桂北地區(qū)前汛期兩次極端強(qiáng)降水成因?qū)Ρ确治?/h1>
2023-02-19 01:06潘仕球唐小琴歐陽(yáng)榮謙李向紅
氣象研究與應(yīng)用 2023年4期
潘仕球，唐小琴，唐 熠，歐陽(yáng)榮謙，陽(yáng) 薇，李向紅*
（1.桂林市氣象局，廣西 桂林 541000；2.恭城縣氣象局，廣西 桂林 542500）
隨著全球氣候變暖，極端性天氣事件發(fā)生的概率顯著增加，降水作為常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，近年來(lái)也日漸趨向極端化，極端強(qiáng)降水發(fā)生的概率越來(lái)越大［1-3］。極端強(qiáng)降水事件發(fā)生概率相比于氣候平均態(tài)顯著偏小，常導(dǎo)致比較嚴(yán)重的災(zāi)害，可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，是氣象工作者的重要研究方向。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)極端強(qiáng)降水的熱力、動(dòng)力成因、環(huán)境場(chǎng)特征、中尺度特征、觸發(fā)和維持機(jī)制等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究［4-9］。冀翠華等［10］研究發(fā)現(xiàn)副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“副高”，下同）穩(wěn)定加強(qiáng)、高空低槽東移加深，引導(dǎo)中低層低渦切變線加強(qiáng)，誘發(fā)中小尺度輻合中心及輻合線的形成有利于大暴雨天氣的發(fā)生；大暴雨主要出現(xiàn)在氣旋中心至移向右前部的倒槽內(nèi)和在低空急流的前端、地面輻合線附近［11］；張江濤等［12］研究表明對(duì)流層高、中、低層以及中低緯度多尺度大氣系統(tǒng)共同作用，并疊加地形的輻合抬升為極端降水提供強(qiáng)盛的動(dòng)力機(jī)制；張入財(cái)?shù)龋?3］研究發(fā)現(xiàn)α 中尺度低渦在移動(dòng)的過(guò)程中配合高空位渦變化、低層切變的作用下，有利于生成深厚穩(wěn)定的β 中尺度低渦，有利于觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致極端強(qiáng)降水的發(fā)生；吳乃庚等［14］對(duì)華南前汛期暖區(qū)暴雨研究發(fā)現(xiàn)，4月南海夏季風(fēng)的前沿推至南海北部，5 月進(jìn)入華南，帶來(lái)充沛高溫高濕的水汽條件，假相當(dāng)位溫在348 K 以上，有利于形成不穩(wěn)定的大氣層結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致暴雨發(fā)生；何立富等［15］將華南暖區(qū)暴雨分為邊界層輻合線型、偏南風(fēng)風(fēng)速輻合型、強(qiáng)西南急流型三類，并給出相應(yīng)的綜合天氣形勢(shì)配置。劉泳濤等［16］研究發(fā)現(xiàn)切變線、低空急流、低渦、（西）南風(fēng)風(fēng)速脈動(dòng)和風(fēng)向輻合可作為潮汕暖區(qū)暴雨中低層天氣系統(tǒng)的主要預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。田付友等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在有利的天氣形勢(shì)下，單點(diǎn)動(dòng)力、水汽和熱力條件以及850 hPa 動(dòng)力抬升和整層可降水量的差異，可導(dǎo)致極端暴雨的量級(jí)發(fā)生巨大的變化。錢卓蕾等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在弱天氣強(qiáng)迫背景下，邊界層急流的作用配合β 中尺度輻合線發(fā)展以及地形的抬升作用，是造成暖區(qū)大暴雨的主要原因。陳芳麗等［19］進(jìn)一步研究表明，邊界層急流為強(qiáng)降水提供充沛的、源源不斷的水汽條件，配合地形的摩擦阻擋作用，易形成水汽通量輻合大值區(qū)，造成持續(xù)性的強(qiáng)降水。雙低空急流的耦合作用促進(jìn)強(qiáng)降水的降水效率，是產(chǎn)生極端強(qiáng)降水的重要原因［20-21］。低空急流特征量和垂直風(fēng)切變大小對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生具有重要的指示意義［22-24］。極端暴雨中的“列車效應(yīng)”多發(fā)生在緩慢移動(dòng)的季風(fēng)低壓區(qū)，中尺度輻合線以及邊界層偏南暖濕氣流脈動(dòng)是極端強(qiáng)降水過(guò)程中“列車效應(yīng)”形成的主要原因［25-27］。上述國(guó)內(nèi)工作者的研究從不同的角度分析極端強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展過(guò)程，為業(yè)務(wù)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，起到良好的指導(dǎo)作用。但每次發(fā)生的暴雨過(guò)程其中尺度觸發(fā)機(jī)制都不盡相同，因此局地突發(fā)性的極端暴雨仍是預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)。
2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程），桂林地區(qū)出現(xiàn)突發(fā)性特大暴雨過(guò)程，過(guò)程造成桂林部分地區(qū)道路交通中斷，低洼地帶出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇。不同模式對(duì)落區(qū)有較大偏差、量級(jí)預(yù)估偏小，且業(yè)務(wù)數(shù)值模式和預(yù)報(bào)員對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)段和極端性預(yù)估不足，導(dǎo)致2022 年4 月25 日21—22 時(shí)、2023 年5 月22 日01 時(shí)—08時(shí)的時(shí)段出現(xiàn)漏報(bào)。本文擬通過(guò)環(huán)流形勢(shì)、不穩(wěn)定條件、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流等，對(duì)“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段（25 日08 時(shí)—26 日08 時(shí)）與“5·22”過(guò)程桂林地區(qū)突發(fā)性的特大暴雨過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，探討觸發(fā)機(jī)制，以期對(duì)桂林地區(qū)暴雨的強(qiáng)度、落區(qū)精細(xì)化訂正提供一定理論基礎(chǔ)，為地方防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)提供技術(shù)支撐。
1 資料與方法
