李向紅，伍 靜，曾毓琳，張雅昕，黎微微，王艷蘭

（桂林市氣象局，廣西 桂林 541001）

引言

我國氣象工作者多年來積累了很多暴雨形成機(jī)理與觸發(fā)機(jī)制的研究成果。例如冉令坤等［1］應(yīng)用廣義濕位渦刻畫河南“7·20”極端暴雨中尺度系統(tǒng)的垂直風(fēng)切變、渦度等動力和熱力因素垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)為邊界層急流帶來的充沛水汽在太行山和嵩山迎風(fēng)坡輻合抬升，致使河南暴雨長時(shí)間維持，產(chǎn)生極端降水量。陳紅專等［2］和付煒等［3］分析了湖南持續(xù)性暴雨的環(huán)流背景和大尺度水汽輸送特征，認(rèn)為天氣系統(tǒng)的有效配置和穩(wěn)定維持是強(qiáng)降雨持續(xù)的主要原因，低空急流的演變和進(jìn)退與暴雨落區(qū)和強(qiáng)度的演變關(guān)系密切，超低空急流斷裂處的輻合區(qū)疊加在湘桂邊界南嶺山脈特殊地形上，動力抬升觸發(fā)及維持作用更加明顯。張芳麗等［4］認(rèn)為低空急流最大風(fēng)速出口輻合上升區(qū)與地形的輻合抬升疊加形成強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動，成為暴雨的動力觸發(fā)條件。梁紅麗等［5］研究了低緯高原副高外圍暖區(qū)暴雨邊界層觸發(fā)條件，研究表明降水峰值的形成與偏南氣流脈動形成的列車效應(yīng)有關(guān)。齊道日娜等［6］對河南極端暴雨的研究表明，偏東氣流持續(xù)的暖平流輸送、低層變形場鋒生作用，以及邊界層急流異常強(qiáng)盛的水汽輸送是極端暴雨成因。陳芳麗等［7］發(fā)現(xiàn)邊界層急流輻合形成中尺度能量鋒有利于強(qiáng)降水的觸發(fā)。辜旭贊等［8］分析表明，華南、江南持續(xù)性暴雨是因東亞副高偏強(qiáng)偏西，以及季風(fēng)槽異?；顒釉斐擅霞永瓰澈湍虾Ｉ峡盏拇蟪叨人M(jìn)入大陸造成的。李華實(shí)等［9］認(rèn)為，廣西天等縣極端強(qiáng)降水是高空槽加深東移引導(dǎo)低層低渦和輻合切變線緩慢南壓造成的。蔡悅幸等［10］發(fā)現(xiàn)在廣西持續(xù)性暴雨期間，西太平洋副熱帶高壓異常偏強(qiáng)、偏西，青藏高原上不斷有高空短波槽東移，大量水汽沿短波槽前和南海季風(fēng)槽槽前的西南氣流向廣西輸送。周云霞等［11］發(fā)現(xiàn)低質(zhì)心暖云降水回波形成的列車效應(yīng)是極端強(qiáng)降水產(chǎn)生的直接原因。歐徽寧等［12］和屈梅芳等［13］分析表明，廣西連續(xù)性暴雨的大氣環(huán)流背景為500hPa 中高緯地區(qū)深槽的穩(wěn)定維持，引導(dǎo)北方冷空氣不斷補(bǔ)充南下影響廣西。

廣西東北部越城嶺山脈的貓兒山主峰海拔2141m，是華南第一高峰，越城嶺東南面是海洋山脈，在南嶺的越城嶺與海洋山之間形成狹長平原即為湘桂走廊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年汛期，這里都會發(fā)生連續(xù)性大暴雨，而貓兒山與湘桂走廊等特殊地形，多年來一直被認(rèn)為是桂東北極端暴雨增幅的因素，本文將對2021 年6 月27 日至7 月4 日桂東北過程成因進(jìn)行分析，為桂東北連續(xù)性暴雨預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 雨量實(shí)況

