日定義為廣西87站在24h（當(dāng)日20:00到次日20:00）內(nèi)出現(xiàn)20站或以上降水總量R≥50mm。持續(xù)性暴雨至少持續(xù)2d，即在暴雨日前1d或后1d出現(xiàn)10站或以上的成片降水計為一次大范圍持續(xù)性暴雨過程；同時在廣西87站內(nèi)，日降水量R≥50mm持續(xù)時間段最長的站點(diǎn)的降水起止時間規(guī)定為一次持續(xù)性大范圍暴雨過程的起止時間。

1.3 方法

研究主要采用合成分析、氣候趨勢估計、相關(guān)分析、物理量診斷等方法，將各月每次的大范圍持續(xù)性暴雨過程作為基準(zhǔn)，分別將暴雨發(fā)生日前2日、前1日及當(dāng)日的環(huán)流場資料進(jìn)行合成，得到過程出現(xiàn)前以及過程日的平均場；進(jìn)一步將平均場減去對應(yīng)月份的氣候平均合成，得到合成的距平場來分析廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的月際特征及環(huán)流差異。

2 廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的統(tǒng)計特征

對廣西87站1961～2017年共57a的前汛期降水進(jìn)行統(tǒng)計可知，廣西大范圍持續(xù)性暴雨過程共出現(xiàn)41次，年平均為0.73次。4月份出現(xiàn)的頻次最少，僅為3次，占前汛期大范圍持續(xù)性暴雨比例的7%；5月份次之，有11次，占27%；6月份出現(xiàn)的頻次最多，達(dá)到27次，占66%。具體分析可知，4月和5月份沒有連續(xù)的大范圍持續(xù)性暴雨過程出現(xiàn)，但是在1977、1993、2005和2008年的6月份分別都有連續(xù)發(fā)生2次以上的大范圍持續(xù)性暴雨過程，其中在2008年過程次數(shù)最多，達(dá)到3次（圖1a）。統(tǒng)計表明，廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨在4月份發(fā)生的概率最小，6月份發(fā)生的概率最大。

圖1 （a）1961～2017年廣西前汛期4、5、6月大范圍持續(xù)性暴雨過程頻數(shù)，（b）1961～2017年廣西前汛期4、5、6各月暴雨天數(shù)

圖1b是廣西87站前汛期大范圍持續(xù)性暴雨各月累積日數(shù)的年際分布情況，分析可知，年代際變化較為明顯，4月在60年代發(fā)生的次數(shù)較多，之后就只在90年發(fā)生過一次；5月份則從90年代開始發(fā)生的次數(shù)逐漸增加；6月在1960年代至1970年代發(fā)生較多，1990年后，發(fā)生的次數(shù)又開始增多。57a廣西87站前汛期大范圍持續(xù)性暴雨日數(shù)共計96d，年平均暴雨日數(shù)為1.7d，累計暴雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在1994年和2008年，為7d。其中4月份出現(xiàn)暴雨日數(shù)共有6d，占前汛期暴雨總?cè)諗?shù)的6.3%；5月份為21d，占21.9%，6月份共計69d，占71.8%。

3 環(huán)流場合成分析

大氣的環(huán)流狀況是影響廣西前汛期大范圍持續(xù)性暴雨的主要機(jī)制，以下分別從500hPa和850hPa的環(huán)流及其異常特征來分析各月的影響機(jī)制。

3.1 500hPa環(huán)流異常

圖2a～c（見彩頁）是4月份暴雨過程前2日、1日及當(dāng)日的500hPa位勢高度及其距平進(jìn)行的合成分析。從圖2a可見（暴雨前2日），在中高緯度地區(qū)呈現(xiàn)為兩脊兩槽的環(huán)流形勢，此時50°～70°N的歐洲高緯度地區(qū)形成高壓阻塞。而我國華東地區(qū)到華南地區(qū)為一廣闊的低壓槽，槽底一直延伸至較低緯度地區(qū)，并有短波槽分裂至廣西區(qū)域，配合負(fù)的距平中心，該低壓槽將有所發(fā)展加強(qiáng)。我國東北部高壓脊對其西部低壓槽形成阻塞形勢。暴雨前1日，歐洲上空的正異常中心快速向東北方向移動，區(qū)域范圍擴(kuò)大，而此時我國東北部高壓脊范圍也有所擴(kuò)大，強(qiáng)度加強(qiáng)，對其中間發(fā)展加強(qiáng)并東移南壓的低壓槽進(jìn)一步形成阻塞。至暴雨日，東移南壓的低壓槽發(fā)展至最強(qiáng)，其底部向東分裂出的短波槽一直盤踞在廣西上空。從暴雨中層環(huán)流形勢的逐步推進(jìn)可知，隨著兩脊兩槽的進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，密集的位勢高度線使得渦動動能增大，有利于冷空氣從槽前侵入，在高壓阻塞的作用，其不斷南下堆積，持續(xù)時間長，易產(chǎn)生大范圍持續(xù)性降水。

