覃皓，劉樂，農(nóng)孟松，黃伊曼，屈梅芳

(廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，南寧 530022)

引言

廣西位于我國(guó)華南沿海，前汛期(4—6 月)暴雨頻發(fā)、災(zāi)害頻出。由于前汛期正值端午龍舟競(jìng)渡，此期間出現(xiàn)的強(qiáng)降水亦稱“龍舟水”。多年來，不少學(xué)者對(duì)前汛期暴雨機(jī)理展開了一系列研究，認(rèn)為低空急流的熱動(dòng)力作用非常重要，包括其作為水汽輸送通道提供大量不穩(wěn)定暖濕空氣、急流出口區(qū)的輻合抬升以及與地形的相互作用等(何立富等，2016；董良淼等，2021)。隨著研究深入，學(xué)者將低空急流進(jìn)一步劃分為高度位于1～4 km之間的與天氣系統(tǒng)相關(guān)的天氣尺度低空急流以及1 km以下的邊界層急流(Du et al.，2014；Du and Chen，2019)。葉朗明和苗峻峰(2014)研究指出，夜間邊界層急流增強(qiáng)帶來強(qiáng)暖濕輸送，受地形強(qiáng)迫抬升有利于觸發(fā)中尺度對(duì)流系統(tǒng)啟動(dòng)暴雨。曾智琳等(2019)認(rèn)為夜間西南風(fēng)急流的建立有利于邊界層垂直風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)，促進(jìn)水平渦度向垂直渦度轉(zhuǎn)換，進(jìn)而與風(fēng)速水平切變?cè)斐傻拇怪睖u度疊加，造成華南沿海強(qiáng)降水長(zhǎng)時(shí)間維持。智協(xié)飛等(2022)通過對(duì)華南地區(qū)急流事件進(jìn)行客觀篩選，發(fā)現(xiàn)廣西中北部夜間降水與天氣尺度低空急流發(fā)展的關(guān)系更為密切，降水落區(qū)主要位于急流左前方山區(qū)。除此之外，邊界層急流低層輻合與天氣尺度低空急流入口區(qū)中低層輻散的耦合機(jī)制被認(rèn)為是華南沿海暖區(qū)暴雨的重要觸發(fā)機(jī)制之一(Du and Chen，2019)。可見，兩類低空急流對(duì)華南暴雨分布具有不同影響，其影響機(jī)理與地形作用、天氣擾動(dòng)和水汽輸送過程密切相關(guān)，但共同點(diǎn)是兩者均在暴雨發(fā)生發(fā)展過程中扮演了重要角色。

關(guān)于低空急流的形成與增強(qiáng)，目前主要通過慣性振蕩理論(Blackadar，1957)和傾斜地形的斜壓理論(Holton，1967)來解釋，前者強(qiáng)調(diào)了邊界層的湍流混合作用而后者主要考慮了傾斜地形造成的熱力差異。王東阡和張耀存(2012)通過2000—2009年期間共10 a的再分析資料探討了中國(guó)東部西南低空急流的日變化規(guī)律，認(rèn)為西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)強(qiáng)度和位置的變化、青藏高原大地形加熱效應(yīng)和晝夜海陸熱力性質(zhì)差異是造成經(jīng)向非地轉(zhuǎn)風(fēng)夜間加強(qiáng)的重要原因。Kong等(2020)基于WRF模式研究發(fā)現(xiàn)，由于中南半島湍流混合強(qiáng)烈，安南山脈上游風(fēng)在白天較弱，無法通過山脈；在日落后，由于湍流混合減弱，氣流風(fēng)速迅速增大并越過安南山脈，通過平流作用向下游傳播，使得北部灣西部在暖季夜間盛行西南低空急流。Dong等(2021)也認(rèn)為慣性振蕩機(jī)制對(duì)于夜間北部灣西部低空急流的形成具有顯著貢獻(xiàn)，而急流的水汽輸送及動(dòng)力抬升作用是導(dǎo)致兩廣(即廣西壯族自治區(qū)和廣東省)夜間降水峰值的重要原因。