利用地面高空常規(guī)觀測(cè)資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的ERA5 再分析資料（時(shí)間分辨率為1 h，水平分辨率為0.25°×0.25°），采用天氣學(xué)診斷分析方法，對(duì)2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023 年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程）兩個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)、不穩(wěn)定條件、熱力、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及超低空急流進(jìn)行分析與研究。
2 結(jié)果與分析
2.1 降水特征對(duì)比分析
2022 年4 月25—30 日和2023 年5 月21—22日桂林地區(qū)出現(xiàn)突發(fā)性特大暴雨過(guò)程。這兩次過(guò)程降雨中心分別位于桂林的北部和中部地區(qū)?！?·25”過(guò)程發(fā)生在低渦暖濕氣流影響，高空槽和冷空氣都不是很明顯的天氣形勢(shì)下，從24 日夜間開(kāi)始一直持續(xù)到30 日，最強(qiáng)階段主要集中在25 日08 時(shí)—26日08 時(shí)。本次過(guò)程有四個(gè)特點(diǎn):一是過(guò)境慢，持續(xù)時(shí)間久，自24 日20 時(shí)開(kāi)始，到28 日20 時(shí)基本結(jié)束；二是范圍大，降水中心停留在中北部，南部幾乎沒(méi)有明顯降水；三是短時(shí)強(qiáng)度大，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在25 日22 時(shí)龍勝平等氣象觀測(cè)站為102.8 mm，24 h最大雨量為172.0 mm（龍勝平等）；四是夜雨特征明顯，強(qiáng)降雨主要集中在前半夜至凌晨階段，白天小雨甚至無(wú)雨。“5·22”過(guò)程發(fā)生在中高層小槽發(fā)展東移引導(dǎo)切變線南下，西南暖低壓發(fā)展的天氣形勢(shì)下，本次過(guò)程有以下幾個(gè)主要特點(diǎn): 一是持續(xù)時(shí)間短，22日01 時(shí)開(kāi)始，到09 時(shí)左右基本結(jié)束；二是降水中心主要集中在中部地區(qū)；三是短時(shí)強(qiáng)度大，主要集中在22 日05—08 時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在22 日06 時(shí)秀峰甲山琴潭氣象觀測(cè)站為160.6 mm，24 h 最大雨量為329.9 mm（秀峰甲山琴潭）；四是夜雨特征明顯，強(qiáng)降雨主要集中在凌晨階段。
“4·25”過(guò)程為暖區(qū)暴雨，而“5·22”過(guò)程為鋒面暴雨，二者存在比較明顯的差異，相同點(diǎn)則是夜雨特征異常顯著。由于這兩次降水過(guò)程均發(fā)生在過(guò)程性降水前的南風(fēng)氣流里，模式對(duì)“4·25”暖區(qū)對(duì)流的刻畫(huà)和捕捉能力有限以及對(duì)鋒面暴雨量級(jí)考慮偏小，市級(jí)預(yù)報(bào)員對(duì)其降水的極端性也估計(jì)不足，均對(duì)這兩次暴雨的預(yù)報(bào)存在較大偏差。
2.2 環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析
分析“4·25” 過(guò)程發(fā)生前高低層的環(huán)流形勢(shì)（4月25 日20 時(shí)，圖1a），廣西上空500 hPa 為偏西氣流控制，副熱帶高壓脊線位于南海北部，廣西北部達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)為20～28 m·s-1；850 hPa 低渦切變從山東半島一直延伸到云南中南部地區(qū)，華南地區(qū)處于切變線南側(cè)的西南氣流中；925 hPa 為4～8 m·s-1的偏南氣流控制。25 日白天低渦切變東移，500～700 hPa 桂林為槽后西偏北氣流控制，低層為低切變南側(cè)強(qiáng)西南氣流控制，桂林站西南風(fēng)增至18 m·s-1；25日20 時(shí)到26 日08 時(shí)500～700 hPa 西北部高空槽東移影響我市北部，副高北部減弱，850 hPa 切變線由東北-西南向順轉(zhuǎn)成東北偏東-西南偏西走向，從貴州-湖南南部及廣西北部東移，并于25 日20—23時(shí)在桂林市西北部形成切變線及低壓環(huán)流，地面桂林市處于倒槽頂端低壓環(huán)流中?！?·22”過(guò)程發(fā)生前（5 月21 日20 時(shí)，圖1b）廣西上空500 hPa 大部為副高控制；850 hPa 低渦切變從江蘇一直延伸到云南中南部地區(qū)，華南地區(qū)處于切變線南側(cè)的西南氣流中；925 hPa 為偏南氣流控制，地面處于低壓倒槽中；21 日白天，西南暖低壓發(fā)展，中低層西南急流加強(qiáng)，桂林、芷江達(dá)18～20 m·s-1。受副高西北側(cè)偏南暖濕氣流影響，桂林出現(xiàn)晴熱天氣，最高氣溫達(dá)34 ℃，西南急流為夜間強(qiáng)對(duì)流暴雨提供強(qiáng)不穩(wěn)定能量和水汽條件。21 日夜間，700 hPa 小槽發(fā)展東移，850 hPa 偏北氣流南移，推動(dòng)切變線南壓影響桂林，由于切變兩側(cè)偏南偏北氣流都較強(qiáng)，造成的輻合抬升作用強(qiáng)，為桂林大暴雨提供強(qiáng)的動(dòng)力條件；上半夜桂林仍維持高溫高濕不穩(wěn)定層結(jié)，為后半夜強(qiáng)降水提供對(duì)流不穩(wěn)定條件。
圖1 500hPa 位勢(shì)高度（等值線，單位：dagpm）及850hPa 風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)羽）
從環(huán)流形勢(shì)分析可知，兩次過(guò)程發(fā)生時(shí)500～700 hPa 高原東側(cè)均有小波動(dòng)發(fā)展，“4·25”過(guò)程副高強(qiáng)度弱，脊線位置位于南海南部，588 dagpm 線位于20°N，而“5·22”過(guò)程副高強(qiáng)度強(qiáng)，脊線位置位于南海北部，副高控制了廣西大部地區(qū)，588 dagpm 線位于25°N?！?·25”過(guò)程冷空氣較弱，而“5·22”過(guò)程冷空氣較強(qiáng)；暴雨前低層切變線雖未南下進(jìn)入廣西境內(nèi)，但其南側(cè)的西南氣流均在夜間出現(xiàn)增強(qiáng)，大暴雨出現(xiàn)在切變線南側(cè)西南氣流增強(qiáng)的過(guò)程中。暴雨前地面均處于低壓倒槽中?！?·25”為暖區(qū)暴雨，盡管最強(qiáng)時(shí)段也有冷空氣入侵但很弱，所以降雨強(qiáng)度相對(duì)較弱，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但“5·22”過(guò)程為鋒面系統(tǒng)影響，冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)，鋒面過(guò)境快，降雨強(qiáng)度強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間短。
2.3 不穩(wěn)定條件對(duì)比分析