2021 年6 月26 日至7 月4 日桂林西北部連續(xù)8d 出現(xiàn)暴雨，最強(qiáng)降水出現(xiàn)在靈川蘭田氣象觀測站，累計(jì)雨量達(dá)到1005.7mm，其次為興安貓兒山東南側(cè)海拔1600m 氣象觀測站，累計(jì)雨量935.3mm，小時(shí)最大雨強(qiáng)為臨桂宛田十二灘漂流風(fēng)景區(qū)國家氣象觀測站（82.5mm）。

本次過程持續(xù)時(shí)間長，累積雨量大，強(qiáng)降水分布不均勻，在桂林市西北部高度重疊，短時(shí)強(qiáng)降水較大，主要出現(xiàn)在夜間。與歷史同期相比，資源偏多376%，桂林、龍勝和靈川偏多150%～180%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有16 個自動站雨量偏多300mm 以上，其中靈川蘭田站偏多720.8mm，興安貓兒山東南側(cè)海拔1600m觀測站偏多704.3mm，臨桂宛田十二灘漂流風(fēng)景區(qū)觀測站偏多644.6mm。

1.2 資料來源與研究方法

采用的數(shù)據(jù)為常規(guī)高空、地面氣象觀測資料、雷達(dá)、衛(wèi)星資料、廣西區(qū)域地面氣象站（包含基本站和自動站）的逐小時(shí)雨量數(shù)據(jù)，和中國區(qū)域多源融合實(shí)況分析產(chǎn)品（其空間分辨率為1km×1km、時(shí)間分辨率為逐小時(shí)），包括降水、氣溫、風(fēng)速、相對濕度等6個要素。研究方法采用動力診斷的方法，通過對垂直速度、散度等物理量，以及徑向風(fēng)分量的分析，研究暴雨的觸發(fā)機(jī)制和維持環(huán)流背景。

2 觸發(fā)機(jī)制及維持機(jī)制分析

2.1 環(huán)流背景

2021 年6 月27 日至7 月4 日桂東北連續(xù)性暴雨發(fā)生期間，西太平洋副熱帶高壓經(jīng)歷減弱東退西進(jìn)加強(qiáng)的過程。6 月27—28 日，500hPa 副熱帶高壓邊緣從中南半島東退到120°E，29—30 日暴雨加強(qiáng)階段，副熱帶高壓邊緣西伸穩(wěn)定在110°E，500hPa 副熱帶高壓脊線從18°N 北抬到21°N，同時(shí)各層在四川形成低渦系統(tǒng)；連續(xù)暴雨中期即7 月1 日至2 日，500hPa 副熱帶高壓邊緣維持在華南沿海，西脊點(diǎn)維持在110°E，但副熱帶高壓脊線北抬明顯，由21°N逐漸北抬到25°N；連續(xù)暴雨后期即7 月3—4 日副熱帶高壓加強(qiáng)西伸北抬，副高邊緣到達(dá)100°E，脊線北抬到26°N。根據(jù)文獻(xiàn)［14］，大范圍的廣西暴雨副熱帶高壓脊線位于17°N，而此次連續(xù)性暴雨500hPa 副熱帶高壓明顯偏強(qiáng)偏北，整個暴雨過程副熱帶高壓脊線在20°～26°N 之間，以日雨量最大的6月30 日和7 月2 日為例，30 日500hPa 副熱帶高壓脊線位于21°N，2 日副熱帶高壓脊線位于25°N，副熱帶高壓邊緣西南氣流持續(xù)影響桂林西北部的越城嶺山脈貓兒山，這是導(dǎo)致局部暴雨的可能原因。