綜上，目前已有研究對(duì)華南低空急流的影響及成因進(jìn)行了探討，但多集中于兩廣沿海以及北部灣一帶，而對(duì)于兩廣內(nèi)陸地區(qū)的關(guān)注相對(duì)較少，其中的熱動(dòng)力機(jī)制值得研究。2022 年廣西遭遇新中國(guó)成立以來最強(qiáng)“龍舟水”(黃雪松等，2023)，其中6 月17—22日的持續(xù)性暴雨過程屬當(dāng)年“龍舟水”期間最強(qiáng)(劉國(guó)忠等，2023)。持續(xù)性強(qiáng)降水導(dǎo)致全區(qū)9 市多個(gè)縣區(qū)出現(xiàn)洪澇、山洪及滑坡等災(zāi)害，湘江、桂江、西江等多條河流水位超警。本文選取此次過程，探討其中低空急流的配置及其對(duì)暴雨的影響，并分析其演變的機(jī)制，以期為預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料說明

使用資料包括：(1)常規(guī)氣象觀測(cè)資料(包括廣西全區(qū)89 個(gè)國(guó)家站，2 821 個(gè)區(qū)域站的降水?dāng)?shù)據(jù))，風(fēng)云2G 衛(wèi)星的相當(dāng)黑體溫度(Top Blackbody Brightness temperature，TBB)資料(分辨率0.1°×0.1°)。(2) 歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心第五代大氣再分析數(shù)據(jù)(ERA5，從https://cds.climate.copernicus.eu 獲取)，ERA5 水平分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為1 h，變量包括位勢(shì)高度、溫度、比濕、水平風(fēng)場(chǎng)、邊界層高度以及地表凈輻射等(Hersbach et al.，2020)，其中溫度、比濕用于計(jì)算假相當(dāng)位溫(θse)。文中時(shí)間均為北京時(shí)。

1.2 急流的定義

基于ERA5風(fēng)場(chǎng)資料，將600～900 hPa上風(fēng)速超過12 m·s-1視為出現(xiàn)低空急流，將900 hPa高度以下風(fēng)速超過12 m·s-1視為出現(xiàn)邊界層急流(趙強(qiáng)等，2017；李青春等，2022)。

1.3 水平動(dòng)量收支診斷

為定量分析各因素對(duì)低空急流變化的影響，利用水平動(dòng)量收支方程(Du et al.，2014)進(jìn)行診斷，計(jì)算公式為

其中，方程左側(cè)項(xiàng)為風(fēng)速變化趨勢(shì)項(xiàng)(簡(jiǎn)稱趨勢(shì)項(xiàng))，右邊第1～3 項(xiàng)分別為水平平流項(xiàng)(簡(jiǎn)稱平流項(xiàng))、作用于非地轉(zhuǎn)風(fēng)的科氏力項(xiàng)(簡(jiǎn)稱科氏力項(xiàng))以及殘差項(xiàng)。殘差項(xiàng)包含摩擦、垂直輸送以及其余影響。由于低空急流方向并不與x或y軸平行，需將水平動(dòng)量收支方程應(yīng)用于轉(zhuǎn)化后的右手坐標(biāo)系(x′,y′)，這里y′指向低空急流方向?；谏鲜鲎儞Q得到

其中,v′為y′方向風(fēng)速，即急流強(qiáng)度，φ為y′與y軸夾角。因此方程(1)中的趨勢(shì)項(xiàng)(f1)、平流項(xiàng)(f2)、科氏力項(xiàng)(f3)以及殘差項(xiàng)(f4)分別為

