詹瑩玉，程 鵬，黃曉輝，韋增岸，李林紅

(廣西壯族自治區(qū)人工影響天氣辦公室，廣西 南寧 530022)

0 引言

廣西屬中南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，每年10月份副熱帶高壓南撤至次年5月份季風(fēng)爆發(fā)前，各地均會出現(xiàn)不同程度的干旱[1]，干旱阻礙農(nóng)作物生長，造成農(nóng)業(yè)損失，減少經(jīng)濟(jì)收入，利用飛機(jī)增雨作業(yè)能有效增加降水量，利于水庫蓄水、農(nóng)耕播種等。自1959年以來，廣西飛機(jī)人工增雨作業(yè)在緩解干旱、保障農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮了巨大的作用。在進(jìn)行飛機(jī)人工增雨作業(yè)時，為保障安全，需避開強(qiáng)對流天氣發(fā)生區(qū)域，但人工增雨又必須有合適的云水條件才能達(dá)到明顯的效果。過去，氣象工作者們[2-7]針對暴雨、冰雹、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣進(jìn)行了深入的研究，而對于有利于飛機(jī)增雨作業(yè)的天氣形勢分析較少。黃海洪等[1]分析了西風(fēng)帶暴雨、熱帶系統(tǒng)暴雨環(huán)流特征，將24 h內(nèi)廣西境內(nèi)各市縣氣象觀測站中有≥20個站日降雨量≥50 mm,定義為全區(qū)性暴雨天氣過程。楊敏等[8]對2004—2013年人工增雨作業(yè)期共78例降水過程進(jìn)行分析，將中部區(qū)域春秋季降水過程分為低槽/切變線冷鋒型、低渦(西南渦/西北渦)氣旋型、低槽/切變線冷高壓型，并分析了各類天氣形勢下的水汽分布特征、降雨的移動特征等。王琎等[9]利用甘肅省1991—2002年飛機(jī)人工增雨作業(yè)資料，對秋季飛機(jī)增雨作業(yè)情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立了天氣系統(tǒng)自動化“判別”模型，指出飛機(jī)人工增雨作業(yè)的主要天氣類型為西南氣流型和平直多波動型。韋增岸等[10]利用廣西2009—2015年11—12月地面、高空氣象觀測資料及飛機(jī)增雨作業(yè)宏觀記錄資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，對增雨作業(yè)天氣系統(tǒng)進(jìn)行分型，將影響系統(tǒng)分為冷空氣型、高空槽型、華南靜止鋒型、低層南風(fēng)急流型、臺風(fēng)型，但未對整個飛機(jī)增雨作業(yè)期(每年10—12月及次年1—5月)的人工影響天氣形勢及水汽來源情況進(jìn)行詳細(xì)分析。廣西位于青藏高原以東地區(qū)，飛機(jī)增雨作業(yè)期水汽輸送受青藏高原南支西風(fēng)帶影響較大，李文韜等[11]利用2001—2016年MODIS、ERA-Interim再分析資料對青藏高原云水氣候特征進(jìn)行分析，表明高原的動力、熱力作用對云水路徑的分布有影響。周艷等[12]對黔東南一次罕見冬季暴雨天氣過程的水汽分析表明低空急流帶動充沛水汽在暴雨區(qū)輻合及低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為暴雨的形成提供了有利條件。本文將2006—2015年飛機(jī)增雨作業(yè)期有利于開展飛機(jī)增雨作業(yè)的天氣形勢、水汽來源、典型個例及其垂直累積云液態(tài)水含量分布情況進(jìn)行分析，為今后進(jìn)一步研究廣西云水資源分布奠定基礎(chǔ)。

1 資料和方法

本文將2006—2015年廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期(1—5月、10—12月)，24 h內(nèi)≥20個國家氣象觀測站出現(xiàn)0.1～24.9 mm降雨量時，定義為一次明顯的小到中雨天氣過程；由于連續(xù)2 d的影響系統(tǒng)不一定相同，為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，在出現(xiàn)≥2 d小到中雨天氣時，不將連續(xù)幾天出現(xiàn)的小到中雨天氣過程歸類為同一次天氣過程。利用歐洲中心ERA Interim高空、地面再分析資料對每一次小到中雨天氣過程、水汽來源進(jìn)行統(tǒng)計，并對典型個例的環(huán)流形式及垂直累積云液態(tài)水含量分布情況進(jìn)行分析，為今后進(jìn)行廣西云水資源區(qū)劃研究奠定基礎(chǔ)。