持續(xù)暴雨期間，華北不斷有小槽東南移動，同時(shí)河套地區(qū)也不斷有分裂小槽東移，引導(dǎo)地面弱冷空氣南下。27—28 日850hPa 在四川-貴州一帶形成切變線，影響桂林的西南氣流增大到10m·s-1，29 日在四川形成深厚低渦系統(tǒng)，29 日晚到30 日深厚低渦系統(tǒng)沿切變線東移，低壓中心從四川與貴州交界東移至湖南-江西交界，同時(shí)低空急流形成，影響桂林西南風(fēng)加大到14m·s-1，受低渦和西南氣流影響，桂林西北部的龍勝、靈川青獅潭水庫附近出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局地特大暴雨。7 月1—2 日850hPa 切變線維持在貴州-湖南交界，高原東部有階梯槽東移引導(dǎo)地面冷空氣南下，同時(shí)副熱帶高壓加強(qiáng)西伸，影響桂林的西南風(fēng)加強(qiáng)到18m·s-1，桂林北部處于低渦切變東南側(cè)強(qiáng)風(fēng)向風(fēng)速輻合區(qū)，同時(shí)地面靜止鋒也在桂林北部擺動，大暴雨中心北抬到資源和興安北部的貓兒山附近。7 月3—4 日副熱帶高壓加強(qiáng)，暴雨范圍明顯縮小。

2.2 觸發(fā)機(jī)制

2.2.1 低空急流與地形輻合抬升

2021 年6 月30 日01 時(shí)至05 時(shí)逐小時(shí)的雨量都超過20mm，其中02 時(shí)宛田1h 雨量達(dá)到82.5mm；2021 年6 月30 日03 時(shí)至05 時(shí)龍脊逐小時(shí)雨量也超過20mm。多源細(xì)網(wǎng)格10m 風(fēng)實(shí)況資料（圖1）表明，兩個站都在低層大風(fēng)帶中，大風(fēng)中心位置對應(yīng)天平山與貓兒山，其高度可代表925～850hPa，01 時(shí)到02 時(shí)低層偏南風(fēng)速繼續(xù)增大，尤其是中心。達(dá)到急流強(qiáng)度，即出現(xiàn)低空急流脈動，配合850hPa 低渦系統(tǒng)，有利于降水增幅。短時(shí)強(qiáng)降雨點(diǎn)出現(xiàn)在在極大風(fēng)速核的后側(cè)，即貓兒山西南風(fēng)迎風(fēng)坡一側(cè)，說明地形對暴雨形成也起到增幅作用。

圖1 2021 年6 月30 日01 時(shí)（a）、02 時(shí)（b）多源細(xì)網(wǎng)格再分析資料10m 風(fēng)分析（單位：m·s-1）

2.2.2 物理量結(jié)構(gòu)分析

分析多源再分析資料850hPa 散度和500hPa 垂直速度可知，6 月30 日02 時(shí)850hPa 在西北部存在明顯輻合區(qū)，輻合中心在龍勝及靈川北部一帶，散度值達(dá)到-5×10-5s-1，分別對應(yīng)龍勝宛田、靈川藍(lán)田82mm、55mm 的1h 雨量，同時(shí)02—05 時(shí)龍勝白水3h 雨量達(dá)到103.9mm，達(dá)到暴雨紅色預(yù)警信號標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)500hPa 在西北部存在較大的上升速度中心，輻合值達(dá)到-5×10-1Pa·s-1，位于龍勝一帶，有利于龍勝短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。7 月2 日02 時(shí)850hPa資源及北部存在明顯輻合區(qū)中，輻合值達(dá)-5×10-5s-1，資源位于-2×10-5s-1的輻合區(qū)中，500hPa 在北部存在明顯的上升速度區(qū)，上升速度中心達(dá)-7×10-1Pa·s-1，對應(yīng)高空槽系統(tǒng)，500hPa 強(qiáng)的上升速度區(qū)配合850hPa 輻合區(qū)，造成了北部資源出現(xiàn)164.3mm 的3h 強(qiáng)降水。