2 降水實(shí)況與環(huán)流背景

2.1 降水實(shí)況

2022 年6 月17—22 日廣西遭遇了一次持續(xù)性暴雨過程，過程累積雨量大、降水落區(qū)在桂東北一帶重疊(圖1a)，17 日08∶00—22 日08∶00 累計(jì)雨量最大達(dá)907.3 mm，出現(xiàn)在臨桂宛田十二灘漂流景區(qū)站(簡(jiǎn)稱景區(qū)站)。過程以暖區(qū)暴雨為主，并且具有明顯的對(duì)流性質(zhì)，共8個(gè)區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)到100 mm以上的極端小時(shí)雨量，景區(qū)站最大小時(shí)雨量達(dá)110.3 mm(圖1b)。選取累計(jì)雨量大于600 mm 的9 個(gè)站點(diǎn)(景區(qū)站，臨桂宛田站,靈川九屋站,靈川蘭田站,興安華江水廠站,融水香粉站,興安華江斧子口水庫站,興安溶江司門站,靈川三街小溶江水庫站)作為代表站，由各代表站中的最大小時(shí)雨量時(shí)間序列可見，該過程降水強(qiáng)度夜間明顯強(qiáng)于白天，降水基本在20∶00 左右開始逐漸增強(qiáng)。

圖1 2022年6月17日08∶00—6月22日08∶00廣西累積雨量(a,單位:mm)的空間分布以及代表站逐小時(shí)雨量變化(b,單位:mm)Fig.1 (a)Spatial distribution of accumulated rainfall from 08∶00 BT on 17 June to 08∶00 BT on 22 June 2022(unit:mm)and(b)hourly rainfall of representative stations(unit:mm)

2.2 環(huán)流背景

2022 年6 月17—22 日過程期間，200 hPa 上南亞高壓控制青藏高原南側(cè)，東伸脊點(diǎn)位于115°E附近，廣西北部位于南亞高壓東側(cè)扇形分流區(qū)，維持有利降水的高層輻散形勢(shì)。500 hPa上，廣西處于586 dagpm線西北側(cè)，副高脊線位于20°N 以南，西脊點(diǎn)位于120°E附近。高原東南側(cè)110°E 附近有低槽維持，廣西位于槽底(圖2a)。副高較常年平均偏南、偏西，這一方面有利于其西北側(cè)的西南風(fēng)向廣西輸送水汽，另一方面有利于阻擋上游低值系統(tǒng)東移。過程期間低槽穩(wěn)定少動(dòng)，與副高形成“西低東高”的對(duì)峙形勢(shì)，為此次過程提供有利的天氣尺度抬升背景。

圖2 2022年6月17日08∶00—22日08∶00平均的200 hPa散度(填色,單位:10-5s-1;粗實(shí)線為200 hPa的1 250 dagpm等值線)和500 hPa高度場(chǎng)(等值線,單位:dagpm)(a),850 hPa高度場(chǎng)(等值線,單位:dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(矢量,單位:m·s-1)和925 hPa散度(填色,單位:10-5s-1)(b),108°—112°E平均的850 hPa(c)、925 hPa(d)風(fēng)速(填色,單位:m·s-1)、風(fēng)場(chǎng)(矢量,單位:m·s-1)和TBB(等值線表示TBB小于等于32℃)的緯度-時(shí)間剖面Fig.2 Distribution of(a)divergence(shaded,unit:10-5 s-1,thick solid line indicate 1 250 dagpm at 200 hPa)at 200 hPa and geopotential height(contour,unit:dagpm)at 500 hPa,(b)geopotential height(contour,unit:dagpm)and wind(vector,unit:m·s-1)at 850 hPa,divergence(shaded,unit:10-5 s-1)at 925 hPa averaged from 08∶00 BT on 17 June to 08∶00 BT on 22 June 2022,time-latitude cross sections of wind speed(shaded,unit:m·s-1),wind field(vector,unit:m·s-1)and TBB(contour indicates TBB ≤-32℃)at(c)850 hPa and at(d)925 hPa,averaged during 108°-112°E