5月，中高緯度地區(qū)兩脊一槽的環(huán)流形勢較為明顯。暴雨過程前2日（圖2d，見彩頁）在烏拉爾山地區(qū)延伸至歐洲南部為一高壓脊，配合有正距平；而在我國的中北部則為異常強(qiáng)大的負(fù)距平中心，配合有強(qiáng)的低壓槽；我國東部則為高壓脊維持，配合正的距平，將進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)。西部的高壓脊線位于40°～50°N附近，脊點(diǎn)偏北，較易形成烏拉爾阻塞，這有利于冷空氣從西伯利亞地區(qū)經(jīng)過中亞地區(qū)向東北方向移動，隨著我國中北部的大槽南下深入我國華南地區(qū)，造成較為穩(wěn)定持續(xù)的陰雨天氣而東部發(fā)展加強(qiáng)的高壓脊也形成阻塞，更有利于冷空氣的南下維持。在低緯度地區(qū)，西太平洋副熱帶高壓穩(wěn)定維持，西脊點(diǎn)偏西，廣西處于副高邊緣，受其邊緣的西南氣流影響較大。隨著暴雨日的推進(jìn)（圖2f，見彩頁），兩脊一槽都在不斷東移發(fā)展加強(qiáng)，此時，中部大槽不斷發(fā)展加深，槽底已延伸至長江中下游，在廣西西南側(cè)的孟加拉灣南支槽也進(jìn)一步延伸擴(kuò)張，并且廣西及附近區(qū)域?yàn)樨?fù)異常，此時西風(fēng)槽活動頻繁，易使氣旋式渦度增強(qiáng)，有利于動力抬升條件，水汽輸送條件好，有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展，并維持較長時間。

6月（圖2g～i，見彩頁），中高緯度地區(qū)為一槽一脊的環(huán)流形勢，烏拉爾山東北部為低壓槽，配合有較強(qiáng)的負(fù)距平中心，其東部即貝加爾湖北部為較強(qiáng)的高壓脊，對烏拉爾山東北部低壓槽形成阻塞，易使高緯冷空氣在此形成阻塞堆積轉(zhuǎn)而隨著低壓槽南下影響。而在中低緯度地區(qū)，槽脊分布并不太明顯，僅在我國東北部地區(qū)有一較弱低壓槽。此時，低緯度的西太平洋副熱帶高壓向西擴(kuò)展至孟加拉灣東部，廣西處于副高邊緣。隨著暴雨日的推進(jìn)，可以看到烏拉爾山東北部槽配合負(fù)的距平中心不斷發(fā)展加強(qiáng)，貝加爾湖北部高壓脊異常增強(qiáng)，我國東部低壓槽配合負(fù)距平中心也有所發(fā)展加強(qiáng)；至暴雨發(fā)生前1日，東部槽增強(qiáng)，槽底延伸至華南地區(qū)，孟加拉灣槽也有所發(fā)展加強(qiáng)，廣西及附近區(qū)域上空處于東亞槽底，配合副高邊緣，形成西南急流區(qū)，水汽充足。該類型的東亞槽底環(huán)流形勢即槽底帶來的冷空氣和來自西南部的孟灣輻合中心的大量暖濕水汽相遇，能形成較大范圍并且持續(xù)時間較長的連續(xù)性暴雨過程。

3.2 850hPa環(huán)流異常

暴雨過程的出現(xiàn)與低層的水汽輻合上升的動力條件密不可分，分析低層850hPa高度場和風(fēng)場可以發(fā)現(xiàn)，4月份，在暴雨前2日（圖3a），西風(fēng)急流受青藏高原的阻擋作用，分成南北兩只氣流，北部形成較弱的異常高壓脊，南部形成異常低壓槽。至暴雨前1日（圖3b），西南低渦中心由33°N南壓至28°N，至暴雨日（圖3c）已南壓至25°N左右，廣西處于其東南部，氣流密集，輻合抬升動力明顯，并且從印度洋過來的西南季風(fēng)持續(xù)不斷的提供水汽和能量，西南急流強(qiáng)度增大，廣西大范圍持續(xù)性暴雨爆發(fā)。

圖3 4-6月份850hPa高度場和風(fēng)場環(huán)流異常（a～c：4月暴雨日前2日、前1日、暴雨日；d～f：5月暴雨日前2日、前1日、暴雨日；g～i：6月暴雨日前2日、前1日、暴雨日）

5月份，在廣西和云南、貴州的交界處有明顯的冷鋒切變線，在切變線北面是偏北氣流，南面是西南暖濕氣流，通常切邊線的南側(cè)會形成較大的降水，廣西此時位于切變線的東南側(cè)，西南氣流輸送印度洋到孟加拉灣的水汽穿過，水汽豐富。在暴雨前1日（圖3e），在廣西西南部的孟加拉灣地區(qū)及東北部都有異常的氣旋式渦旋，至暴雨日（圖3f），渦旋中心移至廣西，形成了異常的輻合中心，造成了廣西等地區(qū)的氣流上升運(yùn)動異常增強(qiáng)。