“4·25”過(guò)程發(fā)生前桂林站T-lnP 圖（2022 年4月25 日20 時(shí)，圖2a）顯示，700 hPa 以下為偏南氣流控制，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)；溫濕層結(jié)曲線從800 hPa 向上開(kāi)口形成喇叭狀，呈上干冷下暖濕特征。對(duì)流有效位能CAPE 值由4 月25 日08 時(shí)119.6 J·kg-1增加到25 日20 時(shí)1749 J·kg-1，CIN 值從119.6 J·kg-1下降到42.5 J·kg-1，K 指數(shù)由38.9 ℃下降到31.3 ℃，SI指數(shù)由-1.4 ℃上升到-0.1 ℃，自由對(duì)流高度（LFC）從692.7 hPa 下降到873.7 hPa，平衡高度（EL）344.7 hPa 上升到161.7 hPa（表1）。
表1 2022 年4 月25 日08—20 時(shí)和2023 年5 月21 日08—20 時(shí)桂林探空站物理量
圖2 2022 年4 月25 日20 時(shí)（a）和2023 年5 月21 日20 時(shí)（b）桂林站T－lnP 圖
“5·22”過(guò)程發(fā)生前桂林站T-lnP 圖（2023 年5月21 日20 時(shí)，圖2b）顯示，600 hPa 以下為偏南氣流控制，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)；溫濕層結(jié)曲線從850 hPa 向上開(kāi)口形成喇叭狀，呈上干冷下暖濕特征。對(duì)流有效位能CAPE 值由5 月21 日08 時(shí)776.2 J·kg-1增加到21 日20 時(shí)2 398.9 J·kg-1，CIN 值從38.0 J·kg-1下降到29.6 J·kg-1，K 指數(shù)由36.0 ℃下降到28.8 ℃，SI指數(shù)由0.89 ℃下降到-1.16 ℃，0 ℃高度（WBZ）從4 754.4 m 下降到3 747.9 m，平衡高度（EL）由207.5 hPa 上升到143.0 hPa（表1）。
從T-lnP 圖及探空物理量演變可以看出，兩次過(guò)程低層均為偏南氣流控制，中低層水汽飽和，中高層有干冷空氣侵入；兩次過(guò)程發(fā)生前能量在白天均存在大量積聚的過(guò)程，對(duì)流抑制有效位能均顯著下降，具備良好的熱力不穩(wěn)定條件，表明在高能不穩(wěn)定的狀態(tài)下，無(wú)需太強(qiáng)的動(dòng)力強(qiáng)迫即可觸發(fā)對(duì)流；平衡高度（EL）的升高說(shuō)明對(duì)流能達(dá)到的最大高度在增大，也就是說(shuō)在桂林探空站附近云體的理論伸展高度在增加。上述分析表明良好的環(huán)境條件為暴雨的形成提供較好的水汽和熱力不穩(wěn)定條件。
2.4 動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)對(duì)比分析
2.4.1 散度對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水中心龍勝平等和“5·22” 過(guò)程桂林站上空的散度隨時(shí)間演變可以看出，“4·25”過(guò)程（圖3a）龍勝平等上空25 日20 時(shí)850 hPa 以下為散度負(fù)值區(qū)，850 hPa 至450 hPa 為散度正值區(qū)，20 時(shí)當(dāng)?shù)涂占绷鏖_(kāi)始發(fā)展加強(qiáng)時(shí)，龍勝平等上空轉(zhuǎn)為低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，龍勝平等降水開(kāi)始加強(qiáng)，中低層最大輻合中心位于700 hPa出現(xiàn)在21—22 時(shí)，與龍勝平等地區(qū)降水最強(qiáng)烈的時(shí)段對(duì)應(yīng)?！?·22”過(guò)程（圖3b）桂林站上空從22 日00時(shí)開(kāi)始850 hPa 以下一直維持散度負(fù)值區(qū)，高層維持散度正值區(qū)，22 日00 時(shí)—08 時(shí)，維持低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，桂林地區(qū)從22 日00 時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)降水，低層最大輻合中心出現(xiàn)在05 時(shí)—07 時(shí)，與桂林地區(qū)降水最強(qiáng)階段對(duì)應(yīng)。
圖3 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）散度（單位：10－5 s－1）
2.4.2 渦度對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水中心龍勝平等和“5·22” 過(guò)程桂林站上空的渦度隨時(shí)間演變可以看出，“4·25”過(guò)程（圖4a）25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)龍勝平等上空900～350 hPa 始終維持深厚的正渦度層，隨時(shí)間發(fā)展渦度加強(qiáng)，25 日23 時(shí)渦度大值中心下移至低層，龍勝平等上空相伴出現(xiàn)較強(qiáng)的正渦度區(qū)和負(fù)散度區(qū)，對(duì)暴雨產(chǎn)生和維持十分有利?！?·22”過(guò)程（圖4b）22 日00 時(shí)—09 時(shí)桂林站上空850 hPa以下為正渦度層，隨著時(shí)間發(fā)展至22 日06 時(shí)出現(xiàn)最大渦度中心位于850 hPa，桂林上空相伴出現(xiàn)強(qiáng)的正渦度大值區(qū)和負(fù)散度區(qū)，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生與發(fā)展，這與桂林地區(qū)降水最強(qiáng)時(shí)段對(duì)應(yīng)吻合。
圖4 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）渦度（單位：10－5s－1）
2.4.3 假相當(dāng)位溫對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程龍勝平等25 日08 時(shí)—26 日08 時(shí)的θse 場(chǎng)高度隨時(shí)間變化的剖面圖（圖5a）可以看出，龍勝平等25 日14 時(shí)—19 時(shí)近地面為強(qiáng)暖濕中心，θse 中心強(qiáng)度達(dá)到350 K，對(duì)流層中低層為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有弱干冷空氣侵入，到20時(shí)前后位勢(shì)不穩(wěn)定增強(qiáng)，隨后觸發(fā)對(duì)流，產(chǎn)生降水；“5·22”過(guò)程桂林21 日08 時(shí)—22 日08 時(shí)θse 場(chǎng)高度隨時(shí)間變化的剖面圖（圖5b）可見(jiàn)，桂林地區(qū)從21日10 時(shí)—22 日00 時(shí)，地面為高溫高濕中心，θse 中心強(qiáng)度＞355 K，最強(qiáng)中心＞365 K，對(duì)流層中低層為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有強(qiáng)干冷空氣侵入，到22 日00時(shí)前后位勢(shì)不穩(wěn)定增強(qiáng)，隨后觸發(fā)對(duì)流，產(chǎn)生降水。
圖5 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）假相當(dāng)位溫（單位：K）