低層850 hPa上云貴高原東側(cè)有低渦發(fā)展，廣西位于低渦暖式切變南側(cè)的偏南風(fēng)暖區(qū)中。廣西上空等高線密集，西南風(fēng)強(qiáng)盛，過程期間平均風(fēng)速12～16 m·s-1，有利于暖濕氣流輸送，為強(qiáng)降水發(fā)展提供充足水汽(圖2b)。邊界層925 hPa廣西受偏南風(fēng)控制，風(fēng)速自南向北減小，在桂東北一帶為風(fēng)速輻合，有利于對(duì)流觸發(fā)。地面形勢(shì)上廣西位于西南暖低壓底前部均壓場(chǎng)中，無明顯冷空氣影響(圖略)。

3 低空急流對(duì)暴雨的影響

由強(qiáng)降水落區(qū)108°—112°E 平均的850 hPa 風(fēng)速及風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間-緯度剖面(圖2c)可見，6 月17—22 日強(qiáng)降水區(qū)域均維持較強(qiáng)的西南低空急流，風(fēng)速超過12 m·s-1。夜間西南急流存在明顯增強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)到18 m·s-1。由TBB 演變可以看到，夜間在急流核北側(cè)不斷有對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，TBB達(dá)到-52 ℃以下，對(duì)應(yīng)于該時(shí)段降水增強(qiáng)(圖1b)。日間隨著急流減弱對(duì)流系統(tǒng)也逐漸消亡，TBB 增大，表明過程中急流變化與強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。類似地，925 hPa 的邊界層急流也存在明顯的日變化特征，但可能由于地形影響，日變化特征主要出現(xiàn)在23°N以南的低海拔平坦地區(qū)及海區(qū)(圖2d)，該區(qū)域邊界層急流日變化常與華南沿岸夜間暖區(qū)暴雨相聯(lián)系(Du and Chen，2019)。該層次以偏南風(fēng)為主，急流強(qiáng)度較850 hPa弱并且位置偏南，急流出口區(qū)的輻合為對(duì)流發(fā)展提供了一定條件。

3.1 對(duì)動(dòng)力輻合抬升的影響

在急流位置的匹配關(guān)系上(以降水較強(qiáng)時(shí)段19—20日為例)，850 hPa急流軸位于桂東，夜間急流軸強(qiáng)度超過16 m·s-1，其左側(cè)桂東北一帶為強(qiáng)氣旋式水平風(fēng)切變的正渦度區(qū)，有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展(圖3a)。925 hPa急流軸位于桂南沿海一帶，桂東北為急流出口區(qū)(圖3b)。925 hPa 急流出口區(qū)與850 hPa 急流左側(cè)正渦度區(qū)相重合，這種較為深厚的低層輻合配置有利于桂東北一帶出現(xiàn)明顯的上升運(yùn)動(dòng)。上述850 hPa與925 hPa急流相耦合的錯(cuò)位分布配置與Du 和Chen(2019)提出的華南沿海地區(qū)雙低空急流相互作用機(jī)制有所不同(即邊界層急流出口區(qū)輻合與天氣尺度急流入口區(qū)輻散耦合)。本次過程急流配置類似于Luo 和Du(2022)研究“21.7”河南極端暴雨時(shí)提出的一類耦合機(jī)制，即950 hPa邊界層急流出口區(qū)輻合與700 hPa天氣尺度急流左側(cè)正渦度區(qū)輻合耦合。但與之相比，垂直方向上本次過程僅有一個(gè)位于850 hPa高度附近的強(qiáng)風(fēng)速中心，而不是在950 hPa和700 hPa分別存在強(qiáng)中心。

圖3 2022年6月19日20∶00—20日08∶00平均的850 hPa垂直渦度(填色,單位:10-4 s-1),風(fēng)速(等值線表示大于等于8 m·s-1,下同)及環(huán)流分布(a),925 hPa水平散度(填色,單位:10-5 s-1),風(fēng)速(等值線,≥8 m·s-1)及環(huán)流分布(b),20日03∶00沿圖3a中AB虛線上的水平散度(填色,單位:10-5 s-1)、風(fēng)速(等值線,單位:m·s-1)以及環(huán)流的垂直剖面(c)Fig.3 Distribution of(a)vertical vorticity(shaded,unit:10-4 s-1),wind(contour,≥8 m·s-11)and circulation distribution at 850 hPa,(b)horizontal divergence(shaded,unit:10-5 s-1),wind(contour indicates ≥8 m·s-1)and circulation at 925 hPa averaged from 20∶00 BT on 19 June to 08∶00 BT on 20 June 2022,(c)vertical cross sections of horizontal divergence(shaded,unit:10-5 s-1),wind(contour,unit:m·s-1)and circulation along AB in Fig.3a at 03∶00 BT on 20 June 2022