6月，在暴雨前2日（圖3g），四川地區(qū)的異常西南低渦正在形成，至暴雨前1日（圖3h），西南低渦形成，并東移南壓至廣西西北部，至暴雨日中心發(fā)展加強(qiáng)，廣西整個區(qū)域處于其控制之下，配合發(fā)展加強(qiáng)的西南部的孟加拉灣異常氣旋輻合中心，形成強(qiáng)大的動力抬升條件，而西南部孟灣和印度洋則提供持續(xù)充足的水汽。

4 物理量場合成分析

4.1 水汽條件

水汽是暴雨產(chǎn)生的必要條件。圖4（見彩頁）為合成的4、5和6月份850hPa的大范圍持續(xù)性暴雨過程合成的水汽通量分布情況。分析可知，4月份的水汽主要為中國南海和孟加拉灣，輸送至廣西水汽含量達(dá)到極值。5月份，西太平洋通過南海，印度洋以及孟加拉灣都有水汽向廣西上空輸送，主要輸送帶位于印度洋和孟加拉灣南部。分析6月份發(fā)現(xiàn)，水汽來源以印度洋和孟加拉灣為主，由圖4（c）可見，水汽通道從印度洋一直輸送到華東以及西太平洋海面，形成大范圍的西南-東北水汽輸送帶，其范圍和強(qiáng)度遠(yuǎn)勝于5月份。

暴雨過程的雨量與水汽通量散度的關(guān)系密切，本文取廣西所處緯度的中間值約為23°N作水汽通量散度剖面圖來進(jìn)行垂直方向上的分析。著重分析400hPa以下層次的情況，4月份負(fù)值區(qū)主要處于800hPa以下，廣西上空處于低中心區(qū)域中，說明有強(qiáng)水汽輻合在廣西上空生成。5月份的750hPa以下層為負(fù)值區(qū)，相對4月份的水汽含量柱有所增高，水汽輻合增強(qiáng)。6月份相對4月和5月份，廣西上空的整個大氣層均為負(fù)值，最大輻合中心的值達(dá)到-15×10-7g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽輻合劇烈（圖略）。

4.2 動力條件

同樣沿23°N作垂直速度場的剖面圖（圖5，見彩頁），分析可知，4～6月廣西上空都為負(fù)值，整層都有明顯的上升運(yùn)動，為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的動力抬升條件。具體分析發(fā)現(xiàn)，4月（圖5a），在800hPa～900hPa有＜-120 hPa·s-1的最大負(fù)速度中心值，在近地表面抬升較明顯。5月（圖5b），在300hPa～400hPa之間有最大負(fù)速度中心為＜-130 hPa·s-1，抬升運(yùn)動不斷增強(qiáng)，上升速度明顯增快。6月（圖5c），200hPa～500hPa有中心值＜-120 hPa·s-1的最大負(fù)速度中心，與5月相比，6月的抬升運(yùn)動的厚度明顯增加。

5 結(jié)論與討論

本文進(jìn)行了57a的廣西前汛期持續(xù)性暴雨的月際特征、環(huán)流差異以及各種影響機(jī)制的分析，結(jié)論如下：

（1）1961～2017年廣西前汛期持續(xù)性暴雨出現(xiàn)41次，共96d，平均每年前汛期持續(xù)性暴雨出現(xiàn)0.73次，4、5、6月出現(xiàn)次數(shù)逐漸增加，其中4、5、6月出現(xiàn)的天數(shù)分別是6d、21d、69d，4月發(fā)生的頻率較小僅有6.3%，次之為5月發(fā)生的頻率是21.9%，在6月份發(fā)生的頻率最大，為71.8%。

（2）前汛期各月中、低層的環(huán)流異常演變特征分析發(fā)現(xiàn)，500hPa4月中高緯為兩槽兩脊維持，低緯度地區(qū)有分裂出的短波槽影響廣西；5月則為兩脊一槽形勢，槽底延伸至較低緯度地區(qū)；6月份的中高緯呈現(xiàn)為一槽一脊形勢配合中低緯度的東亞槽共同影響。這些環(huán)流形勢的共性則是阻塞形勢都有利于冷空氣的堆積并南下影響，而廣西在5月和6月份同時受到副高邊緣西南氣流的影響。低層則為異常的輻合中心發(fā)展加強(qiáng)，此種環(huán)流異常條件，有利于低層水汽的不斷抬升，易發(fā)生持續(xù)性暴雨。

（3）水汽條件分析表明，4月份廣西大范圍持續(xù)性暴雨的水汽來源主要為中國南海和孟加拉灣；5月份主要是南海、印度洋以及孟加拉灣的水汽向廣西上空輸送；6月份以印度洋和孟加拉灣為主。

（4）動力條件的分析得出，廣西大范圍持續(xù)性暴雨期間，4～6月廣西上空垂直速度不斷增大，上升運(yùn)動明顯加強(qiáng)，低層的溫度梯度大，對應(yīng)的不穩(wěn)定能量不斷增加累積，為廣西暴雨的產(chǎn)生提供了有利的觸發(fā)機(jī)制。