從動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)分析，兩次過(guò)程發(fā)生前后，暴雨中心地區(qū)均一直維持低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，并且相伴出現(xiàn)強(qiáng)的正渦度區(qū)，且對(duì)流層中低層均為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有干冷空氣侵入。這樣有利的動(dòng)力不穩(wěn)定和層結(jié)不穩(wěn)定條件，有利于對(duì)流觸發(fā)，為強(qiáng)降水的發(fā)展提供有利條件:層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用?！?·22”過(guò)程相較于“4·25”過(guò)程，異常強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用對(duì)極端強(qiáng)降水觸發(fā)起到十分重要的作用。
2.5 低空急流的水汽輸送對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水發(fā)生前（25 日20時(shí)，圖6a）925 hPa 水汽通量及水汽通量散度可以看出，925 hPa 低空急流形成顯著的水汽通道，急流對(duì)應(yīng)的水汽通量≥16 g·cm-1·hPa-1·s-1，急流核對(duì)應(yīng)的水汽通量≥22 g·cm-1·hPa-1·s-1，給暴雨的產(chǎn)生和維持提供充沛的水汽輸送。龍勝平等處于急流前端，20時(shí)在平等上空存在一個(gè)明顯的水汽通量輻合大值區(qū)，水汽通量散度中心≤-12 g·cm-2·hPa-1·s-1。“5·22”過(guò)程最強(qiáng)階段降水發(fā)生前（22 日05 時(shí)，圖6b）廣西上空925 hPa 為西南急流，所形成的水汽通道對(duì)應(yīng)的水汽通量≥21 g·cm-1·hPa-1·s-1，急流核中心的水汽通量≥27 g·cm-1·hPa-1·s-1，桂林處在急流前端，從水汽通量散度可以看出，桂林地區(qū)上空存在≤-16 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心，說(shuō)明最強(qiáng)降水發(fā)生前低層水汽非常充足，為極端強(qiáng)降水產(chǎn)生提供了十分有利的水汽條件。
圖6 2022 年4 月25 日20 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日05 時(shí)（b）925hPa 水汽通量（陰影，單位：g·cm－1·hPa－1·s－1）、水汽通量散度（等值線，單位：10－8 g·cm－2·hPa－1·s－1）、全風(fēng)速圖（風(fēng)羽，單位：m·s－1）
兩次暴雨過(guò)程發(fā)生前及過(guò)程中廣西上空一直維持西南氣流。超低空急流輸送的暖濕氣流不斷在龍勝平等地區(qū)和桂林市區(qū)輻合，可見(jiàn)，超低空急流為極端強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供穩(wěn)定持續(xù)的水汽條件?！?·25”過(guò)程相較于“4·25”過(guò)程，超低空急流所帶來(lái)的水汽條件更強(qiáng)。
3 結(jié)論與討論
利用地面高空常規(guī)觀測(cè)資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的ERA5 再分析資料（時(shí)間分辨率為1h，水平分辨率為0.25°×0.25°），對(duì)2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023 年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程）兩個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，得到以下主要結(jié)論:
（1）“4·25”過(guò)程為暖區(qū)暴雨過(guò)程，“5·22”過(guò)程為鋒面暴雨過(guò)程；兩次過(guò)程均發(fā)生在高溫高濕的環(huán)境條件下，“4·25”過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間久、范圍大、短時(shí)雨強(qiáng)大和夜雨特征明顯的特征；“5·22” 過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間短、降水中心范圍小、短時(shí)雨強(qiáng)大和夜雨特征明顯的特征。
（2）兩次過(guò)程均發(fā)生在500～700 hPa 高原東側(cè)有小波動(dòng)發(fā)展的天氣尺度下，有利的環(huán)境條件為極端暴雨的形成提供較好的水汽和熱力不穩(wěn)定條件，異常強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用對(duì)極端強(qiáng)降水的發(fā)展提供有利條件?！?·25”過(guò)程存在弱冷空氣在中層侵入，而“5·22”過(guò)程是地面冷鋒攜帶深厚的冷空氣南壓引起。這是“4·25”暖區(qū)暴雨過(guò)程與“5·22”鋒面暴雨過(guò)程的重要區(qū)別之一。
（3）超低空急流建立強(qiáng)勁的水汽通道，水汽輸送強(qiáng)度與急流強(qiáng)度正相關(guān)。兩次過(guò)程的強(qiáng)降水中心存在水汽通量輻合大值區(qū)，超低空急流輸送的暖濕氣流為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供穩(wěn)定持續(xù)的水汽條件。兩次過(guò)程相同特征是夜雨特征顯著，這可能與急流的時(shí)間脈動(dòng)相關(guān)，在暴雨最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)時(shí)，“5·22” 過(guò)程925 hPa 急流比“4·25”過(guò)程更強(qiáng)，但“4·25”過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可能存在多次脈動(dòng)。
僅針對(duì)“4·25”暖區(qū)暴雨過(guò)程和“5·22”鋒面暴雨過(guò)程，“4·25”過(guò)程范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是中高層不斷有小槽過(guò)境，對(duì)低層暖濕氣流的抬升作用以及低空急流持續(xù)脈動(dòng)的影響；而“5·22”過(guò)程范圍更集中、持續(xù)時(shí)間短，則是高空槽東移引導(dǎo)切變線南下，地面冷鋒過(guò)境所造成的，因此持續(xù)時(shí)間短，但強(qiáng)度更大。此外，本研究分析發(fā)現(xiàn)，“5·22”過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)、環(huán)境條件、熱力、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流等條件較“4·25”過(guò)程更為有利，還需通過(guò)大量類似個(gè)例的總結(jié)分析，才能探明鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨的形成機(jī)理，進(jìn)而找到鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)和預(yù)報(bào)思路。