進(jìn)一步分析垂直方向上的動(dòng)力過程。沿850 hPa急流方向(圖3a中AB虛線)作垂直剖面(圖3c)。6月19日14∶00，此時(shí)850 hPa急流強(qiáng)度較弱，925 hPa急流受山脈地形阻擋(存在弱水平輻合)，產(chǎn)生弱抬升造成山前迎風(fēng)坡10～20 mm·h-1的降水(圖略)。隨后850 hPa急流逐漸增強(qiáng)，14∶00—22∶00 急流強(qiáng)度由12 m·s-1增強(qiáng)至14 m·s-1，此時(shí)迎風(fēng)坡上輻合明顯增強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)由700 hPa以下發(fā)展至600 hPa以上(圖略)。到了20日03∶00，急流發(fā)展至最強(qiáng)，850 hPa附近出現(xiàn)16 m·s-1的強(qiáng)風(fēng)速核，山前迎風(fēng)坡之上的低對(duì)流層存在等風(fēng)速線密集帶。山脈地形阻擋和急流出口區(qū)輻合的共同作用使得輻合層由近地面發(fā)展至700 hPa，強(qiáng)度超過-10×10-5s-1(圖3c)，上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展至200 hPa，造成更多水汽凝結(jié)至雨，該時(shí)刻觀測(cè)到110.3 mm·h-1的極端強(qiáng)降水。

3.2 對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)建立及維持的影響

選取θse平流來表征暖濕輸送。19日21∶00，850 hPa上顯示桂西北存在θse大于356 K的高溫高濕區(qū)并且向東擴(kuò)展(圖略)。隨后至20日03∶00(圖4a)，低空急流不斷增強(qiáng)，暖濕空氣被逐漸向桂東北一帶輸送，θse平流強(qiáng)度超過6×10-4K·s-1，低層暖濕平流有利于不穩(wěn)定層結(jié)的建立。

圖4 2022年6月20日03∶00的850 hPa風(fēng)場(chǎng)(矢量,單位:m·s-1),θse(等值線,單位:K)及其平流(填色,單位:10-4K·s-1)(a),經(jīng)暴雨中心(110.07°E,25.58°N,圖4a中三角形)θse(等值線,單位:K)及對(duì)流穩(wěn)定度(填色,單位:K·hPa-1)的高度-時(shí)間剖面(b)Fig.4 (a)Distribution of 850 hPa wind(vector,unit:m·s-1),θse(contour,unit:K)and its advection(shaded,unit:10-4K·s-1)at 03∶00 BT on 20 June 2022,(b)time-height cross sections of θse(contour,unit:K)and (shaded,unit:K·hPa-1) along rainstorm center(110.07°E,25.58°N,triangle in Fig.4a)

分析過程累積雨量最大站點(diǎn)(景區(qū)站，110.07°E，25.58°N)附近的對(duì)流穩(wěn)定度(-?θse/?p)時(shí)間演變，在925 hPa 至600 hPa 的低對(duì)流層，θse基本維持隨高度遞減的特征，表明過程伴隨顯著的低層對(duì)流不穩(wěn)定。不僅如此，暖濕氣流的持續(xù)輸送及補(bǔ)充使得大氣低層-?θse/?p＜0 貫穿整個(gè)降水過程(圖4b)，不穩(wěn)定大氣結(jié)構(gòu)未因?yàn)閺?qiáng)降水發(fā)生而遭受破壞。不僅如此，夜間隨著低空急流暖濕輸送的增強(qiáng)，大氣低層的對(duì)流不穩(wěn)定度也迅速增大，不穩(wěn)定能量積聚，為強(qiáng)降水提供有利的發(fā)生發(fā)展環(huán)境。