2 影響形勢及水汽分析

對全國綜合氣象信息共享平臺(CIMISS)數(shù)據(jù)庫資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，2006—2015年廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期，全區(qū)共有288次明顯的小到中雨天氣過程，利用歐洲中心ERA Interim再分析資料對這些過程進(jìn)行分析，將主要影響天氣類型分為高壓后部回流、切變線、南支槽、西南渦東移、臺風(fēng)、西南季風(fēng)影響型。

2.1 大氣環(huán)流形勢

當(dāng)?shù)孛胬涓邏簴|移入海，廣西處在高壓后部或其西南部，而近地面、低空為西南風(fēng)或南風(fēng)影響時，高壓后部回流將南部豐富的水汽輸入廣西，為降雨提供豐富的水汽條件，本文將此類形勢下出現(xiàn)的降雨天氣過程歸類為高壓后部回流型；當(dāng)700 hPa或850 hPa廣西區(qū)域出現(xiàn)切變線影響產(chǎn)生降水時，歸為切變線型；當(dāng)500 hPa或700 hPa有南支槽影響出現(xiàn)降雨，且低空無切變線、地面不處于出海高壓后部影響時，歸為南支槽型；當(dāng)700 hPa或850 hPa出現(xiàn)西南渦自西向東移到華東地區(qū)或繼續(xù)東移影響廣西產(chǎn)生降水時，歸為西南渦東移型；當(dāng)臺風(fēng)影響廣西并產(chǎn)生明顯降雨時，歸為臺風(fēng)影響型；當(dāng)越赤道氣流從南半球進(jìn)入北半球轉(zhuǎn)向成西南氣流，與東北信風(fēng)輻合影響廣西產(chǎn)生降雨時，歸為西南季風(fēng)影響型。

將288次明顯小到中雨天氣過程進(jìn)行分類統(tǒng)計(表1)，高后回流影響型占41%，切變線影響型占36.5%，南支槽影響型占15.3%，西南渦東移影響型占5.5%，臺風(fēng)影響型占1%，西南季風(fēng)影響型占0.7%，其中前3種影響型占92.8%。由于西南渦東移、臺風(fēng)影響、西南季風(fēng)影響型出現(xiàn)的次數(shù)太少(西南渦東移16次，臺風(fēng)3次，季風(fēng)2次)，本文著重分析前3種天氣類型。1月以及10—12月份切變線影響占的次數(shù)最多；2—5月份高后回流影響占的次數(shù)最多。1—4月出現(xiàn)小到中雨天氣過程204次，占70%，其中2—4月共161次，該時段是廣西春播春種的關(guān)鍵時期，農(nóng)作物需水量大，需要增加人工增雨作業(yè)次數(shù)。

表1 廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期各月有利于開展作業(yè)的天氣形勢分類統(tǒng)計(單位：d)Tab.1 Statistics of effective weather situation type in Guangxi Artificial precipitation enhancement period (unit:d)

2.2 低空急流和水汽來源分析

維持降雨的水汽主要來源于低層，在飛機(jī)增雨作業(yè)期，廣西低層的主要水汽源地為東海、南海、孟加拉灣，當(dāng)?shù)孛媸芾涓邏耗喜靠刂茣r，廣西近地面為東北或東北偏東氣流控制，水汽從東海向廣西輸送；廣西處在熱帶氣旋東部、出海高壓后部或南海反氣旋西部時，廣西低層為東南或偏南氣流控制，水汽由南海輸送；當(dāng)西南渦東移、孟加拉灣風(fēng)暴發(fā)展、南支槽東移或季風(fēng)槽影響時，廣西受西南風(fēng)或偏西氣流控制，水汽來源于孟加拉灣。2006—2015年廣西低層的水汽輸送源地統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，925 hPa的水汽輸送源地為東海、南海，分別占49.7%和45.8%；850 hPa水汽來源為南海、孟加拉灣，分別占35.8%和45.1%；700 hPa水汽來源為孟加拉灣，占94.4%。這是由于廣西處在青藏高原以東、低緯沿海地區(qū)，925 hPa受地面冷高壓的影響較大，冷高壓由北至南移動的過程中，水汽從冷高壓底部(高壓中心位于陸地)或高壓后部輸入廣西(高壓中心東移入海)；850 hPa處于接近邊界層上部，同時受地面和高空系統(tǒng)的影響，當(dāng)?shù)孛胬涓邏狠^強(qiáng)時，廣西低層水汽來源主要受冷高壓活動的影響，來源于東海或南海；當(dāng)南支槽或西南季風(fēng)較強(qiáng)時，主要受高空西風(fēng)系統(tǒng)的影響，水汽主要來自孟加拉灣；700 hPa主要受中高空西風(fēng)帶系統(tǒng)的影響，水汽主要來源于孟加拉灣；當(dāng)熱帶氣旋發(fā)展較強(qiáng)盛時，各層的水汽來源與熱帶氣旋的移動路徑密切相關(guān)。