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潘仕球，唐小琴，唐 熠，歐陽(yáng)榮謙，陽(yáng) 薇，李向紅*
（1.桂林市氣象局，廣西 桂林 541000；2.恭城縣氣象局，廣西 桂林 542500）
隨著全球氣候變暖，極端性天氣事件發(fā)生的概率顯著增加，降水作為常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，近年來(lái)也日漸趨向極端化，極端強(qiáng)降水發(fā)生的概率越來(lái)越大［1-3］。極端強(qiáng)降水事件發(fā)生概率相比于氣候平均態(tài)顯著偏小，常導(dǎo)致比較嚴(yán)重的災(zāi)害，可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，是氣象工作者的重要研究方向。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)極端強(qiáng)降水的熱力、動(dòng)力成因、環(huán)境場(chǎng)特征、中尺度特征、觸發(fā)和維持機(jī)制等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究［4-9］。冀翠華等［10］研究發(fā)現(xiàn)副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“副高”，下同）穩(wěn)定加強(qiáng)、高空低槽東移加深，引導(dǎo)中低層低渦切變線加強(qiáng)，誘發(fā)中小尺度輻合中心及輻合線的形成有利于大暴雨天氣的發(fā)生；大暴雨主要出現(xiàn)在氣旋中心至移向右前部的倒槽內(nèi)和在低空急流的前端、地面輻合線附近［11］；張江濤等［12］研究表明對(duì)流層高、中、低層以及中低緯度多尺度大氣系統(tǒng)共同作用，并疊加地形的輻合抬升為極端降水提供強(qiáng)盛的動(dòng)力機(jī)制；張入財(cái)?shù)龋?3］研究發(fā)現(xiàn)α 中尺度低渦在移動(dòng)的過(guò)程中配合高空位渦變化、低層切變的作用下，有利于生成深厚穩(wěn)定的β 中尺度低渦，有利于觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致極端強(qiáng)降水的發(fā)生；吳乃庚等［14］對(duì)華南前汛期暖區(qū)暴雨研究發(fā)現(xiàn)，4月南海夏季風(fēng)的前沿推至南海北部，5 月進(jìn)入華南，帶來(lái)充沛高溫高濕的水汽條件，假相當(dāng)位溫在348 K 以上，有利于形成不穩(wěn)定的大氣層結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致暴雨發(fā)生；何立富等［15］將華南暖區(qū)暴雨分為邊界層輻合線型、偏南風(fēng)風(fēng)速輻合型、強(qiáng)西南急流型三類，并給出相應(yīng)的綜合天氣形勢(shì)配置。劉泳濤等［16］研究發(fā)現(xiàn)切變線、低空急流、低渦、（西）南風(fēng)風(fēng)速脈動(dòng)和風(fēng)向輻合可作為潮汕暖區(qū)暴雨中低層天氣系統(tǒng)的主要預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。田付友等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在有利的天氣形勢(shì)下，單點(diǎn)動(dòng)力、水汽和熱力條件以及850 hPa 動(dòng)力抬升和整層可降水量的差異，可導(dǎo)致極端暴雨的量級(jí)發(fā)生巨大的變化。錢卓蕾等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在弱天氣強(qiáng)迫背景下，邊界層急流的作用配合β 中尺度輻合線發(fā)展以及地形的抬升作用，是造成暖區(qū)大暴雨的主要原因。陳芳麗等［19］進(jìn)一步研究表明，邊界層急流為強(qiáng)降水提供充沛的、源源不斷的水汽條件，配合地形的摩擦阻擋作用，易形成水汽通量輻合大值區(qū)，造成持續(xù)性的強(qiáng)降水。雙低空急流的耦合作用促進(jìn)強(qiáng)降水的降水效率，是產(chǎn)生極端強(qiáng)降水的重要原因［20-21］。低空急流特征量和垂直風(fēng)切變大小對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生具有重要的指示意義［22-24］。極端暴雨中的“列車效應(yīng)”多發(fā)生在緩慢移動(dòng)的季風(fēng)低壓區(qū)，中尺度輻合線以及邊界層偏南暖濕氣流脈動(dòng)是極端強(qiáng)降水過(guò)程中“列車效應(yīng)”形成的主要原因［25-27］。上述國(guó)內(nèi)工作者的研究從不同的角度分析極端強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展過(guò)程，為業(yè)務(wù)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，起到良好的指導(dǎo)作用。但每次發(fā)生的暴雨過(guò)程其中尺度觸發(fā)機(jī)制都不盡相同，因此局地突發(fā)性的極端暴雨仍是預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)。
2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程），桂林地區(qū)出現(xiàn)突發(fā)性特大暴雨過(guò)程，過(guò)程造成桂林部分地區(qū)道路交通中斷，低洼地帶出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇。不同模式對(duì)落區(qū)有較大偏差、量級(jí)預(yù)估偏小，且業(yè)務(wù)數(shù)值模式和預(yù)報(bào)員對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)段和極端性預(yù)估不足，導(dǎo)致2022 年4 月25 日21—22 時(shí)、2023 年5 月22 日01 時(shí)—08時(shí)的時(shí)段出現(xiàn)漏報(bào)。本文擬通過(guò)環(huán)流形勢(shì)、不穩(wěn)定條件、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流等，對(duì)“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段（25 日08 時(shí)—26 日08 時(shí)）與“5·22”過(guò)程桂林地區(qū)突發(fā)性的特大暴雨過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，探討觸發(fā)機(jī)制，以期對(duì)桂林地區(qū)暴雨的強(qiáng)度、落區(qū)精細(xì)化訂正提供一定理論基礎(chǔ)，為地方防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)提供技術(shù)支撐。
1 資料與方法