4 低空急流的非地轉(zhuǎn)特征及變化原因

以上分析表明，急流具有明顯的日間減弱夜間增強(qiáng)的特征，夜間發(fā)展的低空急流為對(duì)流系統(tǒng)以及降水的發(fā)展提供了有利熱、動(dòng)力條件，以下對(duì)急流的上述變化成因進(jìn)行討論。

4.1 低空急流的超、次地轉(zhuǎn)特征

以往研究常通過氣壓梯度力的變化來解釋風(fēng)場(chǎng)的日變化現(xiàn)象，由地轉(zhuǎn)關(guān)系可知，氣壓梯度力決定了地轉(zhuǎn)風(fēng)分量的變化。選取與對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展更為密切并且變化更為明顯的850 hPa 急流進(jìn)行分析。圖5給出急流區(qū)平均(108°—112°E，22°—25°N，下同)的850 hPa實(shí)際風(fēng)速和地轉(zhuǎn)風(fēng)演變，可以看到過程期間風(fēng)速存在明顯波動(dòng)，每日夜間至第二日早晨具有明顯的超地轉(zhuǎn)特征，而在早晨至傍晚則轉(zhuǎn)為次地轉(zhuǎn)。進(jìn)一步給出108°—112°E 平均的850 hPa 位勢(shì)高度水平梯度和地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)(圖6a)。過程期間由于廣西處于副高和云貴高原東側(cè)低渦之間，地轉(zhuǎn)風(fēng)對(duì)應(yīng)為西南風(fēng)，水平氣壓梯度與地轉(zhuǎn)風(fēng)速無明顯日間減弱夜間增強(qiáng)趨勢(shì)，甚至還存在夜間減弱現(xiàn)象(如19—20日、21—22日)，這可能與夜間海陸熱力差異減小有關(guān)(智協(xié)飛等，2022)。綜上，此次過程低空急流的變化無法完全由地轉(zhuǎn)風(fēng)變化來解釋，因此以下進(jìn)一步討論非地轉(zhuǎn)風(fēng)的作用。

圖5 2022年6月17日08∶00—6月22日08∶00低空急流區(qū)區(qū)域平均(108°—112°E，22°—25°N)的850 hPa風(fēng)速演變(紅色為超地轉(zhuǎn),藍(lán)色為次地轉(zhuǎn))Fig.5 Evolution of low-level jet area-averaged（108°—112°E，22°—25°N）wind(unit:m·s-1)at 850 hPa(red and blue shaded indicate upergeostrophic and subgeostrophic respectively)from 08∶00 BT on 17 June to 08∶00 BT on 22 June 2022

圖6 2022年6月17日08∶00—6月22日08∶00期間108°—112°E平均的850 hPa位勢(shì)高度水平梯度(填色,單位:10-5 dagpm·m-1)和地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿,實(shí)線為等風(fēng)速線，單位:m·s-1)(a),對(duì)流有效位能(等值線,≥1 000 J·kg-1)和地表凈短波輻射(填色,單位:106 J·m-2)(b),地表2 m溫度(等值線,≥298 K)和邊界層高度(填色,單位:m)(c)的緯度-時(shí)間剖面Fig.6 Time-latitude cross sections of(a)horizontal gradient of geopotential height(shaded,unit:10-5 dagpm·m-1)and geostrophic wind fields(barb,unit:m·s-1,solid line indicates isotach)at 850 hPa,(b)convective available potential energy(contour,≥1 000 J·kg-1)and surface net shortwave radiation(shaded,unit:106 J·m-2),(c)2 meter surface temperature(contour,≥298 K)and boundary layer height(shaded,unit:m)averaged along 108°—112°E from 08∶00 BT on 17 June to 08∶00 BT on 22 June 2022