分析27 日08 時(shí)至30 日08 時(shí)MICAPS 資料動力物理量資料可知，各層垂直速度中850hPa 最明顯，27—30 日桂林一帶有強(qiáng)的上升速度中心，與相應(yīng)時(shí)段的暴雨到大暴雨區(qū)對應(yīng)，30 日上升速度區(qū)影響，有利于中南部強(qiáng)降水發(fā)生。同時(shí)925hPa 水汽通量輻合區(qū)影響廣西北部，桂林市西北部位于輻合中心附近，與強(qiáng)降水中心對應(yīng)。

分析7 月1—2 日850hPa 物理量資料可知，1日14 時(shí)、20 時(shí)及2 日02 時(shí)、08 時(shí)桂林中低層一帶對應(yīng)有較強(qiáng)的上升速度，與強(qiáng)降水區(qū)對應(yīng)；同時(shí)925hPa 也對應(yīng)有較大的水汽通量輻合區(qū)，桂林市西北部位于強(qiáng)輻合中心附近，與強(qiáng)降水中心對應(yīng)。

2.3 副高對連續(xù)暴雨的影響

6 月27 日500hPa 的588 線已經(jīng)控制在中南半島，28 日588 線東撤17°N，120°E，29 日副高脊點(diǎn)西伸到17°N，110°E，30 日副高西脊點(diǎn)北抬至20°N，110°E。此后7 月1 日到7 月2 日副高西脊點(diǎn)穩(wěn)定維持在20°N，110°E。7 月3—4 日，副高繼續(xù)加強(qiáng)西伸，脊線逐漸從20°N 北抬到22°N，588 線西脊點(diǎn)西伸到105°E。從6 月27 日20 時(shí)到7 月4 日20 時(shí)，副熱帶高壓脊維持在17°～20°N 擺動，其西脊點(diǎn)與歷史同期相比，副熱帶高壓脊線相比往年偏北5 個緯距。

分析暴雨前后多源再分析資料500hPa 高度場隨時(shí)間演變（圖2），發(fā)現(xiàn)暴雨發(fā)生前，副高偏西偏北，暴雨持續(xù)期間，副高東退減弱，暴雨結(jié)束后，副高加強(qiáng)西伸，可見副熱帶高壓的穩(wěn)定維持在桂林市東南部是暴雨持續(xù)的關(guān)鍵。分析暴雨期間850hPa V 分量演變可以看到，暴雨期間850hPa 維持較強(qiáng)的偏南氣流，其中6 月30 日西南風(fēng)達(dá)18m·s-1，對應(yīng)龍勝出現(xiàn)大暴雨；7 月2 日西南風(fēng)達(dá)12m·s-1以上，對應(yīng)資源出現(xiàn)大暴雨。

圖2 2021 年6 月25 日至7 月4 日500hPa 高度（單位：位勢米）沿25°N 隨時(shí)間演變（a）及850hPaV 分量（單位：m·s-1）沿110°E 隨時(shí)間演變（b）