利用地面高空常規(guī)觀測(cè)資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的ERA5 再分析資料（時(shí)間分辨率為1 h，水平分辨率為0.25°×0.25°），采用天氣學(xué)診斷分析方法，對(duì)2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023 年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程）兩個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)、不穩(wěn)定條件、熱力、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及超低空急流進(jìn)行分析與研究。
2 結(jié)果與分析
2.1 降水特征對(duì)比分析
2022 年4 月25—30 日和2023 年5 月21—22日桂林地區(qū)出現(xiàn)突發(fā)性特大暴雨過(guò)程。這兩次過(guò)程降雨中心分別位于桂林的北部和中部地區(qū)?！?·25”過(guò)程發(fā)生在低渦暖濕氣流影響，高空槽和冷空氣都不是很明顯的天氣形勢(shì)下，從24 日夜間開(kāi)始一直持續(xù)到30 日，最強(qiáng)階段主要集中在25 日08 時(shí)—26日08 時(shí)。本次過(guò)程有四個(gè)特點(diǎn):一是過(guò)境慢，持續(xù)時(shí)間久，自24 日20 時(shí)開(kāi)始，到28 日20 時(shí)基本結(jié)束；二是范圍大，降水中心停留在中北部，南部幾乎沒(méi)有明顯降水；三是短時(shí)強(qiáng)度大，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在25 日22 時(shí)龍勝平等氣象觀測(cè)站為102.8 mm，24 h最大雨量為172.0 mm（龍勝平等）；四是夜雨特征明顯，強(qiáng)降雨主要集中在前半夜至凌晨階段，白天小雨甚至無(wú)雨。“5·22”過(guò)程發(fā)生在中高層小槽發(fā)展東移引導(dǎo)切變線南下，西南暖低壓發(fā)展的天氣形勢(shì)下，本次過(guò)程有以下幾個(gè)主要特點(diǎn): 一是持續(xù)時(shí)間短，22日01 時(shí)開(kāi)始，到09 時(shí)左右基本結(jié)束；二是降水中心主要集中在中部地區(qū)；三是短時(shí)強(qiáng)度大，主要集中在22 日05—08 時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在22 日06 時(shí)秀峰甲山琴潭氣象觀測(cè)站為160.6 mm，24 h 最大雨量為329.9 mm（秀峰甲山琴潭）；四是夜雨特征明顯，強(qiáng)降雨主要集中在凌晨階段。
“4·25”過(guò)程為暖區(qū)暴雨，而“5·22”過(guò)程為鋒面暴雨，二者存在比較明顯的差異，相同點(diǎn)則是夜雨特征異常顯著。由于這兩次降水過(guò)程均發(fā)生在過(guò)程性降水前的南風(fēng)氣流里，模式對(duì)“4·25”暖區(qū)對(duì)流的刻畫(huà)和捕捉能力有限以及對(duì)鋒面暴雨量級(jí)考慮偏小，市級(jí)預(yù)報(bào)員對(duì)其降水的極端性也估計(jì)不足，均對(duì)這兩次暴雨的預(yù)報(bào)存在較大偏差。
2.2 環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析
分析“4·25” 過(guò)程發(fā)生前高低層的環(huán)流形勢(shì)（4月25 日20 時(shí)，圖1a），廣西上空500 hPa 為偏西氣流控制，副熱帶高壓脊線位于南海北部，廣西北部達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)為20～28 m·s-1；850 hPa 低渦切變從山東半島一直延伸到云南中南部地區(qū)，華南地區(qū)處于切變線南側(cè)的西南氣流中；925 hPa 為4～8 m·s-1的偏南氣流控制。25 日白天低渦切變東移，500～700 hPa 桂林為槽后西偏北氣流控制，低層為低切變南側(cè)強(qiáng)西南氣流控制，桂林站西南風(fēng)增至18 m·s-1；25日20 時(shí)到26 日08 時(shí)500～700 hPa 西北部高空槽東移影響我市北部，副高北部減弱，850 hPa 切變線由東北-西南向順轉(zhuǎn)成東北偏東-西南偏西走向，從貴州-湖南南部及廣西北部東移，并于25 日20—23時(shí)在桂林市西北部形成切變線及低壓環(huán)流，地面桂林市處于倒槽頂端低壓環(huán)流中?！?·22”過(guò)程發(fā)生前（5 月21 日20 時(shí)，圖1b）廣西上空500 hPa 大部為副高控制；850 hPa 低渦切變從江蘇一直延伸到云南中南部地區(qū)，華南地區(qū)處于切變線南側(cè)的西南氣流中；925 hPa 為偏南氣流控制，地面處于低壓倒槽中；21 日白天，西南暖低壓發(fā)展，中低層西南急流加強(qiáng)，桂林、芷江達(dá)18～20 m·s-1。受副高西北側(cè)偏南暖濕氣流影響，桂林出現(xiàn)晴熱天氣，最高氣溫達(dá)34 ℃，西南急流為夜間強(qiáng)對(duì)流暴雨提供強(qiáng)不穩(wěn)定能量和水汽條件。21 日夜間，700 hPa 小槽發(fā)展東移，850 hPa 偏北氣流南移，推動(dòng)切變線南壓影響桂林，由于切變兩側(cè)偏南偏北氣流都較強(qiáng)，造成的輻合抬升作用強(qiáng)，為桂林大暴雨提供強(qiáng)的動(dòng)力條件；上半夜桂林仍維持高溫高濕不穩(wěn)定層結(jié)，為后半夜強(qiáng)降水提供對(duì)流不穩(wěn)定條件。
圖1 500hPa 位勢(shì)高度（等值線，單位：dagpm）及850hPa 風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)羽）
從環(huán)流形勢(shì)分析可知，兩次過(guò)程發(fā)生時(shí)500～700 hPa 高原東側(cè)均有小波動(dòng)發(fā)展，“4·25”過(guò)程副高強(qiáng)度弱，脊線位置位于南海南部，588 dagpm 線位于20°N，而“5·22”過(guò)程副高強(qiáng)度強(qiáng)，脊線位置位于南海北部，副高控制了廣西大部地區(qū)，588 dagpm 線位于25°N?！?·25”過(guò)程冷空氣較弱，而“5·22”過(guò)程冷空氣較強(qiáng)；暴雨前低層切變線雖未南下進(jìn)入廣西境內(nèi)，但其南側(cè)的西南氣流均在夜間出現(xiàn)增強(qiáng)，大暴雨出現(xiàn)在切變線南側(cè)西南氣流增強(qiáng)的過(guò)程中。暴雨前地面均處于低壓倒槽中?！?·25”為暖區(qū)暴雨，盡管最強(qiáng)時(shí)段也有冷空氣入侵但很弱，所以降雨強(qiáng)度相對(duì)較弱，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但“5·22”過(guò)程為鋒面系統(tǒng)影響，冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)，鋒面過(guò)境快，降雨強(qiáng)度強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間短。
2.3 不穩(wěn)定條件對(duì)比分析