4.2 慣性振蕩機(jī)制

大氣邊界層湍流混合引起的摩擦效應(yīng)是驅(qū)動(dòng)急流日變化的另一個(gè)重要原因，其主要貢獻(xiàn)于非地轉(zhuǎn)風(fēng)分量(Blackadar，1957)。過程期間日間地表被太陽短波加熱，表現(xiàn)為地表凈短波輻射加熱，強(qiáng)度超過2.4×106J·m-2。日間太陽短波加熱使得大氣對(duì)流有效位能不斷累積(圖6b)，為夜間對(duì)流觸發(fā)蓄勢(shì)。同時(shí)，地表溫度日間平均增溫達(dá)2～4 K，對(duì)流層低層湍流混合增強(qiáng)，大氣邊界層高度在午后由于湍流混合而達(dá)到最高，基本維持在1.2 km以上，夜間大氣邊界層高度隨著湍流混合減弱而降低(圖6c)。在上述邊界層熱力狀況的變化下，日間湍流混合增強(qiáng)造成急流減速，表現(xiàn)為次地轉(zhuǎn)特征；夜間湍流摩擦作用減弱，急流加速并逐漸呈現(xiàn)出超地轉(zhuǎn)特征(圖5)。

上述特征與Blackadar(1957)提出的慣性振蕩理論相似。為進(jìn)一步分析急流的慣性振蕩特征，以各時(shí)刻風(fēng)場(chǎng)和日平均風(fēng)場(chǎng)的差表征非地轉(zhuǎn)風(fēng)的變化(Dong et al.，2020)。圖7給出不同時(shí)刻(以6月19—20日為例)非地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)及實(shí)際風(fēng)速分布。午后地表被加熱導(dǎo)致湍流混合摩擦力逐漸增強(qiáng)，非地轉(zhuǎn)風(fēng)與背景西南風(fēng)反向，使急流減弱(圖7a)。夜間湍流混合摩擦力減弱，850 hPa 非地轉(zhuǎn)風(fēng)矢量在北半球科氏力作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在次日午夜至深夜，非地轉(zhuǎn)風(fēng)矢量轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)(圖7b、c)，從而增強(qiáng)了背景風(fēng)，使急流增強(qiáng)(Blackadar，1957)。這種非地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)的慣性旋轉(zhuǎn)特征在我國(guó)華北平原(Pan and Chen，2019)和四川盆地(Zhang et al.，2019)也有相關(guān)研究報(bào)道，此次過程低空急流演變特征以及降雨峰值時(shí)間（約在02∶00左右）均與后者相似。但相較而言，桂東北山區(qū)地形不如上述地區(qū)陡峭（太行山脈、青藏高原以及云貴高原），因此研究中未具體討論由于地形導(dǎo)致的熱力對(duì)比變化的影響。

進(jìn)一步計(jì)算急流區(qū)水平動(dòng)量收支方程各項(xiàng)演變并對(duì)其進(jìn)行定量分析。結(jié)果如圖8 所示，趨勢(shì)項(xiàng)在夜間20∶00—次日06∶00 呈現(xiàn)規(guī)律地加速特征，而在日間為減速，其中最強(qiáng)加速和減速趨勢(shì)分別為3.17×10-4m·s-2和-3.21×10-4m·s-2。整個(gè)過程中科氏力項(xiàng)為主要貢獻(xiàn)項(xiàng)，平均強(qiáng)度為2.16×10-4m·s-2，并且在加速趨勢(shì)最強(qiáng)時(shí)段科氏力項(xiàng)基本維持在峰值附近，體現(xiàn)了科氏力作用下非地轉(zhuǎn)風(fēng)對(duì)急流變化的影響。相對(duì)地，包含摩擦、垂直輸送等過程的殘差項(xiàng)在整個(gè)過程均為負(fù)貢獻(xiàn)，為急流動(dòng)量匯，即急流動(dòng)量一方面由強(qiáng)度最大的850 hPa 向其他層次轉(zhuǎn)移，另一方面由摩擦作用耗散，體現(xiàn)在垂直運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)的05∶00 以及湍流較強(qiáng)的17∶00附近存在殘差項(xiàng)負(fù)的極大值。上述科氏力項(xiàng)主導(dǎo)動(dòng)量平衡且殘差項(xiàng)耗散急流動(dòng)量的特征，進(jìn)一步驗(yàn)證了此次過程低空急流變化主要是由慣性振蕩機(jī)制引發(fā)。相較而言平流項(xiàng)振幅較小，其變化較趨勢(shì)項(xiàng)存在一定的滯后，這是由于研究區(qū)域的上游也存在同位相的風(fēng)場(chǎng)變化，但其增強(qiáng)或減弱均稍晚于研究區(qū)，使得平流作用的貢獻(xiàn)落后于趨勢(shì)項(xiàng)。有研究表明，廣西北部灣(Kong et al.，2020)以及我國(guó)中東部地區(qū)(Zeng et al.，2019)低空急流變化受平流項(xiàng)影響顯著，而本研究關(guān)注的廣西內(nèi)陸地區(qū)則為原地發(fā)展型為主，平流項(xiàng)貢獻(xiàn)相對(duì)較弱。