2.4 衛(wèi)星云圖特征分析

FY4A 紅外云圖顯示（圖3），6 月27 日21 時(shí)開始在桂林西北部發(fā)展對流云帶，23 時(shí)明顯增強(qiáng)，28日01 時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，其TBB 較低，達(dá)到210K，強(qiáng)對流云持續(xù)了3～4h，造成局部大暴雨。29 日22 時(shí)至30日01 時(shí)云帶發(fā)展緩慢東南移影響桂林。30 日00 時(shí)起桂林有孤立對流云團(tuán)發(fā)展，02—03 時(shí)對流云團(tuán)稍有加強(qiáng)，但面積仍較小，TBB 較低，達(dá)到210K 以下，由于移動緩慢降水效率高，00—05 時(shí)累積雨量達(dá)220mm。7 月1 日10—12 時(shí)對流云團(tuán)穩(wěn)定影響臨桂附近，造成臨桂茶洞11 時(shí)出現(xiàn)37.5mm 的小時(shí)雨量。21 時(shí)強(qiáng)中心繼續(xù)東移至桂林北部，開始影響資源，TBB 降低，達(dá)到210K 以下，22—23 時(shí)，東部對流團(tuán)東移，西南部對流云團(tuán)增強(qiáng)，2 日00 時(shí)兩云團(tuán)合并加強(qiáng)，TBB210K 以下面積增大，資源小時(shí)降水達(dá)21.4mm，01 時(shí)對流云團(tuán)達(dá)到最強(qiáng)，TBB210K 以下面積增至最大，資源小時(shí)降水達(dá)60.2mm。02—03 時(shí)對流云團(tuán)維持，小時(shí)降水持續(xù)達(dá)30mm 以上。由于強(qiáng)對流云團(tuán)少動，造成資源1 日晚降雨量達(dá)251.9mm。

圖3 2021 年7 月1 日11 時(shí)（a）、17 時(shí)（b）、21 時(shí)（c）、2 日00 時(shí)（d）、01 時(shí)（e）、05 時(shí)（f）紅外云圖

2.5 強(qiáng)降水雷達(dá)回波演變特征分析

6 月29 日00—03 時(shí)帶狀回波影響興安一帶，04—05 時(shí)明顯減弱，造成興安貓兒山79.3mm 降水。15—16 時(shí)回波中心達(dá)45dBZ 以上，自北向南影響桂林中南部，直至20 時(shí)，造成桂林南部的恭城、荔浦出現(xiàn)暴雨。22 時(shí)開始在湘桂走廊形成對流回波帶，臨桂一帶回波加強(qiáng)，回波中心達(dá)45dBZ 以上，其西南部不斷有回波東北移影響，對臨桂宛田一帶形成列車效應(yīng)，30 日01—02 時(shí)最強(qiáng)，回波中心達(dá)50dBZ，造成臨桂宛田站小時(shí)雨量達(dá)82.5mm。03—04 時(shí)仍達(dá)45dBZ，造成臨桂宛田站29 日夜間出現(xiàn)212.6mm 的強(qiáng)降水。

7 月1 日09 時(shí)永福對流回波發(fā)展，10 時(shí)強(qiáng)對流回波帶影響中部，11 時(shí)強(qiáng)回波中心達(dá)45dBZ，造成臨桂茶洞小時(shí)雨量37.5mm，之后東北移減弱。20—22 時(shí)回波加強(qiáng)，強(qiáng)回波中心達(dá)45dBZ，造成靈川蘭田站21 時(shí)小時(shí)雨量達(dá)39.4mm，興安華江站22 時(shí)小時(shí)雨量達(dá)38.1mm，7 月2 日00—01 時(shí)回波加強(qiáng)，強(qiáng)中心影響資源站，且西南部不斷有45dBZ 以上強(qiáng)回波帶移經(jīng)資源，形成列車效應(yīng)，造成資源00—01 時(shí)雨量達(dá)75mm。

3 結(jié)論

500hPa 副熱帶高壓穩(wěn)定并且明顯偏強(qiáng)偏北、低渦切變不斷沿貴州、湖南東移是桂林西北部暴雨持續(xù)的關(guān)鍵。副熱帶高壓加強(qiáng)西伸，在桂林西北部形成強(qiáng)西南急流，加上高原東部階梯槽東移，使得桂林北部處于低渦切變東南側(cè)強(qiáng)風(fēng)向風(fēng)速輻合區(qū)和抬升區(qū)，觸發(fā)了桂林西北部強(qiáng)降水。850hPa 輻合帶和500hPa 強(qiáng)上升區(qū)與暴雨區(qū)對應(yīng)較好。低空急流脈動及地形對強(qiáng)降水有增幅作用，但地形對強(qiáng)降水分布的影響機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。