“4·25”過(guò)程發(fā)生前桂林站T-lnP 圖（2022 年4月25 日20 時(shí)，圖2a）顯示，700 hPa 以下為偏南氣流控制，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)；溫濕層結(jié)曲線從800 hPa 向上開(kāi)口形成喇叭狀，呈上干冷下暖濕特征。對(duì)流有效位能CAPE 值由4 月25 日08 時(shí)119.6 J·kg-1增加到25 日20 時(shí)1749 J·kg-1，CIN 值從119.6 J·kg-1下降到42.5 J·kg-1，K 指數(shù)由38.9 ℃下降到31.3 ℃，SI指數(shù)由-1.4 ℃上升到-0.1 ℃，自由對(duì)流高度（LFC）從692.7 hPa 下降到873.7 hPa，平衡高度（EL）344.7 hPa 上升到161.7 hPa（表1）。
表1 2022 年4 月25 日08—20 時(shí)和2023 年5 月21 日08—20 時(shí)桂林探空站物理量
圖2 2022 年4 月25 日20 時(shí)（a）和2023 年5 月21 日20 時(shí)（b）桂林站T－lnP 圖
“5·22”過(guò)程發(fā)生前桂林站T-lnP 圖（2023 年5月21 日20 時(shí)，圖2b）顯示，600 hPa 以下為偏南氣流控制，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)；溫濕層結(jié)曲線從850 hPa 向上開(kāi)口形成喇叭狀，呈上干冷下暖濕特征。對(duì)流有效位能CAPE 值由5 月21 日08 時(shí)776.2 J·kg-1增加到21 日20 時(shí)2 398.9 J·kg-1，CIN 值從38.0 J·kg-1下降到29.6 J·kg-1，K 指數(shù)由36.0 ℃下降到28.8 ℃，SI指數(shù)由0.89 ℃下降到-1.16 ℃，0 ℃高度（WBZ）從4 754.4 m 下降到3 747.9 m，平衡高度（EL）由207.5 hPa 上升到143.0 hPa（表1）。
從T-lnP 圖及探空物理量演變可以看出，兩次過(guò)程低層均為偏南氣流控制，中低層水汽飽和，中高層有干冷空氣侵入；兩次過(guò)程發(fā)生前能量在白天均存在大量積聚的過(guò)程，對(duì)流抑制有效位能均顯著下降，具備良好的熱力不穩(wěn)定條件，表明在高能不穩(wěn)定的狀態(tài)下，無(wú)需太強(qiáng)的動(dòng)力強(qiáng)迫即可觸發(fā)對(duì)流；平衡高度（EL）的升高說(shuō)明對(duì)流能達(dá)到的最大高度在增大，也就是說(shuō)在桂林探空站附近云體的理論伸展高度在增加。上述分析表明良好的環(huán)境條件為暴雨的形成提供較好的水汽和熱力不穩(wěn)定條件。
2.4 動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)對(duì)比分析
2.4.1 散度對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水中心龍勝平等和“5·22” 過(guò)程桂林站上空的散度隨時(shí)間演變可以看出，“4·25”過(guò)程（圖3a）龍勝平等上空25 日20 時(shí)850 hPa 以下為散度負(fù)值區(qū)，850 hPa 至450 hPa 為散度正值區(qū)，20 時(shí)當(dāng)?shù)涂占绷鏖_(kāi)始發(fā)展加強(qiáng)時(shí)，龍勝平等上空轉(zhuǎn)為低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，龍勝平等降水開(kāi)始加強(qiáng)，中低層最大輻合中心位于700 hPa出現(xiàn)在21—22 時(shí)，與龍勝平等地區(qū)降水最強(qiáng)烈的時(shí)段對(duì)應(yīng)?！?·22”過(guò)程（圖3b）桂林站上空從22 日00時(shí)開(kāi)始850 hPa 以下一直維持散度負(fù)值區(qū)，高層維持散度正值區(qū)，22 日00 時(shí)—08 時(shí)，維持低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，桂林地區(qū)從22 日00 時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)降水，低層最大輻合中心出現(xiàn)在05 時(shí)—07 時(shí)，與桂林地區(qū)降水最強(qiáng)階段對(duì)應(yīng)。
圖3 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）散度（單位：10－5 s－1）
2.4.2 渦度對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水中心龍勝平等和“5·22” 過(guò)程桂林站上空的渦度隨時(shí)間演變可以看出，“4·25”過(guò)程（圖4a）25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)龍勝平等上空900～350 hPa 始終維持深厚的正渦度層，隨時(shí)間發(fā)展渦度加強(qiáng)，25 日23 時(shí)渦度大值中心下移至低層，龍勝平等上空相伴出現(xiàn)較強(qiáng)的正渦度區(qū)和負(fù)散度區(qū)，對(duì)暴雨產(chǎn)生和維持十分有利?！?·22”過(guò)程（圖4b）22 日00 時(shí)—09 時(shí)桂林站上空850 hPa以下為正渦度層，隨著時(shí)間發(fā)展至22 日06 時(shí)出現(xiàn)最大渦度中心位于850 hPa，桂林上空相伴出現(xiàn)強(qiáng)的正渦度大值區(qū)和負(fù)散度區(qū)，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生與發(fā)展，這與桂林地區(qū)降水最強(qiáng)時(shí)段對(duì)應(yīng)吻合。
圖4 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）渦度（單位：10－5s－1）
2.4.3 假相當(dāng)位溫對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程龍勝平等25 日08 時(shí)—26 日08 時(shí)的θse 場(chǎng)高度隨時(shí)間變化的剖面圖（圖5a）可以看出，龍勝平等25 日14 時(shí)—19 時(shí)近地面為強(qiáng)暖濕中心，θse 中心強(qiáng)度達(dá)到350 K，對(duì)流層中低層為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有弱干冷空氣侵入，到20時(shí)前后位勢(shì)不穩(wěn)定增強(qiáng)，隨后觸發(fā)對(duì)流，產(chǎn)生降水；“5·22”過(guò)程桂林21 日08 時(shí)—22 日08 時(shí)θse 場(chǎng)高度隨時(shí)間變化的剖面圖（圖5b）可見(jiàn)，桂林地區(qū)從21日10 時(shí)—22 日00 時(shí)，地面為高溫高濕中心，θse 中心強(qiáng)度＞355 K，最強(qiáng)中心＞365 K，對(duì)流層中低層為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有強(qiáng)干冷空氣侵入，到22 日00時(shí)前后位勢(shì)不穩(wěn)定增強(qiáng)，隨后觸發(fā)對(duì)流，產(chǎn)生降水。
圖5 2022 年4 月25 日19 時(shí)—26 日00 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日00 時(shí)—09 時(shí)（b）假相當(dāng)位溫（單位：K）