綜上，本次過程中低空急流的變化可以由慣性振蕩機(jī)制較好解釋。

5 結(jié)論與討論

基于多源觀測(cè)資料及ERA5再分析資料，對(duì)2022年6月17—22日廣西持續(xù)性暴雨過程中低空急流的影響及其變化成因進(jìn)行了診斷分析，得出以下主要結(jié)論：

(1)高層南亞高壓東側(cè)輻散“抽吸”、中層低槽前的天氣尺度抬升以及低層急流頂端的輻合為此次持續(xù)性強(qiáng)降水提供有利環(huán)流背景。夜間低空急流明顯增強(qiáng)，急流核北側(cè)不斷有對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，而日間隨著低空急流減弱對(duì)流系統(tǒng)也逐漸消亡，造成強(qiáng)降水主要集中于夜間。

(2)動(dòng)力條件上，925 hPa急流與850 hPa急流呈錯(cuò)位分布，850 hPa 急流左側(cè)正渦度區(qū)與925 hPa 急流出口區(qū)在桂東北一帶重合。夜間急流增強(qiáng)后桂北的山脈地形阻擋以及深厚的低層急流輻合使得上升運(yùn)動(dòng)向更高層次發(fā)展，造成更多水汽凝結(jié)至雨。熱力方面，隨著低空急流暖濕輸送夜間增強(qiáng)，大氣低層對(duì)流不穩(wěn)定度也迅速增大，不穩(wěn)定能量積聚，為強(qiáng)降水提供了有利的發(fā)生發(fā)展環(huán)境。

(3) 低空急流變化可以由慣性振蕩機(jī)制較好解釋。日間桂中至桂南地區(qū)地表被太陽短波輻射加熱，湍流混合摩擦力逐漸增強(qiáng)，造成急流減速。夜間湍流摩擦作用減弱，急流加速并逐漸呈現(xiàn)出超地轉(zhuǎn)特征。在上述機(jī)制下，午后非地轉(zhuǎn)風(fēng)指向西南方向，減弱背景風(fēng)；次日午夜至深夜，非地轉(zhuǎn)風(fēng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，增強(qiáng)了背景風(fēng)，使急流增強(qiáng)。動(dòng)量收支方程診斷表明，科氏力對(duì)非地轉(zhuǎn)風(fēng)的影響是急流動(dòng)量的主要貢獻(xiàn)者，而摩擦耗散、垂直輸送等過程為急流動(dòng)量匯。

本文主要關(guān)注了低層風(fēng)場(chǎng)慣性振蕩對(duì)低空急流演變的影響，未考慮傾斜地形的熱力作用。廣西北部地區(qū)山嶺連綿，地形復(fù)雜，坡地上由輻射作用造成的熱力改變對(duì)低空急流的影響需要進(jìn)一步通過高分辨率模式來探討。