表2 廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期低空水汽來源統(tǒng)計(單位：d)Tab.2 Statistics of Water Vapor Sources at Low layers in Guangxi Artificial Precipitation Enhancement Period (unit:d)

當(dāng)925 hPa出現(xiàn)風(fēng)速≥12 m/s的風(fēng)速帶時，稱為超低空急流影響；當(dāng)850～700 hPa出現(xiàn)風(fēng)速≥12 m/s的風(fēng)速帶時，稱為低空急流影響。低空急流是水汽和能量的集中帶，源源不斷地為降雨區(qū)提供水汽和能量，廣西汛期強(qiáng)降雨天氣過程常伴有低空急流。288次過程中，925 hPa出現(xiàn)超低空急流的次數(shù)為1次，850 hPa出現(xiàn)24次，700 hPa出現(xiàn)175次，925～850 hPa出現(xiàn)超低空、低空急流的次數(shù)不多，低層水汽、能量向降雨區(qū)的輸送的強(qiáng)度較小，無對流性強(qiáng)降雨天氣過程，適宜開展人工增雨作業(yè)。

3 典型個例分析

3.1 高壓后部回流型

2015年3月11—12日，500 hPa高原小波動?xùn)|移，700 hPa高原槽、南支槽在青藏高原東部同位相疊加并逐漸東移，地面冷高壓自北向南移動，廣西為冷高壓控制。13日08時，500 hPa為高原槽槽后西北氣流影響，700 hPa處于南支槽前，24 h內(nèi)，南支槽繼續(xù)東移，槽線自西向東移出廣西，850 hPa為西南氣流控制，地面處于出海高壓后部(圖1)。850～700 hPa出現(xiàn)西南低空急流，水汽來源于孟加拉灣，925 hPa為偏南氣流，水汽來源于南海，近地面層水汽自海面向內(nèi)陸輸送，水汽條件充足，廣西大部出現(xiàn)小到中雨天氣。

圖1 2015年3月13日08時歐洲中心1°×1°海平面氣壓場(單位：hPa)Fig.1 Sea-level Pressure of ERA Interim Reanalysis Data，Resolution of 1°× 1°，at 08∶00 on March 13, 2015(unit:hPa)

歐洲中心0.25×0.25°網(wǎng)格垂直累積云液態(tài)水資料顯示，2015年3月13日08時，廣西中部、南部沿海垂直累積云液態(tài)水含水量≥0.05 kg/m2,局部≥1.25 kg/m2(圖2)，即廣西中部、南部以層積混合云為主，水汽條件充足，具備一定的飛機(jī)增雨作業(yè)條件。

圖2 2015年3月13日08時歐洲中心0.25°×0.25°垂直累積云液態(tài)水含量分布圖(單位：kg/m2)Fig.2 Vertical Integral of liquid Water Distribution of ERA Interim Reanalysis Data, Resolution of 0.25°× 0.25°,at 08∶00 on March 13, 2015(unit:kg/m2)

3.2 切變線影響型

2014年4月1—2日700～500 hPa貝加爾湖橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)850 hPa切變線和地面冷鋒南下。3日08時，貝加爾湖槽移至我國東部，500 hPa槽底移至長江口，700 hPa南支小波動?xùn)|移，廣西境內(nèi)出現(xiàn)風(fēng)速≥12 m/s的西南低空急流，850 hPa切變線移至廣西中部(圖3)，925 hPa切變線移至沿海，地面為冷高壓控制，廣西北部、中部海平面氣壓≥1 015 hPa，中低層擾動抬升條件充足，廣西大部為小到中雨天氣。

圖3 2014年4月3日08時歐洲中心1°×1°850 hPa環(huán)流形勢圖(單位：hPa)Fig.3 850 hPa Atmospheric Circulation of ERA Interim Reanalysis Data, Resolution of 1°× 1°, at 08∶00 on April 3, 2014(unit:hPa)