從動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)分析，兩次過(guò)程發(fā)生前后，暴雨中心地區(qū)均一直維持低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，并且相伴出現(xiàn)強(qiáng)的正渦度區(qū)，且對(duì)流層中低層均為位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，中高層有干冷空氣侵入。這樣有利的動(dòng)力不穩(wěn)定和層結(jié)不穩(wěn)定條件，有利于對(duì)流觸發(fā)，為強(qiáng)降水的發(fā)展提供有利條件:層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用?！?·22”過(guò)程相較于“4·25”過(guò)程，異常強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用對(duì)極端強(qiáng)降水觸發(fā)起到十分重要的作用。
2.5 低空急流的水汽輸送對(duì)比分析
分析“4·25”過(guò)程最強(qiáng)階段降水發(fā)生前（25 日20時(shí)，圖6a）925 hPa 水汽通量及水汽通量散度可以看出，925 hPa 低空急流形成顯著的水汽通道，急流對(duì)應(yīng)的水汽通量≥16 g·cm-1·hPa-1·s-1，急流核對(duì)應(yīng)的水汽通量≥22 g·cm-1·hPa-1·s-1，給暴雨的產(chǎn)生和維持提供充沛的水汽輸送。龍勝平等處于急流前端，20時(shí)在平等上空存在一個(gè)明顯的水汽通量輻合大值區(qū)，水汽通量散度中心≤-12 g·cm-2·hPa-1·s-1。“5·22”過(guò)程最強(qiáng)階段降水發(fā)生前（22 日05 時(shí)，圖6b）廣西上空925 hPa 為西南急流，所形成的水汽通道對(duì)應(yīng)的水汽通量≥21 g·cm-1·hPa-1·s-1，急流核中心的水汽通量≥27 g·cm-1·hPa-1·s-1，桂林處在急流前端，從水汽通量散度可以看出，桂林地區(qū)上空存在≤-16 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心，說(shuō)明最強(qiáng)降水發(fā)生前低層水汽非常充足，為極端強(qiáng)降水產(chǎn)生提供了十分有利的水汽條件。
圖6 2022 年4 月25 日20 時(shí)（a）和2023 年5 月22 日05 時(shí)（b）925hPa 水汽通量（陰影，單位：g·cm－1·hPa－1·s－1）、水汽通量散度（等值線，單位：10－8 g·cm－2·hPa－1·s－1）、全風(fēng)速圖（風(fēng)羽，單位：m·s－1）
兩次暴雨過(guò)程發(fā)生前及過(guò)程中廣西上空一直維持西南氣流。超低空急流輸送的暖濕氣流不斷在龍勝平等地區(qū)和桂林市區(qū)輻合，可見(jiàn)，超低空急流為極端強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供穩(wěn)定持續(xù)的水汽條件?！?·25”過(guò)程相較于“4·25”過(guò)程，超低空急流所帶來(lái)的水汽條件更強(qiáng)。
3 結(jié)論與討論
利用地面高空常規(guī)觀測(cè)資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的ERA5 再分析資料（時(shí)間分辨率為1h，水平分辨率為0.25°×0.25°），對(duì)2022 年4 月25—30 日（“4·25”過(guò)程）和2023 年5 月21—22 日（“5·22”過(guò)程）兩個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，得到以下主要結(jié)論:
（1）“4·25”過(guò)程為暖區(qū)暴雨過(guò)程，“5·22”過(guò)程為鋒面暴雨過(guò)程；兩次過(guò)程均發(fā)生在高溫高濕的環(huán)境條件下，“4·25”過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間久、范圍大、短時(shí)雨強(qiáng)大和夜雨特征明顯的特征；“5·22” 過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間短、降水中心范圍小、短時(shí)雨強(qiáng)大和夜雨特征明顯的特征。
（2）兩次過(guò)程均發(fā)生在500～700 hPa 高原東側(cè)有小波動(dòng)發(fā)展的天氣尺度下，有利的環(huán)境條件為極端暴雨的形成提供較好的水汽和熱力不穩(wěn)定條件，異常強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定和抬升作用對(duì)極端強(qiáng)降水的發(fā)展提供有利條件?！?·25”過(guò)程存在弱冷空氣在中層侵入，而“5·22”過(guò)程是地面冷鋒攜帶深厚的冷空氣南壓引起。這是“4·25”暖區(qū)暴雨過(guò)程與“5·22”鋒面暴雨過(guò)程的重要區(qū)別之一。
（3）超低空急流建立強(qiáng)勁的水汽通道，水汽輸送強(qiáng)度與急流強(qiáng)度正相關(guān)。兩次過(guò)程的強(qiáng)降水中心存在水汽通量輻合大值區(qū)，超低空急流輸送的暖濕氣流為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供穩(wěn)定持續(xù)的水汽條件。兩次過(guò)程相同特征是夜雨特征顯著，這可能與急流的時(shí)間脈動(dòng)相關(guān)，在暴雨最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)時(shí)，“5·22” 過(guò)程925 hPa 急流比“4·25”過(guò)程更強(qiáng)，但“4·25”過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可能存在多次脈動(dòng)。
僅針對(duì)“4·25”暖區(qū)暴雨過(guò)程和“5·22”鋒面暴雨過(guò)程，“4·25”過(guò)程范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是中高層不斷有小槽過(guò)境，對(duì)低層暖濕氣流的抬升作用以及低空急流持續(xù)脈動(dòng)的影響；而“5·22”過(guò)程范圍更集中、持續(xù)時(shí)間短，則是高空槽東移引導(dǎo)切變線南下，地面冷鋒過(guò)境所造成的，因此持續(xù)時(shí)間短，但強(qiáng)度更大。此外，本研究分析發(fā)現(xiàn)，“5·22”過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)、環(huán)境條件、熱力、動(dòng)力結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流等條件較“4·25”過(guò)程更為有利，還需通過(guò)大量類似個(gè)例的總結(jié)分析，才能探明鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨的形成機(jī)理，進(jìn)而找到鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)和預(yù)報(bào)思路。
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