4月3日08時，廣西南部(切變線南側(cè))出現(xiàn)片狀垂直累積云液態(tài)水含量≥0.05 kg/m2區(qū)域，局部垂直累積云液態(tài)水含量≥1.25 kg/m2(圖4)，云水含量充足，有利于開展飛機(jī)增雨作業(yè)。

圖4 2014年4月3日08時歐洲中心0.25°×0.25°垂直累積云液態(tài)水含量分布圖(單位：kg/m2)Fig.4 Vertical Integral of Liquid water Distribution of ERA Interim Reanalysis Data, Resolution of 0.25°× 0.25°,at 08∶00 on April 3, 2014 (unit:kg/m2)

3.3 南支槽影響型

2013年2月2—3日，700～500 hPa南支槽東移，槽底伸至孟加拉灣北部，廣西處于南支槽前，中層受強(qiáng)盛的西南氣流影響，水汽來源于孟加拉灣。850 hPa切變線在廣西沿海一帶擺動，地面冷高壓東移出海。4日08時，南支槽與北支槽同位疊加?xùn)|移(圖5)，24 h內(nèi)自東向西移出廣西，925～850 hPa為東北氣流控制，水汽來源于東海，地面弱冷空氣補(bǔ)充南下，開始影響廣西北部，廣西大部出現(xiàn)小雨天氣。

圖5 2013年2月4日08時歐洲中心1°×1°500 hPa形勢場(單位：hPa)Fig.5 500 hPa Atmospheric Circulation of ERA Interim Reanalysis Data, Resolution of 1°× 1°, at 08∶00 on February 4, 2013(unit:hPa)

2月4日08時，廣西東南部出現(xiàn)垂直累積云液態(tài)水含量≥0.05 kg/m2片狀區(qū)域，桂東局部出現(xiàn)帶狀垂直累積云液態(tài)水含量大值區(qū)(圖6)，云水充足，有利于飛機(jī)增雨作業(yè)的開展。

圖6 2013年2月4日08時歐洲中心0.25°×0.25°垂直累積云液態(tài)水含量分布圖(單位：kg/m2)Fig.6 Vertical integral of Liquid Water Distribution of ERA Interim Reanalysis Data, Resolution of 0.25°× 0.25°,at 08∶00 on February 4, 2013 (unit:kg/m2)

4 結(jié)論

本研究表明：

①廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期各降水系統(tǒng)不是絕對獨立的，當(dāng)?shù)孛嫣幵诟邏汉蟛繒r，24 h內(nèi)有可能存在高緯度高空槽引導(dǎo)低空切變線及地面冷空氣南下影響廣西北部；當(dāng)?shù)孛鏋楦邏汉蟛坑绊憰r，南支槽有可能東移影響廣西西部，本文以降雨過程發(fā)生時，造成廣西降水的主要影響系統(tǒng)來分型，分為高壓后部回流、切變線、南支槽、西南渦東移、臺風(fēng)、季風(fēng)槽型，對飛機(jī)增雨作業(yè)期出現(xiàn)的288次小到中雨天氣過程進(jìn)行分析統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)前3種類型占絕大多數(shù)，達(dá)92.8%，秋、冬、春季廣西受西南渦東移、臺風(fēng)、季風(fēng)槽影響較少，因此后3種類型出現(xiàn)的次數(shù)較少。

②廣西處在亞熱帶沿海地區(qū)，水汽條件較充足，飛機(jī)增雨作業(yè)期低層主要水汽來源為孟加拉灣、南海、東海，由于各層受到的影響系統(tǒng)不同，其水汽來源差別較大。925 hPa受地面系統(tǒng)影響較大，水汽主要來源于東海、南海，850 hPa接近邊界層頂，同時受地面和高空系統(tǒng)的影響，水汽主要來源于南海、孟加拉灣，700 hPa主要受高空西風(fēng)帶系統(tǒng)影響，水汽主要來源于孟加拉灣。

③廣西飛機(jī)增雨作業(yè)期288次小到中雨天氣過程中，925 hPa超低空急流、850 hPa低空急流發(fā)生的次數(shù)較少，水汽和能量輸送條件比夏季弱、少，無對流性強(qiáng)降雨天氣過程，有利于開展飛機(jī)增雨作業(yè)。

④對有利于開展飛機(jī)增雨作業(yè)的典型個例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，廣西境內(nèi)出現(xiàn)大片垂直累積云液態(tài)水含量≥0.05 kg/m2區(qū)域，局部出現(xiàn)帶狀垂直累積云液態(tài)水含量大值區(qū)域，這可能與云層的宏、微物理特征有關(guān)，需要今后進(jìn)一步研究論證。